预应力钢铰线张拉自动控制系统.pdf

一种预应力钢铰线张拉自动控制系统，具有控制仪和千斤顶驱动单元，控制仪包括单片机、液晶显示器，千斤顶驱动单元由双缸千斤顶、常开电磁换向阀、常闭电磁换向阀、油泵、油箱、位移传感器、压力传感器组成，油泵的输油管分别经过常开、常闭电磁换向阀与双缸千斤顶的前、后缸连接，双缸千斤顶的前、后缸分别经过常开、常闭电磁换向阀与油箱连接，位移、压力传感器分别装在双缸千斤顶的活塞杆及输油管上，位移、压力传感器分别与单片机的A/D转换通道连接；常开、常闭电磁换向阀以及油泵的供电回路串接有继电器的常开触点，这些继电器的线圈都与单片机的I/O端口连接。本系统能实现预应力施工操作的自动控制，对工程进行全方位监控，确保施工质量。

1.  一种预应力钢铰线张拉自动控制系统，具有控制仪和千斤顶驱动单元，控制仪包括单片机、液晶显示器，液晶显示器与单片机连接，其特征在于：
所述千斤顶驱动单元由双缸千斤顶、常开电磁换向阀、常闭电磁换向阀、油泵、油箱、位移传感器、压力传感器组成，油泵的输油管一路经过常开电磁换向阀与双缸千斤顶的前缸连接，另一路经过常闭电磁换向阀与双缸千斤顶的后缸连接，双缸千斤顶的前缸经过常开电磁换向阀与油箱连接，双缸千斤顶的后缸经过常闭电磁换向阀与油箱连接；所述位移传感器装在双缸千斤顶的活塞杆上，所述压力传感器装在输油管上，该位移传感器、压力传感器分别与单片机的A/D转换通道连接；所述常开电磁换向阀、常闭电磁换向阀、油泵的供电回路串接有继电器的常开触点，这些继电器的线圈都与单片机的I/O端口连接。

2.  如权利要求1所述的预应力钢铰线张拉自动控制系统，其特征在于：所述控制仪还包括通信电路、RS232转换电路、万年历电路，其中：RS232转换电路由电平转换芯片和RS232接口组成，电平转换芯片的第一输入端与单片机的数据发送端连接，电平转换芯片的第一输出端与单片机的数据接收端连接，电平转换芯片的第二输入端与RS232接口的发送数据脚连接；电平转换芯片的第二输出端与RS232接口的接收数据脚连接；通信电路由编码芯片、解码芯片、无线电发射芯片、无线电接收芯片、天线组成，编码芯片的触发端与单片机的I/O端口连接，编码芯片的编码信号输出端与无线电发射芯片的数据输入端连接，编码芯片的接天线端与天线连接，无线电接收芯片的接天线端与天线连接，无线电接收芯片的数据输出端与解码芯片的数据输入端连接，解码芯片的解码信号输入端与单片机的I/O端口连接；万年历电路由日历芯片构成，该日历芯片的串行时钟输出脚与单片机的I/O端口连接，该日历芯片的串行数据输出脚与单片机的I/O端口连接。

3.  如权利要求1所述的预应力钢铰线张拉自动控制系统，其特征在于：所述常开电磁换向阀、常闭电磁换向阀为二位三通电磁阀。

预应力钢铰线张拉自动控制系统
技术领域
本实用新型涉及预应力施工设备，特别涉及建筑物构件预应力张拉控制系统。
背景技术
预应力施工常用的方法有先张拉法和后张拉法。后张拉法是在混凝土箱梁或其它桥梁在浇铸完成后对预埋在预留孔内的钢绞线进行张拉锚固，通常采用两端对称张拉，后张拉法使用的设备为双缸千斤顶。油泵通过输油管将压力油输入双缸千斤顶的油缸，推动活塞杆运动实现预应力张拉施工。
后张拉法的施工过程分为张拉、保压、卸荷三个步骤，张拉时逐级加荷，稳步上升，缓慢进行，双边张拉时两头同步进行，且梁体的两端要进行通讯联系。保证持荷时间。张拉各阶段伸长值量测要精确到毫米。以便及时采取措施进行调整。为完成上述三个步骤，现有施工方式全部是通过人工手动来控制张拉力和伸出量，由4个人控制油泵，4个人测量伸长值，2个人指挥及记录，过程复杂，测量不准确，所需人员多，人为因素大，因而施工质量难以保证，容易产生微裂纹或有害变形，使梁体的寿命降低，对桥梁的产品质量构成潜在威胁。
实用新型内容
