自动张拉控制系统及其方法
专利名称：自动张拉控制系统及其方法
技术领域：
本发明涉及一种在土木工程中对预应力构件施加预应力的系统及方法，特别是一种自动张拉控制系统及其方法。
背景技术：
目前，在土木工程中，对预应力构件施加预应力的传统预应力张拉系统一般包括油泵和液压千斤顶，该系统在施工时，液压千斤顶所施加的张拉力是通过施工人员观察油泵上的油压表来控制，预应力筋的张拉伸长值则是通过人工用直尺测量，这种预应力张拉系统存在以下缺点1、由于人为因素影响较大，测量精度较低，测量结果存在较大的误差较大；2、压力表读数不稳定，难以精确读数，而且读数速度慢，由压力表读数需要换算才能知道张拉力的大小，形不成张拉力的直观概念，对控制张拉不方便；3、在张拉时，经常会发生因人为因素而造成预应力张拉失控的事故，比较不安全；4、在预应力构件内部或较一些较隐蔽场地作业时的质量监控难度较大；5、需要人力资源较大，质量管理成本较高。随着预应力技术的不断发展，也有不少人提出采用自动张拉系统来解决上述问题，但这些自动张拉系统的结构比较复杂，成本较高，而且还不能达到真正的自动张拉控制，因而还未得到真正的普及。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种自动张拉控制系统及其方法，以解决上述的张拉精度低、施工不安全、质量监控难度大、结构复杂的问题。解决上述技术问题的技术方案是一种自动张拉控制系统，包括电动油泵、由电动油泵控制的液压千斤顶，所述的自动张拉控制系统还包括有自动张拉控制系统控制器、 数据中继控制器以及电脑，所述的液压千斤顶上还安装有可随活塞杆运动的拉杆式位移传感器，液压千斤顶的进油嘴和回油嘴上分别安装有压力传感器；所述的电动油泵左右控制阀的控制阀杆通过步进电机连接器与步进电机连接；所述的自动张拉控制系统控制器包括MCU单片机、功能按键、位移采集单元、压力采集单元、蜂鸣及报警单元、显示单元、驱动模块、电机转向输出单元、电机转停输出单元、电机脉冲输出单元；所述MCU单片机的输入端口分别与功能按键、位移采集单元、压力采集单元连接，位移采集单元与液压千斤顶的拉杆式位移传感器连接，压力采集单元与液压千斤顶进油嘴、回油嘴上的压力传感器连接；所述MCU单片机的输出端口分别与蜂鸣及报警单元、显示单元、驱动模块连接，驱动模块分别与电机转向输出单元、电机转停输出单元、电机脉冲输出单元连接，所述的电机转向输出单元和电机脉冲输出单元分别与电动油泵的步进电机连接；电机转停输出单元与继电器K连接，继电器K再与控制电动油泵主电机工作的主继电器连接，所述的数据中继控制器包括电源和与该电源连接的传输信号转换控制单元，该传输信号转换控制单元的输入端通过信号传输电缆与自动张拉控制系统控制器的驱动模块输出端连接，传输信号转换控制单元的输出端与电脑的输入端连接。
本发明的进一步技术方案是所述的拉杆式位移传感器固定安装在液压千斤顶油缸外圆上，所述液压千斤顶的活塞伸出端固定安装有外圆带有U形槽的U形连接板，U形连接板的U形槽内安装有可沿U形槽滑动的导板，该导板与拉杆式位移传感器的拉杆端通过螺母连接在一起。本发明的再进一步技术方案是所述液压千斤顶的油缸外圆上还固定安装有活塞防转装置，该活塞防转装置包括防转套筒以及防转拉杆，所述的防转拉杆位于防转套筒内， 防转拉杆一端伸出防转套筒外并通过螺母与导板连接。本发明的更进一步技术方案是所述的步进电机包括1号步进电机、2号步进电机、3号步进电机、4号步进电机，所述的步进电机连接器包括朝向相反的连接法兰A和连接法兰B，所述连接法兰A的中心轴孔与步进电机的输出轴配合连接，并通过穿过步进电机输出轴和连接法兰A的紧固螺钉锁紧；所述连接法兰B的中心轴孔与电动油泵左右控制阀的控制阀杆配合连接，并通过穿过控制阀杆和连接法兰B的紧固螺钉锁紧；所述的连接法兰A 和连接法兰B通过连接销连接在一起。本发明的另一个技术方案是一种自动张拉控制方法，该方法包括以下步骤 Sepl、启动电脑和自动张拉控制系统控制器，自动张拉控制系统控制器向四个步进电
