專利名稱：一種預(yù)應(yīng)力張拉過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種預(yù)應(yīng)力張拉過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)，屬于土木工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在公路、鐵路、橋梁、建筑、水利等土木工程領(lǐng)域中常常需要對(duì)結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力，特別是現(xiàn)在的高鐵、高速公路的橋梁施工和南水北調(diào)的渡槽施工中應(yīng)用的更加普及，施加預(yù)應(yīng)力的質(zhì)量直接決定了工程的質(zhì)量和人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。現(xiàn)在預(yù)應(yīng)力的施工過(guò)程通過(guò)預(yù)應(yīng)力張拉監(jiān)控裝置來(lái)對(duì)整個(gè)張拉過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，該監(jiān)控裝置包括位移傳感器、壓力傳感器、處理器和顯示裝置，其中位移傳感器設(shè)置在預(yù)應(yīng)力機(jī)構(gòu)千斤頂上面，壓力傳感器設(shè)置在液壓千斤頂?shù)囊粋€(gè)液壓回路中，位移傳感器和壓力傳感器都與處理器的出入端口相連，顯示裝置和處理器的輸出端口相連，處理器將通過(guò)壓力傳感器和位移傳感器檢測(cè)到的數(shù)值進(jìn)行 處理，并將處理后的數(shù)據(jù)傳送給顯示裝置，施工人員可以很清楚的知道當(dāng)前的張拉力和位移量，便于施工人員多整個(gè)張拉過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，但是顯示裝置只能顯示張拉力、位移量和某幾種狀態(tài)量值，不能對(duì)張拉過(guò)程中的所有的狀態(tài)量和參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，導(dǎo)致施工人員無(wú)法了解張拉過(guò)程的整體狀況，影響施工人員的判斷。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是解決現(xiàn)有預(yù)應(yīng)力張拉過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)不能對(duì)張拉過(guò)程中的所有的狀態(tài)量和參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，而提出一種對(duì)現(xiàn)有預(yù)應(yīng)力張拉過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)的改進(jìn)方案。本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題而提出一種張拉過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)，該張拉過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)包括用于測(cè)量張拉過(guò)程中所加載的壓力值和位移值的位移傳感器和壓力傳感器以及處理器和顯示單元，所述的處理器為可編程控制器PLC，顯示單元為觸摸屏，壓力傳感器和位移傳感器都與可編程控制器PLC的模擬量輸入模塊相連，可編程控制器PLC的開關(guān)量輸出端口用于與預(yù)應(yīng)力張拉機(jī)構(gòu)的控制端液壓油泵電機(jī)相連，可編程控制器PLC的輸出端與觸摸屏通訊連接，該觸摸屏用于顯示張拉過(guò)程中的所有狀態(tài)變量并對(duì)不同工況條件下分段加載的壓力值、保持時(shí)間值、段數(shù)可實(shí)現(xiàn)參數(shù)化控制。所述的預(yù)應(yīng)力張拉過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)還包括微型打印設(shè)備，該微型打印設(shè)備通過(guò)其通信接口與所述的觸摸屏相連。所述的監(jiān)控觸摸屏上還設(shè)置有USB接口，用于對(duì)觸摸屏內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)歸檔。所述的可編程控制器PLC的開關(guān)量輸入端口設(shè)置有按鈕單元，用于控制油泵電機(jī)的通斷。所述的按鈕單元包括手動(dòng)/自動(dòng)選擇按鈕、啟動(dòng)按鈕、停止按鈕、急停按鈕。所述的可編程控制器PLC的開關(guān)量輸入端還通過(guò)繼電器連接有報(bào)警器。所述的可編程控制器PLC采用西門子S7-200中的CPU224CN型，且該可編程控制器PLC的開關(guān)量輸入端口通過(guò)EM231/4AI模擬量輸入模塊與壓力傳感器和位移傳感器相連。[0011]所述的監(jiān)控觸摸屏采用TPC7062KS型觸摸屏，該觸摸屏通過(guò)其RS485通訊接口與可編程控制器PLC通訊連接。所述的微型打印設(shè)備采用WH-A52Z20-30E125的針式打印機(jī)并通過(guò)其RS232接口
