王 源 林

(鄭州大學機械工程學院，河南 鄭州 450000)

·機械與設備·

數(shù)控預應力張拉控制系統(tǒng)

王 源 林

(鄭州大學機械工程學院，河南 鄭州 450000)

介紹了數(shù)控預應力張拉控制系統(tǒng)各組件的技術性能指標，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行了論述，并分析了該系統(tǒng)的主要技術特點，提出了其需要改進及完善的內(nèi)容。

數(shù)控，預應力張拉，系統(tǒng)，控制

0 引言

目前，預應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行標定。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)進行有效的監(jiān)督管理，預應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，有關工程建設管理部門要求預應力張拉施工時，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，需要用科學的、精確的方法來進行預應力張拉施工作業(yè)；用實時的、同步的、數(shù)字化的方法來真實地記錄預應力張拉數(shù)據(jù)即像飛機的黑匣子一樣的監(jiān)控系統(tǒng)——數(shù)控預應力張拉控制系統(tǒng)。

該系統(tǒng)由一臺主機和一臺副機組成，可以同時控制兩臺千斤頂，實現(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，可根據(jù)需要實時打印張拉數(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機處理成張拉曲線，以便分析。

使用本系統(tǒng)進行預應力張拉施工，用計算機設定分級張拉壓力數(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，確保預應力張拉施工的工作質(zhì)量。

1 各組件技術性能指標

1)基本要求。

數(shù)控預應力張拉機應符合相關標準規(guī)定JG/T 5029—93預應力用電動油泵、JG/T 5028—93預應力用液壓千斤頂及企業(yè)標準(Q/KYG數(shù)控預應力張拉系統(tǒng))，并應按規(guī)定程序批準的設計圖樣及技術文件制造、檢查和驗收。

2)環(huán)境適應性。

數(shù)控預應力張拉系統(tǒng)應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.電源電壓波動值應不超過額定電壓的±10%。

3)性能指標。

a.壓力控制精度：0.2 MPa,遠高于傳統(tǒng)施工控制方式；b.伸長值重復測量精度：0.5 mm；c.可根據(jù)工程需要設定主副機張拉伸長值同步誤差，最小可達2 mm；d.可根據(jù)工程需要設定主副機張拉力控制誤差，最小可達2 kN；e.主、副機無線通訊距離：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)控預應力張拉控制系統(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型預應力用電動油泵改進。電機功率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：煒煌AA微型熱敏打印機。

2.1 電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)應滿足以下要求；

1)布線整齊、走線合理，導線接頭應采用冷壓，連接牢靠。接線盒、穿線盒及其入口防護等級不低于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。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)安全防護應符合JB/T 8852及GB 5226.1中的規(guī)定，工作安全可靠。

4)能滿足設備操作所需的各種功能。

5)控制系統(tǒng)軟件程序的編制應能滿足現(xiàn)行國家標準和施工技術規(guī)范的要求，數(shù)據(jù)控制記錄真實準確，操作簡便。

6)控制系統(tǒng)的硬件應工作可靠，安裝連接應能滿足施工現(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要求，執(zhí)行中華人民共和國建筑工業(yè)行業(yè)標準JG/T 5029—93預應力用電動油泵。

在此基礎上，按照系統(tǒng)總體要求，進行改進設計。

2.3 液壓千斤頂

液壓千斤頂?shù)募夹g要求，執(zhí)行中華人民共和國建筑工業(yè)行業(yè)標準JG/T 5028—93預應力用液壓千斤頂。

在此基礎上，按照系統(tǒng)總體要求，進行改進設計。

3 主要技術特點

1)互為主從模式設計。

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

2)“傻瓜式”全自動張拉技術。

一鍵操作技術。操作人員只需選擇梁體編號和孔號后即可實現(xiàn)全過程自動張拉；張拉施工前，工程技術人員可根據(jù)圖紙的設計要求，預先將設備基本參數(shù)輸入到系統(tǒng)中,不同預應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)組即可實現(xiàn)全過程自動張拉。數(shù)據(jù)自動記錄并實時打印。

3)故障智能處理技術。

針對預應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、停機及自動記錄等。

4)張拉設備的可靠性技術。

對設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備的行走裝置方式等進行了合理的設計；位移傳感器采用了防扭轉(zhuǎn)設計；能夠適應各類預應力張拉場合。

5)實時打印和報表生成功能。

本系統(tǒng)存儲的張拉數(shù)據(jù)可實時打印，配上相應型號的打印機或下載到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，保證預應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 結語

數(shù)控預應力張拉控制系統(tǒng)于2011年10月由開封亞光預應力股份有限公司研發(fā)出來后，先后在國家重點工程——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制梁場等工程中投入使用。工程實踐證明：該系統(tǒng)設備工作狀態(tài)穩(wěn)定，操作簡便，工人經(jīng)過簡單培訓即可上崗操作，實現(xiàn)了數(shù)字化的預應力張拉施工，提高了預制箱梁預應力張拉施工的質(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。

需要改進及完善的方面：

1)進一步優(yōu)化控制系統(tǒng)的軟件，以適應復雜多變的預應力張拉工程需要。

2)通過更多的實驗室試驗和現(xiàn)場試驗，積累經(jīng)驗，進一步優(yōu)化結構、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)絡功能的數(shù)控預應力質(zhì)量控制系統(tǒng)。

[1] 李 珠，高建全，賈敏智,等.預應力結構數(shù)控張拉技術的研究[J].施工技術,2003，32(7)：54-55.

[2] 李 平.預應力混凝土數(shù)字化張拉數(shù)顯儀技術的應用注意事項[J].黑龍江交通科技，2013(2)：31-32.

[3] 李建勝,方 浩,陳 勝.關于公路工程施工質(zhì)量管理與控制的思考[J].中國高新技術企業(yè)，2007(5)：5-6.

[4] 孫俊周,宋鴻山,周國慶.淺析預應力空心板梁的張拉控制程序[J].科技信息(科學教研)，2008(24)：13-14.

[5] 錢厚亮,賈艷敏,林錦國,等.新型智能預應力張拉設備的研制[J].自動化儀表，2009(12)：10-11.

[6] 唐前松.T梁預應力智能張拉精細化施工工藝及施工控制[J ].公路工程，2011(4)：55-56.

[7] 馬篤恒.預應力構件鋼絞線張拉自動控制系統(tǒng)的開發(fā)及應用[J].工程建設，2011(6)：40-41.

[8] 梅益?zhèn)?羅 斌,廖 強.預應力張拉監(jiān)控系統(tǒng)的應用[J].公路與汽運，2011(5)：14-15.

[9] 郭全全，李 珠，張善元.預應力數(shù)字化張拉技術的研究[J]．土木工程學報，2004，37(7)：13-17.

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