CN102888996B - 基于物联网的预应力施工系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网的预应力施工系统，包括执行控制系统、执行机构和通信处理装置，执行机构对待张拉预应力构件施加应力以及获取执行机构实际工况信息并输入到执行控制系统中，然后通过现场管理处理器生成任务文件、数据文件以及通过数据线接口或无线电台来传输的数据信号，并以指令实时数据的形式传输到执行控制系统；最后在后台数据服务处理器存储和处理现场管理处理器传输的数据；本发明通过执行控制系统对执行机构进行控制，并实时记录下作业时的数据值，再现施工过程，方便查证；将实时作业数据反馈给执行控制系统以及调整各系统之间作业进度，保证了张拉施工过程工艺的规范操作，同时确保了对张拉过程中关键要素的精确控制。

Description

基于物联网的预应力施工系统

技术领域

本发明涉及到土木工程施工设备领域，特别涉及一种预应力张拉自动控制系统。

背景技术

预应力技术已在土木工程中得到广泛应用。据初步统计，截止2011年底，我国公路桥梁达68.94万座、3349.44万米，其中采用预应力结构的桥梁工程占到了总量的90%以上。同时，预应力技术已经成为大跨度、大空间结构、高耸结构、重载结构、特种结构以及新型结构工程中不可缺少的一项技术发展至立体交叉建筑、海洋结构、原子能反应堆容器及特种复杂结构等多个领域。

但与此同时，由于各种因素的影响，部分桥梁结构施工质量差，导致施工和使用中桥梁坍塌事故时有发生。近年来，由于预应力原因导致的质量事故频频发生，如梁体严重下扰、开裂，甚至垮塌。

预应力张拉是预应力工程的关键工序。在目前的土木工程领域中，预应力张拉施工普遍采用的是油泵和千斤顶组成的张拉系统，主要采用张拉荷载控制、伸长值校核的“双控法”，大致可概括为以下主要环节：油压表控制荷载，手动操作油泵；钢卷尺测量伸长量，喊话保持同步；人工记录数据，施工后进行校核。这种传统的预应力张拉工艺存在诸多缺陷，如张拉作业较粗放，预应力损失较大，难以实现同步张拉，不能及时发现隐患等。可见，传统张拉的预应力控制精度较低、施工管理难度较大、施工效率较低，难以保证工程的施工质量和运营安全，已成为制约预应力结构应用和发展的重要因素。

自20世纪80年代末以来，一些研究者开始了预应力张拉控制问题的研究，从自动化、信息化施工的研究角度和油泵的数字化控制角度进行了大量研究工作，相继取得初步成果。基于物联网的预应力施工系统是预应力技术、先进制造技术、信息技术和智能技术在土木工程产品上的集成和融合，体现了预应力施工技术的自动化与智能化、数字化与网络化的发展趋势。

鉴于此，本发明旨在探索一种能够实现多台张拉设备之间协同工作的预应力张拉系统，通过该系统不仅能够实现张拉过程的自动控制，而且控制精度更高，通过控制卸荷过程来保证最终得到的预应力达到设计要求，因此急需一种能够自动控制的预应力张拉装置。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于物联网的预应力施工系统。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提供的基于物联网的预应力施工系统，包括执行控制系统、执行机构、通信处理装置、设置有数据线接口的现场管理处理器和后台数据服务处理器；

所述执行控制系统，用于生成控制执行机构的控制信号并输入到执行机构中；所述执行机构，用于根据在控制信号的作用下对待张拉预应力构件施加应力以及获取执行机构实际工况信息并输入到执行控制系统中；所述通信处理装置，用于传输执行机构的实际工况信息；所述现场管理处理器，用于生成任务文件、数据文件以及通过数据线接口或无线电台来传输的数据信号，并以指令实时数据的形式传输到执行控制系统；所述后台数据服务处理器，用于存储和处理现场管理处理器传输的数据；所述现场管理处理器还设置有移动存储设备，所述移动存储设备，用于存储现场管理处理器中的数据。

进一步，所述执行控制系统包括接收单元和控制信号生成单元；所述接收单元，用于接收通信处理装置发送的执行机构实际工况信息；所述控制信号生成单元，用于根据接收单元输入的信号和执行机构实际工况信息来生成控制执行机构启闭的控制信号；所述通信处理装置通过无线或有线的方式进行信号传输。

