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      活動(dòng)鏈接：2012年控制網(wǎng)技術(shù)專題---控制系統(tǒng)新時(shí)代   

   摘要：本文主要論述振動(dòng)法打樁施工中所采用的電動(dòng)振動(dòng)錘多樁錘聯(lián)動(dòng)方案。多樁錘同步振動(dòng)方案是解決單錘打樁功率不足問(wèn)題的一種有效方法。作者對(duì)多錘同步振動(dòng)控制的基本原理進(jìn)行了論述，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了基于貝加萊ACOPOSinverter變頻器和Ethernet Powerlink 工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的主從速度補(bǔ)償同步振動(dòng)控制系統(tǒng)并制訂了速度同步與相位同步的控制策略。工業(yè)試驗(yàn)表明，這種基于實(shí)時(shí)高速以太網(wǎng)通訊的多錘聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)能較好地實(shí)現(xiàn)同步振動(dòng)，其響應(yīng)快速，穩(wěn)定性好，速度差與相位差均能滿足施工要求。

   關(guān)鍵詞：樁錘；多錘聯(lián)動(dòng)；同步振動(dòng)；ACOPOSinverter變頻器；EthernetPowerlink 工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)

   打樁錘（機(jī)）是用來(lái)實(shí)施預(yù)制樁的打入（壓入）和拔出作業(yè)的土建施工機(jī)械，目前使用的有柴油錘、液壓沖擊錘、電動(dòng)沖擊錘、液壓靜力錘、振動(dòng)錘等，早期曾廣泛使用重力落錘和蒸汽錘。

   按預(yù)制樁沉入的作業(yè)方式來(lái)劃分，主要有打入法（又稱沖擊法）、壓入法和振動(dòng)法。

   振動(dòng)法是使樁身產(chǎn)生高頻振動(dòng)，從而使樁尖和樁身周圍的泥土阻力大大減小，預(yù)制樁在自重和所施加的一定壓力的作用下被逐漸沉入土中。振動(dòng)法所采用的設(shè)備是振動(dòng)錘，它是本文討論的主題。振動(dòng)錘需要與打樁架配套組成打樁機(jī)，利用樁錘的機(jī)械振動(dòng)能將樁打入土層或從土層中拔出。該方法適用于沉/拔鋼板樁、鋼管樁和鋼筋混凝土樁，較適合在沙土、塑性粘土及松軟砂粘土等類土層中作業(yè)。

    在現(xiàn)代大型土建工程施工中，隨著預(yù)制樁的直徑越來(lái)越大，長(zhǎng)度越來(lái)越長(zhǎng)，單臺(tái)樁錘很難滿足大型樁基施工的功率需求，因而多錘聯(lián)動(dòng)的同步打樁控制方案應(yīng)運(yùn)而生。

    1 振動(dòng)錘與振動(dòng)打樁機(jī)

    1.1 振動(dòng)錘

    振動(dòng)錘主要有機(jī)械式（即電動(dòng)式）和液壓式兩類。

   振動(dòng)錘采用機(jī)械式定向激振器，由兩根裝有相同偏心塊并相向轉(zhuǎn)動(dòng)的軸組成。兩根軸上的偏心塊所產(chǎn)生的離心力在水平方向上的分力相互抵消，而垂直方向上的分力疊加。其上裝設(shè)有依靠液壓動(dòng)力來(lái)調(diào)整它的兩偏心塊間夾角的裝置，以控制振動(dòng)幅度（強(qiáng)度）。

    其外形如圖1所示，它主要由偏心塊及其轉(zhuǎn)軸、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、導(dǎo)桿、壓縮彈簧、減振梁、振動(dòng)箱、傳動(dòng)齒輪和偏心塊液壓位置調(diào)整裝置等組成。 具有貫入力強(qiáng)、沉樁質(zhì)量好、堅(jiān)固耐用、故障少、結(jié)構(gòu)緊湊、低噪音、高效率、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)^[4]。
    
