專利名稱：預應力張拉裝置的自動化控制裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種自動化控制裝置，尤其是涉及一種預應力張拉裝置的自動化控制
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背景技術：
預應力混凝土構件是目前路橋施工中經常采用的結構形式。現階段，預應力張法施工方法在國內基本都是采用人工控制的方式，現場操作人員根據千斤頂標定的張拉力/ 油壓線性回歸方程，通過控制油泵的控制閥的開關與閥口大小，完成預張拉、張拉校核、完全張拉、頂壓錨固、回程等操作，所有控制量都由操作人員根據操作流程表人工進行操作、 量測和記錄。在施工過程中，不可避免會出現1)操作人員根據油泵壓力表值來確認是否張拉力到位，以此來決定油泵閥口的開關或者開口大小，壓力表在張拉過程中通常會振顫， 難以精確控制；2)所有操作通過人員完成，對施工人員的素質、責任心依賴強；3)現有規范在全過程中采集三個節點數據校核張拉力與伸長量的匹配關系，無法實時感知張拉過程的變化情況，更無法提前進行相關預警；4)控制數據手工錄入，大量的數據通過紙質文件存檔監理，數據使用質量低，無法為后續設計及優化提供信息化基礎。另外目前的張拉設備還存在著控制度、效率差等問題，這些與以上缺陷基本都與全人工操作或多或少存在關聯。目前已有部分院校機構意識到自動控制張拉加載系統的重要性，開始著手相關控制系統應用技術研究。太原理工大學土木系在2002、2003年分別申請了專利號為ZL 00262315. 3發明名稱智能控制預應力張拉裝置、專利號為ZL03111812. 7發明名稱全自動預應力張拉裝置，提出采用千斤頂、油泵力、傳感器部件、位移傳感器和張拉裝置的控制總成，該發明采用的傳感器皆采用電連接，且增加了力傳感器檢測作為張拉力的控制，但是此方式在目前預制梁或橋架現場不是太適合，梁件外圍件及張拉設備的移動很容易破壞連接線；千斤頂泵體經常搬運、磕碰，無法保證固定式的位移傳感器不被破壞；同時該系統涉及的部件如電磁閥等僅適用于31. 5Mpa以下工況，對于目前張拉設備通常在(T50Mpa壓力范圍工作不適合。重慶交通大學王繼成教授研發了專利號為ZL01129163. X發明名稱預應力張拉錨固自動控制綜合測試儀，采用計算機、位移傳感器、壓力傳感器、比例壓力閥等通過對施工過程進行檢測與監控，對加載過程進行監測、評估。該方案類似于前兩專利，更偏向于綜合測試，其缺點也在于給加載帶來了額外的裝置，增加了施工時間，到目前為止路橋施工中應用，將施工數據信息化其自動張拉控制現場應用未見報道。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種結構獨特、使用操作方便、可實現高精度的張拉量的控制測量、提高施工效率和精度、降低勞動強度的可以實現預應力構件張拉裝置的自動化的預應力張拉裝置的自動化控制裝置。本發明通過如下方式實現
一種預應力張拉裝置的自動化控制裝置，它包括工具錨片，與工具錨片配合的空心式千斤頂、通過空心式千斤頂下部的進油管和出油管相連的液壓泵，其特征在于在上述空心式千斤頂的上部一側配合有無線張拉位移傳感器，在液壓泵的泵體上設有控制其電控閥組的次控機，還設有協調各張拉端點的主控機和遠程Web服務器；
所述無線張拉位移傳感器它包括殼體，該殼體的內部從上至下依次由單片機主控板和拉繩式位移傳感器組裝而成，在拉繩式位移傳感器的一側裝有鋰電池，殼體外部的上側從左至右依次設有液晶顯示器和磁力表座、在液晶顯示器之上設有操作按紐，殼體外部的下側從左至右依次設有牽引部分拉桿和牽引部分磁力表座，左側固定有用于收藏牽引部分的收藏倉；
所述次控機由單片機主控板、兩組無線模塊、電源模塊、接觸器和控制盒組裝而成；
所述主控機是由計算機、無線通訊模塊、GPRS/3G通訊模塊組裝成。本發明有如下效果
