智能预应力张拉设备的研制.doc

智能预应力张拉设备的研制.doc 新型智能预应力张拉设备的研制 Development of Stretching Equipment for Prestressing Reinforcement 121 3 1钱厚亮 贾艳敏 林锦国赵 茜梅 雪 1(南京工业大学自动化与电气工程学院，江苏 南京 210009) (东北林业大学土木工程学院2，黑龙江 哈尔滨 150040) 3(南京工程学院自动化学院，江苏 南京 210013) 12131QIAN Hou-liang, JIA Yan-min, LIN Jing-guo, ZHAO Qian, MEI Xue (1. College of Automation and electrical Engineering, Nanjing University of Technology, Nanjing 210009; 2. Northeast Forestry University, Ha Erbin, 150040; 3. Nanjing Institute of Technology, Nanjing 210013) 摘要:传统预应力张拉设备进行钢绞线张拉时，常通过人工操作换向阀进行换向，人工测量钢绞线张拉长 度，存在人为干扰大，精度低、安全系数低等特点。针对这些缺点，结合专用应力传感器、位移传感器、 可编程逻辑控制器及上位工控机，对设备进行了改造，实现了预应力张拉过程的远距离监控和操作。实验 结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明，智能预应力张拉装置具备良好的精度、实时性及安全性能，完全达到预应力钢绞线张拉工程需 求。 关键词:预应力测量 智能张拉 上位机通信 自动油泵 可编程控制器 钢绞线张拉 中图分类号:TP271+.4 文献标志码:A Abstract: Traditional prestressing strand tensioning equipment, is often carried out through manual reversing valve with manual measurement of the length of strand tension, there are major human disturbance, low precision and low safety factor. In response to these shortcomings, combined with specific stress sensors, displacement sensors, programmable logic controllers and upper Industrial machines, the equipment was modified to achieve a prestress the process of remote monitoring and operation. Experimental results show that the intelligent prestressed tension device with good accuracy, real-time and safety performance, fully meet the engineering requirements of prestressed steel strand tension. Keywords: prestress measurement intelligent stretching host computer communication automotive oil pump PLC parallel wire prestress 0引言 1系统结构 预应力技术从工程应用开始至今半个多世纪，智能预应力张拉设备主要由上位机、西门子可 由于它所特有的优点，使其迅速发展，广泛地应用编程逻辑控制器、穿心式张拉千斤顶、自动油泵、 于桥梁、高速、铁路等领域。其中，张拉设备是预传感器和执行器件等部分组成，系统的整体结构如 应力技术的关键。目前，国内工程用预应力张拉设图1所示。 