                            
                                      圖1 機(jī)械式振動(dòng)錘的外形

    這里給出以下關(guān)于振動(dòng)錘貫入的力學(xué)公式：

    N = k•×aM•×n/9550（1）

   N為振動(dòng)功率，n為轉(zhuǎn)速，M為偏心力矩；

    M = m×A （2）

   m為參加振動(dòng)的質(zhì)量，A為振動(dòng)幅度；

    M = R= 4N×S （3）

   R為樁在土中受到的靜阻力，N為貫入值，S為樁的截面積^[4]。

   不同土壤的貫入值大不相同，例如對(duì)于密實(shí)的砂土，其貫入值達(dá)到50以上，而對(duì)于普通的軟粘土只有2~4。激振器的頻率設(shè)置應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際土質(zhì)的不同而確定，例如對(duì)于含飽和水的砂土，通常提供100～200Hz的振動(dòng)頻率，而對(duì)于含沙的礫土則通常需要70Hz左右的頻率。

   1.2 振動(dòng)打樁機(jī)

    振動(dòng)打樁機(jī)由振動(dòng)錘、打樁架體、樁管、電控箱等組成。一臺(tái)大型高功率振動(dòng)打樁機(jī)通常包含一到數(shù)十個(gè)振動(dòng)錘，從式（1）可知，每個(gè)振動(dòng)錘所配置電動(dòng)機(jī)的功率主要根據(jù)所需的偏心力矩和轉(zhuǎn)速來(lái)確定，從數(shù)十千瓦到數(shù)百千瓦不等。據(jù)有關(guān)報(bào)道，日本曾采用以聯(lián)動(dòng)軸串聯(lián)8臺(tái)150kW振動(dòng)樁錘的方案，沉入了直徑為23m的大型鋼圓筒。

   2 多錘振動(dòng)的同步控制

   2.1 多錘聯(lián)動(dòng)的工作方式

   為了實(shí)現(xiàn)最佳打樁效果，可以讓多個(gè)樁錘同步運(yùn)行，并使其振動(dòng)互相疊加。多錘聯(lián)動(dòng)就是將多個(gè)樁錘以組合方式進(jìn)行合力打樁的一種技術(shù)，能夠有效地解決單個(gè)樁錘功率限制的問(wèn)題（如圖2所示）。不過(guò)目前所采用的聯(lián)動(dòng)方式幾乎都是用一臺(tái)高功率交流電動(dòng)機(jī)，通過(guò)軸聯(lián)器等機(jī)械裝置連接每個(gè)振動(dòng)錘的內(nèi)部偏心塊的旋轉(zhuǎn)軸來(lái)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，強(qiáng)制性地實(shí)現(xiàn)各振動(dòng)錘的角速度和相位同步，因而存在聯(lián)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜且易損壞、安裝復(fù)雜、運(yùn)輸困難、同步精度低與單電機(jī)可靠性差等缺點(diǎn)，在工程應(yīng)用中受到一定的限制。本方案利用現(xiàn)代傳感技術(shù)、控制技術(shù)與實(shí)時(shí)高速網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，將多臺(tái)振動(dòng)錘的控制裝置進(jìn)行組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了振動(dòng)錘之間的電氣柔性連接，構(gòu)建了同步振動(dòng)控制系統(tǒng)。該方案可用若干個(gè)較小功率的樁錘來(lái)構(gòu)成一臺(tái)高功率打樁機(jī)，單個(gè)樁錘單元易于運(yùn)輸、安裝，樁機(jī)的配置與組合也更加靈活^[3]。
   
                      
                                    圖2 多錘聯(lián)動(dòng)方案示意^[3]

   2.2 振動(dòng)錘的激振力產(chǎn)生及調(diào)頻調(diào)幅振動(dòng)工作原理

   振動(dòng)樁插是利用振動(dòng)錘內(nèi)部偏心塊的離心力所產(chǎn)生的激振力工作的，其原理如圖3所示。具有等量偏心力矩的兩部分偏心塊左右對(duì)稱布置，在同一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下以相同的角速度相向旋轉(zhuǎn)，（通過(guò)齒輪傳動(dòng)來(lái)保證），所產(chǎn)生的水平方向的離心力相互抵消，垂直方向的離心力則相互疊加而產(chǎn)生激振力。