與觸摸屏連接。本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型通過(guò)使用觸摸屏為預(yù)應(yīng)力監(jiān)控系統(tǒng)中的顯示單元，對(duì)油泵電機(jī)的啟/停和工作狀態(tài)、報(bào)警器的狀態(tài)、壓力值、位移值、分段加載的壓力設(shè)定值、保持時(shí)間、過(guò)程狀態(tài)等進(jìn)行監(jiān)控。并可以對(duì)不同工況條件下分段加載的壓力值、保持時(shí)間值、段數(shù)可實(shí)現(xiàn)參數(shù)化控制，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使現(xiàn)場(chǎng)操作方便靈活。

圖I是本實(shí)用新型的張拉過(guò)程預(yù)應(yīng)力監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；·圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的系統(tǒng)工作原理圖；圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的觸摸屏監(jiān)控界面圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例的觸摸屏參數(shù)設(shè)置界面；圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例的觸摸屏配方設(shè)置界面；圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例的觸摸屏歸檔界面；圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例的張拉力分段加載過(guò)程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
做進(jìn)一步說(shuō)明。該監(jiān)控系統(tǒng)工作原理圖如圖I所示。通用的預(yù)應(yīng)力用液壓千斤頂設(shè)備可以選用YBZ型電動(dòng)油泵和YDC1500型千斤頂，將一個(gè)液壓回路中壓力表?yè)Q成CYG1115_60MPa的壓力傳感器，其輸出為0 20mA，精度1%FS ;在千斤頂?shù)耐饷嫔习惭b了一個(gè)KTC_200mm位移傳感器，它可檢測(cè)油缸活塞的移動(dòng)位移，其輸出為0 20mA，精度1%FS ；PLC選用西門子S7-200中的CPU224CN型，加上一個(gè)EM231/4AI模擬量輸入模塊來(lái)連接壓力傳感器和位移傳感器，手動(dòng)/自動(dòng)選擇按鈕、啟動(dòng)按鈕、停止按鈕、急停按鈕等連接到PLC的開關(guān)量輸入端口，PLC的開關(guān)量輸出可通過(guò)繼電器控制報(bào)警器的通斷，也可通過(guò)控制接觸器的線圈來(lái)控制液壓油泵電機(jī)的通斷。手動(dòng)按鈕可直接控制液壓油泵電機(jī)的通斷實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制。監(jiān)控觸摸屏采用TPC7062KS型觸摸屏，通過(guò)RS485通訊接口與PLC連接，微型打印機(jī)采用WH-A52Z20-30E125的針式打印機(jī)，通過(guò)RS232接口與監(jiān)控觸摸屏連接，監(jiān)控觸摸屏的USB接口可以連接U盤，用于存儲(chǔ)歸檔變量。在觸摸屏中組態(tài)的監(jiān)控界面、參數(shù)設(shè)置界面、配方管理界面、數(shù)據(jù)歸檔界面、報(bào)警界面如圖2 圖5所示。可編程控制器(PLC)、監(jiān)控觸摸屏、微型打印機(jī)、按鈕等控制電路安裝在一個(gè)控制箱中。該系統(tǒng)具有4個(gè)模擬量輸入、2個(gè)電機(jī)和2個(gè)報(bào)警器輸出控制，可同時(shí)控制兩臺(tái)預(yù)應(yīng)力設(shè)備同時(shí)工作，以實(shí)現(xiàn)兩端的同步張拉工藝。在實(shí)際施工過(guò)程中常采用張拉力分段加載的方法，其過(guò)程圖如圖6所示。每次壓力值從某一值逐漸加載達(dá)到下一個(gè)設(shè)定值，然后再保持該壓力值一段時(shí)間，這一過(guò)程稱為張拉力分段加載的一段過(guò)程，在圖6中表示的有四段。首先將鋼絞線穿進(jìn)構(gòu)件中并安裝好千斤頂和錨具等，關(guān)閉相應(yīng)的回油閥，打開送油閥，先用手動(dòng)按鈕啟動(dòng)油泵，手工調(diào)整送油閥使液壓油進(jìn)入到千斤頂中進(jìn)行預(yù)拉伸，然后再開始分段張拉過(guò)程。