专利名称：一种预应力张拉过程监控系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种预应力张拉过程监控系统，属于土木工程领域。
背景技术：
在公路、铁路、桥梁、建筑、水利等土木工程领域中常常需要对结构施加预应力，特别是现在的高铁、高速公路的桥梁施工和南水北调的渡槽施工中应用的更加普及，施加预应力的质量直接决定了工程的质量和人民生命财产的安全。现在预应力的施工过程通过预应力张拉监控装置来对整个张拉过程进行监控，该监控装置包括位移传感器、压力传感器、处理器和显示装置，其中位移传感器设置在预应力机构千斤顶上面，压力传感器设置在液压千斤顶的一个液压回路中，位移传感器和压力传感器都与处理器的出入端口相连，显示装置和处理器的输出端口相连，处理器将通过压力传感器和位移传感器检测到的数值进行 处理，并将处理后的数据传送给显示装置，施工人员可以很清楚的知道当前的张拉力和位移量，便于施工人员多整个张拉过程进行实时控制，但是显示装置只能显示张拉力、位移量和某几种状态量值，不能对张拉过程中的所有的状态量和参数进行监控，导致施工人员无法了解张拉过程的整体状况，影响施工人员的判断。
实用新型内容本实用新型的目的是解决现有预应力张拉过程监控系统不能对张拉过程中的所有的状态量和参数进行监控，而提出一种对现有预应力张拉过程监控系统的改进方案。本实用新型为解决上述技术问题而提出一种张拉过程监控系统，该张拉过程监控系统包括用于测量张拉过程中所加载的压力值和位移值的位移传感器和压力传感器以及处理器和显示单元，所述的处理器为可编程控制器PLC，显示单元为触摸屏，压力传感器和位移传感器都与可编程控制器PLC的模拟量输入模块相连，可编程控制器PLC的开关量输出端口用于与预应力张拉机构的控制端液压油泵电机相连，可编程控制器PLC的输出端与触摸屏通讯连接，该触摸屏用于显示张拉过程中的所有状态变量并对不同工况条件下分段加载的压力值、保持时间值、段数可实现参数化控制。所述的预应力张拉过程监控系统还包括微型打印设备，该微型打印设备通过其通信接口与所述的触摸屏相连。所述的监控触摸屏上还设置有USB接口，用于对触摸屏内的数据进行存储归档。所述的可编程控制器PLC的开关量输入端口设置有按钮单元，用于控制油泵电机的通断。所述的按钮单元包括手动/自动选择按钮、启动按钮、停止按钮、急停按钮。所述的可编程控制器PLC的开关量输入端还通过继电器连接有报警器。所述的可编程控制器PLC采用西门子S7-200中的CPU224CN型，且该可编程控制器PLC的开关量输入端口通过EM231/4AI模拟量输入模块与压力传感器和位移传感器相连。[0011]所述的监控触摸屏采用TPC7062KS型触摸屏，该触摸屏通过其RS485通讯接口与可编程控制器PLC通讯连接。所述的微型打印设备采用WH-A52Z20-30E125的针式打印机并通过其RS232接口
与触摸屏连接。本实用新型的有益效果是本实用新型通过使用触摸屏为预应力监控系统中的显示单元，对油泵电机的启/停和工作状态、报警器的状态、压力值、位移值、分段加载的压力设定值、保持时间、过程状态等进行监控。并可以对不同工况条件下分段加载的压力值、保持时间值、段数可实现参数化控制，本实用新型结构简单，使现场操作方便灵活。