   圖3中，ω為偏心塊的旋轉(zhuǎn)角速度，ｒ?yàn)槠膲K的半徑，θ為一對(duì)偏心塊之間的夾角，ｍ為振動(dòng)體的質(zhì)量，Ｃ為阻尼系數(shù)，ｋ為剛度常數(shù)，a線和a’線分別為兩偏心塊的綜合重心線。

    根據(jù)相關(guān)理論推導(dǎo)，當(dāng)這對(duì)偏心塊之間的夾角θ為０時(shí)，激振力最大，而當(dāng)θ為π時(shí)，激振力為零，調(diào)整θ角即可對(duì)樁錘的激振力進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而調(diào)節(jié)振幅；調(diào)節(jié)ω則可對(duì)振動(dòng)頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)。無(wú)級(jí)調(diào)頻調(diào)幅振動(dòng)樁錘就是利用這個(gè)原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的^[1]。
  
                           
                                    圖3 單臺(tái)打樁錘的振動(dòng)模型^[1]  

   2.3 同步振動(dòng)控制原理

   由2.2可知，同步振動(dòng)的關(guān)鍵在于力的同步，多錘同步振動(dòng)要求各樁錘偏心塊的回轉(zhuǎn)角速度和相位差角同步。不過(guò)在實(shí)際的調(diào)頻調(diào)幅過(guò)程中，每臺(tái)樁錘兩偏心塊之間的夾角θ很難保證完全相同，因此即便樁錘之間相應(yīng)的偏心塊運(yùn)動(dòng)軌跡相同也并不意味著振動(dòng)一定同步，必須分別檢測(cè)振動(dòng)錘的兩個(gè)偏心塊的位置，算出各自的綜合重心線，以每臺(tái)振動(dòng)錘的兩個(gè)偏心塊的綜合重心線所處的位置是否實(shí)時(shí)地對(duì)應(yīng)相同，作為振動(dòng)是否同步的標(biāo)準(zhǔn)，即如果各綜合重心線的夾角為零則說(shuō)明各樁錘已同步。綜合重心線是指兩偏心塊離心力的合成方向（如圖3中的'a線與a'線），這樣就能保證多臺(tái)振動(dòng)錘的激振力能最大程度地合成，實(shí)現(xiàn)合力打樁。因此多錘同步振動(dòng)的控制要求是各樁錘的回轉(zhuǎn)角速度相同和綜合重心線（代表相位）之間的夾角為零^[1]。

   各樁錘之間的角速度同步與相位同步指它們間實(shí)時(shí)的角速度差與相位差為零，由相關(guān)理論推導(dǎo)可知，在某時(shí)刻即便角速度同步，相位也不一定同步，但若要維持相位的穩(wěn)定同步，角速度則必須同步，改變角速度差能使相位發(fā)生改變，其角速度與相位是相互影響相互制約的。因此，多振動(dòng)錘同步控制的基本原理是：實(shí)時(shí)檢測(cè)偏心塊的角速度與相位值，通過(guò)一定的控制方法與控制策略控制每臺(tái)樁錘的角速度，使相位達(dá)到同步，從而達(dá)到多樁錘同步振動(dòng)的目的。

    2.4 角速度和相位差的檢測(cè)

    在每片偏心塊的轉(zhuǎn)軸的端部裝設(shè)1臺(tái)抗震性強(qiáng)的冶金重載型絕對(duì)值編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器，以適應(yīng)高溫、嚴(yán)寒、潮濕、劇烈震動(dòng)等惡劣工況的場(chǎng)合。它能輸出RS422位置（速度）編碼信號(hào)，用來(lái)對(duì)偏心塊實(shí)時(shí)位置（圖3中的夾角θ和a線與a'線的位置）和角速度（圖3中的ω）進(jìn)行測(cè)量。以兩臺(tái)振動(dòng)錘為例，檢測(cè)其中一臺(tái)樁錘的兩片偏心塊位置分別得到信號(hào)S1和信號(hào)S′1，檢測(cè)另一臺(tái)樁錘得到信號(hào)S2和信號(hào)S′2。通常S1與S′1的角速度ω應(yīng)相等而它們之間的相位差為θ，S2與S′2之間的關(guān)系也一樣。利用系統(tǒng)配置的X20CM1941編碼器輸入模塊對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)并在主控站中處理。為保證速度與相位差的準(zhǔn)確檢測(cè)，所有輸入信號(hào)必須有相同的時(shí)間基準(zhǔn)，并保證時(shí)間的標(biāo)尺相同。

