王 勇，楊肖委，王一達(dá)

(1.貴陽(yáng)電氣控制設(shè)備有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550003； 2.貴州大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025)

0 引言

在過(guò)去的數(shù)十年間，經(jīng)常出現(xiàn)房屋和橋梁垮塌，造成了巨大的損失。引起事故的原因有很多，但是最主要的是施工質(zhì)量不過(guò)關(guān)。預(yù)應(yīng)力技術(shù)是當(dāng)前施工建設(shè)中最為關(guān)鍵的技術(shù)，預(yù)應(yīng)力的施工質(zhì)量直接關(guān)系到整個(gè)工程的安全性[1]。由于傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力張拉系統(tǒng)存在諸多缺陷，所以我們應(yīng)采用一種更安全、效率更高的預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)，故本文設(shè)計(jì)了采用PLC作為控制器的預(yù)應(yīng)力智能張拉控制系統(tǒng)。

1 預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)

預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)是通過(guò)工業(yè)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能化控制，使預(yù)應(yīng)力張拉實(shí)現(xiàn)智能化、同步化，從而大幅度地減小人為造成的不利因素，保證施工質(zhì)量[2]。預(yù)應(yīng)力智能同步張拉系統(tǒng)主要由液壓系統(tǒng)和智能控制系統(tǒng)兩大部分組成。其中，液壓系統(tǒng)由液壓千斤頂、泵站和液壓控制閥等組成；智能控制系統(tǒng)由PLC、壓力傳感器、位移傳感器和觸摸屏等部分組成，該系統(tǒng)可以對(duì)張拉的位移值和應(yīng)力值進(jìn)行實(shí)時(shí)控制并采集存儲(chǔ)，并可以隨時(shí)隨地查看歷史數(shù)據(jù)。

2 預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

預(yù)應(yīng)力張拉智能控制系統(tǒng)的硬件主要分為4個(gè)部分：PLC、壓力傳感器、位移傳感器和觸摸屏，其具體組成如圖1所示。

圖1 預(yù)應(yīng)力張拉智能控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)采用可編程控制器(PLC)連接外界的觸摸屏進(jìn)而與外部的設(shè)備通信，我們通過(guò)人機(jī)界面發(fā)送各種數(shù)據(jù)到PLC，然后由PLC的D/A轉(zhuǎn)換輸出模塊將數(shù)據(jù)送到電液比例閥，改變溢流閥閥口的位置，調(diào)節(jié)油壓。同時(shí)，PLC的A/D輸入模塊也在工作，它收集位移傳感器和壓力傳感器的信號(hào)，在人機(jī)界面上顯示，方便人們的觀察；該信號(hào)同時(shí)作為一個(gè)反饋用于進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。如果在工作過(guò)程中PLC接收到的應(yīng)力值和伸長(zhǎng)量與事先設(shè)定的有差別，這時(shí)PLC和人機(jī)界面會(huì)同時(shí)出現(xiàn)報(bào)警，并將產(chǎn)生的一系列數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在PLC，再?gòu)腜LC通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到數(shù)據(jù)中心進(jìn)行分析，最后在整個(gè)張拉過(guò)程結(jié)束后，數(shù)據(jù)會(huì)以報(bào)表的形式產(chǎn)生。

2.1 PLC可編程控制器設(shè)計(jì)

PLC選用歐姆龍CP1L-EL20DR-D,它是OMRON公司推出的一種小型PLC，該模塊有12路數(shù)字量輸出、18路數(shù)字量輸入,串行通信有兩個(gè)端口，可以選擇RS-232C或RS-485通信,可同時(shí)與觸摸屏、打印機(jī)組成小型控制系統(tǒng)。CP1L具備完美的Ethernet端口，是一種以TCP和IP為基礎(chǔ)的以太網(wǎng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅數(shù)據(jù)傳送能力非常強(qiáng)大，而且系統(tǒng)的兼容性非常好，容易操作，非常簡(jiǎn)單地就實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的共享，同時(shí)其價(jià)格低廉，性?xún)r(jià)比較高[3]。

根據(jù)張拉順序流程圖進(jìn)行預(yù)應(yīng)力智能張拉控制系統(tǒng)輸入、輸出端子分配，如表1所示。

根據(jù)表1對(duì)PLC進(jìn)行接線(xiàn)，接線(xiàn)圖如圖2所示。

2.2 傳感器設(shè)計(jì)

傳感器包括測(cè)量預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)伸長(zhǎng)值的位移傳感器和測(cè)量張拉液壓系統(tǒng)壓力的壓力傳感器。