备是通过人手动操作方向阀切换方向，人工测量钢1.1上位机 绞线张拉长度，无法实时监控预应力钢绞线承受的在该系统中，上位机采用的是工业用计算机， 张拉力和张拉长度，测量精度不足，易出现事故。利用串行口及PC/PPI协议实现了与西门子PLC的 因此，提高预应力张拉设备的智能化、精度和安全数据通讯。在上位机中，运用C#语言编写了人机界 性能是预应力技术首先要解决的问题。 面较好的控制软件，通过鼠标的点击，可以方便地 目前欧洲在预应力技术方面取得了巨大的成实现加 [1-2]就。国内，上世纪80年代末，英国,,,公司穿心千斤顶张拉锚具钢绞线和北京市建筑科学研究院在自动化油泵的研制方压力传感器面取得了初步成功，但不能对张拉力实施直接控位移传感器2[3-5]四芯制，因此，不能满足工程需要。 进出油管屏蔽电缆智能预应力张拉设备通过对传统张拉设备的 PLC+EM235自动油泵技术改造，实现对张拉过程中张拉力和张拉伸长位计算机 移的实时监制，大幅提高了施工的可靠性和安全 性。 图1系统结构 Fig.1 SYSTEM STRUCTURE 载、取消加载、加载暂停、继续加载、张拉过程曲钢绞线和打印等一系列功能。通过建立数据库，可以选线择不同的张拉材料的不同参数，使得软件的使用更回进位移传感器油加方便。实验的结果表明，该软件运行状况良好、油传感电缆管管器 简洁稳定，软件主界面如图2所示。 图3 张拉千斤顶 Fig.3 TENSIONING JACK 磁阀实现了自动换向。该款自动油泵的额定压力为 70MPa，流量为1L/min,功率为1.5kW, 满足实验要 求。 1.5传感器 预应力张拉过程需要控制两个变量，分别是预 图2 软件界面 应力钢绞线承受的张拉力和预应力钢筋的张拉伸 Fig.2 SOFTWARE INTERFACE 长量。因此，我们分别采用了压力传感器和位移传 1.2可编程逻辑控制器 感器进行直接测量。 智能张拉设备下位机采用西门子S7-200系列1.5.1压力传感器 PLC，并结合智能扩展模块EM235获取位移传感器压力传感器的研制是该项目的重要一步，根据 设计要求，压力传感器需要承受0~600kN的压力，和压力传感器的模拟量输入。西门子S7-200系列 226CN 是一款24点输入、16点输出的控制器。对应的输出为0~5V直流电压，线性度达到0.5%。PLC 智能扩展模块EM235为1路输出和4路输入的A/D图4为新型专用应力传感器的弹性元件结构图。该转换模块，模块输入可以是电流或者电压，这里采应力传感器是根据QFZ600-25型张拉千斤顶进行 [6]用两路0~5V的直流电压输入，另外两路模块模拟设计的穿心式传感器，结合千斤顶、张拉油泵及量输入需短接。 配套锚具完成对中、锚固和测力三项功能。传感器 1.3穿心式张拉千斤顶 的核心部件由弹性元件和电阻应变电桥构成，由于 穿心式张拉千斤顶是该张拉系统中的重要的所承受的压力较大，所以在每一个桥臂都串接了3能动部件，适用于张拉钢筋束或者钢丝束。穿心式个电阻应变片。弹性元件材料为40CrMnTi钢。箔千斤顶主要由张拉缸、顶压缸、顶压活塞及弹簧等式应变片在粘贴时需要硅胶进行保护，防止因振动部分组成。其工作原理如下:?钢筋束穿入沿拉伸等外部因素引起的脱落。信号线采用四芯屏蔽电油缸轴心穿心孔道，由尾部的工具锚锚固;?打开缆，有助于降低外部强电信号的干扰。 前后油嘴，从后油嘴向张拉工作油室内供油，张拉AAA对应锚具受力面缸缸体受力张拉伸长，将钢索拉长;?钢索张拉到理锚具限位论长度时，关闭后油嘴，从前油嘴进油至顶压缸内，预应力钢应变片筋孔顶压缸活塞向前伸移顶压锚塞，将锚塞压入锚圈千斤顶装配限位中，钢索锚固;?后油嘴开启并继续从前油嘴进油， A这时张拉缸体收缩，缸内油液回油;?打开前油嘴， (a)弹性元件立体图(b)弹性元件剖面图 顶压缸内的油液，顶压活塞由于复位弹簧的作用而 图4 应力传感器弹性元件 复还原位。在该张拉系统中，张拉千斤顶选用的是 Fig.4 ELASTIC CELL OF STRESS SENSOR 上海千斤顶生产的QFZ600-25型穿心式张拉千斤 顶，并在原有基础之上进行了改造。缸体设计滑动 导轨，用于固定及导向位移传感器;活塞体设计牵 引杆，用于牵引位移传感器拉杆。此型号千斤顶的 拉伸力最大为600kN，满行程为250mm, 满足了实 际的实验要求。经改造后的千斤顶如图3所示。 1.4自动油泵 1.5.2位移传感器 系统中，自动油泵是由上海千斤顶厂的BZ70-1型位移传感器在张拉设备中用于测量活塞相对电动油泵进行改造后的全自动油泵。