1)結構獨特本發明提出的裝置改裝現有的液壓泵的控制閥組。雙聯柱塞泵AB腔液壓回路中增加電控閥與油壓傳感器，完成閥組的電氣自動化；本發明采用該方法有效解決了超高壓控制及成本的矛盾問題；增加無線張拉位移傳感器。該傳感器由單片機、拉繩式位移傳感器、無線通訊模塊、電源模塊、液晶顯示模組、安裝固定外殼組成，其使用方法是主模塊吸附在千斤頂外殼上，牽引機構吸附在工具錨上，當千斤頂張拉伸出時，拉繩式傳感器將拉伸量返回至單片機，單片機通過無線通訊模塊傳送至次控機，從而完成張拉力和伸長量的匹配控制。該方式可以免去張拉過程中，人工暫停測量伸長量，同時可以隨需隨裝、隨裝隨控；增加油泵體的次控機。該次控機由單片機主控板、兩組無線模塊、電源模塊、接觸器、控制盒組成。其使用方法是將原先供給液壓泵的三相四線電源先直接輸入控制盒，控制盒通過接觸器控制液壓泵的啟停，同時通過分線將交流電轉換為直流控制電，供給次控機主控板，主控板通過無線通訊模塊與主控機通訊獲取液壓控制指令、返回控制狀態，并通過無線通訊模塊與無線位移傳感器通訊獲取張拉伸長量，通過檢測控制閥組中的油壓傳感器返回的油壓值，控制閥組中的電控閥，完成相應液壓控制指令；增加協調各張拉端點的主控機。該主控機由計算機、無線通訊模塊、GPRS/3G通訊模塊組成，主要負責自動張拉的人機界面。主要功能可供操作人員輸入張拉工藝，并根據張拉工藝校核張拉過程，主控機可根據張拉工藝及油泵/千斤頂的校準的線性回歸方程，反求出油壓控制曲線，通過與次控機通訊，下載實時的油壓控制指令，協調各加載端點完成張拉任務，可完成單端對稱、雙端對稱、 全束張拉等各類張拉任務。主控機同時可以實時監測張拉過程，記錄張拉曲線，并將各端的張拉曲線通過GPRS/3G方式上傳至Web服務器；增加遠程Web服務器。該Web服務器負責工程任務的輸入，工藝的編制，張拉情況的管理，包括業主、監理、施工方皆可根據角色權限登入網站進行任務錄入、監控等管理，并根據存儲的數據進行施工的數據分析，進而進行優化設計或管理。2)可實現高精度的張拉量的控制測量，與傳統的人工張拉方式相比，提高了施工效率和精度，并為標準化施工提供了基礎本發明提出的裝置它包括工具錨片，與工具錨片配合的空心式千斤頂、通過空心式千斤頂下部的進油管和出油管通過控制電控閥組相連的液壓泵，其特征在于在上述空心式千斤頂的上部配合有無線張拉位移傳感器，在液壓泵的泵體上設有控制上述電控閥組的次控機，還設有協調各張拉端點的主控機和遠程Web服務器，采用了非固定式小型模塊化的無線張拉位移傳感器，張拉之前安裝，張拉之后卸裝，不影響其他的操作流程，在惡劣的張拉現場比較容易布置；采用了無線傳輸機制，次控機與無線位移傳感器采用短距離高速無線傳輸模式，方便張拉力與伸長量的實時匹配控制，次控機與主控機采用中遠距離傳輸方式，可以方便雙端張拉多端點的協調控制，并可以擴充為全構件全束張拉。無線傳輸同時免除了電線對張拉過程影響，方便伸長量測量點的安裝；采用油壓反求張拉力模式，該模式通過千斤頂的線性回歸方程計算張拉力，雖然不同于其他專利采用力傳感器，但能在保證張拉力監測的同時降低設備改造成本并省卻額外的安裝環節，同時相對力傳感器標定校準，千斤頂標定校準也不是特別復雜；采用Web服務器管理張拉過程，該功能能夠管理張拉過程的數據，并為后續預應力構件的全生命周期管理提供原始數據。本發明進行了預應力張拉施工，可實現高精度的張拉量的控制測量，與傳統的人工張拉方式相比，提高了施工效率和精度，并為標準化施工提供了基礎。3)改裝時間短，可迅速提升裝置及工程的自動化水平本發明實現了張拉裝置的自動化控制，并通過從底層的電氣、液壓控制，中間層的次控機基于指令的控制，上層的主控機基于工藝的控制，頂層的Web服務器基于工程的管理。不但完成了預應力構件的自動控制，提升了張拉過程的控制精度，并可實現加載過程的自動監控、數據管理，監理數據的信息化，使張拉過程基本擺脫了人為操作的因素，只需1名操作人員附件1名裝置裝夾輔助人員。本發明是自動控制、機電控制、網絡信息化在土木工程領域的應用，具有極強的針對性，不需浪費目前的張拉控制設備，只需添加/改裝部分模塊即可，改裝時間短，可迅速提升裝置及工程的自動化水平。
圖1為本發明的結構示意圖2為本發明中無線張拉位移傳感器的控制結構示意圖； 圖3為本發明中次控機的控制結構示意圖； 圖4為本發明中次控機的電控閥組控制結構示意圖。
