液压打桩锤是海洋石油平台海上安装阶段的重要施工设备，在石油平台桩基工程中不可或缺。通过对德国进口液压打桩锤控制系统的研究，了解其控制系统的构成以及原理，掌握其控制流程，将所研究的经验应用到实际的施工过程中，及时解决设备出现的问题，并推动大型装备的国产化。

　　集机械、电气、液压

　　诸功能于一体

　　整个打桩锤系统由锤体、动力站、液压绞车和电缆绞车等几个部分组成，其中，控制系统负责的部分包括控制打桩锤锤芯的起落，从而完成打桩过程。通过与动力站内的控制系统相互通讯，完成对控制系统内必要参数的监控以及调整，保证整个打桩锤系统工作的协调性。

　　控制系统组成及原理 用户根据实际工况设置好所需要打桩的能量，控制系统根据用户所设定的能量来计算出锤芯所需要提升的高度，控制系统通过控制方向阀的换向来使锤芯向上移动，需要有适当的设备来监测锤芯的运动状况，监测锤芯的提升高度是否已经达到设定值，当锤芯的提升高度达到设定值时，控制系统控制换向阀来换向，使得锤芯向下移动系统监测锤芯的运动状态，计算出锤芯的运动速度，从而计算出打击的能量，并反馈到CPU中，与用户设定值比较，从而在下一个打桩过程中，调整计算所得锤芯高度，完成一个能量的闭环控制过程。

　　另外，打桩系统中需要有一个电动的旁通阀，用来完成控制系统发出来的停止打桩的指令。同时，通过与动力站内控制系统的通讯，完成动力站内参数(液压油温度，室内温度)的检测，以及液压油流量等参数的调节，针对以上的打桩原理，MENCK打桩锤的控制系统组成如图1。

　　图2为MENCK打桩锤系统的示意图，其外围部件包括：接近传感器MH11，MH21，MH21，MH22，其主要功能负责检测锤芯的运动过程，并将检测信号反馈到CPU中。电磁换向阀，主要作用是接受CPU的输出指令，适当地做出相应的动作，以此来控制主阀的上下位置，控制主液压油路的方向，从而完成锤芯的上升和下降动作。电磁液压旁通阀，主要作用是接受CPU的输出指令，适当地做出相应的动作，以此来控制电动旁通阀的通断，以此来完成打桩的停止动作。另外，为了保证打桩锤在工作过程中的安全性，控制系统中还包括接近传感器CH1和接近传感器 CS1。

　　系统可全程监测作业流程

　　打桩锤控制器(MHU)MHU是打桩锤控制系统的主要部件，负责整个系统控制信号的发出，反馈信号的接收、处理，以及各种信息的显示，是整个打桩锤系统的大脑。它主要是由一台实时控制器(RTC)以及人机交互界面(HMI)组成。

　　RTC 的主要硬件部分由一个IBM Power PC405 GP，自带16位的数字信号输入输出板以及一个分布式I/O系统(5个模拟信号输入模块和1个模拟信号输出模块组)。RTC与HMI采用工业以太网来进行通讯，为了保证传输数据的丰富性，同时，分布式的I/O系统通过CAN总线来与PC相连接，完成系统中必要的模拟量信号的通讯。为了保护信号采集板，每个板子的接口都接有电涌保护器。

　　控制流程 控制系统打开通电，检查急停回路是否被激活，在急停回路没有被激活的情况下，系统检测各个传感器信号 MH11，MH12，MH21，MH22，CH1，CS1，CS2信号是否满足工作要求，Menck系列打桩锤要求，行程传感器必须有两个相邻的传感器激活才能工作，同时，要求CH1与CS信号为高电平时，可以进行打桩工作。

　　在打桩过程中，系统根据用户所需要的能量要求以及所激活的MH传感器换算出所需要的MH传感器信号变换的次数，并将其存在计数器C1中，在锤芯上升的过程中，当MH传感器信号变换次数达到计数器C1所存的数值时，电磁换向阀变向，锤芯向下运动，在下行过程中，计数器T2随时记录相邻MH传感器信号变换的时间，通过这个时间计算出锤芯的运动速度，从而计算出此次打桩的实际能量。在锤芯上升过程中，计时器T1作为一个保护起到较为重要的作用，它的作用是保证锤芯在一个规定的时间范围内都在处于上升的运动状态，如果超出这个时间范围，证明锤芯是被机械卡住，或者液压油流量选择不合适，系统泄压，保护整个系统。

　　在作业过程中，系统随时监测锤体以及传感器上返回的信号。例如，液压油的高低压数值，液压油温度、动力站内温度、电磁旁通阀以及电磁换向阀的电流值、并且这些数值都有规定的范围，如果传感器采集的数值超出范围，系统做出相应的报警，并且有相应的动作。

　　在整个打桩的信息记录也较为全面，每根钢桩的入泥深度，锤击数，锤击能量均有记录，系统提供给用户一个信号图，内容包括各个传感器在各个时间段的信号，以及锤芯的上升下降的趋势，供用户参考来判断整台设备的状态。

　　打水下桩时，系统提供了三种方式来控制空气阀的开启以及开度来向锤套内供气，用户可以根据实际情况自由选取(手动，由压差传感器控制，由锤套内水位控制)。

　　作为海洋工程的重要装备，液压打桩锤是一种集机械、电气、液压于一身的高技术含量的设备，而其控制系统是这台大型设备的大脑，深入了解控制系统的组成以及原理有利于在海上施工时及时排查设备出现的故障。