机发出信号，四个步进电机均逆转，当转到不能转动时自动停止；
Sep2、自动张拉控制系统控制器向继电器K发出闭合信号，继电器K接通，继电器K控制主电机的主继电器，此时主电机通电，电动油泵开始工作；
Sep 3、位于液压千斤顶进油、回油嘴上的压力传感器通电开始工作，并置零； Sep 4、自动张拉控制系统控制器向2号步进电机发出顺时针转动信号，2号步进电机顺时针转动直到不能转止时自动停止；2号步进电机停止工作后，1号步进电机开始顺时针转动控制控制阀向液压千斤顶供油，推动活塞运动，液压千斤顶开始工作；
Sep 5、安装在液压千斤顶进油嘴和回油嘴上的压力传感器开始检测压力，并将信号传输到自动张拉控制系统控制器内，自动张拉控制系统控制器将信号进行处理后经数据中继控制器传输到电脑，在电脑屏幕上实时显示工作压力、回程压力，并通过安装在电脑内的软件生成的张拉力计算公式自动计算工作张拉力；
Sep 6、液压千斤顶活塞运动后带着拉杆式位移传器移动，拉杆式位移传感器将信号输出至自动张拉控制系统控制器，自动张拉控制系统控制器将信号进行处理后经数据中继控制器传输到电脑，在电脑的屏幕上实时显示位移量；
Sep 7、在电脑上输入工作参数，自动张拉控制系统控制器接收并按输入的工作参数控制步进电机为液压千斤顶加压，使液压千斤顶完成张拉过程； Sep 8、当完成张拉过程后，进入卸荷过程； Sep 9、拉杆式位移传感器归零，即完成一次张拉过程。本发明的再进一步技术方案是在步骤^5印7中，所述在电脑上输入的工作参数为预先设定的系列油压参数值；所述的自动张拉控制系统控制器按输入的工作参数控制步进电机为液压千斤顶加压，使液压千斤顶完成张拉工作的具体内容如下自动张拉控制系统控制器控制1号步进电机顺时针转动，当位于液压千斤顶进油口的压力传感器检测到的油压达到预先设定的最小油压参数值时，1号步进电机自动停止转动，并保持设定的时间， 电脑上自动记录此时的位移量；然后1号步进电机又开始顺时针转动，当位于液压千斤顶进油口的压力传感器检测到油压达到预先设定的下一个油压参数值时，1号步进电机又自动停止转动，并保持设定的时间，电脑上自动记录此时的位移量；1号步进电机依此进行工作，直至油压达到预先设定的最大油压参数值，并保持设定的时间，此时，液压液压千斤顶完成张拉过程。本发明的更进一步技术方案是在步骤kp 8中，所述的进入卸荷过程具体内容如下1号、2号步进电机逆时针转动并转到不能转动时自动停止；1号、2号步进电机停止后，3号步进电机开始顺时针转动直到转到不能转动时自动停止；3号步进电机停止时，4号步进电机开始顺时针转动，直到不能转动为止时自动停止转动；位于液压千斤顶回油口的压力传感器检测回程压力并显示在电脑的屏幕上，当回程压力大于25MPa时，红色信号灯开始闪亮，4号步进电机自动停止；在此过程中拉杆式位移传感器检测是否归零，如归零，4 号步进电机自动停止；即是位于液压千斤顶回油口的压力传感器和拉杆式位移传感器同时检测，哪个先达到设定的条件，哪个就向4号步进电机发出停止的信号；4号步进电机停止转动，完成卸荷过程。由于采用上述技术方案，本发明之自动张拉控制系统及其方法与现有技术相比， 具有以下有益效果
1、可大幅度提高张拉精度
