數(shù)控預(yù)應(yīng)力張拉控制系統(tǒng)

王 源 林

(鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，河南 鄭州 450000)

·機(jī)械與設(shè)備·

數(shù)控預(yù)應(yīng)力張拉控制系統(tǒng)

王 源 林

(鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，河南 鄭州 450000)

介紹了數(shù)控預(yù)應(yīng)力張拉控制系統(tǒng)各組件的技術(shù)性能指標(biāo)，對電氣控制系統(tǒng)、高壓電動油泵、液壓千斤頂?shù)闹饕δ苓M(jìn)行了論述，并分析了該系統(tǒng)的主要技術(shù)特點(diǎn)，提出了其需要改進(jìn)及完善的內(nèi)容。

數(shù)控，預(yù)應(yīng)力張拉，系統(tǒng)，控制

0 引言

目前，預(yù)應(yīng)力張拉施工的一般方法是事先將高壓油泵的壓力表和液壓千斤頂進(jìn)行標(biāo)定。張拉時控制壓力，以人工讀壓力表的讀數(shù)的方法來控制張拉力；人工用鋼板尺來測量液壓千斤頂油缸的伸長，由人工記錄控制壓力和鋼絞線的伸長值。因各參建隊伍人員素養(yǎng)參差不齊，很難對每一束鋼絞線的張拉作業(yè)進(jìn)行有效的監(jiān)督管理，預(yù)應(yīng)力張拉施工的事故時有發(fā)生。

例如：2007年10月京華時報曾報道的某高速公路一座大橋施工時，由于波紋管漏漿堵塞，本應(yīng)穿數(shù)根鋼絞線可僅有3根能穿過，其余的施工隊竟然截成兩節(jié)，弄虛作假分別從兩端穿入，此事件曝光后，從2008年開始，有關(guān)工程建設(shè)管理部門要求預(yù)應(yīng)力張拉施工時，要全程DV攝像來監(jiān)控，但全程DV攝像也無法監(jiān)控張拉數(shù)據(jù)的正確與否。所以，需要用科學(xué)的、精確的方法來進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉施工作業(yè)；用實(shí)時的、同步的、數(shù)字化的方法來真實(shí)地記錄預(yù)應(yīng)力張拉數(shù)據(jù)即像飛機(jī)的黑匣子一樣的監(jiān)控系統(tǒng)——數(shù)控預(yù)應(yīng)力張拉控制系統(tǒng)。

該系統(tǒng)由一臺主機(jī)和一臺副機(jī)組成，可以同時控制兩臺千斤頂，實(shí)現(xiàn)雙端分級同步自動控制張拉。同時同步存儲壓力和位移數(shù)據(jù)，系統(tǒng)中裝有打印機(jī)，可根據(jù)需要實(shí)時打印張拉數(shù)據(jù)。存儲的張拉數(shù)據(jù)可以下載到U盤中，通過后期PC機(jī)處理成張拉曲線，以便分析。

使用本系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉施工，用計算機(jī)設(shè)定分級張拉壓力數(shù)據(jù)后，人工只需操控加載速度，即可實(shí)現(xiàn)精確、自動、雙端同步張拉，壓力值和伸長值自動測量記錄，張拉數(shù)據(jù)自動打印(見圖1)。這樣，可以完全排除人為因素，確保預(yù)應(yīng)力張拉施工的工作質(zhì)量。

1 各組件技術(shù)性能指標(biāo)

1)基本要求。

數(shù)控預(yù)應(yīng)力張拉機(jī)應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定JG/T 5029—93預(yù)應(yīng)力用電動油泵、JG/T 5028—93預(yù)應(yīng)力用液壓千斤頂及企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(Q/KYG數(shù)控預(yù)應(yīng)力張拉系統(tǒng))，并應(yīng)按規(guī)定程序批準(zhǔn)的設(shè)計圖樣及技術(shù)文件制造、檢查和驗收。