为解决上述问题，本实用新型的目的是提供一种预应力钢铰线张拉自动控制系统，实现预应力施工的自动控制，对工程进行全方位监控，确保施工质量，可以在无监理人员在场的情况下，记录有关数据。
本实用新型的目的是这样实现的：
一种预应力钢铰线张拉自动控制系统，具有控制仪和千斤顶驱动单元，控制仪包括单片机、液晶显示器，液晶显示器与单片机连接，其特征在于：
所述千斤顶驱动单元由双缸千斤顶、常开电磁换向阀、常闭电磁换向阀、油泵、油箱、位移传感器、压力传感器组成，油泵的输油管一路经过常开电磁换向阀与双缸千斤顶的前缸连接，另一路经过常闭电磁换向阀与双缸千斤顶的后缸连接，双缸千斤顶的前缸经过常开电磁换向阀与油箱连接，双缸千斤顶的后缸经过常闭电磁换向阀与油箱连接；所述位移传感器装在双缸千斤顶的活塞杆上，所述压力传感器装在输油管上，该位移传感器、压力传感器分别与单片机的A/D转换通道连接；所述常开电磁换向阀、常闭电磁换向阀、油泵的供电回路串接有继电器的常开触点，这些继电器的线圈都与单片机的I/O端口连接。
所述控制仪还包括通信电路、RS232转换电路、万年历电路，其中：
RS232转换电路由电平转换芯片和RS232接口组成，电平转换芯片的第一输入端与单片机的数据发送端连接，电平转换芯片的第一输出端与单片机的数据接收端连接，电平转换芯片的第二输入端与RS232接口的发送数据脚连接；电平转换芯片的第二输出端与RS232接口的接收数据脚连接；通信电路由编码芯片、解码芯片、无线电发射芯片、无线电接收芯片、天线组成，编码芯片的触发端与单片机的I/O端口连接，编码芯片的编码信号输出端与无线电发射芯片的数据输入端连接，编码芯片的接天线端与天线连接，无线电接收芯片的接天线端与天线连接，无线电接收芯片的数据输出端与解码芯片的数据输入端连接，解码芯片的解码信号输入端与单片机的I/O端口连接；万年历电路由日历芯片构成，该日历芯片的串行时钟输出脚与单片机的I/O端口连接，该日历芯片的串行数据输出脚与单片机的I/O端口连接。
所述常开电磁换向阀、常闭电磁换向阀为二位三通电磁阀。
本实用新型有以下积极有益效果：本系统的控制仪以单片机为核心，通过传感器实时采集位移值和压力值，从而控制油泵、电磁换向阀的开启和关闭，实现张拉、保压、卸荷过程自动化，人为因素大大减少，张拉精度高，能很好地实现设计意图；施工快速、安全、准确，抗干扰能力强，预应力损失小而且传递充分，梁体变形均匀，能减小有害性变形和避免微裂纹的产生，对梁体的伤害小，延长梁体的使用寿命，保证工程质量。
附图说明
图1是本实用新型一实施例的组成结构示意图。
图2是图1中左控制仪的电路方框图。
图3是图1所示实施例使用状态示意图。
图4是图3中左上千斤顶驱动单元液压原理图。
图5是图4中左上千斤顶结构剖视图。
图6是图4中左上压力传感器的连接结构示意图。
图7是图2中万年历电路、电平转换电路与单片机连接的原理图。
图8是图2中通信电路原理图。
图9是图2中键盘的电路原理图。
图10是图2中液晶显示器的电路原理图。
图11是图2中继电器的电路原理图。
图12是本实用新型单片机的工作流程图。
图13是本实用新型液晶显示器上三级菜单的工作流程图。
具体实施方式
图中标号
10.左上千斤顶驱动单元    20.左下千斤顶驱动单元
30.右上千斤顶驱动单元    40.右下千斤顶驱动单元
50.梁体         60.钢绞线    70.钢绞线
1.双缸千斤顶    101.活塞杆   102.前缸  103.后缸  104.活塞
2.常开电磁换向阀    3.常闭电磁换向阀    4.油泵
5.油箱    6.位移传感器    601.标尺    7.压力传感器
8.油管    801.三通    9.锚具    901.外套筒    902.夹片