   3 同步振動(dòng)控制系統(tǒng)的構(gòu)成

    該同步振動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。控制主站采用貝加萊的Power Panel（4PP420型10寸操作屏+PCC一體機(jī)）作為控制面板，并配置相應(yīng)的X20 分布式I/O模塊，Power Panel集顯示、控制功能于一體，并集成了部分PCC的功能，通過(guò)所配置的EthernetPowerlink總線通信接口可與各個(gè)振動(dòng)錘單元的ACOPOSinverter變頻器進(jìn)行通信，傳輸控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)各錘之間的網(wǎng)絡(luò)化控制；每臺(tái)振動(dòng)樁錘的控制子系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，它們通過(guò)高速實(shí)時(shí)以太網(wǎng)Ethernet Powerlink連接在一起，構(gòu)成一個(gè)分布式控制系統(tǒng)，這種開(kāi)放式結(jié)構(gòu)便于振動(dòng)錘配置數(shù)量的調(diào)整；每臺(tái)樁錘的控制系統(tǒng)由1臺(tái)配置有Ethernet Powerlink總線接口的ACOPOSinverterP84系列變頻器、1臺(tái)驅(qū)動(dòng)偏心塊的冶金型三相交流異步電動(dòng)機(jī)、兩片偏心塊轉(zhuǎn)軸端部裝設(shè)的各1臺(tái)重載型旋轉(zhuǎn)編碼器構(gòu)成。交流電動(dòng)機(jī)的速度調(diào)節(jié)通過(guò)各自的變頻器實(shí)現(xiàn)（接受主控站的軟件PID輸出作為速度指令）；編碼器實(shí)時(shí)檢測(cè)振動(dòng)樁錘偏心輪的角速度與位置，通過(guò)X20系統(tǒng)配置的X20CM1941編碼器輸入模塊傳送到控制主站，再由其計(jì)算出各樁錘的綜合重心線位置，然后根據(jù)一定的控制算法計(jì)算出速度控制值，再通過(guò)Ethernet Powerlink現(xiàn)場(chǎng)總線傳送給各變頻器，并通過(guò)變頻器改變電動(dòng)機(jī)的角速度，達(dá)到調(diào)節(jié)角速度和相位的目的；X20 I/O所配置的模擬量輸出模塊X20AO4622（4~20mA輸出），根據(jù)計(jì)算結(jié)果輸出信號(hào)去控制液壓比例閥，以調(diào)節(jié)振動(dòng)錘兩偏心塊間的夾角θ，從而調(diào)節(jié)其振動(dòng)幅度（強(qiáng)度）。主控制器同時(shí)也作為整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控管理機(jī)，對(duì)作為其擴(kuò)展單元的X20分布式I/O以及各臺(tái)變頻器進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，綜合處理各振動(dòng)錘的位置（速度）傳感器的輸入信號(hào)，發(fā)送控制命令，實(shí)時(shí)監(jiān)視/記錄系統(tǒng)的同步狀態(tài)。

   在同步振動(dòng)控制系統(tǒng)中，時(shí)間的同步至關(guān)重要，各臺(tái)樁錘的角速度和相位的計(jì)算必須以同一時(shí)間為基準(zhǔn)才具有比較的意義。__該系統(tǒng)所采用的時(shí)間同步策略如下：假設(shè)以圖4中的1#振動(dòng)錘的控制軟件模塊為時(shí)間基準(zhǔn)，它的偏轉(zhuǎn)塊的傳感器信號(hào)通過(guò)X20 編碼器模塊輸入至主控器，并傳送給其余各臺(tái)樁錘的控制軟件模塊，它們實(shí)時(shí)地接受該信號(hào)并以此信號(hào)為基準(zhǔn)，按照一定的算法計(jì)算出相應(yīng)的速度差與相位差，這樣就保證了每臺(tái)樁錘的信號(hào)檢測(cè)是在同一時(shí)間基準(zhǔn)下進(jìn)行的。
  