進(jìn)行分段張拉時(shí)，控制箱上的手動(dòng)/自動(dòng)按鈕撥到自動(dòng)位置，然后按下啟動(dòng)按鈕后PLC自動(dòng)啟動(dòng)油泵電機(jī)，開始手工調(diào)整送油閥的開度逐漸增加千斤頂液壓回路中的壓力，同時(shí)千斤頂?shù)幕钊ㄟ^(guò)錨具將鋼絞線拉伸出來(lái)，壓力和位移傳感器把壓力和位移傳送到PLC中，這個(gè)過(guò)程是圖6中的O Tl段。當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定的壓力Pl時(shí)，PLC控制油泵電機(jī)自動(dòng)停止，并啟動(dòng)延時(shí)程序，進(jìn)入到保壓延時(shí)階段，即圖6中Tl T2段。當(dāng)延時(shí)時(shí)間到達(dá)后，PLC自動(dòng)啟動(dòng)油泵電機(jī)，手工調(diào)整送油閥的開度繼續(xù)逐漸加壓，鋼絞線繼續(xù)拉伸，即圖6中T2 T3段。當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定的壓力P2時(shí)，PLC控制油泵電機(jī)自動(dòng)停止，并啟動(dòng)延時(shí)程序，進(jìn)入到保壓延時(shí)階段，即圖6中T3 T4段。如此重復(fù)將壓力分段加載到設(shè)定的最大的壓力值P4時(shí)，油泵電機(jī)停止，延時(shí)時(shí)間結(jié)束后，分段張拉過(guò)程就結(jié)束了，PLC驅(qū)動(dòng)報(bào)警器輸出30秒以表示自動(dòng)張拉過(guò)程的結(jié)束。這時(shí)可手動(dòng)逐漸打開回油閥，使千斤頂中的壓力逐漸下降為零，而鋼絞線由于錨具的自鎖而無(wú)法縮回，只有一定量的彈性回彈，而整個(gè)過(guò)程中壓力和位移隨時(shí)間的變化值都被記錄在觸摸屏的內(nèi)存或U盤中。此時(shí)用戶可按下打印按鈕，將剛完成的張拉過(guò)程的分段控制壓力值和相應(yīng)的位移值，以及過(guò)程的位移和壓力變化曲線通過(guò)微型打印機(jī)打印出來(lái)。將千斤頂卸下后可重新進(jìn)行下一次張拉。在PLC控制程序中，分段張拉的壓力值Pl、P2等可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)定，保壓時(shí) 間也可實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)定，分段張拉的段數(shù)最多可完成5段。如果只有3段或4段時(shí)，只要將后續(xù)段的壓力值和時(shí)間值設(shè)定為0，PLC就會(huì)自動(dòng)完成3段或4段的過(guò)程。由于在施工過(guò)程中根據(jù)工藝要求要不斷改變壓力值和時(shí)間值，為了提高輸入的效率，可將常用的分段張拉的參數(shù)進(jìn)行配方管理。在觸摸屏的配方管理界面中(如圖4所示)，可將常用的分段張拉的壓力設(shè)定值、保壓時(shí)間等對(duì)應(yīng)輸入到某一配方編號(hào)中的相應(yīng)表格中，便于在實(shí)際操作過(guò)程中直接調(diào)用相應(yīng)配方編號(hào)中的參數(shù)進(jìn)行控制，避免了經(jīng)常性的重復(fù)輸入。在觸摸屏的監(jiān)控界面中(如圖2所示)，可實(shí)時(shí)顯示千斤頂液壓回路中的壓力值，千斤頂活塞的絕對(duì)位移值、張拉開始時(shí)的位移值、張拉過(guò)程的位移增量值(即鋼絞線的拉伸長(zhǎng)度)也可實(shí)施顯示。報(bào)警和電機(jī)指示燈可顯示報(bào)警器和油泵電機(jī)的工作狀態(tài)，啟動(dòng)按鈕可啟動(dòng)自動(dòng)分段張拉過(guò)程，停止按鈕可以結(jié)束張拉過(guò)程，打印按鈕可啟動(dòng)打印機(jī)打印數(shù)據(jù)。分段張拉的壓力設(shè)定值、保壓時(shí)間等參數(shù)可在分段加載參數(shù)表格中進(jìn)行修改，也可在配方選擇對(duì)話框中選擇相應(yīng)的配方編號(hào)，就會(huì)將該配方的分段加載所需的參數(shù)自動(dòng)填寫到分段加載參數(shù)表格中。在實(shí)際張拉過(guò)程中，當(dāng)分段張拉執(zhí)行到某一段時(shí)，分段加載參數(shù)表格中該段的編號(hào)就會(huì)變紅，用來(lái)指示程序正在執(zhí)行該段，當(dāng)執(zhí)行到保壓延時(shí)階段時(shí)，剩余的時(shí)間會(huì)在剩余時(shí)間表格中動(dòng)態(tài)顯示。在觸摸屏的參數(shù)設(shè)置界面中(如圖3所示)，可設(shè)置單位名稱、鋼束種類等固定參數(shù)，便于打印、歸檔和保存。在觸摸屏的歸檔界面中(如圖5所示)，可實(shí)時(shí)顯示張拉過(guò)程中壓力和位移的變化曲線，也可將以前的張拉過(guò)程的變化曲線調(diào)出來(lái)顯示。以圖2監(jiān)控界面圖中所示參數(shù)為例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的工作原理。