传统的油泵通于油缸的位移，也即是预应力钢绞线的拉伸长度。常是手动进行换向，而自动油泵运用四位五通电 张拉系统中选用的位移传感器量程为0~300mm，输 出电压为直流0~5V ，激励电源为24V直流电压。MOVW AC0, VW23 信号线连接至智能A/D转换模块EM235，模块输/I +8, VW23 出AIW0实时获取位移传感器的伸长量，实现梯形MOVW VW23, VW12 图程序监控。 MUL VW4, VD10 MOVD VD10, VD28 2 软件说明 *D +600, VD28 这里所指的软件是指PLC梯形图软件编程，通MOVW VW2, VW34 过编制的梯形图程序，可以实现设备系统中各输入DIV 100, VD32 输出的监控，实现对设备的张拉过程的控制。 MOVD VD32, VD38 2.1软件资源 *D +4095, VD38 软件资源是指在编写软件程序时使用到的一MOVD VD38, VD42 些PLC输入和输出等软触点。 *D VD6, VD42 职能预应力张拉系统中使用的输入有两路模MOVD VD28, VD46 拟量输入，并经过EM235智能模块转变为数字输/D VD42, VD46 入AIW0、AIW2，分别对应位移传感器和压力传感MOVW VW21, VW52 器的输出;PLC硬件输入触点有回油和报警取消;MUL 300, VD50 上位机的输入命令有开始加载、停止加载、暂停加MOVD VD50, VD54 载、继续加载和报警取消。 /D +4095, VD54 梯形图中对应的PLC硬件输出触点有油泵启+D 9, VD54 动、油泵停止、进油、回油和系统报警。 -D 46, VD54 2.2编程原理 首先，将数字输入AIW0和AIW2进行转化。3结束语 在梯形图中，AIW0和AIW2的输出范围0~32760，该智能预应力张拉设备的功能验证在东北林通过所做的标定工作，通过公式获取数字量和业大学土木工程学院进行。实际张拉进行时，部分0~300mm位移以及数字量和0~600KN力的转换。位移是由于装配误差引起，所以首先需进行预张根据式(1)，计算所测得的力所对应的理论位移量拉，获取该部分的位移数据，正式张拉时该部分位为: 移则不计入实际位移量。根据实验结果，预应力张 拉设备的自动张拉功能得以实现，理论位移与实际F,lp,l, (1) 位移相差2mm左右，完全符合预应力张拉工程的A,Epsl式中: 为预应力筋的平均张拉力，KN; 为要求。此项研究实现了预应力张拉技术智能化，减AEFpps预应力筋的长度,mm; 为预应力筋的截面少了人为参与，降低了预应力张拉施工误差，进一 2积，mm; 为预应力筋的弹性模量，步推动智能施工技术的发展。 2KN/mm; 最后，比较实际位移量与理论位移，若实际位参考文献 移与理论位移误差6%以上，则应该停止张拉，回[1] 李珠,高建全，贾敏智，等. 预应力结构数控张油。 拉技术的研究[J]. 施工技术, 2003, 32(7): 2.3梯形图程序 54-55. 文章此部分提供部分梯形图程序，便于阅读，[2[ 朱伯芳. 土木工程计算机应用的现状与展望[J ]. 这里将梯形图转化为STL语言。程序段功能计算加土木工程学报, 1992, 25(4):71-72 压后理论位移和测量位移，程序中寄存器VW4、[3[ 杨宗放. 我国预应力技术的现况与展望[J ]. 建VW2、VW23、VD46、VW21、VD54分别表示钢筑技术，1998，29(12):816-818. 筋长度、钢筋横截面积、实时拉力、实时理论位移、[4[ 吕志涛. 新世纪我国土木工程活动与预应力技实时位移、位移。 术的发展[J ].建筑技术，2000，31(12):42-44. LD SM0.0 [5[ 郭全全，李珠，张善元.预应力数字化张拉技术 MOVW AIW0, AC2 的研究[J ]. 土木工程学报，2004，37(7):13-17. MOVW AC2, VW21 [6] 钱厚亮,梅雪,林锦国. 一种新型专用应力传感器 /I +8, VW21 的研制[J] .机床与液压, 2008,36 (B07): MOVW AIW2, AC0 223-224. [7] 钱厚亮，林锦国，梅雪，等。西门子EM235模 块在压力传感器标定中的应用[J] .机床与液压, 2009,37 (8): 156-157.