                   
                                        圖4 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

    4 同步振動(dòng)控制策略

   4.1 速度調(diào)節(jié)與相位調(diào)節(jié)的切換^[1]

   由前述可知，相位的調(diào)節(jié)是通過(guò)角速度的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。要達(dá)到同步振動(dòng)的效果，必須協(xié)調(diào)好相位和角速度的關(guān)系，使二者都達(dá)到同步。在速度差很大時(shí)對(duì)相位的調(diào)節(jié)是沒(méi)有意義的，因此采用的控制策略如下：以（主軸）振動(dòng)錘為基準(zhǔn)，并設(shè)定某一速度閾值Vs，當(dāng)其它各（從軸）振動(dòng)錘與基準(zhǔn)錘的速度差大于Vs時(shí)，啟動(dòng)速度調(diào)節(jié)軟件模塊，關(guān)閉相位調(diào)節(jié)軟件模塊，快速地對(duì)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)；當(dāng)速度差小于Vs時(shí)，啟動(dòng)相位調(diào)節(jié)軟件模塊，關(guān)閉速度調(diào)節(jié)軟件模塊，通過(guò)一定的控制算法進(jìn)行相位跟蹤，直到消除相位差達(dá)到同步。由于外界干擾、負(fù)載變化等因素的擾動(dòng)，系統(tǒng)將自動(dòng)地在速度調(diào)節(jié)模塊與相位調(diào)節(jié)模塊之間往復(fù)切換，以維持同步。

    4.2 帶主從速度補(bǔ)償環(huán)節(jié)的并行速度控制策略

    在多電動(dòng)機(jī)同步驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)中，常用的同步控制模式有：并行控制、串行控制、主從控制、交叉耦合控制、電子虛擬主軸控制等。其中并行控制的整個(gè)系統(tǒng)相當(dāng)于開(kāi)環(huán)控制，同步性能不好，魯棒性差；電子虛擬主軸控制雖能較好地抑制各電機(jī)的負(fù)載擾動(dòng)，但主參考軸與每個(gè)從動(dòng)軸之間可能會(huì)存在一定的恒穩(wěn)態(tài)位置差；主從控制則是把主電機(jī)的輸出速度作為從電機(jī)的參考速度，從電機(jī)的速度跟隨主電機(jī)的速度，主電機(jī)由于負(fù)載或電網(wǎng)等因素引起的速度擾動(dòng)會(huì)影響到所有的從電機(jī)。在振動(dòng)樁錘的同步振動(dòng)控制中，穩(wěn)定地保持速度同步是調(diào)節(jié)相位的基礎(chǔ)，因此速度同步的穩(wěn)定性和抗干擾能力至關(guān)重要。

    在多臺(tái)樁錘同步振動(dòng)控制過(guò)程中，各樁錘之間通過(guò)了樁連接在一起，“錘－樁－土”組成了一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)。除了沉樁功效以外，樁錘之間還存在一定的運(yùn)動(dòng)與能量傳遞，對(duì)相位差的調(diào)節(jié)與控制可能造成影響，因此，制定控制策略時(shí)需考慮樁錘之間的相互作用對(duì)相位造成的影響。