进一步，还包括控制箱，所述执行控制系统和通信处理装置设置于控制箱中并分别与设置于控制箱中的中央操控系统连接，所述执行控制系统、通信处理装置和中央操控系统连接分别与设置于控制箱中的电源模块连接，所述控制箱上还设置有面板开关、面板接口、接口板、触摸屏和状态灯组；所述触摸屏、状态灯组、面板开关和面板接口分别与中央操控系统连接，所述接口板与执行控制系统连接。

进一步，所述执行机构包括张拉油缸装置、驱动装置和装设于张拉油缸装置上的用来采集张拉作业时各种数据的数据采集单元；所述驱动装置包括油箱以及装设于油箱内的驱动泵、电机和驱动控制机构，所述电机的输出端与驱动泵相连，所述电机的控制端与驱动控制机构相连，所述驱动控制机构与执行控制系统连接，所述油箱通过管路与张拉油缸装置相连通，所述数据采集单元将采集的信号输入到通信处理装置和执行控制系统中。

进一步，所述驱动装置为液压油缸千斤顶，所述数据采集单元为设置于液压油缸千斤顶上用于测量液压油缸千斤顶活塞杆伸缩量的位移传感器和用于检测液压油缸千斤顶输出压力的压力传感器；所述张拉油缸装置为用于驱动液压油缸千斤顶动作的液压系统；所述液压泵通过比例阀与所述液压油缸千斤顶相连，所述比例阀与液压油缸千斤顶之间的油路上设有液控单向阀，所述液控单向阀与所述比例阀之间设有卸荷控制旁路，所述卸荷控制旁路上设有电磁阀和可控卸荷装置。

进一步，所述可控卸荷装置包括设置在所述卸荷控制旁路上的节流装置和单向阀，所述单向阀与所述液压泵相连。

进一步，所述可控卸荷装置包括自调式可变节流器，所述自调式可变节流器包括阀体，所述阀体内设有压力平衡腔和出油腔，所述压力平衡腔和出油腔上分别设有第一进油口和第二进油口，所述出油腔内设有出油口，所述压力平衡腔内设有阀芯，所述阀芯上设有延伸穿入出油腔并与出油口配合用于调节出油口流量的顶杆，所述顶杆上套装有作用在阀芯和压力平衡腔壁上的弹簧。

进一步，所述数据采集单元包括位移传感器和压力传感器；所述位移传感器设置于张拉油缸装置上用来检测张拉作业时油缸伸缩端位移并将位移信号传送给执行控制系统和通信处理装置；所述压力传感器装设于油箱内用来检测张拉作业时油箱内油压并将油压值传送给执行控制系统和通信处理装置。

进一步，还包括手自动转换装置，所述手自动转换装置包括调理与变换电路、手自动转换电路、驱动电路和继电器组；所述调理与变换电路接收来自执行控制系统的信号并对该信号进行调理和变换输入到手自动转换电路，所述手自动转换电路在手自动转换开关信号作用下进行转换后，并输入到驱动电路，所述驱动电路与继电器组连接。

本发明的优点在于：本发明采用手自一体预应力张拉系统，结构简单紧凑、成本低廉、操作简便、可靠性好、精度高、自动化程度高，通过执行控制系统对执行机构进行控制，并实时记录下作业时的数据值，并将实时作业数据反馈给执行控制系统以及通过通信处理单元来调整不同系统之间作业进度，不仅保证了张拉过程的张拉过程中的持荷时间长度以及采集数据的精确度与正确度，还能自动地记录张拉过程中的数据，再现张拉过程，方便查证。

本发明的其它优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其它优点可以通过下面的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为控制环路示意图；

图2为控制箱框图；

图3为现场设备组成框图；

图4为工作流程图；

图5手-自转换接口框图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

图1为控制环路示意图；图2为控制箱框图；图3为现场设备组成框图，图4为工作流程图；如图所示：本发明提供的基于物联网的预应力施工系统，包括执行控制系统、执行机构、通信处理装置、手自动转换装置、设置有数据线接口的现场管理处理器、后台数据服务处理器、控制箱和手自动转换装置；所述执行控制系统，用于生成控制执行机构的控制信号并输入到执行机构中；所述执行机构，用于根据在控制信号的作用下对待张拉预应力构件2施加应力以及获取执行机构实际工况信息并输入到执行控制系统中；所述通信处理装置，用于传输执行机构的实际工况信息。本发明提供的实施例中一般采用两个相同的控制张拉系统，该控制张拉系统构成自动控制张拉系统，对称分布在待张拉预应力构件的两端，同时现场管理处理器可以同时向多个这样的设备1至设备n发送相关的实时工作状况信息，图2中的设备1至设备n均为控制张拉系统，如图2所示，本实施例提供的通信处理装置能够根据执行机构本身的实际工作状况信息来产生校正控制信号，并将该校正控制信号传输到执行控制系统中。所述现场管理处理器，用于生成任务文件、数据文件以及通过数据线接口或无线电台来传输的数据信号，并以指令实时数据的形式传输到执行控制系统；所述后台数据服务处理器，用于存储和处理现场管理处理器传输的数据。所述现场管理处理器还设置有移动存储设备，所述移动存储设备，用于存储现场管理处理器中的数据。

