CN102304979B - 预应力张拉装置的自动化控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动化控制装置，尤其是涉及一种预应力张拉装置的自动化控制装置，它包括工具锚片，与工具锚片配合的空心式千斤顶、通过空心式千斤顶下部的进油管和出油管相连的液压泵，其特征在于：在上述空心式千斤顶的上部一侧配合有无线张拉位移传感器，在液压泵的泵体上设有控制其电控阀组的次控机，还设有协调各张拉端点的主控机和远程Web服务器；本发明结构独特、使用操作方便、可实现高精度的张拉量的控制测量、提高施工效率和精度、降低劳动强度的可以实现预应力构件张拉装置的自动化。

Description

预应力张拉装置的自动化控制装置

技术领域

本发明涉及一种自动化控制装置，尤其是涉及一种预应力张拉装置的自动化控制装置。

背景技术

预应力混凝土构件是目前路桥施工中经常采用的结构形式。现阶段，预应力张法施工方法在国内基本都是采用人工控制的方式，现场操作人员根据千斤顶标定的张拉力/油压线性回归方程，通过控制油泵的控制阀的开关与阀口大小，完成预张拉、张拉校核、完全张拉、顶压锚固、回程等操作，所有控制量都由操作人员根据操作流程表人工进行操作、量测和记录。在施工过程中，不可避免会出现：1）操作人员根据油泵压力表值来确认是否张拉力到位，以此来决定油泵阀口的开关或者开口大小，压力表在张拉过程中通常会振颤，难以精确控制；2）所有操作通过人员完成，对施工人员的素质、责任心依赖强；3）现有规范在全过程中采集三个节点数据校核张拉力与伸长量的匹配关系，无法实时感知张拉过程的变化情况，更无法提前进行相关预警；4）控制数据手工录入，大量的数据通过纸质文件存档监理，数据使用质量低，无法为后续设计及优化提供信息化基础。另外目前的张拉设备还存在着控制度、效率差等问题，这些与以上缺陷基本都与全人工操作或多或少存在关联。

目前已有部分院校机构意识到自动控制张拉加载系统的重要性，开始着手相关控制系统应用技术研究。太原理工大学土木系在2002、2003年分别申请了专利号为ZL 00262315.3发明名称智能控制预应力张拉装置、专利号为ZL03111812.7发明名称全自动预应力张拉装置，提出采用千斤顶、油泵力、传感器部件、位移传感器和张拉装置的控制总成，该发明采用的传感器皆采用电连接，且增加了力传感器检测作为张拉力的控制，但是此方式在目前预制梁或桥架现场不是太适合，梁件外围件及张拉设备的移动很容易破坏连接线；千斤顶泵体经常搬运、磕碰，无法保证固定式的位移传感器不被破坏；同时该系统涉及的部件如电磁阀等仅适用于31.5Mpa以下工况，对于目前张拉设备通常在0~50Mpa压力范围工作不适合。重庆交通大学王继成教授研发了专利号为ZL01129163.X发明名称预应力张拉锚固自动控制综合测试仪，采用计算机、位移传感器、压力传感器、比例压力阀等通过对施工过程进行检测与监控，对加载过程进行监测、评估。该方案类似于前两专利，更偏向于综合测试，其缺点也在于给加载带来了额外的装置，增加了施工时间，到目前为止路桥施工中应用，将施工数据信息化其自动张拉控制现场应用未见报道。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种结构独特、使用操作方便、可实现高精度的张拉量的控制测量、提高施工效率和精度、降低劳动强度的可以实现预应力构件张拉装置的自动化的预应力张拉装置的自动化控制装置。

本发明通过如下方式实现：

一种预应力张拉装置的自动化控制装置，它包括工具锚片，与工具锚片配合的空心式千斤顶、通过空心式千斤顶下部的进油管和出油管相连的液压泵，其特征在于：在上述空心式千斤顶的上部一侧配合有无线张拉位移传感器，在液压泵的泵体上设有控制其电控阀组的次控机，还设有协调各张拉端点的主控机和远程Web服务器；

所述无线张拉位移传感器它包括壳体，该壳体的内部从上至下依次由单片机主控板和拉绳式位移传感器组装而成，在拉绳式位移传感器的一侧装有锂电池，壳体外部的上侧从左至右依次设有液晶显示器和磁力表座、在液晶显示器之上设有操作按纽，壳体外部的下侧从左至右依次设有牵引部分拉杆和牵引部分磁力表座，左侧固定有用于收藏牵引部分的收藏仓；

