專利名稱：基于物聯網的預應力施工系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及到土木工程施工設備領域，特別涉及一種預應力張拉自動控制系統。
背景技術：
預應力技術已在土木工程中得到廣泛應用。據初步統計，截止2011年底，我國公路橋梁達68. 94萬座、3349. 44萬米，其中采用預應力結構的橋梁工程占到了總量的90%以上。同時，預應力技術已經成為大跨度、大空間結構、高聳結構、重載結構、特種結構以及新型結構工程中不可缺少的一項技術發展至立體交叉建筑、海洋結構、原子能反應堆容器及特種復雜結構等多個領域。但與此同時，由于各種因素的影響，部分橋梁結構施工質量差，導致施工和使用中橋梁坍塌事故時有發生。近年來，由于預應力原因導致的質量事故頻頻發生，如梁體嚴重下 擾、開裂，甚至垮塌。預應力張拉是預應力工程的關鍵工序。在目前的土木工程領域中，預應力張拉施工普遍采用的是油泵和千斤頂組成的張拉系統，主要采用張拉荷載控制、伸長值校核的“雙控法”，大致可概括為以下主要環節油壓表控制荷載，手動操作油泵；鋼卷尺測量伸長量，喊話保持同步；人工記錄數據，施工后進行校核。這種傳統的預應力張拉工藝存在諸多缺陷，如張拉作業較粗放，預應力損失較大，難以實現同步張拉，不能及時發現隱患等。可見，傳統張拉的預應力控制精度較低、施工管理難度較大、施工效率較低，難以保證工程的施工質量和運營安全，已成為制約預應力結構應用和發展的重要因素。自20世紀80年代末以來，一些研究者開始了預應力張拉控制問題的研究，從自動化、信息化施工的研究角度和油泵的數字化控制角度進行了大量研究工作，相繼取得初步成果。基于物聯網的預應力施工系統是預應力技術、先進制造技術、信息技術和智能技術在土木工程產品上的集成和融合，體現了預應力施工技術的自動化與智能化、數字化與網絡化的發展趨勢。鑒于此，本發明旨在探索一種能夠實現多臺張拉設備之間協同工作的預應力張拉系統，通過該系統不僅能夠實現張拉過程的自動控制，而且控制精度更高，通過控制卸荷過程來保證最終得到的預應力達到設計要求，因此急需一種能夠自動控制的預應力張拉裝置。
發明內容
有鑒于此，本發明所要解決的技術問題是提供一種基于物聯網的預應力施工系統。本發明的目的是這樣實現的
本發明提供的基于物聯網的預應力施工系統，包括執行控制系統、執行機構、通信處理裝置、設置有數據線接口的現場管理處理器和后臺數據服務處理器；
所述執行控制系統，用于生成控制執行機構的控制信號并輸入到執行機構中；所述執行機構，用于根據在控制信號的作用下對待張拉預應力構件施加應力以及獲取執行機構實際工況信息并輸入到執行控制系統中；所述通信處理裝置，用于傳輸執行機構的實際工況信息；所述現場管理處理器，用于生成任務文件、數據文件以及通過數據線接口或無線電臺來傳輸的數據信號，并以指令實時數據的形式傳輸到執行控制系統；所述后臺數據服務處理器，用于存儲和處理現場管理處理器傳輸的數據；所述現場管理處理器還設置有移動存儲設備，所述移動存儲設備，用于存儲現場管理處理器中的數據。進一步，所述執行控制系統包括接收單元和控制信號生成單元；所述接收單元，用于接收通信處理裝置發送的執行機構實際工況信息；所述控制信號生成單元，用于根據接收單元輸入的信號和執行機構實際工況信息來生成控制執行機構啟閉的控制信號；所述通信處理裝置通過無線或有線的方式進行信號傳輸。