数控预应力张拉控制系统

王 源 林

(郑州大学机械工程学院，河南 郑州 450000)

·机械与设备·

数控预应力张拉控制系统

王 源 林

(郑州大学机械工程学院，河南 郑州 450000)

介绍了数控预应力张拉控制系统各组件的技术性能指标，对电气控制系统、高压电动油泵、液压千斤顶的主要功能进行了论述，并分析了该系统的主要技术特点，提出了其需要改进及完善的内容。

数控，预应力张拉，系统，控制

0 引言

目前，预应力张拉施工的一般方法是事先将高压油泵的压力表和液压千斤顶进行标定。张拉时控制压力，以人工读压力表的读数的方法来控制张拉力；人工用钢板尺来测量液压千斤顶油缸的伸长，由人工记录控制压力和钢绞线的伸长值。因各参建队伍人员素养参差不齐，很难对每一束钢绞线的张拉作业进行有效的监督管理，预应力张拉施工的事故时有发生。

例如：2007年10月京华时报曾报道的某高速公路一座大桥施工时，由于波纹管漏浆堵塞，本应穿数根钢绞线可仅有3根能穿过，其余的施工队竟然截成两节，弄虚作假分别从两端穿入，此事件曝光后，从2008年开始，有关工程建设管理部门要求预应力张拉施工时，要全程DV摄像来监控，但全程DV摄像也无法监控张拉数据的正确与否。所以，需要用科学的、精确的方法来进行预应力张拉施工作业；用实时的、同步的、数字化的方法来真实地记录预应力张拉数据即像飞机的黑匣子一样的监控系统——数控预应力张拉控制系统。

该系统由一台主机和一台副机组成，可以同时控制两台千斤顶，实现双端分级同步自动控制张拉。同时同步存储压力和位移数据，系统中装有打印机，可根据需要实时打印张拉数据。存储的张拉数据可以下载到U盘中，通过后期PC机处理成张拉曲线，以便分析。

使用本系统进行预应力张拉施工，用计算机设定分级张拉压力数据后，人工只需操控加载速度，即可实现精确、自动、双端同步张拉，压力值和伸长值自动测量记录，张拉数据自动打印(见图1)。这样，可以完全排除人为因素，确保预应力张拉施工的工作质量。

1 各组件技术性能指标

1)基本要求。

数控预应力张拉机应符合相关标准规定JG/T 5029—93预应力用电动油泵、JG/T 5028—93预应力用液压千斤顶及企业标准(Q/KYG数控预应力张拉系统)，并应按规定程序批准的设计图样及技术文件制造、检查和验收。

2)环境适应性。

数控预应力张拉系统应保证在下列条件下可靠工作：

a.野外工作环境；b.海拔在2 000 m以下；c.环境温度在5 ℃～40 ℃范围内；d.空气相对湿度不大于85%(温度为20 ℃±5 ℃时)；e.电源电压波动值应不超过额定电压的±10%。

3)性能指标。

a.压力控制精度：0.2 MPa,远高于传统施工控制方式；b.伸长值重复测量精度：0.5 mm；c.可根据工程需要设定主副机张拉伸长值同步误差，最小可达2 mm；d.可根据工程需要设定主副机张拉力控制误差，最小可达2 kN；e.主、副机无线通讯距离：不小于200 m；f.油泵最大流量：2×2 L/min；g.最高工作压力：55 MPa；h.张拉分级数：5。

2 各主要部件的组成和功能

数控预应力张拉控制系统框图如图2所示。

PLC：西门子S7-200 CPU224CN编程控制器，功能丰富，编程简单，工作可靠。

A/D转换模块：西门子EM231模拟量扩展模块。4路模拟量输入。

HMI：昆仑通泰TPC1062KX触摸屏。以嵌入式低功耗CPU为核心(主频400 MH)的高性能嵌入式一体化触摸屏，采用10.2英吋四线电阻式触摸屏，预装MCGS嵌入式组态软件。