请参照图1、图2，  本实用新型是一种预应力钢铰线张拉自动控制系统，具有左、右控制仪和左上、左下、右上、右下四个千斤顶驱动单元，左、右控制仪的结构相同，每个控制仪包括单片机、液晶显示器，请参照图3，左上、左下、右上、右下四个千斤顶驱动单元10、20、30、40两两配对分别布置在梁体50的左右两侧。
左上、右上千斤顶驱动单元10、30用于张拉钢绞线60，左下、右下千斤顶驱动单元20、40用于张拉钢绞线70。左控制仪同时控制左上、左下千斤顶驱动单元10、20。右控制仪同时控制右上、右下千斤顶驱动单元30、40。
左上、左下、右上、右下千斤顶驱动单元10、20、30、40的结构相同，下面以左上千斤顶驱动单元10为例说明其结构。
请参照图4，左上千斤顶驱动单元10由双缸千斤顶1、常开电磁换向阀2、常闭电磁换向阀3、油泵4、油箱5、位移传感器6、压力传感器7组成，
油泵4的输油管一路经过常开电磁换向阀2与双缸千斤顶1的前缸102连接，另一路经过常闭电磁换向阀3与双缸千斤顶的后缸103连接，双缸千斤顶的前缸102经过常开电磁换向阀2与油箱5连接，双缸千斤顶的后缸3经过常闭电磁换向阀103与油箱5连接；常开电磁换向阀2、常闭电磁换向阀3都是二位三通电磁阀。
请参照图5，双缸千斤顶1由活塞杆101和活塞104组成。位移传感器6为光电式传感器，其型号可以是DO-1型，位移传感器6固定在活塞杆101上，在位移传感器6的上方装有光栅式标尺601，标尺601固定在双缸千斤顶1的缸体上。
当活塞杆101移动时，位移传感器6发出的光线照射到标尺601上，交替地受到光栅遮挡，从而实现计数，由此可以按照施工要求准确地控制钢绞线的伸长度。活塞杆101为空心杆，钢绞线60从活塞杆101的中心穿过。活塞杆101的端部抵顶在锚具9上。
锚具9由外套筒902和夹片901组成，外套筒902的中部有一个下口小、上口大的锥形孔，夹片901为二至四片，周向均布地装在外套筒902中央的锥形孔内，夹片901相互合抱住钢绞线，每个夹片的里侧带有螺纹，以便能可靠地咬紧钢绞线的端头，在进行张拉时不会产生相对滑移。锚具9具有单向自锁的能力，可以对钢绞线进行可靠地锚固。锚具9为现有技术，故本文不再对其加以赘述。
请参照图6，在输油管8上装有三通801，压力传感器7装在三通801上，直接对输油管8内油的压力进行测量。压力传感器7将测量值通过导线传到单片机U6内。压力传感器7的型号可以是DO-2型。
请参照图7、图8、图9、图10、图11，该左上千斤顶驱动单元10的位移传感器6、压力传感器7分别与单片机U6的A/D转换器端口P2.2、P2.3连接。
该左下千斤顶驱动单元20的位移传感器、压力传感器分别与单片机U6的A/D转换器端口P2.4、P2.5连接。单片机U6的型号是MSP430F13X，请参照图10，左控制仪中使用了六个继电器LJ1、LJ2、LJ3、RJ1、RJ2、RJ3，该六个继电器LJ1、LJ2、LJ3、RJ1、RJ2、RJ3分别串接在三极管Q11、Q12、Q13、Q14、Q15、Q16的集电极与电源之间，三极管Q11、Q12、Q13、Q14、Q15、Q16的基极分别与单片机U6的I/O端口P2.6、P2.7、P3.0、P3.1、P3.2、P3.3连接。
请参照图11，继电器LJ1、LJ2、LJ3的常开触点分别串接在左上千斤顶驱动单元10的常开电磁换向阀2、常闭电磁换向阀3、油泵4的供电回路上。
继电器LR1、LR2、LR3的常开触点分别串接在右上千斤顶驱动单元的常开电磁换向阀、常闭电磁换向阀、油泵的供电回路上。
请参照图10，液晶显示器U1为128*64点阵。液晶显示器U1的片选端口CS1、CS2端口分别与单片机U6的P5.0、P5.1端口连接。
液晶显示器U1的读写控制端口RW与单片机U6的P5.2端口连接。
液晶显示器U1的读写地址端口D/I与单片机U6的P5.3端口连接。
