CN103774850B - 一种无线智能施力系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线智能施力系统，包括控制仪、连接控制仪的千斤顶，控制仪与千斤顶构成施力单元，控制仪包括油箱，设置在油箱上的电机、阀块，阀块包括主阀块、保压阀和换向阀，主阀块设置有出油口和回油口；控制仪还包括配电控制部分，其设置有变压及电源适配器、处理器、变频器和无线控制器、连接无线控制器的通讯天线，处理器、变频器与电机之间电连接；千斤顶设置有压力、位移传感器，位移传感器的拉杆与千斤顶的内缸连动；还设有进油咀和出油咀，分别与控制仪的出油口和回油口连接；压力、位移传感器连接处理器。该无线智能施力系统可靠度强，可以实现自动补压、同步加压与匀速加压三种目标，可方便进行无线组装，适用于多种场合。

Description

一种无线智能施力系统

技术领域

本发明涉及一种施力系统，特别涉及一种无线智能施力系统。

背景技术

预应力技术广泛应用于公路桥梁、边坡锚固、大型高耸结构中，根据混凝土浇筑与预应力的施加先后顺序，可分为先张法预应力与后张法预应力，根据是否有粘接，分为有粘接预应力与无粘接预应力。预应力的使用涉及施加预应力这个关键步骤，其施加过程的精确性、同步性以及工艺的规范性对结构的耐久性与安全性均有重大的影响，因此施力设备的性能很大程度上决定了施工质量。另外，新建结构物以及结构物的维修加固也多涉及顶升或顶推工艺，施力的精确度、同步性等对结构的安全性等影响重大。

目前在国内，预应力施力设备呈现出智能化、自动化设备取代传统人工驱动油泵施力设备的大趋势，但此类智能化或自动化设备的适用场合、可靠性程度、使用安全性程度均存在不少缺陷：

1.由于施力工艺复杂性，往往自动化或智能化张拉设备需要分为用于参数设置与显示的上位机程序、用于控制的下位机程序两部分。现有的预应力施加设备均是将主程序设置在上位机，在自动控制过程中上位机出现异常时则可能导致张拉失控，出现张拉事故；

2.施力过程不平稳导致预应力损失大，预应力的施加准确度、同步性以及施加过程的平稳度是质量控制的关键，精度不足将导致结构预应力度不足而影响长期使用的耐久性，同步性与平稳性得不到控制则可能导致预应力的损失过大和预应力度的建立偏离设计度。现有的预应力施加设备对精确性、同步性、平稳度均没有同时进行有效的控制。

3.由于不同使用场合对施力工艺要求的不同，导致设备的适应性不好，如不同目标力值、不同的承受预应力的本体的不同（如后张预应力钢束的张拉与桥梁的顶升、顶推等），所相应的施力设备均存在显著的差异。一套施力系统往往难以满足多种场合的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可靠度强，可以实现自动补压、同步加压与匀速加压三种目标，适用于多种场合的无线智能施力系统。

为达到上述目的，本发明提供的技术方案是：一种无线智能施力系统，包括控制仪、连接控制仪的千斤顶，所述控制仪与千斤顶构成施力单元，所述控制仪包括油箱，设置在油箱上的电机、阀块，所述阀块包括主阀块、保压阀和换向阀，所述主阀块设置有出油口和回油口；所述控制仪还包括配电控制部分，所述配电控制部分设置有变压及电源适配器、处理器、变频器和无线控制器、设置在系统外并连接无线控制器的通讯天线，所述处理器、变频器与电机之间电连接；所述千斤顶设置有压力传感器、位移传感器，所述位移传感器的拉杆与千斤顶的内缸连动；还设有进油咀和出油咀，分别与控制仪的出油口和回油口通过油管连接；所述压力传感器、位移传感器通过数据线连接处理器。

优选地，所述控制仪为主控仪或者主控仪与从控仪，主控仪还包括人机交互界面，主控仪的处理器为主处理器，主控仪的无线控制器为主无线控制器，从控仪的处理器为从处理器，从控仪的无线控制器为从无线控制器；所述主处理器设置有同步性实时滞后校验程序，用于计算所述各施力单元之间的实时力值偏差，当此偏差大于2%时，从处理器指令变频器改变频率，驱动电机将其进油速度向主控仪的进油速度调整，直到此偏差小于2%为止。