2)環(huán)境適應(yīng)性。

數(shù)控預(yù)應(yīng)力張拉系統(tǒng)應(yīng)保證在下列條件下可靠工作：

a.野外工作環(huán)境；b.海拔在2 000 m以下；c.環(huán)境溫度在5 ℃～40 ℃范圍內(nèi)；d.空氣相對濕度不大于85%(溫度為20 ℃±5 ℃時)；e.電源電壓波動值應(yīng)不超過額定電壓的±10%。

3)性能指標(biāo)。

a.壓力控制精度：0.2 MPa,遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)施工控制方式；b.伸長值重復(fù)測量精度：0.5 mm；c.可根據(jù)工程需要設(shè)定主副機(jī)張拉伸長值同步誤差，最小可達(dá)2 mm；d.可根據(jù)工程需要設(shè)定主副機(jī)張拉力控制誤差，最小可達(dá)2 kN；e.主、副機(jī)無線通訊距離：不小于200 m；f.油泵最大流量：2×2 L/min；g.最高工作壓力：55 MPa；h.張拉分級數(shù)：5。

2 各主要部件的組成和功能

數(shù)控預(yù)應(yīng)力張拉控制系統(tǒng)框圖如圖2所示。

PLC：西門子S7-200 CPU224CN編程控制器，功能豐富，編程簡單，工作可靠。

A/D轉(zhuǎn)換模塊：西門子EM231模擬量擴(kuò)展模塊。4路模擬量輸入。

HMI：昆侖通泰TPC1062KX觸摸屏。以嵌入式低功耗CPU為核心(主頻400 MH)的高性能嵌入式一體化觸摸屏，采用10.2英吋四線電阻式觸摸屏，預(yù)裝MCGS嵌入式組態(tài)軟件。

RF收發(fā)器：采用工業(yè)級500 MW抗干擾無線傳輸模塊。最大傳輸距離2 000 m(1 200 bps)。

液壓站：YBZ2X2-50型預(yù)應(yīng)力用電動油泵改進(jìn)。電機(jī)功率3 kW，轉(zhuǎn)速1 470 rpm。

千斤頂：YDC系列穿心式液壓千斤頂。規(guī)格根據(jù)張拉施工需要配置。

打印機(jī)：煒煌AA微型熱敏打印機(jī)。

2.1 電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求；

1)布線整齊、走線合理，導(dǎo)線接頭應(yīng)采用冷壓，連接牢靠。接線盒、穿線盒及其入口防護(hù)等級不低于IP51。

2)各接線端子間走線及信號線、電纜不允許有中間接頭。

3)有良好的過電壓、過電流保護(hù)。有良好的電磁屏蔽措施；有良好的系統(tǒng)接地。電氣控制系統(tǒng)安全防護(hù)應(yīng)符合JB/T 8852及GB 5226.1中的規(guī)定，工作安全可靠。

4)能滿足設(shè)備操作所需的各種功能。

5)控制系統(tǒng)軟件程序的編制應(yīng)能滿足現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)和施工技術(shù)規(guī)范的要求，數(shù)據(jù)控制記錄真實(shí)準(zhǔn)確，操作簡便。

6)控制系統(tǒng)的硬件應(yīng)工作可靠，安裝連接應(yīng)能滿足施工現(xiàn)場顛簸、振動的工作條件的要求。

2.2 高壓電動油泵

高壓電動油泵的技術(shù)要求，執(zhí)行中華人民共和國建筑工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JG/T 5029—93預(yù)應(yīng)力用電動油泵。

在此基礎(chǔ)上，按照系統(tǒng)總體要求，進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計。

2.3 液壓千斤頂

液壓千斤頂?shù)募夹g(shù)要求，執(zhí)行中華人民共和國建筑工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JG/T 5028—93預(yù)應(yīng)力用液壓千斤頂。

在此基礎(chǔ)上，按照系統(tǒng)總體要求，進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計。

3 主要技術(shù)特點(diǎn)

1)互為主從模式設(shè)計。

本數(shù)控預(yù)應(yīng)力張拉系統(tǒng)具有目前國內(nèi)獨(dú)創(chuàng)的主從轉(zhuǎn)換模式，無需控制中心。在主機(jī)模式下既可以自己單獨(dú)作業(yè)，也可以發(fā)出指令指揮其他若干臺設(shè)備進(jìn)行自動化同步張拉施工作業(yè)。在副機(jī)模式下，接收主機(jī)發(fā)出的指令，配合其他設(shè)備進(jìn)行同步張拉施工。