所述次控机由单片机主控板、两组无线模块、电源模块、接触器和控制盒组装而成；

所述主控机是由计算机、无线通讯模块、GPRS/3G通讯模块组装成。

本发明有如下效果：

1）结构独特：本发明提出的装置改装现有的液压泵的控制阀组。双联柱塞泵AB腔液压回路中增加电控阀与油压传感器，完成阀组的电气自动化；本发明采用该方法有效解决了超高压控制及成本的矛盾问题；增加无线张拉位移传感器。该传感器由单片机、拉绳式位移传感器、无线通讯模块、电源模块、液晶显示模组、安装固定外壳组成，其使用方法是主模块吸附在千斤顶外壳上，牵引机构吸附在工具锚上，当千斤顶张拉伸出时，拉绳式传感器将拉伸量返回至单片机，单片机通过无线通讯模块传送至次控机，从而完成张拉力和伸长量的匹配控制。该方式可以免去张拉过程中，人工暂停测量伸长量，同时可以随需随装、随装随控；增加油泵体的次控机。该次控机由单片机主控板、两组无线模块、电源模块、接触器、控制盒组成。其使用方法是将原先供给液压泵的三相四线电源先直接输入控制盒，控制盒通过接触器控制液压泵的启停，同时通过分线将交流电转换为直流控制电，供给次控机主控板，主控板通过无线通讯模块与主控机通讯获取液压控制指令、返回控制状态，并通过无线通讯模块与无线位移传感器通讯获取张拉伸长量，通过检测控制阀组中的油压传感器返回的油压值，控制阀组中的电控阀，完成相应液压控制指令；增加协调各张拉端点的主控机。该主控机由计算机、无线通讯模块、GPRS/3G通讯模块组成，主要负责自动张拉的人机界面。主要功能可供操作人员输入张拉工艺，并根据张拉工艺校核张拉过程，主控机可根据张拉工艺及油泵/千斤顶的校准的线性回归方程，反求出油压控制曲线，通过与次控机通讯，下载实时的油压控制指令，协调各加载端点完成张拉任务，可完成单端对称、双端对称、全束张拉等各类张拉任务。主控机同时可以实时监测张拉过程，记录张拉曲线，并将各端的张拉曲线通过GPRS/3G方式上传至Web服务器；增加远程Web服务器。该Web服务器负责工程任务的输入，工艺的编制，张拉情况的管理，包括业主、监理、施工方皆可根据角色权限登入网站进行任务录入、监控等管理，并根据存储的数据进行施工的数据分析，进而进行优化设计或管理。

2）可实现高精度的张拉量的控制测量，与传统的人工张拉方式相比，提高了施工效率和精度，并为标准化施工提供了基础：本发明提出的装置它包括工具锚片，与工具锚片配合的空心式千斤顶、通过空心式千斤顶下部的进油管和出油管通过控制电控阀组相连的液压泵，其特征在于：在上述空心式千斤顶的上部配合有无线张拉位移传感器，在液压泵的泵体上设有控制上述电控阀组的次控机，还设有协调各张拉端点的主控机和远程Web服务器，采用了非固定式小型模块化的无线张拉位移传感器，张拉之前安装，张拉之后卸装，不影响其他的操作流程，在恶劣的张拉现场比较容易布置；采用了无线传输机制，次控机与无线位移传感器采用短距离高速无线传输模式，方便张拉力与伸长量的实时匹配控制，次控机与主控机采用中远距离传输方式，可以方便双端张拉多端点的协调控制，并可以扩充为全构件全束张拉。无线传输同时免除了电线对张拉过程影响，方便伸长量测量点的安装；采用油压反求张拉力模式，该模式通过千斤顶的线性回归方程计算张拉力，虽然不同于其他专利采用力传感器，但能在保证张拉力监测的同时降低设备改造成本并省却额外的安装环节，同时相对力传感器标定校准，千斤顶标定校准也不是特别复杂；采用Web服务器管理张拉过程，该功能能够管理张拉过程的数据，并为后续预应力构件的全生命周期管理提供原始数据。本发明进行了预应力张拉施工，可实现高精度的张拉量的控制测量，与传统的人工张拉方式相比，提高了施工效率和精度，并为标准化施工提供了基础。

3）改装时间短，可迅速提升装置及工程的自动化水平：本发明实现了张拉装置的自动化控制，并通过从底层的电气、液压控制，中间层的次控机基于指令的控制，上层的主控机基于工艺的控制，顶层的Web服务器基于工程的管理。不但完成了预应力构件的自动控制，提升了张拉过程的控制精度，并可实现加载过程的自动监控、数据管理，监理数据的信息化，使张拉过程基本摆脱了人为操作的因素，只需1名操作人员附件1名装置装夹辅助人员。本发明是自动控制、机电控制、网络信息化在土木工程领域的应用，具有极强的针对性，不需浪费目前的张拉控制设备，只需添加/改装部分模块即可，改装时间短，可迅速提升装置及工程的自动化水平。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中无线张拉位移传感器的控制结构示意图；

