淺談無線電液控制技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展前景

夏珺璋

引言：文章詳細(xì)闡述了無線電液控制技術(shù)的工作原理，國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展的現(xiàn)狀及趨勢(shì)，并結(jié)合盾構(gòu)管片拼裝機(jī)探討了其在工程機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用。

無線電液控制技術(shù)，結(jié)合了電液控制技術(shù)和無線通信技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，它可以廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械等領(lǐng)域。無線電液控制技術(shù)的應(yīng)用不但提高了工程機(jī)械的自動(dòng)化程度和可操作性，還大大改善了操作人員的工作環(huán)境，降低了由于視覺受限制所帶來的誤操作事故。在工程機(jī)械如建筑業(yè)、采礦業(yè)等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，加快了國(guó)家工業(yè)化的進(jìn)程。

一、無線電液控制技術(shù)基本原理

無線電液控制技術(shù)的基本工作原理：首先，無線電液控制系統(tǒng)將操作者或機(jī)器的控制指令進(jìn)行數(shù)字化處理（包括對(duì)信號(hào)的濾波，A/D轉(zhuǎn)化等處理），變?yōu)橐子谔幚淼臄?shù)字信號(hào)；其次，對(duì)數(shù)字指令信號(hào)進(jìn)行編碼處理；再次，指令信號(hào)在經(jīng)發(fā)射系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字調(diào)制后，通過發(fā)射天線以無線電波的方式傳遞給遠(yuǎn)處的接收系統(tǒng)。最后，接收系統(tǒng)通過接收天線把帶控制指令的無線電波接收下來，經(jīng)過解調(diào)和解碼，轉(zhuǎn)換為控制指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種類型閥的進(jìn)行控制。

由于無線電液控制技術(shù)在工程機(jī)械領(lǐng)域占有重要地位，它也越來越受到各國(guó)的重視，許多國(guó)家都投入了很多的技術(shù)力量和資金進(jìn)行研究開發(fā)。雖然紅外遙控也可以實(shí)現(xiàn)電液控制技術(shù)的遠(yuǎn)程遙控，但是由于紅外遙控存在對(duì)工作背景要求高、能耗高、傳輸距離短（一般不會(huì)超過10米），且必需在同一直線上，中間不能有任何障礙物以及易受工業(yè)熱輻射影響等缺點(diǎn)，使得無線電液控制技術(shù)成為當(dāng)前研究的主要方向。

二、無線電液控制技術(shù)國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及趨勢(shì)

（一）無線電液控制技術(shù)研究現(xiàn)狀

最初，遙控電液控制系統(tǒng)都是采用有線遙控方式進(jìn)行的。早在60年代初期，人們就能利用拖纜遙控裝置來控制液壓機(jī)械上的手動(dòng)、電液多路閥，操作時(shí)通過拖纜遙控裝置上的雙向單軸搖桿輸出線性比例信號(hào)來控制電液比例多路閥，線控盒搖桿的信號(hào)完全能模擬液壓多路閥上手動(dòng)拉桿的動(dòng)作。雖然這種方式也可以使操作人員在作業(yè)區(qū)外對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行操作控制，但是由于控制信號(hào)在電纜線中的衰減，使得遙控的距離有限，同時(shí)由于電纜線的存在，影響了操作的靈活性，而且數(shù)米長(zhǎng)的電纜經(jīng)常是生產(chǎn)事故中的主要根源。

隨著無線電技術(shù)的成熟，把無線電技術(shù)引入電液控制系統(tǒng)成為了可能。由于無線電液控制技術(shù)是通過無線電波來傳遞控制指令，完全消除了拖纜式遙控裝置所帶來的故障隱患。但是一開始的無線電液控制系統(tǒng)都只能發(fā)射簡(jiǎn)單的指令，如：打開/關(guān)閉等指令。進(jìn)入70年代后，隨著大規(guī)模集成電路及專用微處理器的出現(xiàn)，開發(fā)出了可靠性更高的手持式無線遙控系統(tǒng)。后來，隨著數(shù)字處理技術(shù)的快速發(fā)展，無線數(shù)字通信技術(shù)的日趨成熟，利用數(shù)字通信技術(shù)的抗干擾能力強(qiáng)、易于對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行各種處理等等的優(yōu)點(diǎn)，使得遙控系統(tǒng)的抗干擾性能逐步提高，安全性能大大改善；與此同時(shí)，模擬集成電路設(shè)計(jì)的迅速發(fā)展，各種高精度的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（A/D）和數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器（D/A）的研制成功，并把他們應(yīng)用到無線電液控制系統(tǒng)中，使得無線電液控制系統(tǒng)不但能夠傳輸開關(guān)信號(hào)，也能夠傳輸模擬控制量并且對(duì)控制指令有較高分辨能力，也就是說，無線電液控制系統(tǒng)不但能夠控制普通的電磁開關(guān)閥，而且能夠控制比例閥。