進一步，還包括控制箱，所述執行控制系統和通信處理裝置設置于控制箱中并分別與設置于控制箱中的中央操控系統連接，所述執行控制系統、通信處理裝置和中央操控系統連接分別與設置于控制箱中的電源模塊連接，所述控制箱上還設置有面板開關、面板接口、接口板、觸摸屏和狀態燈組；所述觸摸屏、狀態燈組、面板開關和面板接口分別與中央操控系統連接，所述接口板與執行控制系統連接。 進一步，所述執行機構包括張拉油缸裝置、驅動裝置和裝設于張拉油缸裝置上的用來采集張拉作業時各種數據的數據采集單元；所述驅動裝置包括油箱以及裝設于油箱內的驅動泵、電機和驅動控制機構，所述電機的輸出端與驅動泵相連，所述電機的控制端與驅動控制機構相連，所述驅動控制機構與執行控制系統連接，所述油箱通過管路與張拉油缸裝置相連通，所述數據采集單元將采集的信號輸入到通信處理裝置和執行控制系統中。進一步，所述驅動裝置為液壓油缸千斤頂，所述數據采集單元為設置于液壓油缸千斤頂上用于測量液壓油缸千斤頂活塞桿伸縮量的位移傳感器和用于檢測液壓油缸千斤頂輸出壓力的壓力傳感器；所述張拉油缸裝置為用于驅動液壓油缸千斤頂動作的液壓系統；所述液壓泵通過比例閥與所述液壓油缸千斤頂相連，所述比例閥與液壓油缸千斤頂之間的油路上設有液控單向閥，所述液控單向閥與所述比例閥之間設有卸荷控制旁路，所述卸荷控制旁路上設有電磁閥和可控卸荷裝置。進一步，所述可控卸荷裝置包括設置在所述卸荷控制旁路上的節流裝置和單向閥，所述單向閥與所述液壓泵相連。進一步，所述可控卸荷裝置包括自調式可變節流器，所述自調式可變節流器包括閥體，所述閥體內設有壓力平衡腔和出油腔，所述壓力平衡腔和出油腔上分別設有第一進油口和第二進油口，所述出油腔內設有出油口，所述壓力平衡腔內設有閥芯，所述閥芯上設有延伸穿入出油腔并與出油口配合用于調節出油口流量的頂桿，所述頂桿上套裝有作用在閥芯和壓力平衡腔壁上的彈簧。進一步，所述數據采集單元包括位移傳感器和壓力傳感器；所述位移傳感器設置于張拉油缸裝置上用來檢測張拉作業時油缸伸縮端位移并將位移信號傳送給執行控制系統和通信處理裝置；所述壓力傳感器裝設于油箱內用來檢測張拉作業時油箱內油壓并將油壓值傳送給執行控制系統和通信處理裝置。進一步,還包括手自動轉換裝置，所述手自動轉換裝置包括調理與變換電路、手自動轉換電路、驅動電路和繼電器組；所述調理與變換電路接收來自執行控制系統的信號并對該信號進行調理和變換輸入到手自動轉換電路，所述手自動轉換電路在手自動轉換開關信號作用下進行轉換后，并輸入到驅動電路，所述驅動電路與繼電器組連接。本發明的優點在于本發明采用手自一體預應力張拉系統，結構簡單緊湊、成本低廉、操作簡便、可靠性好、精度高、自動化程度高，通過執行控制系統對執行機構進行控制，并實時記錄下作業時的數據值，并將實時作業數據反饋給執行控制系統以及通過通信處理單元來調整不同系統之間作業進度，不僅保證了張拉過程的張拉過程中的持荷時間長度以及采集數據的精確度與正確度，還能自動地記錄張拉過程中的數據，再現張拉過程，方便查證。
本發明的其它優點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發明的實踐中得到教導。本發明的目標和其它優點可以通過下面的說明書以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。
為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步的詳細描述，其中
