淺析PLC液壓控制系統在橋梁提升應用中的必要性

嵇旭紅

橋梁整體頂升過程是一個包涵眾多不可控因素的動態過程，其整體頂升過程中連續箱梁的每一聯之間以及每個墩臺的左右兩邊均有可能產生偏差，因此對于偏差大小需要在提升過程中及時發現并進行及時糾偏處理，基于此及時發現偏差問題以及發現偏差后的糾偏控制成為當前橋梁整體頂升過程的研究重點。

PLC液壓控制系統;平移;整體頂升

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自20世紀50年代起，頂升工藝開始出現于鐵路項目橋梁的架設與移位中，此時頂升技術只是雛形，頂升重量較小，過程控制措施簡陋，精度不高，偏差大。到90年代初期，隨著社會快速發展，相關規劃任然不成熟，有些新建不久的建筑物或者年代久遠的建筑物所在位置阻礙后期建設規劃，但拆之可惜。在此情況下，建筑物移位工藝得到迅速發展，并開始大量應用于橋梁頂升中，在計算機技術日趨成熟下，頂升技術被頻繁運用于橋梁平移及頂升以及老橋支座更換領域，并成為了因空間限制而改造工程的主要技術手段。

南河特大橋位于江蘇省溧陽市長深高速（寧杭段）新昌樞紐東南約2公里處，于2003年建成通車。本橋跨越蕪申線運河高溧段，主橋為鋼管混凝土系桿鋼管拱橋，引橋為預應力組合小箱梁和現澆箱梁橋，全橋位于R=8500m的平曲線上，高速公路設計速度120km/h，雙向六車道。北引橋縱坡為1.570%上坡，南引橋縱坡為1.570%下坡，橋梁處豎曲線半徑20000m，路橋分界填土高度約6.5m，橋跨布置為10m×25m組合箱梁+130m鋼管混凝土系桿拱+4×25m組合箱梁+（2×20+18+14）現澆連續箱梁+4×25m組合箱梁，組合箱梁為先簡支后連續結構。橋梁總長659.44m，橫向雙幅布置，橋面全寬=15.75m（單幅寬度）+4.5m（中分帶）+15.75m（單幅寬度）=36m，單幅橋橫向布置為：0.5m（護欄）+15.25m（機動車道）+1m（護欄）=16.75m。橋位處水面寬60m，通行凈高5m。

南河特大橋建成至今14年，由于橋梁航道凈高不滿足三級航道通航要求，對其進行整體頂升改造，整體頂升高度2.16m。

此階段頂升過程主要采用的是人工控制液壓千斤頂方式，采取該種方式較早、工藝相對成熟且記載詳細的代表工程有2000年上海的吳淞大橋北引橋頂升，該工程的吳大橋北引橋與上海同濟路立交橋相連接，研究發現吳淞大橋車流量大，商業街和民用住宅銜接緊張，周邊場地狹小，若拆除重建，資源耗費、周邊協調及交通影響等諸多壓力降劇增，故采取頂升工藝最為恰當。頂升過程的控制靠“工人喊號子”的形式，統一喊，然后統一進行操作，這種控制方式極為不安全，也無法保證過程中每個點的同步，容易在頂升過程中對橋體本身造成結構損傷，因此該方式不適用于多跨的橋梁頂升施工。

該階段已經有了長足進步，主要是采用計算機同步控制技術，由計算機控制液壓千斤頂施加力，而對位移只進行監控。

例如：建于1930年的上海音樂廳，其位于上海市延安東路523號，系國內著名建筑師設計的具有西方古典韻味形式的成功案例之一，建筑總面積約為3000㎡，占地約為1254㎡，結構形式為框架-排架混合結構。因當時延安路需要拓寬和上海音樂廳需要整體改造，欲將其整體進行平移66.46m，并整體頂升，頂升高度為3.38m。這種形式風格及結構形式的建筑物進行平移、頂升，不論頂升高度還是其特殊的結構形式，均為國內首創，難度大。

該工程當時首次采用了由PLC控制的液壓同步頂升系統，代表當時在國內建筑物平移領域的最高水平。該工程改造歷時7個月，施工時在音樂廳的整個托盤下部布置59個頂升點，隨后對每一個頂升點進行稱重，然后根據相應的重量來具體設定頂升力的大小數值，將59個頂升點分成四個小組進行位移控制，該方法主要是通過事前所稱重量來控制頂升力，位移只是輔助控制手段，其單個行程（10cm）頂升誤差在1～5mm，精調是靠最后的支撐墊塊，整個頂升誤差累積在2cm以內。