图3为本发明中次控机的控制结构示意图；

图4为本发明中次控机的电控阀组控制结构示意图。

具体实施方式

一种预应力张拉装置的自动化控制装置，它包括工具锚片6，与工具锚片6配合的空心式千斤顶3、通过空心式千斤顶3下部的进油管8和出油管7相连的液压泵11，如图1所示：在上述空心式千斤顶3的上部一侧配合有无线张拉位移传感器2，在液压泵11的泵体上设有控制其电控阀组12的次控机13，还设有协调各张拉端点的主控机14和远程Web服务器10。

上述无线张拉位移传感器2它包括壳体，该壳体的内部从上至下依次由单片机主控板和拉绳式位移传感器组装而成，在拉绳式位移传感器的一侧装有锂电池，壳体外部的上侧从左至右依次设有液晶显示器和磁力表座、在液晶显示器之上设有操作按钮，壳体外部的下侧从左至右依次设有牵引部分拉杆和牵引部分磁力表座，左侧固定有用于收藏牵引部分的收藏仓。图2为无线张拉位移传感器的控制结构示意图；

如图3所示：上述次控机13由单片机主控板、两组无线模块、电源模块、接触器和控制盒组装而成。

如图4所示：上述电控阀组12由油压电磁阀即DS11、DS12、DS21、DS22，油压传感器即PS1、PS2，原有的手动操作阀组即含柱塞泵、阀块及油表组成。

上述主控机14是由计算机、无线通讯模块、GPRS/3G通讯模块组装成。

施工时，张拉工按照通用的流程，连接张拉进油管8，出油管7，在预应力构件中塞入预应力筋5如钢筋、钢绞线等，并根据张拉模式如单端对称、双端对称、构件全束等安装工作锚具、工作夹片、限位板，套上千斤顶3，安装工具锚板6，塞入工具夹片，操作工将无线张拉位移传感器2装在千斤顶上，并打开位移传感器电源。

连接油泵11的电源，打开油泵体上的次控机13，打开主控机14。操作工在主控机中选择张拉加载的任务，按照提示选择张拉泵体的号并确认相关梁信息，输入操作人员信息等，在系统状态正常的情况开始张拉操作。主控机14将根据工艺要求，计算加载油压曲线，并根据控制周期向次控机13下载油压加载指令及对应的理论伸长量值。次控机13将根据油压指令，控制电控阀组12，同构与对应的无线张拉位移传感器通讯获取实时位移变化，结合阀组内的油压传感器及张拉伸长量的变化进行状态切换，正常张拉、切换下一指令、异常报错等，并将油压及伸长量值实时返回给主控机14。加载完成或停止后，主控机将加载曲线及相关信息数据含张拉工程信息、操作人员等打包通过GPRS/3G方式经移动网络节点9上传至Web服务器10。

Claims (3)

1.一种预应力张拉装置的自动化控制装置，它包括工具锚片（6），与工具锚片（6）配合的空心式千斤顶（3）、通过空心式千斤顶（3）下部的进油管（8）和出油管（7）相连的液压泵（11），其特征在于：在上述空心式千斤顶（3）的上部一侧配合有无线张拉位移传感器（2），在液压泵（11）的泵体上设有控制其电控阀组（12）的次控机（13），还设有协调各张拉端点的主控机（14）和远程Web服务器（10）；所述无线张拉位移传感器（2）它包括壳体，该壳体的内部从上至下依次由单片机主控板和拉绳式位移传感器组装而成，在拉绳式位移传感器的一侧装有锂电池，壳体外部的上侧从左至右依次设有液晶显示器和磁力表座、在液晶显示器之上设有操作按钮，壳体外部的下侧从左至右依次设有牵引部分拉杆和牵引部分磁力表座，左侧固定有用于收藏牵引部分的收藏仓。

2.如权利要求1所述的预应力张拉装置的自动化控制装置，其特征在于：所述次控机（13）由单片机主控板、两组无线模块、电源模块、接触器和控制盒组装而成。

3.如权利要求1所述的预应力张拉装置的自动化控制装置，其特征在于：所述主控机（14）是由计算机、无线通讯模块、GPRS/3G通讯模块组装成。