具體實施例方式一種預應力張拉裝置的自動化控制裝置，它包括工具錨片6，與工具錨片6配合的空心式千斤頂3、通過空心式千斤頂3下部的進油管8和出油管7相連的液壓泵11，如圖1 所示在上述空心式千斤頂3的上部一側配合有無線張拉位移傳感器2，在液壓泵11的泵體上設有控制其電控閥組12的次控機13，還設有協調各張拉端點的主控機14和遠程Web 服務器10。上述無線張拉位移傳感器2它包括殼體，該殼體的內部從上至下依次由單片機主控板和拉繩式位移傳感器組裝而成，在拉繩式位移傳感器的一側裝有鋰電池，殼體外部的上側從左至右依次設有液晶顯示器和磁力表座、在液晶顯示器之上設有操作按鈕，殼體外部的下側從左至右依次設有牽引部分拉桿和牽引部分磁力表座，左側固定有用于收藏牽引部分的收藏倉。圖2為無線張拉位移傳感器的控制結構示意如圖3所示上述次控機13由單片機主控板、兩組無線模塊、電源模塊、接觸器和控制盒組裝而成。如圖4所示上述電控閥組12由油壓電磁閥即DS11、DS12、DS21、DS22，油壓傳感器即PS1、PS2，原有的手動操作閥組即含柱塞泵、閥塊及油表組成。上述主控機14是由計算機、無線通訊模塊、GPRS/3G通訊模塊組裝成。施工時，張拉工按照通用的流程，連接張拉進油管8，出油管7，在預應力構件中塞入預應力筋5如鋼筋、鋼絞線等，并根據張拉模式如單端對稱、雙端對稱、構件全束等安裝工作錨具、工作夾片、限位板，套上千斤頂3，安裝工具錨板6，塞入工具夾片，操作工將無線張拉位移傳感器2裝在千斤頂上，并打開位移傳感器電源。連接油泵11的電源，打開油泵體上的次控機13，打開主控機14。操作工在主控機中選擇張拉加載的任務，按照提示選擇張拉泵體的號并確認相關梁信息，輸入操作人員信息等，在系統狀態正常的情況開始張拉操作。主控機14將根據工藝要求，計算加載油壓曲線，并根據控制周期向次控機13下載油壓加載指令及對應的理論伸長量值。次控機13將根據油壓指令，控制電控閥組12，同構與對應的無線張拉位移傳感器通訊獲取實時位移變化， 結合閥組內的油壓傳感器及張拉伸長量的變化進行狀態切換，正常張拉、切換下一指令、異常報錯等，并將油壓及伸長量值實時返回給主控機14。加載完成或停止后，主控機將加載曲線及相關信息數據含張拉工程信息、操作人員等打包通過GPRS/3G方式經移動網絡節點 9上傳至Web服務器10。
權利要求
1.一種預應力張拉裝置的自動化控制裝置，它包括工具錨片(6)，與工具錨片(6)配合的空心式千斤頂(3)、通過空心式千斤頂(3)下部的進油管(8)和出油管(7)相連的液壓泵 (11)，其特征在于在上述空心式千斤頂(3)的上部一側配合有無線張拉位移傳感器(2)， 在液壓泵(11)的泵體上設有控制其電控閥組(12)的次控機(13)，還設有協調各張拉端點的主控機(14)和遠程Web服務器(10)。
2.如權利要求1所述的預應力張拉裝置的自動化控制裝置，其特征在于所述無線張拉位移傳感器(2)它包括殼體，該殼體的內部從上至下依次由單片機主控板和拉繩式位移傳感器組裝而成，在拉繩式位移傳感器的一側裝有鋰電池，殼體外部的上側從左至右依次設有液晶顯示器和磁力表座、在液晶顯示器之上設有操作按紐，殼體外部的下側從左至右依次設有牽引部分拉桿和牽引部分磁力表座，左側固定有用于收藏牽引部分的收藏倉。
3.如權利要求1所述的預應力張拉裝置的自動化控制裝置，其特征在于所述次控機 (13)由單片機主控板、兩組無線模塊、電源模塊、接觸器和控制盒組裝而成。
4.如權利要求1所述的預應力張拉裝置的自動化控制裝置，其特征在于所述主控機 (14 )是由計算機、無線通訊模塊、GPRS/3G通訊模塊組裝成。
全文摘要
本發明涉及一種自動化控制裝置，尤其是涉及一種預應力張拉裝置的自動化控制裝置，它包括工具錨片，與工具錨片配合的空心式千斤頂、通過空心式千斤頂下部的進油管和出油管相連的液壓泵，其特征在于在上述空心式千斤頂的上部一側配合有無線張拉位移傳感器，在液壓泵的泵體上設有控制其電控閥組的次控機，還設有協調各張拉端點的主控機和遠程Web服務器；本發明結構獨特、使用操作方便、可實現高精度的張拉量的控制測量、提高施工效率和精度、降低勞動強度的可以實現預應力構件張拉裝置的自動化。
文檔編號G05D15/01GK102304979SQ20111022097
公開日2012年1月4日 申請日期2011年8月3日 優先權日2011年8月3日
發明者武良繕, 段寧, 沈建成, 盛鑫軍, 薜升榮 申請人:寧夏路橋工程股份有限公司