該方式相對于人工喊口號控制有了大幅度的提升，屬于半自動控制領域，已經基本可以滿足一般性的工程頂升，但相對于跨數多、單個跨徑大、結構形式多樣的結構，頂升時依舊存在諸多不可控因素，甚至許多內在隱藏因素在過程中表象上無法發現，風險大且稱重工序繁瑣。

采用計算機同步控制技術，主要用計算機控制位移，同時對控制點的力設定一定范圍，通過位移和力雙控制。編程邏輯控制器，應用可編程存儲器，具有“順序控制”、“邏輯運算執行”、“計數”、“定時”等功能，在用戶發出指令后，即可根據指令要求來控制生產過程。

本工程南河特大橋主橋為鋼管混凝土系桿拱結構，跨徑130m，引橋為先簡支后連續的箱梁結構，長度529m。鋼管砼系桿拱橋，柔性大，對位移誤差敏感性高，現針對主橋遠距離特點進行如下控制研究：針對主橋，應用8點同步控制系統來頂升，在具體操作時，針對各個控制點，都要進行詳細分組。針對引橋，應用10點同步控制系統來頂升，操作方式與上述過程類似。除此之外，控制信號傳輸通訊模式，目前應用的多為模擬量傳輸方式，本工程采用了更可靠的數字信號傳輸模式，通過發送各項指令，在具體的操作環節中，借助人機交互形式，時刻了解頂升過程產生的誤差并進行總體控制;本次研究的方法可隨時作為相互補充備份的雙電腦主站控制，避免出現單個總控操作平臺突然失靈，而引起信號中斷，并設計軟件增強PLC控制系統靈敏度計算精度與頻率;研究信號傳輸線傳輸率，增設設備信號增強器等措施，最終完成頂升后的誤差在±5mm內，成功確保了信號傳輸的準確性。

為了提高大型結構同步頂升質量，常用半自動液壓頂升系統，通過這一系統應用，有效解決重載頂升中存在的問題。但是，大型結構物的體積日益增大，重量越來越大，結構復雜，涉及的控制點多，對控制精度的要求也更高，為了滿足操作系統，要求液壓頂升系統能夠做到多點同步升降，傳統半自動液壓頂升系統存在各類問題，為了提升工作質量，需要應用多點協調一致的處理方式。

本工程采用PLC控制下的變頻調速控制（位移控制），多點同步液壓升降控制系統可以很好的解決上述問題。

PLC液壓同步控制系統是借助計算機技術來控制液壓泵站、液壓元件的一種方式，當發出指令之后，即可控制液壓千斤頂的運行，再利用傳感器、位移等，將各項參數的變化反饋至屏幕上，通過屏幕，操作人員即可隨時了解參數的變化情況，如果其中存在異常，根據要求來調整。這種控制方式，是由計算機進行全程控制，可以確保液壓千斤頂頂升運行的同步性，同時各點的力自動平衡調整，這樣在頂升過程中保持各頂升力的平衡性。該種方式充分考慮到位移控制、力學控制要求。

首先，分散布置：大型建筑物體積大，在頂升時，需要合理控制執行機構，確保大型液壓缸可以在各種情況下到達頂升支點。

其次，集中操作;大范圍液壓缸執行機構需要在大范圍中進行，操作人員無法兼顧到各個問題，因此，這對操作質量提出更高要求，為此在整個過程中，需要充分考慮安全問題，由操作人員在中央控制室中進行操作。

再次，同步升降：頂升工程的結構質量常常是分布不均衡的，這樣，頂升液壓缸的受力情況也會出現差異，應用這一系統，可以解決液壓缸出力不均的問題，避免升降環節結構變形過大，即便在帶載下降的情況下，能夠保證精度。針對橋梁調坡、頂升，也要滿足同步運行要求。

最后，實時監控：由于操作人員要在中央控制室內對各液壓缸進行遙操作，因此，在中央控制室內，操作人員不僅能夠實時監控各液壓缸的壓力、位移大小，而且還能夠檢測壓力、位移的變化趨勢、歷史紀錄等;對于泵站各閥件的工作狀態也能夠實時監控，便于故障的排除。

傳統頂升工藝在設備局限、荷載差異等因素影響下，可能會引起構件失效問題，帶來一系列的安全隱患。基于此，本文推行PLC液壓同步頂升技術，通過位移主控，力輔助控制的方式，解決了該領域中存在的各類問題，填補了研究空白，實踐顯示，設置PLC液壓控制系統具有其重要意義。

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The overall lifting process of the bridge is a dynamic process that contains many uncontrollable factors. During the overall lifting process， there may be deviations between each link of the continuous box girder and the left and right sides of each pier， so the size of the deviation needs to be In the process of lifting， timely detection and corrective processing is carried out. Based on this， timely detection of deviation problems and corrective control after deviations have become the research focus of the current overall lifting process of bridges.

PLC hydraulic control system; translation; overall jacking