圖I為控制環路不意 圖2為控制箱框 圖3為現場設備組成框 圖4為工作流程 圖5手-自轉換接口框圖。
具體實施例方式以下將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述；應當理解，優選實施例僅為了說明本發明，而不是為了限制本發明的保護范圍。圖I為控制環路示意圖；圖2為控制箱框圖；圖3為現場設備組成框圖，圖4為工作流程圖；如圖所示本發明提供的基于物聯網的預應力施工系統，包括執行控制系統、執行機構、通信處理裝置、手自動轉換裝置、設置有數據線接口的現場管理處理器、后臺數據服務處理器、控制箱和手自動轉換裝置；所述執行控制系統，用于生成控制執行機構的控制信號并輸入到執行機構中；所述執行機構，用于根據在控制信號的作用下對待張拉預應力構件2施加應力以及獲取執行機構實際工況信息并輸入到執行控制系統中；所述通信處理裝置，用于傳輸執行機構的實際工況信息。本發明提供的實施例中一般采用兩個相同的控制張拉系統，該控制張拉系統構成自動控制張拉系統，對稱分布在待張拉預應力構件的兩端，同時現場管理處理器可以同時向多個這樣的設備I至設備η發送相關的實時工作狀況信息，圖2中的設備I至設備η均為控制張拉系統，如圖2所示，本實施例提供的通信處理裝置能夠根據執行機構本身的實際工作狀況信息來產生校正控制信號，并將該校正控制信號傳輸到執行控制系統中。所述現場管理處理器，用于生成任務文件、數據文件以及通過數據線接口或無線電臺來傳輸的數據信號，并以指令實時數據的形式傳輸到執行控制系統；所述后臺數據服務處理器，用于存儲和處理現場管理處理器傳輸的數據。所述現場管理處理器還設置有移動存儲設備，所述移動存儲設備，用于存儲現場管理處理器中的數據。本發明提供的基于物聯網的預應力施工系統具體使用過程如下本發明實施例提供的執行機構包括閥組和傳感器組，閥組接收來自執行控制系統發出的控制信號，通過設置于執行機構上的壓力傳感器和位移傳感器獲取執行機構實時工況信息并將工況信息返回到執行控制系統，同時通過通信處理裝置發送工況信息，然后通過通信網絡傳遞到與另一臺相同設備中的執行控制系統中。所述執行控制系統和通信處理裝置設置于控制箱中并分別與設置于控制箱中的中央操控系統連接，所述執行控制系統、通信處理裝置和中央操控系統連接分別與設置于控制箱中的電源模塊連接，所述控制箱上還設置有面板開關、面板接口、接口板、觸摸屏和狀態燈組；所述觸摸屏、狀態燈組、面板開關和面板接口分別與中央操控系統連接，所述接口板與執行控制系統連接，然后通過接口板與驅動泵連接。所述執行控制系統包括接收單元和控制信號生成單元；所述接收單元，用于接收通信處理裝置發送的執行機構實際工況信息；所述控制信號生成單元，用于根據接收單元輸入的信號和執行機構實際工況信息來生成控制執行機構啟閉的控制信號。 所述執行機構包括張拉油缸裝置、驅動裝置和裝設于張拉油缸裝置上的用來采集張拉作業時各種數據的數據采集單元；所述驅動裝置包括油箱以及裝設于油箱內的驅動泵、電機和驅動控制機構，所述電機的輸出端與驅動泵相連，所述電機的控制端與驅動控制機構相連，所述驅動控制機構與執行控制系統連接，所述油箱通過管路與張拉油缸裝置相連通，所述數據采集單元將采集的信號輸入到通信處理裝置和執行控制系統中。所述驅動裝置為液壓油缸千斤頂，所述數據采集單元為設置于液壓油缸千斤頂上用于測量液壓油缸千斤頂活塞桿伸縮量的位移傳感器和用于檢測液壓油缸千斤頂輸出壓力的壓力傳感器；所述張拉油缸裝置為用于驅動液壓油缸千斤頂動作的液壓系統；所述液壓泵通過比例閥與所述液壓油缸千斤頂相連，所述比例閥與液壓油缸千斤頂之間的油路上設有液控單向閥，所述液控單向閥與所述比例閥之間設有卸荷控制旁路，所述卸荷控制旁路上設有電磁閥和可控卸荷裝置。