优选地，所述处理器根据压力、位移信号判断实时压力值与目标值的偏差，当偏差大于1%时，控制变频器改变频率，驱动电机进油，直到此偏差小于1%为止。

优选地，所述处理器指令变频器控制进油时，保持同一进油速率。

优选地，所述进油速率不超过2L/min，自进油开始至达到目标值的时间不少于5min。

优选地，所述人机交互界面设置有触摸屏和按键。

优选地，所述从控仪为一台或两台以上。

优选地，所述千斤顶为一台或两台以上。

优选地，当所述千斤顶为两台以上时，所述出油口与进油咀之间设置有分流阀，所述出油咀与回油口之间设置有汇流阀。

优选地，所述配电控制部分还设置有电源开关机保护装置。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：该无线智能施力系统针对上位机硬件设备（触摸屏、计算机）可靠度不强的弊端，将主控程序植入下位机由PLC集成的处理器中，在上位机出现故障或异常时，下位机主程序仍可正常控制设备运转，给施力过程增加一重保障；变频控制技术的引入实现了自动补压、同步加压与匀速加压三种目标；一台主控仪单独带一台或多台从控仪，每台控制仪带一台或多台千斤顶，现场可方便进行无线组装，实现多种场合下均可应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

附图1为本发明实施例的结构示意图侧视图；

附图2为本发明实施例的结构示意图后视图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明。

如附图1和2所示，无线智能施力系统，包括控制仪、连接控制仪的千斤顶20，控制仪与千斤顶20构成施力单元，控制仪包括油箱10，设置在油箱10上的电机2、阀块，阀块包括主阀块7、保压阀4和换向阀3，主阀块7设置有出油口5和回油口6；控制仪还包括配电控制部分，配电控制部分设置变压及电源适配器11、处理器、变频器8和无线控制器、设置在系统外并连接无线控制器的通讯天线14，还设置有电源开关机保护装置9，处理器、变频器8与电机2之间电连接。控制仪为主控仪1或者主控仪1与从控仪，从控仪为一台或两台以上，主控仪1还包括人机交互界面24，人机交互界面24设置有触摸屏28和按键，主控仪1的处理器为主处理器12，主控仪1的无线控制器为主无线控制器13，从控仪的处理器为从处理器，从控仪的无线控制器为从无线控制器。

主处理器12设置有同步性实时滞后校验程序，用于计算所述各施力单元之间的实时力值偏差，当此偏差大于2%时，从处理器指令变频器8改变频率，驱动电机2将其进油速度向主控仪1的进油速度调整，直到此偏差小于2%为止。

处理器根据压力、位移信号判断实时压力值与目标值的偏差，当偏差大于1%时，控制变频器8改变频率，驱动电机2进油，直到此偏差小于1%为止。处理器指令变频器8控制进油时，保持同一进油速率，进油速率不超过2L/min，自进油开始至达到目标值的时间不少于5min。

千斤顶20为一台或两台以上，设置有压力传感器21、位移传感器22，位移传感器22的拉杆与千斤顶20的内缸23连动；还设有进油咀26和出油咀27，分别与控制仪的出油口5和回油口6通过油管连接；压力传感器21、位移传感器22通过数据线25连接控制仪的处理器。当千斤顶20为两台以上时，出油口5与进油咀26之间设置有分流阀17，出油咀27与回油口6之间设置有汇流阀18。

使用无线智能施力系统时，现场实施以主控仪1为中心实现无线网络化施力控制，其基本组合实施方式包含以下三种：

1.一台主控仪1带一台或两台以上千斤顶20；

2.一台主控仪1带一台从控仪，每台控制仪带一台千斤顶20；

3.一台主控仪1带一台或两台以上从控仪，每台控制仪带一台或两台以上千斤顶20。

以上无线智能施力系统的具体实施步骤为：

1.分组配对与静态标定。进行整体静态标定力的精确度，形成标定方程，标定后每次该组作为一个整体使用，做为一个施力单元。

2.参数设置。通过主控仪1上的人机交互界面24上的触摸屏28设置施力目标值、持荷时间、停顿点、加载速度以及控制仪与千斤顶20的标定方程等。

3.连接油管与数据线。将控制仪上的出油口5、回油口6通过油管连接到千斤顶20的进油咀26、出油咀27上；当带动多台千斤顶20时，通过分流阀17、汇流阀18实现，液压油自控制仪出来后分别进入多台千斤顶20；连接千斤顶20与主控仪1之间的数据线25，将压力传感器21、位移传感器22信号传输回主处理器12或从处理器。