图I是本实用新型的张拉过程预应力监控系统结构框图；·图2是本实用新型实施例的系统工作原理图；图3是本实用新型实施例的触摸屏监控界面图4是本实用新型实施例的触摸屏参数设置界面；图5是本实用新型实施例的触摸屏配方设置界面；图6是本实用新型实施例的触摸屏归档界面；图7是本实用新型实施例的张拉力分段加载过程图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
做进一步说明。该监控系统工作原理图如图I所示。通用的预应力用液压千斤顶设备可以选用YBZ型电动油泵和YDC1500型千斤顶，将一个液压回路中压力表换成CYG1115_60MPa的压力传感器，其输出为0 20mA，精度1%FS ;在千斤顶的外面上安装了一个KTC_200mm位移传感器，它可检测油缸活塞的移动位移，其输出为0 20mA，精度1%FS ；PLC选用西门子S7-200中的CPU224CN型，加上一个EM231/4AI模拟量输入模块来连接压力传感器和位移传感器，手动/自动选择按钮、启动按钮、停止按钮、急停按钮等连接到PLC的开关量输入端口，PLC的开关量输出可通过继电器控制报警器的通断，也可通过控制接触器的线圈来控制液压油泵电机的通断。手动按钮可直接控制液压油泵电机的通断实现手动控制。监控触摸屏采用TPC7062KS型触摸屏，通过RS485通讯接口与PLC连接，微型打印机采用WH-A52Z20-30E125的针式打印机，通过RS232接口与监控触摸屏连接，监控触摸屏的USB接口可以连接U盘，用于存储归档变量。在触摸屏中组态的监控界面、参数设置界面、配方管理界面、数据归档界面、报警界面如图2 图5所示。可编程控制器(PLC)、监控触摸屏、微型打印机、按钮等控制电路安装在一个控制箱中。该系统具有4个模拟量输入、2个电机和2个报警器输出控制，可同时控制两台预应力设备同时工作，以实现两端的同步张拉工艺。在实际施工过程中常采用张拉力分段加载的方法，其过程图如图6所示。每次压力值从某一值逐渐加载达到下一个设定值，然后再保持该压力值一段时间，这一过程称为张拉力分段加载的一段过程，在图6中表示的有四段。首先将钢绞线穿进构件中并安装好千斤顶和锚具等，关闭相应的回油阀，打开送油阀，先用手动按钮启动油泵，手工调整送油阀使液压油进入到千斤顶中进行预拉伸，然后再开始分段张拉过程。进行分段张拉时，控制箱上的手动/自动按钮拨到自动位置，然后按下启动按钮后PLC自动启动油泵电机，开始手工调整送油阀的开度逐渐增加千斤顶液压回路中的压力，同时千斤顶的活塞通过锚具将钢绞线拉伸出来，压力和位移传感器把压力和位移传送到PLC中，这个过程是图6中的O Tl段。当压力达到设定的压力Pl时，PLC控制油泵电机自动停止，并启动延时程序，进入到保压延时阶段，即图6中Tl T2段。当延时时间到达后，PLC自动启动油泵电机，手工调整送油阀的开度继续逐渐加压，钢绞线继续拉伸，即图6中T2 T3段。当压力达到设定的压力P2时，PLC控制油泵电机自动停止，并启动延时程序，进入到保压延时阶段，即图6中T3 T4段。如此重复将压力分段加载到设定的最大的压力值P4时，油泵电机停止，延时时间结束后，分段张拉过程就结束了，PLC驱动报警器输出30秒以表示自动张拉过程的结束。这时可手动逐渐打开回油阀，使千斤顶中的压力逐渐下降为零，而钢绞线由于锚具的自锁而无法缩回，只有一定量的弹性回弹，而整个过程中压力和位移随时间的变化值都被记录在触摸屏的内存或U盘中。此时用户可按下打印按钮，将刚完成的张拉过程的分段控制压力值和相应的位移值，以及过程的位移和压力变化曲线通过微型打印机打印出来。将千斤顶卸下后可重新进行下一次张拉。在PLC控制程序中，分段张拉的压力值Pl、P2等可根据实际需要进行设定，保压时 间也可实际需要进行设定，分段张拉的段数最多可完成5段。