由于本发明除了包括电动油泵、液压千斤顶外，还包括有自动张拉控制系统控制器、数据中继控制器以及电脑，而且在液压千斤顶上还安装有压力传感器和位移传感器，还在现有电动油泵的基础上，将左右控制阀的控制阀杆由手动改为四个步进电机自动控制进油和回油及油压。本发明通过压力传感器和位移传感器以及自动张拉控制系统控制器的配合， 可完全取代现有的人工监测，其监测速度较快；通过电脑的人机界面，不仅可以实现远程可视化操作，还可使本发明在张拉时的油压值、预应力筋的张拉伸长值可自动准确地记录在电脑上，电脑再通过预先安装在电脑内的软件生成的张拉力计算公式自动计算工作张拉力，真正达到了全自动张拉控制的目的，从而避免了人为因素造成测量误差大的问题，大幅度了提高预应力的张拉精度。此外，由于本发明的压力传感器是安装在液压千斤顶的进油嘴和回油嘴上，它远离了油泵主电机，避免了因主电机工作产生电磁干扰，确保了压力传感器采集数据的准确性，从而进一步提高了预应力的张拉精度。2、可有效地避免预应力筋张拉失控的事故
本发明的各传感器信号通过自动张拉控制系统控制器可自动控制液压千斤顶的工作状态，能够在达到张拉控制应力或超出预应力筋伸长值的控制范围时自动停止张拉，从而可有效地避免人为因素造成的预应力筋张拉失控的事故，比较安全可靠。3、质量监控难度小
由于本发明可实现全自动张拉控制，而且本发明的自动张拉控制系统控制器通过将通信线缆传送过来的信号进行接收和处理，对数据进行打包发并将数据传输到数据中继控制器，由数据中继控制器再对数据传输信号进行转换，使数据传输过程中具有抗干扰性强、传输距离远，达1公里左右，可满足远距离控制，其质量监控难度小，因此，本发明可适于在各种场地作业，特别是适于在预应力构件内部或较一些较隐蔽场地作业。4、结构简单，成本低本自动张拉控制系统仅包括电动油泵、液压千斤顶、自动张拉控制系统控制器、数据中继控制器以及电脑，其结构比较简单，无需其它复杂庞大的控制系统，成本较低。此外由于本发明可实现全自动张拉控制，还可大大减少施工人员，以降低其质量管理成本。5、结构合理可靠
由于本发明的拉杆式位移传感器和活塞防转装置是通过螺母与导板连接，其导板安装在固定在活塞上的U形连接板里，当活塞运动时带动导板一起运动，导板可以在U形连接板的U形槽里滑动，从而可避免活塞转动时损坏位移传感器；因此，本发明的结构比较合理可罪。6、方法简单，操作方便
由于本发明可实现全自动张拉控制，其控制方法非常简单，操作非常方便。下面，结合附图和实施例对本发明之自动张拉控制系统及其方法的技术特征作进一步的说明。
图1 实施例一所述本发明之自动张拉控制系统的结构示意图； 图2 自动张拉控制系统主控制器、数据中继控制器的原理框图3 图4 位杆式位移传感器与液压千斤顶之间的连接关系示意图， 图3:主视图，图4:图3的俯视图5 步进电机与电动油泵控制阀杆之间的连接关系示意图； 图6 实施例二所述本发明之自动张拉控制系统的结构示意图； 图7 实施例三所述本发明之自动张拉控制方法的流程框图。在上述附图中，各零件的标号如下
1-电动油泵，101-步进电机，1011-1号步进电机，1012-2号步进电机，
1013-3号步进电机，1014-4号步进电机，102-主电机，103-主继电器，
104-继电器K， 105-紧固螺钉，106-连接法兰A，107-连接销，
108-连接法兰B，109-控制阀杆，2-液压千斤顶，
201-拉杆式位移传感器，202-压力传感器，203-导板，
204-U形连接板，205-活塞伸出端，206-活塞防转装置，
2061-防转套筒，2062-防转拉杆，3-自动张拉控制系统控制器，
301-MCU单片机，302-功能按键，303-位移采集单元，
304-压力采集单元，305-蜂鸣及报警单元，306-显示单元，
307-驱动模块，308-电机转向输出单元，309-电机转停输出单元，
310-电机脉冲输出单元，4-数据中继控制器，5-电脑，
6-自动张拉控制系统A，7-自动张拉控制系统B。
具体实施例实施例一