由于無線電液控制技術(shù)既有電液控制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，又有無線技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，因此它有著很廣泛的應(yīng)用，特別是在工程機(jī)械領(lǐng)域中。無線電液控制系統(tǒng)的典型應(yīng)用場(chǎng)合如工業(yè)行車、汽車吊、隨車吊、混凝土泵（臂架）車、盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的管片拼裝機(jī)等。

80年代初，美國(guó)Kraft TeleRobtics和約翰·迪爾等公司，相繼開發(fā)出無線遙控系統(tǒng)，并應(yīng)用于挖掘機(jī)中，成功推出遙控挖掘機(jī)。其中，比較典型的是約翰·迪爾公司的690CR型遙控挖掘機(jī)。

1983年，日本小松制作所研究開發(fā)了各種工作裝置的微動(dòng)控制和復(fù)合動(dòng)作的無線電操縱，并成功改裝PC200-2型液壓挖掘機(jī)。

1987年，德國(guó)HBC公司研制成功應(yīng)用于工程機(jī)械領(lǐng)域的工業(yè)無線電遙控裝置。這種遙控裝置采用了先進(jìn)的數(shù)字化通信技術(shù)，傳輸?shù)谋壤刂菩盘?hào)安全、可靠和實(shí)用，并對(duì)發(fā)射的指令有很高的分辨率；在接收端使用模擬技術(shù)可以使執(zhí)行機(jī)構(gòu)的加速、減速動(dòng)作與無線電遙控裝置發(fā)射器上的動(dòng)作完全成比例，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的無級(jí)控制。利用它，結(jié)合電液比例伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、液壓比例多路閥和電液比例減壓閥及普通電磁控制開關(guān)閥，就可以實(shí)現(xiàn)工程機(jī)械的無線遙控。德國(guó)HBC無線電遙控系統(tǒng)采用的比例輸出信號(hào)（0-5V/10V、4-20mA、PWM0-2A）可與多個(gè)廠家電液多路閥信號(hào)匹配，可模擬手動(dòng)操作方式達(dá)到與液壓控制系統(tǒng)互相間的協(xié)調(diào)。

與國(guó)外對(duì)無線電液控制技術(shù)的研究應(yīng)用相比較，國(guó)內(nèi)則相對(duì)比較晚，技術(shù)相對(duì)也落后一些。上海寶山鋼鐵公司于1997年引入HBC無線遙控系統(tǒng)、意大利FABERCOM的比例液壓伺服模塊，對(duì)黃河工程機(jī)械廠生產(chǎn)的ZY65型履帶式裝載機(jī)進(jìn)行了遙控改造，使其成為一臺(tái)遙控裝載機(jī)。

（二）無線電液控制技術(shù)研究未來發(fā)展趨勢(shì)

隨著數(shù)字通信技術(shù)和超大規(guī)模集成電路的高速發(fā)展，把數(shù)字通信技術(shù)和高性能、高集成度的集成電路應(yīng)用到無線電液控制技術(shù)中，使得無線電液控制器的性能更加完善，可靠性更加高。它們都推動(dòng)著無線電液控制技術(shù)的發(fā)展，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）超大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展使無線電液控制器硬件電路的可靠性提高，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的功能提供了可能性；（2）數(shù)字通信技術(shù)提高了無線電液控制器的性能；（3）編碼技術(shù)提高了無線電液控制器的抗干擾能力。

三、無線電液控制技術(shù)在盾構(gòu)管片拼裝機(jī)中的應(yīng)用

盾構(gòu)管片拼裝機(jī)，由電液比例多路閥控制各個(gè)方向執(zhí)行器動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)管片的拼裝。利用無線遙控系統(tǒng)控制電液比例多路閥的先導(dǎo)級(jí)就可以控制進(jìn)入多路閥的流量。采用電液比例技術(shù)能提高管片機(jī)的拼裝速度，有效地降低工程造價(jià)。

四、結(jié)語

總而言之，無線電液比例技術(shù)具有多方面的優(yōu)點(diǎn)，在工程機(jī)械領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。將無線遙控技術(shù)應(yīng)用于盾構(gòu)管片拼裝機(jī)系統(tǒng)，將具有重要的工程應(yīng)用意義。不僅是大幅度提高了管片機(jī)的拼裝速度，也能有效的降低工程造價(jià)，節(jié)約成本，加快建筑業(yè)、采礦業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：鹽城市亭湖區(qū)城鄉(xiāng)住房和建設(shè)局）