液晶显示器U1的读写时钟端口E与单片机U6的P5.4端口连接。
液晶显示器U1的读写背光控制端BKE与单片机U6的P5.5端口连接。
请参照图7，由于单片机U6输出的是TTL电平，为与上位机进行通信，左控制仪内还设置有RS232转换电路，RS232转换电路由电平转换芯片U7和RS232接口组成，电平转换芯片U7的型号为MAX3232CSE。
电平转换芯片U7的第一输入端T1I与单片机U6的数据发送端UTXDO连接，电平转换芯片U7的第一输出端R1O与单片机U6的数据接收端URXDO连接，电平转换芯片U7的第二输入端T1O与RS232接口的发送数据脚TXD连接；电平转换芯片U7的第二输出端R1I与RS232接口的接收数据脚RXD连接，从而实现单片机的TTL电平与上位机的接口电平的转换。
端脚C1+、C1-、C2+、C2-、V+和V-分别放置电容实现充电作用，满足MAX3232CSE内部相应的充电泵的要求。单片机U6采集的数据通过RS232转换电路传送到其它计算机上进行数据分析、显示以及打印。
请参照图8，通信电路由编码芯片U5、解码芯片U3、无线电发射芯片U4、无线电接收芯片U2、天线E1组成，编码芯片U5的型号为PT2262，解码芯片U3的型号为PT2272，无线电发射芯片U4的型号为F05P，无线电接收芯片U2的型号为J04V，
编码芯片U5的触发端TE经过三极管Q3与单片机U6的I/O端口连接，编码芯片的编码信号输出端与无线电发射芯片的数据输入端连接，编码芯片的接天线端与天线连接，无线电接收芯片的接天线端与天线连接，无线电接收芯片的数据输出端与解码芯片的数据输入端连接，解码芯片的解码信号输入端与单片机的I/O端口连接；
PT2262/2272是一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，PT2262/2272最多可有12位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空，接高电平，接低电平)，任意组合可提供531441地址码，PT2262最多可有6位(D0-D5)数据端管脚，设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。
编码芯片PT2262发出的编码信号是由地址码、数据码、同步码组成的完整码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平。
请参照图7，左控制仪内设置有万年历电路，万年历电路由日历芯片U8构成，日历芯片U8的型号为DS1302Z，日历芯片U8的串行时钟输出脚SCLK与单片机U6的I/O端口P5.7连接，该日历芯片U8的串行数据输出脚SDA与单片机U6的I/O端口P5.6连接。
日历芯片U8为单片机U6提供实时时钟，使单片机U6具有钟表和时间标记事件的功能。本系统能够记录事件发生的时间，在无人值守的情况下，也能把各次拉伸的时间和相关相息(位移、压力等参数)记录下来，以便日后进行具体分析。日历芯片U8由单片机U6进行设置，在设置后就为系统提供日历信息，单片机U6可以随时从日历芯片U8里读取时间信息，通过液晶显示器将时间信息显示出来。
请参照图9，左控制仪的键盘有K1至K8共八个按键，请参照图2，这八个按键分别代表开始键、通信键、确认键、清除键和用于菜单选择的四个方向键。对左控制仪的全部操作都是通过这八个按键完成的，确认键、清除键和方向键用于操作液晶显示器上的各级菜单，通过选择菜单可以设定保压时间，设定最大位移量、设定最大压力值。该三级子菜单的程序流程如图13所示。使用前，首先通过液晶显示器上的菜单对最大伸长量及最大压力值及油泵的保压时间进行设定。