所述可控卸荷裝置包括設置在所述卸荷控制旁路上的節流裝置和單向閥，所述單向閥與所述液壓泵相連。所述可控卸荷裝置包括自調式可變節流器，所述自調式可變節流器包括閥體，所述閥體內設有壓力平衡腔和出油腔，所述壓力平衡腔和出油腔上分別設有第一進油口和第二進油口，所述出油腔內設有出油口，所述壓力平衡腔內設有閥芯，所述閥芯上設有延伸穿入出油腔并與出油口配合用于調節出油口流量的頂桿，所述頂桿上套裝有作用在閥芯和壓力平衡腔壁上的彈簧。所述數據采集單元包括位移傳感器和壓力傳感器；所述位移傳感器設置于張拉油缸裝置上用來檢測張拉作業時油缸伸縮端位移并將位移信號傳送給執行控制系統和通信處理裝置；所述壓力傳感器裝設于油箱內用來檢測張拉作業時油箱內油壓并將油壓值傳送給執行控制系統和通信處理裝置。所述通信處理裝置通過無線或有線的方式進行信號傳輸。圖5手自轉換接口框圖，如圖所示，所述手自動轉換裝置包括調理與變換電路、手自動轉換電路、驅動電路和繼電器組；所述調理與變換電路接收來自執行控制系統的信號并對該信號進行調理和變換輸入到手自動轉換電路，所述手自動轉換電路在手自動轉換開關信號作用下進行轉換后，并輸入到驅動電路，所述驅動電路與繼電器組連接。以上所述僅為本發明的優選實施例，并不用于限制本發明，顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的 這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.基于物聯網的預應力施工系統，其特征在于包括執行控制系統、執行機構、通信處理裝置、設置有數據線接口的現場管理處理器和后臺數據服務處理器； 所述執行控制系統，用于生成控制執行機構的控制信號并輸入到執行機構中；所述執行機構，用于根據在控制信號的作用下對待張拉預應力構件施加應力以及獲取執行機構實際工況信息并輸入到執行控制系統中；所述通信處理裝置，用于傳輸執行機構的實際工況信息；所述現場管理處理器，用于生成任務文件、數據文件以及通過數據線接口或無線電臺來傳輸的數據信號，并以指令實時數據的形式傳輸到執行控制系統；所述后臺數據服務處理器，用于存儲和處理現場管理處理器傳輸的數據；所述現場管理處理器還設置有移動存儲設備，所述移動存儲設備，用于存儲現場管理處理器中的數據。
2.根據權利要求I所述的基于物聯網的預應力施工系統，其特征在于所述執行控制系統包括接收單元和控制信號生成單元；所述接收單元，用于接收通信處理裝置發送的執行機構實際工況信息；所述控制信號生成單元，用于根據接收單元輸入的信號和執行機構實際工況信息來生成控制執行機構啟閉的控制信號；所述通信處理裝置通過無線或有線的方式進行信號傳輸。
3.根據權利要求2所述的基于物聯網的預應力施工系統，其特征在于還包括控制箱，所述執行控制系統和通信處理裝置設置于控制箱中并分別與設置于控制箱中的中央操控系統連接，所述執行控制系統、通信處理裝置和中央操控系統連接分別與設置于控制箱中的電源模塊連接，所述控制箱上還設置有面板開關、面板接口、接口板、觸摸屏和狀態燈組；所述觸摸屏、狀態燈組、面板開關和面板接口分別與中央操控系統連接，所述接口板與執行控制系統連接。