該系統(tǒng)已應(yīng)用到高速公路高架橋預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的施工中。首先安裝好預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)備和監(jiān)控系統(tǒng)，將鋼絞線穿進(jìn)構(gòu)件中并安裝好千斤頂和錨具等，關(guān)閉相應(yīng)的回油閥，打開送油閥。打開電源開關(guān)后監(jiān)控系統(tǒng)首先進(jìn)入到參數(shù)設(shè)置界面，用戶可輸入相應(yīng)的歸檔參數(shù)，然后可進(jìn)入到配方管理界面，輸入該構(gòu)件張拉所需的幾種配方的參數(shù)，也可直接進(jìn)入到監(jiān)控界面中的分段加載參數(shù)表格中進(jìn)行修改，如圖2中所顯示的參數(shù)，這是一個(gè)分三段張拉的過(guò)程。將控制箱上的手動(dòng)/自動(dòng)選擇按鈕撥在手動(dòng)位置，先用手動(dòng)按鈕啟動(dòng)油泵電機(jī)，手工調(diào)整送油閥使液壓油進(jìn)入到千斤頂中進(jìn)行預(yù)拉伸，然后停止油泵電機(jī)，手動(dòng)/自動(dòng)選擇按鈕撥在自動(dòng)位置，開始進(jìn)行自動(dòng)分段張拉過(guò)程。按下控制箱上的啟動(dòng)按鈕或監(jiān)控界面上的啟動(dòng)按鈕，油泵電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，相應(yīng)的指示燈點(diǎn)亮，開始手工調(diào)整送油閥的開度逐漸增加千斤頂液壓回路中的壓力，同時(shí)千斤頂?shù)幕钊ㄟ^(guò)錨具將鋼絞線拉伸出來(lái)，壓力和位移傳感器把壓力和位移傳送到PLC中。當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定的壓力5. 92MPa時(shí)，PLC控制油泵電機(jī)自動(dòng)停止，并啟動(dòng)延時(shí)程序，進(jìn)入到30秒的保壓延時(shí)階段。當(dāng)延時(shí)時(shí)間到達(dá)后，PLC自動(dòng)啟動(dòng)油泵電機(jī)，手工調(diào)整送油閥的開度繼續(xù)逐漸加壓，鋼絞線繼續(xù)拉伸，當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定的壓力20. OOMPa時(shí)，PLC控制油泵電機(jī)自動(dòng)停止，并啟動(dòng)延時(shí)程序，進(jìn)入到30秒的保壓延時(shí)階段。當(dāng)延時(shí)時(shí)間到達(dá)后，PLC自動(dòng)啟動(dòng)油泵電機(jī)，手工調(diào)整送油閥的開度繼續(xù)逐漸加壓，鋼絞線繼續(xù)拉伸，當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定的壓力28. 29MPa時(shí)，PLC控制油泵電機(jī)自動(dòng)停止，并啟動(dòng)延時(shí)程序，進(jìn)入到30秒的保壓延時(shí)階段。延時(shí)時(shí)間結(jié)束后，PLC驅(qū)動(dòng)報(bào)警器輸出30秒以表示自動(dòng)張拉過(guò)程的結(jié)束。這時(shí)可手動(dòng)逐漸打開回油閥，使千斤頂中的壓力逐漸下降為零，而鋼絞線由于錨具的自鎖而無(wú)法縮回，只有一定量的彈性回彈，而整個(gè)過(guò)程中壓力和位移隨時(shí)間的變化值都被記錄在觸摸屏的內(nèi)存或U盤中。用戶可切換到歸檔界面中(如圖5所示)，查看本次張拉過(guò)程中壓力和位移的變化曲線，也可在監(jiān)控界面中按下打印按鈕，將剛完成的張拉過(guò)程的分段控制壓力值和相應(yīng)的位移值，以及過(guò)程的位移和壓力變化曲線通過(guò)微型打印機(jī)打印出來(lái)。將千斤頂卸下后可重新進(jìn)行下一次張拉。對(duì)張拉過(guò)程的壓力和位移曲線及數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷該次張拉過(guò)程的質(zhì)量。如果出現(xiàn)漏漿等質(zhì)量問題，可通過(guò)壓力和位移曲線的變化來(lái)判斷其位置，并指導(dǎo)進(jìn)行修復(fù)。將一天的完成的各構(gòu)件的張拉數(shù)據(jù)從U盤轉(zhuǎn)移到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)歸檔。權(quán)利要求1.