RF收发器：采用工业级500 MW抗干扰无线传输模块。最大传输距离2 000 m(1 200 bps)。

液压站：YBZ2X2-50型预应力用电动油泵改进。电机功率3 kW，转速1 470 rpm。

千斤顶：YDC系列穿心式液压千斤顶。规格根据张拉施工需要配置。

打印机：炜煌AA微型热敏打印机。

2.1 电气控制系统

电气控制系统应满足以下要求；

1)布线整齐、走线合理，导线接头应采用冷压，连接牢靠。接线盒、穿线盒及其入口防护等级不低于IP51。

2)各接线端子间走线及信号线、电缆不允许有中间接头。

3)有良好的过电压、过电流保护。有良好的电磁屏蔽措施；有良好的系统接地。电气控制系统安全防护应符合JB/T 8852及GB 5226.1中的规定，工作安全可靠。

4)能满足设备操作所需的各种功能。

5)控制系统软件程序的编制应能满足现行国家标准和施工技术规范的要求，数据控制记录真实准确，操作简便。

6)控制系统的硬件应工作可靠，安装连接应能满足施工现场颠簸、振动的工作条件的要求。

2.2 高压电动油泵

高压电动油泵的技术要求，执行中华人民共和国建筑工业行业标准JG/T 5029—93预应力用电动油泵。

在此基础上，按照系统总体要求，进行改进设计。

2.3 液压千斤顶

液压千斤顶的技术要求，执行中华人民共和国建筑工业行业标准JG/T 5028—93预应力用液压千斤顶。

在此基础上，按照系统总体要求，进行改进设计。

3 主要技术特点

1)互为主从模式设计。

本数控预应力张拉系统具有目前国内独创的主从转换模式，无需控制中心。在主机模式下既可以自己单独作业，也可以发出指令指挥其他若干台设备进行自动化同步张拉施工作业。在副机模式下，接收主机发出的指令，配合其他设备进行同步张拉施工。

2)“傻瓜式”全自动张拉技术。

一键操作技术。操作人员只需选择梁体编号和孔号后即可实现全过程自动张拉；张拉施工前，工程技术人员可根据图纸的设计要求，预先将设备基本参数输入到系统中,不同预应力束的张拉工艺参数由系统自动计算并存储,张拉施工时操作人员只需输入梁体编号和孔号后，调用已存储参数组即可实现全过程自动张拉。数据自动记录并实时打印。

3)故障智能处理技术。

针对预应力张拉过程可能遇到的异常问题，如张拉力异常，伸长量过大投两端差值过大、堵管等，软件中编制有专门的临界值和处理程序包括报警、停机及自动记录等。

4)张拉设备的可靠性技术。

对设备各组成部件的尺寸、操作面板的形式、各组成部件的空间集成布置方式到张拉设备的行走装置方式等进行了合理的设计；位移传感器采用了防扭转设计；能够适应各类预应力张拉场合。

5)实时打印和报表生成功能。

本系统存储的张拉数据可实时打印，配上相应型号的打印机或下载到U盘中，可生成张拉记录表，杜绝人为造假的可能，可还原施工过程，保证预应力张拉施工的工程质量。同时还省去了张拉力、伸长量等数据的计算、填写过程，提高了工作效率。

4 结语

数控预应力张拉控制系统于2011年10月由开封亚光预应力股份有限公司研发出来后，先后在国家重点工程——南水北调中线湍河渡槽(该渡槽单跨跨度、最大输水流量均居世界首位)、连霍高速公路加宽工程、连霍高速公路甘肃互通立交桥、北京一家混凝土有限公司预制梁场等工程中投入使用。工程实践证明：该系统设备工作状态稳定，操作简便，工人经过简单培训即可上岗操作，实现了数字化的预应力张拉施工，提高了预制箱梁预应力张拉施工的质量和施工管理水平，得到了施工单位和监理的一致好评。

需要改进及完善的方面：

1)进一步优化控制系统的软件，以适应复杂多变的预应力张拉工程需要。

2)通过更多的实验室试验和现场试验，积累经验，进一步优化结构、优选电器元件，提高系统的可靠性。

3)研究开发具有网络功能的数控预应力质量控制系统。

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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，技师

TP202

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