图1中公开的是一种自动张拉控制系统，包括电动油泵1、由电动油泵1控制的液压千斤顶2，所述的自动张拉控制系统还包括有自动张拉控制系统控制器3、数据中继控制器4 以及电脑5。所述的液压千斤顶2上安装有可随活塞杆运动的拉杆式位移传感器201，该拉杆式位移传感器201固定安装在液压千斤顶油缸外圆上(参见图3 图4)，所述液压千斤顶的活塞伸出端205固定安装有外圆带有U形槽的U形连接板204，U形连接板204的U形槽内安装有可沿U形槽滑动的导板203，该导板203与拉杆式位移传感器201的拉杆端通过螺母连接在一起；所述液压千斤顶的油缸外圆上还固定安装有活塞防转装置206，该活塞防转装置206包括防转套筒2061以及防转拉杆2062，所述的防转拉杆2062位于防转套筒2061内，防转拉杆2062 —端伸出防转套筒2061外并通过螺母与导板204连接；所述的液压千斤顶2的进油嘴和回油嘴上分别安装有压力传感器202。所述的电动油泵1左右控制阀的控制阀杆通过步进电机连接器与1号步进电机 1011,2号步进电机1012、3号步进电机1013、4号步进电机1014四个步进电机连接，该步进电机连接器包括朝向相反的连接法兰A106和连接法兰B108 (参见图5)，所述连接法兰 A106的中心轴孔与步进电机101的输出轴配合连接，并通过穿过步进电机输出轴和连接法兰A106的紧固螺钉105锁紧；所述连接法兰B108的中心轴孔与电动油泵左右控制阀的控制阀杆109配合连接，并通过穿过控制阀杆109和连接法兰B108的紧固螺钉105锁紧；所述的连接法兰A106和连接法兰B108通过连接销107连接在一起。所述的自动张拉控制系统控制器3包括MCU (Micro Control Unit的缩写)单片机301、功能按键302、位移采集单元303、压力采集单元304、蜂鸣及报警单元305、显示单元 306、驱动模块307、电机转向输出单元308、电机转停输出单元309、电机脉冲输出单元310 (参见图2);所述MCU单片机301的输入端口分别与功能按键302、位移采集单元303、压力采集单元304连接，位移采集单元303与液压千斤顶2的拉杆式位移传感器201连接，压力采集单元304与液压千斤顶2进油嘴、回油嘴上的压力传感器202连接；所述MCU单片机301 的输出端口分别与蜂鸣及报警单元305、显示单元306、驱动模块307连接，驱动模块307分别与电机转向输出单元308、电机转停输出单元309、电机脉冲输出单元310连接，所述的电机转向输出单元308和电机脉冲输出单元310分别与电动油泵的步进电机101连接；电机转停输出单元309与继电器K104连接，继电器K104再与控制电动油泵主电机102工作的主继电器I03连接；所述的数据中继控制器4包括电源402和与该电源402连接的传输信号转换控制单元401，该传输信号转换控制单元401的输入端通过信号传输电缆与自动张拉控制系统控制器的驱动模块307输出端连接，传输信号转换控制单元401的输出端与电脑5的输入端连接(参见图2)。实施例二
图6中公开的是一种用于对两台液压千斤顶进行同步张拉控制的自动张拉控制系统， 它包括有自动张拉控制系统A6和自动张拉控制系统B7两套系统，其中自动张拉控制系统 A6为实施例一所述的自动张拉控制系统，其详细结构不再作重复赘述；自动张拉控制系统 B7的结构基本同实施例一所述的自动张拉控制系统，不同之处在于自动张拉控制系统B7 不包括有数据中继控制器4和电脑5，该自动张拉控制系统B的自动张拉控制系统控制器的驱动模块307输出端通过信号传输电缆与自动张拉控制系统A的数据中继控制器4输入端连接，这样自动张拉控制系统A6和自动张拉控制系统B7即可以共用一个数据中继控制器 4和一台电脑5，以达到用同一台电脑实现对两台液压千斤顶进行同步控制的目的。当然，作为本实施例二的一种变换，根据实际情况需要，本发明还可以对三台或三台以上液压千斤顶进行同步控制。实施例三一种自动张拉控制方法，该方法是利用一种实施例一所述的自动张拉控制系统进行张拉控制的方法，它包括以下步骤(参见图7)