一種預(yù)應(yīng)力張拉過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)，包括用于測(cè)量張拉過(guò)程中所加載的壓力值和位移值的位移傳感器和壓力傳感器以及處理器和顯示單元，其特征在于所述的處理器為可編程控制器PLC，顯示單元為觸摸屏，壓力傳感器和位移傳感器都與可編程控制器PLC的模擬量輸入模塊相連，可編程控制器PLC的開關(guān)量輸出端口用于與預(yù)應(yīng)力張拉機(jī)構(gòu)的控制端液壓油泵電機(jī)相連，可編程控制器PLC的輸出端與觸摸屏通訊連接，該觸摸屏用于顯示張拉過(guò)程中的所有狀態(tài)變量并對(duì)不同工況條件下分段加載的壓力值、保持時(shí)間值、段數(shù)可實(shí)現(xiàn)參數(shù)化控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的預(yù)應(yīng)力張拉過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述的預(yù)應(yīng)力張拉過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)還包括微型打印設(shè)備，該微型打印設(shè)備通過(guò)其通信接口與所述的觸摸屏相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的預(yù)應(yīng)力張拉過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述的觸摸屏上還設(shè)置有USB接口，用于對(duì)觸摸屏內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)歸檔。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的預(yù)應(yīng)力張拉過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述的可編程控制器PLC的開關(guān)量輸入端口設(shè)置有按鈕單元，用于控制油泵電機(jī)的通斷。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的預(yù)應(yīng)力張拉過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述的按鈕單元包括手動(dòng)/自動(dòng)選擇按鈕、啟動(dòng)按鈕、停止按鈕、急停按鈕。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的預(yù)應(yīng)力張拉過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述的可編程控制器PLC的開關(guān)量輸入端還通過(guò)繼電器連接有報(bào)警器。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的預(yù)應(yīng)力張拉過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述的可編程控制器PLC采用西門子S7-200中的CPU224CN型，且該可編程控制器PLC的開關(guān)量輸入端口通過(guò)EM231/4AI模擬量輸入模塊與壓力傳感器和位移傳感器相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的預(yù)應(yīng)力張拉過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述的觸摸屏采用TPC7062KS型觸摸屏，該觸摸屏通過(guò)其RS485通訊接口與可編程控制器PLC通訊連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的預(yù)應(yīng)力張拉過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述的微型打印設(shè)備采用WH-A52Z20-30E125的針式打印機(jī)并通過(guò)其RS232接口與觸摸屏連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種預(yù)應(yīng)力張拉過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)，該監(jiān)控系統(tǒng)包括用于測(cè)量張拉過(guò)程中所加載的壓力值和位移值的位移傳感器和壓力傳感器以及處理器和顯示單元，所述的處理器為可編程控制器PLC，顯示單元為觸摸屏，壓力傳感器和位移傳感器都與可編程控制器PLC的開關(guān)量輸入模塊相連，可編程控制器PLC的開 關(guān)量輸出端口用于與預(yù)應(yīng)力張拉機(jī)構(gòu)的控制端液壓油泵電機(jī)相連，可編程控制器PLC的輸出端與觸摸屏通訊連接。本實(shí)用新型利用觸摸屏顯示張拉過(guò)程中的所有狀態(tài)變量并對(duì)不同工況條件下分段加載的壓力值、保持時(shí)間值、段數(shù)可實(shí)現(xiàn)參數(shù)化控制，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使現(xiàn)場(chǎng)操作方便靈活。
文檔編號(hào)G05B19/05GK202533776SQ20122001074
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月11日
發(fā)明者劉汴生, 莊茂盛, 李向陽(yáng), 韓紅彪 申請(qǐng)人:河南科技大學(xué)