本发明提供的基于物联网的预应力施工系统具体使用过程如下：本发明实施例提供的执行机构包括阀组和传感器组，阀组接收来自执行控制系统发出的控制信号，通过设置于执行机构上的压力传感器和位移传感器获取执行机构实时工况信息并将工况信息返回到执行控制系统，同时通过通信处理装置发送工况信息，然后通过通信网络传递到与另一台相同设备中的执行控制系统中。

所述执行控制系统和通信处理装置设置于控制箱中并分别与设置于控制箱中的中央操控系统连接，所述执行控制系统、通信处理装置和中央操控系统连接分别与设置于控制箱中的电源模块连接，所述控制箱上还设置有面板开关、面板接口、接口板、触摸屏和状态灯组；所述触摸屏、状态灯组、面板开关和面板接口分别与中央操控系统连接，所述接口板与执行控制系统连接，然后通过接口板与驱动泵连接。

所述执行控制系统包括接收单元和控制信号生成单元；所述接收单元，用于接收通信处理装置发送的执行机构实际工况信息；所述控制信号生成单元，用于根据接收单元输入的信号和执行机构实际工况信息来生成控制执行机构启闭的控制信号。

所述执行机构包括张拉油缸装置、驱动装置和装设于张拉油缸装置上的用来采集张拉作业时各种数据的数据采集单元；所述驱动装置包括油箱以及装设于油箱内的驱动泵、电机和驱动控制机构，所述电机的输出端与驱动泵相连，所述电机的控制端与驱动控制机构相连，所述驱动控制机构与执行控制系统连接，所述油箱通过管路与张拉油缸装置相连通，所述数据采集单元将采集的信号输入到通信处理装置和执行控制系统中。

所述驱动装置为液压油缸千斤顶，所述数据采集单元为设置于液压油缸千斤顶上用于测量液压油缸千斤顶活塞杆伸缩量的位移传感器和用于检测液压油缸千斤顶输出压力的压力传感器；所述张拉油缸装置为用于驱动液压油缸千斤顶动作的液压系统；所述液压泵通过比例阀与所述液压油缸千斤顶相连，所述比例阀与液压油缸千斤顶之间的油路上设有液控单向阀，所述液控单向阀与所述比例阀之间设有卸荷控制旁路，所述卸荷控制旁路上设有电磁阀和可控卸荷装置。

所述可控卸荷装置包括设置在所述卸荷控制旁路上的节流装置和单向阀，所述单向阀与所述液压泵相连。

所述可控卸荷装置包括自调式可变节流器，所述自调式可变节流器包括阀体，所述阀体内设有压力平衡腔和出油腔，所述压力平衡腔和出油腔上分别设有第一进油口和第二进油口，所述出油腔内设有出油口，所述压力平衡腔内设有阀芯，所述阀芯上设有延伸穿入出油腔并与出油口配合用于调节出油口流量的顶杆，所述顶杆上套装有作用在阀芯和压力平衡腔壁上的弹簧。

所述数据采集单元包括位移传感器和压力传感器；所述位移传感器设置于张拉油缸装置上用来检测张拉作业时油缸伸缩端位移并将位移信号传送给执行控制系统和通信处理装置；所述压力传感器装设于油箱内用来检测张拉作业时油箱内油压并将油压值传送给执行控制系统和通信处理装置。所述通信处理装置通过无线或有线的方式进行信号传输。

图5手自转换接口框图，如图所示，所述手自动转换装置包括调理与变换电路、手自动转换电路、驱动电路和继电器组；所述调理与变换电路接收来自执行控制系统的信号并对该信号进行调理和变换输入到手自动转换电路，所述手自动转换电路在手自动转换开关信号作用下进行转换后，并输入到驱动电路，所述驱动电路与继电器组连接。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.基于物联网的预应力施工系统，其特征在于：包括执行控制系统、执行机构、通信处理装置、设置有数据线接口的现场管理处理器和后台数据服务处理器；