本控制仪操作十分方便，张拉、保压、卸荷三个步骤全部自动完成。进行单边张拉时，只需按下键盘上的开始键，当单片机U6检测到开始键被按下后，按照软件程序的设定，立即在其P2.6端口输出高电平信号，使三极管Q11导通，继电器LJ1的线圈得电，其常开触点闭合，启动左上油泵4，请参照图4，此时压力油经过常开电磁换向阀2进入双缸千斤顶1的前缸102中，双缸千斤顶1后缸103中油经常闭电磁换向阀3返回油箱5内，活塞杆101向右移动，张拉钢绞线60。
请参照图12，在张拉过程中，位移传感器6及压力传感器7实时地把双缸千斤顶1的活塞杆101的伸长量及油管8内的油压反馈给控制仪，单片机U6按照程序的设定周期性地读取位移传感器及压力传感器当前值，并与设定值比较，一旦其相等，则表示到达预设值。无论压力值、位移值谁先达到预设值，单片机U6的P2.6端口都输出低电平信号，使三极管Q11截止，继电器LJ1的线圈失电，其常开触点打开，左上油泵4停止运转。双缸千斤顶1进入保压状态，即保压其当前状态，当保压时间到达后，单片机U6的I/O端口P2.6、P2.7、P3.0立即输出高电平信号，使三极管Q12、Q13导通，继电器LJ2、LJ3的线圈得电，其常开触点闭合，使常开电磁换向阀2、常闭电磁换向阀3的供电回路导通，常开电磁换向阀2、常闭电磁换向阀3动作，油路换向，双缸千斤顶1进入卸荷状态，此时，压力油经过常闭电磁换向阀3进入双缸千斤顶1的后缸103中，双缸千斤顶1前缸102中油经常开电磁换向阀2返回油箱5内，活塞杆101向左移动，由于锚具9具有单向自锁功能，所以，钢绞线60不会随活塞杆101一同退回，而是被锚固在当前位置。
请参照图12，左下千斤顶驱动单元20的工作原理与左上千斤顶驱动单元10完全相同。为了便于比较说明，将左上千斤顶驱动单元10内的油泵、压力传感器、位移传感器分别命名为左上油泵、左上压力传感器、左上位移传感器。将右上千斤顶驱动单元20内的油泵、压力传感器、位移传感器分别命名为右上油泵、右上压力传感器、右上位移传感器。
进行双边张拉时，因为要控制两根钢绞线四端的四个活塞杆的伸长量及应力不能超过预设值，本系统采用了左、右控制仪，右控制仪的电路结构与左控制仪完全相同。这两台控制仪用无线方式进行通信。
施工时，在其中的一台控制仪如左控制仪上按下开始键，同时按下通信键，当单片机U6检测到通信键被按下后，按照软件程序的设定，立即在其P1.3端口输出高电平信号，使三极管Q3导通，编码芯片PT2262的触发端(第14脚)由高电平转为低电平有效，编码芯片PT2262被触发工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号给发射芯片U4，发射芯片U4内的高频发射电路起振，通过天线发射出315MHz的高频调制信号给右控制仪。
右控制仪上的解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平给右控制仪中单片机的P1.0端口，单片机按照软件程序的设定，立即在其P2.6端口输出高电平信号，使三极管Q14导通，继电器LR1的线圈得电，其常开触点闭合，  启动右上、右下油泵4，此时
右上千斤顶驱动单元30内油泵输出的压力油经过常开电磁换向阀进入双缸千斤顶的前缸中，双缸千斤顶后缸中油经常闭电磁换向阀返回油箱内，活塞杆向左移动，张拉钢绞线60。
右下千斤顶驱动单元40内油泵输出的压力油经过常开电磁换向阀进入双缸千斤顶的前缸中，双缸千斤顶后缸中油经常闭电磁换向阀返回油箱内，活塞杆向左移动，张拉钢绞线70。
此时两根钢绞线的四端的双缸千斤顶就同时开始张拉，各千斤顶驱动单元分别完成张拉、保压、卸荷三个步骤。综上所述，可知本系统完全实现了自动化，排除了人为读数、操作造成的误差。张拉精度高，能很好地实现设计意图，并可保证工程质量。