位移傳感器測(cè)量的位移就是鋼絞線(xiàn)實(shí)際的張拉伸長(zhǎng)值，選用的拉桿式直線(xiàn)位移傳感器KPM225如圖3所示。位移傳感器主要用來(lái)檢測(cè)千斤頂?shù)奈灰?，將其固定在千斤頂?shù)暮线m位置，其輸出與PLC的模擬口連接，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。具體檢測(cè)原理是將該傳感器固定在千斤頂?shù)耐鈿ど?，在張拉的時(shí)候，使之一起移動(dòng)，阻值改變，輸出相應(yīng)的電信號(hào)，測(cè)出千斤頂?shù)膹埨灰啤?/p>

壓力傳感器主要作用是測(cè)量張拉荷載, 選用的PTS702高壓壓力傳感器如圖4所示。PTS702高壓壓力傳感器采用一體式設(shè)計(jì)，采用特殊的進(jìn)口材料制作彈性部分，密封性能非常高，對(duì)超高壓的測(cè)量系統(tǒng)尤其適用，所以通常在大型的液壓設(shè)備中使用。在對(duì)壓力進(jìn)行測(cè)量時(shí)，傳感器是放在千斤頂?shù)挠鸵寒?dāng)中，考慮到誤差，所以在實(shí)際中應(yīng)對(duì)反饋的壓力值進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

表1 預(yù)應(yīng)力智能張拉控制系統(tǒng)輸入、輸出端子分配

圖3拉桿式直線(xiàn)位移傳感器KPM225圖4 PTS702高壓壓力傳感器

3 預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

預(yù)應(yīng)力智能張拉控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括三個(gè)方面：預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)的PLC控制程序設(shè)計(jì)[4]、人機(jī)界面設(shè)計(jì)、無(wú)線(xiàn)通信設(shè)計(jì)。

3.1 PLC控制程序設(shè)計(jì)

根據(jù)預(yù)應(yīng)力張拉施工過(guò)程來(lái)分析系統(tǒng)控制要求，如需要完成的動(dòng)作、操作方式等。設(shè)計(jì)的預(yù)應(yīng)力張拉控制流程如圖5所示，遵循這一張拉順序控制流程來(lái)編制PLC中的控制程序。

3.2 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

選用威綸通MT8071iE觸摸屏作為人機(jī)界面，設(shè)計(jì)的預(yù)應(yīng)力張拉系統(tǒng)人機(jī)界面如圖6所示。

3.3 無(wú)線(xiàn)通信設(shè)計(jì)

選用無(wú)線(xiàn)以太網(wǎng)通信模塊進(jìn)行通信，可以降低干擾，保證通信的安全性，并實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信模塊AWK-3121將主、副泵站采集到的張拉力和鋼絞線(xiàn)伸長(zhǎng)值傳遞到遠(yuǎn)程控制中心，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)張拉數(shù)據(jù)，保障張拉施工數(shù)據(jù)的真實(shí)性。另外，預(yù)應(yīng)力張拉系統(tǒng)的副泵站將施工采集到的張拉力和伸長(zhǎng)量通過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊傳遞到主泵站上并在主泵站的觸摸屏上顯示處理；同時(shí)在整個(gè)張拉過(guò)程中主、副泵站相互通信，進(jìn)行同步性判斷，若不同步則采取相應(yīng)調(diào)整動(dòng)作使其同步，張拉系統(tǒng)在保證張拉精度的同時(shí)，也能夠解決兩端張拉同步性問(wèn)題[5]。

圖5 預(yù)應(yīng)力張拉過(guò)程的順序流程

圖6 預(yù)應(yīng)力張拉系統(tǒng)的人機(jī)界面

4 結(jié)語(yǔ)

所設(shè)計(jì)的預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)采用了先進(jìn)控制方式，實(shí)現(xiàn)了智能化的控制，使得工作效率大幅度提高，控制精度顯著提升，減少了操作人員的工作量，將人為因素造成的錯(cuò)誤降到最低，數(shù)據(jù)的即時(shí)傳輸和保存提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性和真實(shí)性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 肖云，羅意鐘，唐祖文，等.預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究[J].西部交通科技，2014(10)：43-47.

[2] 鄧年春.預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)研究及其工程應(yīng)用[J].預(yù)應(yīng)力技術(shù)，2014(3)：24-25.

[3] 李冠霖.公路橋梁建設(shè)中預(yù)應(yīng)力智能張拉施工[J].交通世界，2013(10)：226-227.

[4] 林路宇.預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)在現(xiàn)澆箱梁中的應(yīng)用[J].四川建材，2015(2)：271-281.

[5] 張開(kāi).預(yù)應(yīng)力智能張拉施工技術(shù)應(yīng)用及控制要點(diǎn)[J].湖南交通科技，2013(4)：93-96.