2)“傻瓜式”全自動張拉技術(shù)。

一鍵操作技術(shù)。操作人員只需選擇梁體編號和孔號后即可實(shí)現(xiàn)全過程自動張拉；張拉施工前，工程技術(shù)人員可根據(jù)圖紙的設(shè)計要求，預(yù)先將設(shè)備基本參數(shù)輸入到系統(tǒng)中,不同預(yù)應(yīng)力束的張拉工藝參數(shù)由系統(tǒng)自動計算并存儲,張拉施工時操作人員只需輸入梁體編號和孔號后，調(diào)用已存儲參數(shù)組即可實(shí)現(xiàn)全過程自動張拉。數(shù)據(jù)自動記錄并實(shí)時打印。

3)故障智能處理技術(shù)。

針對預(yù)應(yīng)力張拉過程可能遇到的異常問題，如張拉力異常，伸長量過大投兩端差值過大、堵管等，軟件中編制有專門的臨界值和處理程序包括報警、停機(jī)及自動記錄等。

4)張拉設(shè)備的可靠性技術(shù)。

對設(shè)備各組成部件的尺寸、操作面板的形式、各組成部件的空間集成布置方式到張拉設(shè)備的行走裝置方式等進(jìn)行了合理的設(shè)計；位移傳感器采用了防扭轉(zhuǎn)設(shè)計；能夠適應(yīng)各類預(yù)應(yīng)力張拉場合。

5)實(shí)時打印和報表生成功能。

本系統(tǒng)存儲的張拉數(shù)據(jù)可實(shí)時打印，配上相應(yīng)型號的打印機(jī)或下載到U盤中，可生成張拉記錄表，杜絕人為造假的可能，可還原施工過程，保證預(yù)應(yīng)力張拉施工的工程質(zhì)量。同時還省去了張拉力、伸長量等數(shù)據(jù)的計算、填寫過程，提高了工作效率。

4 結(jié)語

數(shù)控預(yù)應(yīng)力張拉控制系統(tǒng)于2011年10月由開封亞光預(yù)應(yīng)力股份有限公司研發(fā)出來后，先后在國家重點(diǎn)工程——南水北調(diào)中線湍河渡槽(該渡槽單跨跨度、最大輸水流量均居世界首位)、連霍高速公路加寬工程、連霍高速公路甘肅互通立交橋、北京一家混凝土有限公司預(yù)制梁場等工程中投入使用。工程實(shí)踐證明：該系統(tǒng)設(shè)備工作狀態(tài)穩(wěn)定，操作簡便，工人經(jīng)過簡單培訓(xùn)即可上崗操作，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化的預(yù)應(yīng)力張拉施工，提高了預(yù)制箱梁預(yù)應(yīng)力張拉施工的質(zhì)量和施工管理水平，得到了施工單位和監(jiān)理的一致好評。

需要改進(jìn)及完善的方面：

1)進(jìn)一步優(yōu)化控制系統(tǒng)的軟件，以適應(yīng)復(fù)雜多變的預(yù)應(yīng)力張拉工程需要。

2)通過更多的實(shí)驗室試驗和現(xiàn)場試驗，積累經(jīng)驗，進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)、優(yōu)選電器元件，提高系統(tǒng)的可靠性。

3)研究開發(fā)具有網(wǎng)絡(luò)功能的數(shù)控預(yù)應(yīng)力質(zhì)量控制系統(tǒng)。

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On controlling system of numeric prestress tension

Wang Yuanlin

(SchoolofMechanicalEngineering,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou450000,China)

The paper introduces the technical performance indexes of the components in the controlling system of numeric prestress tension, indicates the main functions for electronic controlling system, high-pressure electric oil pump, and hydraulic jack, analyzes the main technical features of the system, and points out contents for improvement.

numeric control, prestress tension, system, control

1009-6825(2015)16-0219-02

2015-03-26

王源林(1960- )，男，技師

TP202

A