   為了提高同步控制的精度與穩(wěn)定性，采用了一種帶主從速度補(bǔ)償環(huán)節(jié)的并行速度控制策略，其結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。該策略綜合了并行控制模式在啟動(dòng)階段的快速響應(yīng)和主從控制模式的良好跟隨性的特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上增加了速度補(bǔ)償環(huán)節(jié)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力。其控制原理為：除硬件設(shè)備以外，所有樁錘的速度調(diào)節(jié)軟件模塊均在控制主站中以軟件方式實(shí)現(xiàn)，并接受同一速度設(shè)定值，且每個(gè)樁錘都有各自的編碼器速度反饋信號(hào)參與速度閉環(huán)調(diào)節(jié)。以1#樁錘為主錘（主軸），其它樁錘為從錘（從軸），比較主從偏心塊的測(cè)量角速度，其差值經(jīng)速度補(bǔ)償調(diào)節(jié)器（PI調(diào)節(jié)）后反饋到各從錘軟件模塊的輸入端。
  
                   
                               圖5   帶主從速度補(bǔ)償環(huán)節(jié)的并行速度控制策略結(jié)構(gòu)框圖

     4.3 采 用點(diǎn)動(dòng)Bang-Bang控制算法的相位調(diào)節(jié)策略^[1]

    偏心塊的相位調(diào)節(jié)是通過(guò)小范圍內(nèi)調(diào)節(jié)其角速度來(lái)實(shí)現(xiàn)的，檢測(cè)從軸偏心塊的當(dāng)前位置，并與主軸偏心塊的位置比較，得到一個(gè)相位偏差，該偏差通過(guò)PID算法得出速度設(shè)定值，減慢或加快該從軸偏心塊的角速度，速度差的積分會(huì)導(dǎo)致位置的相對(duì)移動(dòng)，直到相位偏差小于設(shè)定值（如5度）時(shí)，PID停止調(diào)節(jié)。

    振動(dòng)錘的振動(dòng)是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)多片大質(zhì)量的偏心塊作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的，且振動(dòng)錘工作時(shí)電機(jī)的速度一般在1000r/min以上，系統(tǒng)的慣性非常大，在相位調(diào)節(jié)過(guò)程中如處理不當(dāng)就會(huì)引起超調(diào)，進(jìn)而引起速度不同步，還會(huì)造成速度調(diào)節(jié)模塊與相位調(diào)節(jié)模塊之間的頻繁切換，影響同步效果。

   為了避免上述現(xiàn)象發(fā)生，在相位調(diào)節(jié)中采用了一種點(diǎn)動(dòng)Bang-Bang控制算法。它的基本原理是：當(dāng)速度差小于設(shè)定的速度閾值Vs時(shí)切換至相位調(diào)節(jié)模塊。設(shè)速度調(diào)節(jié)時(shí)第i臺(tái)（i≥1）從振動(dòng)錘的控制量為Vfspi，檢測(cè)主從樁錘相應(yīng)偏心塊之間的相位差，由給定算法得出該從樁錘當(dāng)前的控制量Vphspi(t)。

    以樁錘偏心塊每旋轉(zhuǎn)兩圈為一個(gè)控制周期，檢測(cè)一次角速度差與相位差的值并進(jìn)行一次相位調(diào)節(jié)。在一個(gè)控制周期內(nèi)，由Bang-Bang控制算法計(jì)算出的控制量Vphspi(t)作用一段時(shí)間后，返回到速度調(diào)節(jié)時(shí)的控制量Vfspi并等待系統(tǒng)充分響應(yīng)，然后再檢測(cè)角速度差與相位差，進(jìn)入下一個(gè)控制周期。這種“調(diào)節(jié)—等待—觀察”的點(diǎn)動(dòng)控制策略與人工干預(yù)十分類似，比較適合振動(dòng)錘這類高速旋轉(zhuǎn)的大慣性系統(tǒng)，它的優(yōu)點(diǎn)是在盡量維持角速度同步的情況下快速地對(duì)相位進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到角速度與相位均保持同步的目的。

    5 系統(tǒng)運(yùn)行

    5.1 技術(shù)條件和指標(biāo)^[3]

   （1）運(yùn)行條件：振動(dòng)加速度：<22g；

    （2）振動(dòng)頻率：<20Hz（對(duì)應(yīng)偏心塊角速度1200r/min）；

    驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的低速扭矩特性較好，選擇冶金重載型6~8極交流異步電機(jī)；