如果只有3段或4段时，只要将后续段的压力值和时间值设定为0，PLC就会自动完成3段或4段的过程。由于在施工过程中根据工艺要求要不断改变压力值和时间值，为了提高输入的效率，可将常用的分段张拉的参数进行配方管理。在触摸屏的配方管理界面中(如图4所示)，可将常用的分段张拉的压力设定值、保压时间等对应输入到某一配方编号中的相应表格中，便于在实际操作过程中直接调用相应配方编号中的参数进行控制，避免了经常性的重复输入。在触摸屏的监控界面中(如图2所示)，可实时显示千斤顶液压回路中的压力值，千斤顶活塞的绝对位移值、张拉开始时的位移值、张拉过程的位移增量值(即钢绞线的拉伸长度)也可实施显示。报警和电机指示灯可显示报警器和油泵电机的工作状态，启动按钮可启动自动分段张拉过程，停止按钮可以结束张拉过程，打印按钮可启动打印机打印数据。分段张拉的压力设定值、保压时间等参数可在分段加载参数表格中进行修改，也可在配方选择对话框中选择相应的配方编号，就会将该配方的分段加载所需的参数自动填写到分段加载参数表格中。在实际张拉过程中，当分段张拉执行到某一段时，分段加载参数表格中该段的编号就会变红，用来指示程序正在执行该段，当执行到保压延时阶段时，剩余的时间会在剩余时间表格中动态显示。在触摸屏的参数设置界面中(如图3所示)，可设置单位名称、钢束种类等固定参数，便于打印、归档和保存。在触摸屏的归档界面中(如图5所示)，可实时显示张拉过程中压力和位移的变化曲线，也可将以前的张拉过程的变化曲线调出来显示。以图2监控界面图中所示参数为例来详细说明本发明的工作原理。该系统已应用到高速公路高架桥预应力构件的施工中。首先安装好预应力张拉设备和监控系统，将钢绞线穿进构件中并安装好千斤顶和锚具等，关闭相应的回油阀，打开送油阀。打开电源开关后监控系统首先进入到参数设置界面，用户可输入相应的归档参数，然后可进入到配方管理界面，输入该构件张拉所需的几种配方的参数，也可直接进入到监控界面中的分段加载参数表格中进行修改，如图2中所显示的参数，这是一个分三段张拉的过程。将控制箱上的手动/自动选择按钮拨在手动位置，先用手动按钮启动油泵电机，手工调整送油阀使液压油进入到千斤顶中进行预拉伸，然后停止油泵电机，手动/自动选择按钮拨在自动位置，开始进行自动分段张拉过程。按下控制箱上的启动按钮或监控界面上的启动按钮，油泵电机自动启动，相应的指示灯点亮，开始手工调整送油阀的开度逐渐增加千斤顶液压回路中的压力，同时千斤顶的活塞通过锚具将钢绞线拉伸出来，压力和位移传感器把压力和位移传送到PLC中。当压力达到设定的压力5. 92MPa时，PLC控制油泵电机自动停止，并启动延时程序，进入到30秒的保压延时阶段。当延时时间到达后，PLC自动启动油泵电机，手工调整送油阀的开度继续逐渐加压，钢绞线继续拉伸，当压力达到设定的压力20. OOMPa时，PLC控制油泵电机自动停止，并启动延时程序，进入到30秒的保压延时阶段。当延时时间到达后，PLC自动启动油泵电机，手工调整送油阀的开度继续逐渐加压，钢绞线继续拉伸，当压力达到设定的压力28. 29MPa时，PLC控制油泵电机自动停止，并启动延时程序，进入到30秒的保压延时阶段。延时时间结束后，PLC驱动报警器输出30秒以表示自动张拉过程的结束。这时可手动逐渐打开回油阀，使千斤顶中的压力逐渐下降为零，而钢绞线由于锚具的自锁而无法缩回，只有一定量的弹性回弹，而整个过程中压力和位移随时间的变化值都被记录在触摸屏的内存或U盘中。