所述执行控制系统，用于生成控制执行机构的控制信号并输入到执行机构中；所述执行机构，用于根据在控制信号的作用下对待张拉预应力构件施加应力以及获取执行机构实际工况信息并输入到执行控制系统中；所述通信处理装置，用于传输执行机构的实际工况信息；所述现场管理处理器，用于生成任务文件、数据文件以及通过数据线接口或无线电台来传输的数据信号，并以指令实时数据的形式传输到执行控制系统；所述后台数据服务处理器，用于存储和处理现场管理处理器传输的数据；所述现场管理处理器还设置有移动存储设备，所述移动存储设备，用于存储现场管理处理器中的数据；

所述执行控制系统包括接收单元和控制信号生成单元；所述接收单元，用于接收通信处理装置发送的执行机构实际工况信息；所述控制信号生成单元，用于根据接收单元输入的信号和执行机构实际工况信息来生成控制执行机构启闭的控制信号；所述通信处理装置通过无线或有线的方式进行信号传输；

所述执行机构包括张拉油缸装置、驱动装置和装设于张拉油缸装置上的用来采集张拉作业时各种数据的数据采集单元；所述驱动装置包括油箱以及装设于油箱内的驱动泵、电机和驱动控制机构，所述电机的输出端与驱动泵相连，所述电机的控制端与驱动控制机构相连，所述驱动控制机构与执行控制系统连接，所述油箱通过管路与张拉油缸装置相连通，所述数据采集单元将采集的信号输入到通信处理装置和执行控制系统中。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的预应力施工系统，其特征在于：还包括控制箱，所述执行控制系统和通信处理装置设置于控制箱中并分别与设置于控制箱中的中央操控系统连接，所述执行控制系统、通信处理装置和中央操控系统连接分别与设置于控制箱中的电源模块连接，所述控制箱上还设置有面板开关、面板接口、接口板、触摸屏和状态灯组；所述触摸屏、状态灯组、面板开关和面板接口分别与中央操控系统连接，所述接口板与执行控制系统连接。

3.根据权利要求1所述的基于物联网的预应力施工系统，其特征在于：所述驱动装置为液压油缸千斤顶，所述数据采集单元为设置于液压油缸千斤顶上用于测量液压油缸千斤顶活塞杆伸缩量的位移传感器和用于检测液压油缸千斤顶输出压力的压力传感器；所述张拉油缸装置为用于驱动液压油缸千斤顶动作的液压系统；液压泵通过比例阀与所述液压油缸千斤顶相连，所述比例阀与液压油缸千斤顶之间的油路上设有液控单向阀，所述液控单向阀与所述比例阀之间设有卸荷控制旁路，所述卸荷控制旁路上设有电磁阀和可控卸荷装置。

4.根据权利要求1所述的基于物联网的预应力施工系统，其特征在于：所述可控卸荷装置包括设置在所述卸荷控制旁路上的节流装置和单向阀，所述单向阀与所述液压泵相连。

5.根据权利要求1所述的基于物联网的预应力施工系统，其特征在于：所述可控卸荷装置包括自调式可变节流器，所述自调式可变节流器包括阀体，所述阀体内设有压力平衡腔和出油腔，所述压力平衡腔和出油腔上分别设有第一进油口和第二进油口，所述出油腔内设有出油口，所述压力平衡腔内设有阀芯，所述阀芯上设有延伸穿入出油腔并与出油口配合用于调节出油口流量的顶杆，所述顶杆上套装有作用在阀芯和压力平衡腔壁上的弹簧。

6.根据权利要求1-5任一项所述的基于物联网的预应力施工系统，其特征在于：所述数据采集单元包括位移传感器和压力传感器；所述位移传感器设置于张拉油缸装置上用来检测张拉作业时油缸伸缩端位移并将位移信号传送给执行控制系统和通信处理装置；所述压力传感器装设于油箱内用来检测张拉作业时油箱内油压并将油压值传送给执行控制系统和通信处理装置。

7.根据权利要求6所述的基于物联网的预应力施工系统，其特征在于：还包括手自动转换装置，所述手自动转换装置包括调理与变换电路、手自动转换电路、驱动电路和继电器组；所述调理与变换电路接收来自执行控制系统的信号并对该信号进行调理和变换输入到手自动转换电路，所述手自动转换电路在手自动转换开关信号作用下进行转换后，并输入到驱动电路，所述驱动电路与继电器组连接。