隨著各類大型建筑物的出現，工程行業也對樁基礎提出了更高層次的要求。 螺桿樁機是用于建筑工地打樁用的新型旋入式擠壓成型打樁機，具有：滿足外部附加應力的分步場規律、 單樁豎向承載能力強及施工環境相對良好、環保等優點。本研究基于PLC， 在不改變原有液壓元件的基礎上設計的螺桿樁機樁架半自動調平系統，不但能在施工前調整樁架的水平，亦能在施工中不斷的監測和調整樁架的工作狀態。

1　調平系統硬件組成及參數

1.1　控制器PLC硬件組成及參數

PLC模塊回路圖，如圖2所示。S7-200系列可編程控制器，其中包括多個模擬量擴展模塊，主要作用是進行數模轉換；PLC作為核心控制單元，主要作用是進行邏輯計算[7]。

1.2　液壓支腿系統硬件組成及參數

液壓支腿控制系統，包括支腿油缸、液壓鎖、四片相同的手動比例換向閥和液壓泵等液壓元件組成。

1.3　傾角傳感器技術參數

定義螺桿樁機前后方向為X方向，左右方向為Y方向。傾角傳感器的作用為檢測螺桿樁機在兩個方向上的傾斜角度。傾角傳感器的技術參數。

2.1　PLC的工作原理

測控部分是該系統的核心內容，它由采集模塊和控制模塊組成[8]，其控制原理如圖3所示。螺桿樁機預先支撐后，傾角傳感器實時檢測樁架前后與左右的傾角，以模擬量4～20 mA的電流信號輸出，經過擴展模塊EM231進行A/D轉換，直接在PLC中進行處理運算，實時判斷樁架是否達到水平要求，如果高點與低點高度差超出允許范圍0～h0，顯示屏提醒操作人員開始調平，直到滿足工作要求。

2.2　液壓控制原理

液壓支腿系統液壓原理圖，見圖4。PLC發出的控制信號，輸送到顯示屏，操作員根據顯示屏提示來調節支腿油缸的手動換向閥，手柄上調，閥芯上移，支腿油缸無桿腔進油，活塞桿伸出；手柄下調，閥芯下移，支腿油缸有桿腔進油，活塞桿縮回。通過連續不斷地實時調節支腿油缸的運動，實現樁架的調平。

3　高度誤差計算

3.1　高點與低點的確定

樁機預先支撐后，樁機平臺有傾角情況下，假設支腿只承受垂直方向的力，沒有傾向力。樁機平臺坐標關系如圖5所示。平臺支撐面繞X軸轉動的角度θx，繞Y軸轉動的角度θy，坐標原點位于樁架中部， OXY為水平坐標系，OX1Y1為樁架平臺坐標系。

定義：順著坐標軸方向觀察，逆時針角度為正。

狀態1，θx<0、θy<0，1點為高點，4點為低點；

狀態2，θx<0、θy>0，2點為高點，3點為低點；

狀態3，θx>0、θy<0，3點為高點，2點為低點；

狀態4，θx>0、θy>0，4點為高點，1點為低點。3.2　坐標旋轉變換

水平面OXY繞X軸旋轉θx，繞Y軸旋轉θy，兩次旋轉的平面疊加的平面即與機體支撐平面重合。因此只需建立兩個坐標系之間的坐標變換矩陣[9]，即可求出4個支撐點在水平坐標上的坐標。

4　調平策略

4.1　“高點”不動調平策略介紹

平臺經過預支撐后，可以獲得一個高點和一個低點。“高點”不動調平法就是保持高點不動，低點以高度hi=ei/2為步長追高點，低點升高hi后，進入下一個循環，調平策略如圖7所示。

4.2　調平程序界面

在調平之前需要根據支腿實際所在位置輸入初始位置尺寸，可使用默認值亦可修改，見圖8。

顯示屏實時顯示X軸與Y軸的角度值及高缸與低缸的高度差ei，且給出低缸上升的參考時間t=hi/v1。

基于PLC控制的樁架調平系統，很好地解決了螺桿樁機工作前與工作過程中，不能實時檢測樁架的傾角及人工操作復雜程度高等問題，目前已應用在某企業生產的螺桿樁機上，通過調試實驗證明，所述樁架調平系統不僅穩定性和可靠性能充分滿足工作要求，可以在較短的時間達到水平要求，精度達到 ±0.1°，且由于系統組成簡單，選用的組件方便易得，因而成本較低，經濟益較高，發展前景很好。對螺桿樁機全自動調平控制系統的開發也具有很強的借鑒意義。

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