4.根據權利要求3所述的基于物聯網的預應力施工系統，其特征在于所述執行機構包括張拉油缸裝置、驅動裝置和裝設于張拉油缸裝置上的用來采集張拉作業時各種數據的數據采集單元；所述驅動裝置包括油箱以及裝設于油箱內的驅動泵、電機和驅動控制機構，所述電機的輸出端與驅動泵相連，所述電機的控制端與驅動控制機構相連，所述驅動控制機構與執行控制系統連接，所述油箱通過管路與張拉油缸裝置相連通，所述數據采集單元將采集的信號輸入到通信處理裝置和執行控制系統中。
5.根據權利要求4所述的基于物聯網的預應力施工系統，其特征在于所述驅動裝置為液壓油缸千斤頂，所述數據采集單元為設置于液壓油缸千斤頂上用于測量液壓油缸千斤頂活塞桿伸縮量的位移傳感器和用于檢測液壓油缸千斤頂輸出壓力的壓力傳感器；所述張拉油缸裝置為用于驅動液壓油缸千斤頂動作的液壓系統；所述液壓泵通過比例閥與所述液壓油缸千斤頂相連，所述比例閥與液壓油缸千斤頂之間的油路上設有液控單向閥，所述液控單向閥與所述比例閥之間設有卸荷控制旁路，所述卸荷控制旁路上設有電磁閥和可控卸荷裝置。
6.根據權利要求5所述的基于物聯網的預應力施工系統，其特征在于所述可控卸荷裝置包括設置在所述卸荷控制旁路上的節流裝置和單向閥，所述單向閥與所述液壓泵相連。
7.根據權利要求5所述的基于物聯網的預應力施工系統，其特征在于所述可控卸荷裝置包括自調式可變節流器，所述自調式可變節流器包括閥體，所述閥體內設有壓力平衡腔和出油腔，所述壓力平衡腔和出油腔上分別設有第一進油口和第二進油口，所述出油腔內設有出油口，所述壓力平衡腔內設有閥芯，所述閥芯上設有延伸穿入出油腔并與出油口配合用于調節出油口流量的頂桿，所述頂桿上套裝有作用在閥芯和壓力平衡腔壁上的彈簧。
8.根據權利要求1-7任一項所述的基于物聯網的預應力施工系統，其特征在于所述數據采集單元包括位移傳感器和壓力傳感器；所述位移傳感器設置于張拉油缸裝置上用來檢測張拉作業時油缸伸縮端位移并將位移信號傳送給執行控制系統和通信處理裝置；所述壓力傳感器裝設于油箱內用來檢測張拉作業時油箱內油壓并將油壓值傳送給執行控制系統和通信處理裝置。
9.根據權利要求8所述的基于物聯網的預應力施工系統，其特征在于還包括手自動轉換裝置，所述手自動轉換裝置包括調理與變換電路、手自動轉換電路、驅動電路和繼電器組；所述調理與變換電路接收來自執行控制系統的信號并對該信號進行調理和變換輸入到手自動轉換電路，所述手自動轉換電路在手自動轉換開關信號作用下進行轉換后，并輸入到驅動電路，所述驅動電路與繼電器組連接。
全文摘要
本發明公開了一種基于物聯網的預應力施工系統，包括執行控制系統、執行機構和通信處理裝置，執行機構對待張拉預應力構件施加應力以及獲取執行機構實際工況信息并輸入到執行控制系統中，然后通過現場管理處理器生成任務文件、數據文件以及通過數據線接口或無線電臺來傳輸的數據信號，并以指令實時數據的形式傳輸到執行控制系統；最后在后臺數據服務處理器存儲和處理現場管理處理器傳輸的數據；本發明通過執行控制系統對執行機構進行控制，并實時記錄下作業時的數據值，再現施工過程，方便查證；將實時作業數據反饋給執行控制系統以及調整各系統之間作業進度，保證了張拉施工過程工藝的規范操作，同時確保了對張拉過程中關鍵要素的精確控制。
文檔編號G05B19/418GK102888996SQ201210372589
公開日2013年1月23日 申請日期2012年9月29日 優先權日2012年9月29日
發明者廖強, 李文鋒, 羅斌, 游慶和, 黃河, 劉培, 劉欣 申請人:招商局重慶交通科研設計院有限公司