    各振動(dòng)錘部件安裝一致性好，位置偏差<0.5%。

    （3）達(dá)到的指標(biāo)：

    穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，各振動(dòng)錘相位偏差小于10度（如0位時(shí)存在偏差，應(yīng)減去0位實(shí)際偏差），用示波器測(cè)試時(shí)，測(cè)量信號(hào)上升沿之間時(shí)間差應(yīng)小于（10×信號(hào)周期 / 360）；

    系統(tǒng)連續(xù)24小時(shí)試運(yùn)行無(wú)中斷，即為合格。

    5.2 系統(tǒng)操作^[4]

    （1）登錄畫面：系統(tǒng)上電，系統(tǒng)進(jìn)入登錄畫面，提示輸入用戶名和密碼；

   （2）輸入有效用戶名和密碼后，系統(tǒng)詢問(wèn)各振動(dòng)錘偏心塊的當(dāng)前位置是否在初始位；

   （3）確認(rèn)各振動(dòng)錘的偏心塊在初始位后（假設(shè)初始狀態(tài)各振動(dòng)錘的實(shí)際相位偏差為0），以點(diǎn)擊“啟動(dòng)”按鈕；

   （4）點(diǎn)擊“啟動(dòng)”按鈕后，X20 I/O的模擬輸出信號(hào)自動(dòng)控制液壓比例閥，調(diào)節(jié)各振動(dòng)錘的兩偏心輪間夾角θ為π，使各振動(dòng)錘處于無(wú)振動(dòng)對(duì)稱狀態(tài)；

   （5）然后順序啟動(dòng)電機(jī)，并逐漸加速到設(shè)定速度；

   （6）自動(dòng)檢測(cè)各振動(dòng)錘偏心塊的當(dāng)前位置，以1#振動(dòng)錘為主軸，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定速度后，其它從軸偏心塊參照主軸偏心塊的位置，通過(guò)調(diào)節(jié)速度來(lái)跟隨主軸的相位；

   （7）當(dāng)各從軸偏心塊與主軸偏心塊之間的相位差小于10度后，X20 I/O的模擬輸出信號(hào)控制液壓比例閥，逐漸減小各振動(dòng)錘的兩偏心輪間夾角θ，使振動(dòng)幅度逐漸增強(qiáng)到設(shè)定值；

   （8）停機(jī)指令發(fā)出后，主軸逐漸減速停止，從軸跟隨主軸的角速度和相位，也逐漸停止下來(lái)。

   6 結(jié)語(yǔ)

   多樁錘同步振動(dòng)能有效地解決單樁錘沉樁功率不足的問(wèn)題。利用先進(jìn)的傳感技術(shù)、控制技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了各樁錘控制子系統(tǒng)之間的電氣柔性連接，制定了基于主從速度補(bǔ)償?shù)牟⑿兴俣日{(diào)節(jié)和點(diǎn)動(dòng)Bang-Bang相位調(diào)節(jié)的多錘振動(dòng)同步控制策略，為多錘聯(lián)動(dòng)技術(shù)的開(kāi)發(fā)打下了基礎(chǔ)，也為大直徑樁基的施工提供了一種新的有效方法和手段。工業(yè)試驗(yàn)表明，該技術(shù)方案改善了多錘聯(lián)動(dòng)的速度與相位同步效果，具有廣闊的應(yīng)用前景。

   參考文獻(xiàn)：

   [1] 來(lái)鑫，烏建中等．多樁錘同步振動(dòng)系統(tǒng)及同步控制策略研究[J]．振動(dòng)與沖擊．2011,31(3):147-152.

   [2] 百度文庫(kù)．打樁錘概述[Z]. 2011,4.

   [3] 陳志平. 基于貝加萊網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的多樁錘電子軸同步振動(dòng)控制方案[Z]. 2011,08.

   [4] 宋華振. 貝加萊ACOPOSinverter在振動(dòng)打樁錘上的應(yīng)用[Z]. 2011,10

  周曉霞（1966-）女，現(xiàn)任貝加萊工業(yè)自動(dòng)化（上海）有限公司市場(chǎng)部市場(chǎng)支持。

   摘自《自動(dòng)化博覽》2012年第六期