用户可切换到归档界面中(如图5所示)，查看本次张拉过程中压力和位移的变化曲线，也可在监控界面中按下打印按钮，将刚完成的张拉过程的分段控制压力值和相应的位移值，以及过程的位移和压力变化曲线通过微型打印机打印出来。将千斤顶卸下后可重新进行下一次张拉。对张拉过程的压力和位移曲线及数据进行分析，判断该次张拉过程的质量。如果出现漏浆等质量问题，可通过压力和位移曲线的变化来判断其位置，并指导进行修复。将一天的完成的各构件的张拉数据从U盘转移到计算机中进行数据归档。权利要求1.一种预应力张拉过程监控系统，包括用于测量张拉过程中所加载的压力值和位移值的位移传感器和压力传感器以及处理器和显示单元，其特征在于所述的处理器为可编程控制器PLC，显示单元为触摸屏，压力传感器和位移传感器都与可编程控制器PLC的模拟量输入模块相连，可编程控制器PLC的开关量输出端口用于与预应力张拉机构的控制端液压油泵电机相连，可编程控制器PLC的输出端与触摸屏通讯连接，该触摸屏用于显示张拉过程中的所有状态变量并对不同工况条件下分段加载的压力值、保持时间值、段数可实现参数化控制。
2.根据权利要求I所述的预应力张拉过程监控系统，其特征在于所述的预应力张拉过程监控系统还包括微型打印设备，该微型打印设备通过其通信接口与所述的触摸屏相连。
3.根据权利要求2所述的预应力张拉过程监控系统，其特征在于所述的触摸屏上还设置有USB接口，用于对触摸屏内的数据进行存储归档。
4.根据权利要求I或2所述的预应力张拉过程监控系统，其特征在于所述的可编程控制器PLC的开关量输入端口设置有按钮单元，用于控制油泵电机的通断。
5.根据权利要求4所述的预应力张拉过程监控系统，其特征在于所述的按钮单元包括手动/自动选择按钮、启动按钮、停止按钮、急停按钮。
6.根据权利要求I或2所述的预应力张拉过程监控系统，其特征在于所述的可编程控制器PLC的开关量输入端还通过继电器连接有报警器。
7.根据权利要求I所述的预应力张拉过程监控系统，其特征在于所述的可编程控制器PLC采用西门子S7-200中的CPU224CN型，且该可编程控制器PLC的开关量输入端口通过EM231/4AI模拟量输入模块与压力传感器和位移传感器相连。
8.根据权利要求I所述的预应力张拉过程监控系统，其特征在于所述的触摸屏采用TPC7062KS型触摸屏，该触摸屏通过其RS485通讯接口与可编程控制器PLC通讯连接。
9.根据权利要求2所述的预应力张拉过程监控系统，其特征在于所述的微型打印设备采用WH-A52Z20-30E125的针式打印机并通过其RS232接口与触摸屏连接。
专利摘要本实用新型涉及一种预应力张拉过程监控系统，该监控系统包括用于测量张拉过程中所加载的压力值和位移值的位移传感器和压力传感器以及处理器和显示单元，所述的处理器为可编程控制器PLC，显示单元为触摸屏，压力传感器和位移传感器都与可编程控制器PLC的开关量输入模块相连，可编程控制器PLC的开 关量输出端口用于与预应力张拉机构的控制端液压油泵电机相连，可编程控制器PLC的输出端与触摸屏通讯连接。本实用新型利用触摸屏显示张拉过程中的所有状态变量并对不同工况条件下分段加载的压力值、保持时间值、段数可实现参数化控制，本实用新型结构简单，使现场操作方便灵活。
文档编号G05B19/05GK202533776SQ20122001074
公开日2012年11月14日 申请日期2012年1月11日 优先权日2012年1月11日
发明者刘汴生, 庄茂盛, 李向阳, 韩红彪 申请人:河南科技大学