4.施力。通过电源开关机保护装置9接入外部电源，变压及电源适配器11将高压转换成低压直流电，并给无线控制器、位移传感器22供电。在触摸屏28上操作开始施力，处理器根据设定参数控制变频器8带动电机2启动供油，同时控制电磁换向阀3换向至出油端，液压油进入主阀块7后经电磁换向阀3、出油口5流出控制仪，然后经油管进入千斤顶20的油缸，当同时使用多台千斤顶20时，流经分流阀17进行分流，驱动千斤顶内缸23伸出，同时位移传感器22的拉杆随千斤顶内缸23伸出，位移传感器22与压力传感器21信号通过数据线25即时传回处理器，处理器根据压力、位移反馈信号实时运算是否完成上一个目标指令以及完成的进度。从处理器自接受到主处理器12的指令后同时运行进油施力，其运算结果通过从无线控制器实时传输回主处理器12，主处理器12将信号通过A/D转换输出在人机交互界面24的触摸屏28上。从处理器的进度完成情况与目标指令出现任何异常时，主处理器12即时发出指令停止继续进油施力。

5.匀速加压。施力单元均根据目标压力值自动计算进油速率，并通过处理器指令变频器8控制进油过程保持同一速率匀速加压，每次施力进油时间不少于5min，进油速率不超过2L/min。

6.同步性调整。主处理器12根据反馈的目标进度及指令完成情况，自动分析每套施力单元目标进度完成的同步性。同步性调整包括以下步骤：a.计算各施力单元之间的实时力值偏差；b.各施力单元之间实时力值偏差超过2%时，从处理器指令变频器8改变频率，驱动电机2将其进油速度向主控仪1的进油速度调整；c.各施力单元之间实时力值偏差小于2%后，则滞后检验完成。

7.保压与卸载。人机交互界面24的触摸屏28上反馈得到的加载值达到目标值后，保压阀4处于关闭状态，保持压力稳定，进入持荷阶段。持荷阶段压力值偏离目标值大于1%时，自动进行补压，其实施步骤如下：a.处理器接收到压力反馈结果，自动指令变频器8变频控制电机2少量进油;b.实时压力再次反馈至处理器，实时压力值与目标压力值偏差小于1%时，补压结束；当实时压力与目标压力偏差再次大于1%时，再次执行步骤a，c.反复执行上述步骤直至持荷时间结束。

卸载时电磁换向阀3换向至回油端，液压油自千斤顶20的油缸经出油咀27出来，经油管流向电磁换向阀3、打开的保压阀4后进入主阀块7，最终流入油箱10内。

本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种无线智能施力系统，包括控制仪、连接控制仪的千斤顶，所述控制仪与千斤顶构成施力单元，其特征在于：

所述控制仪包括油箱，设置在油箱上的电机、阀块，所述阀块包括主阀块、保压阀和换向阀，所述主阀块设置有出油口和回油口；所述控制仪还包括配电控制部分，所述配电控制部分设置有变压及电源适配器、处理器、变频器、无线控制器以及设置在系统外并连接无线控制器的通讯天线，所述处理器、变频器与电机之间电连接；

所述千斤顶设置有压力传感器、位移传感器，所述位移传感器的拉杆与千斤顶的内缸连动；还设有进油咀和出油咀，分别与控制仪的出油口和回油口通过油管连接；所述压力传感器、位移传感器通过数据线连接处理器；

所述处理器根据压力、位移信号判断实时压力值与目标值的偏差，当偏差大于1%时，控制变频器改变频率，驱动电机进油，直到此偏差小于1%为止；所述处理器指令变频器控制进油时，保持同一进油速率；

所述控制仪分为主控仪与从控仪，主控仪还包括人机交互界面，主控仪的处理器为主处理器，主控仪的无线控制器为主无线控制器，从控仪的处理器为从处理器，从控仪的无线控制器为从无线控制器；所述主处理器设置有同步性实时滞后校验程序，用于计算各施力单元之间的实时力值偏差，当此偏差大于2%时，从处理器指令变频器改变频率，驱动电机将其进油速度向主控仪的进油速度调整，直到此偏差小于2%为止。

2.根据权利要求1所述的无线智能施力系统，其特征在于：所述进油速率不超过2L/min，自进油开始至达到目标值的时间不少于5min。

3.根据权利要求1所述的无线智能施力系统，其特征在于：所述人机交互界面设置有触摸屏和按键。

4.根据权利要求1所述的无线智能施力系统，其特征在于：所述从控仪为一台或两台以上。

5.根据权利要求1所述的无线智能施力系统，其特征在于：所述千斤顶为两台以上。

6.根据权利要求5所述的无线智能施力系统，其特征在于：当所述千斤顶为两台以上时，所述出油口与进油咀之间设置有分流阀，所述出油咀与回油口之间设置有汇流阀。

7.根据权利要求1所述的无线智能施力系统，其特征在于：所述配电控制部分还设置有电源开关机保护装置。