Sepl、启动电脑5和自动张拉控制系统控制器3，自动张拉控制系统控制器3向四个步进电机101发出信号，四个步进电机101均逆转(即反转)，当转到不能转动时自动停止；
Sep2、自动张拉控制系统控制器3向继电器K104发出闭合信号，继电器K104接通，继电器K104控制主电机102的主继电器103，此时主电机102通电，电动油泵1开始工作； Sep 3、位于液压千斤顶进油、回油嘴上的压力传感器202通电开始工作，并置零； Sep 4、自动张拉控制系统控制器3向2号步进电机1012发出顺时针转动(即正转)信号，2号步进电机1012顺时针转动直到不能转止时自动停止；2号步进电机1012停止工作后，1号步进电机1011开始顺时针转动控制控制阀向液压千斤顶2供油，推动活塞运动，液压千斤顶2开始工作；
Sep 5、安装在液压千斤顶进油嘴和回油嘴上的压力传感器202开始检测压力，并将信号传输到自动张拉控制系统控制器3内，自动张拉控制系统控制器3将信号进行处理后经数据中继控制器4传输到电脑5，在电脑屏幕上实时显示工作压力、回程压力，并通过安装在电脑5内的软件生成的张拉力计算公式自动计算工作张拉力；如两台液压千斤顶同步张拉，也是通过电脑内的软件来实现同步控制。 Sep 6、液压千斤顶活塞运动后带着拉杆式位移传器201移动，拉杆式位移传感器 201将信号输出至自动张拉控制系统控制器3，自动张拉控制系统控制器3将信号进行处理后经数据中继控制器4传输到电脑5，在电脑5的屏幕上实时显示位移量；
Sep 7、在电脑5上输入工作参数，该工作参数为预先设定的系列油压参数值，如 5MPa、10MPa、15MPa、20MPa、25MPa、30MPa、;35MPa、40MPa、45MPa、50MPa ；自动张拉控制系统控制器3接收并按输入的工作参数控制步进电机101为液压千斤顶2加压，使液压千斤顶2 完成张拉过程，即是自动张拉控制系统控制器3控制1号步进电机1011顺时针转动，当位于液压千斤顶进油口的压力传感器202检测到的油压达到预先设定的最小油压参数值 5MPa时，1号步进电机1011自动停止转动，并保持设定的时间，该设定的时间可任意设定， 现设定为1分钟；电脑上自动记录此时的位移量；然后1号步进电机1011又开始顺时针转动，当位于液压千斤顶进油口的压力传感器202检测到油压达到预先设定的下一个油压参数值IOMPa时，1号步进电机1011又自动停止转动，并保持1分钟的设定时间，电脑上自动记录此时的位移量；1号步进电机1011依此进行工作，直至油压达到预先设定的工作油压参数值50MPa，并保持1分钟的设定时间，此时，液压液压千斤顶2完成张拉过程；
Sep 8、当完成张拉过程后，进入卸荷过程；所述的进入卸荷过程具体内容如下1 号、2号步进电机逆时针转动并转到不能转动时自动停止；1号、2号步进电机停止后，3号步进电机1013开始顺时针转动直到转到不能转动时自动停止；3号步进电机1013停止时， 4号步进电机1014开始顺时针转动，直到不能转动为止时自动停止转动；位于液压千斤顶回油口的压力传感器202检测回程压力并显示在电脑5的屏幕上，当回程压力大于25MPa 时，红色信号灯开始闪亮，4号步进电机1014自动停止；在此过程中拉杆式位移传感器检测是否归零，如归零，4号步进电机1014自动停止；即是位于液压千斤顶回油口的压力传感器 202和拉杆式位移传感器同时检测，哪个先达到设定的条件，哪个就向4号步进电机1014发出停止的信号；4号步进电机1014停止转动，完成卸荷过程。
Sep 9、拉杆式位移传感器201归零，即完成一次张拉过程。
权利要求
1.一种自动张拉控制系统，包括电动油泵(1)、由电动油泵(1)控制的液压千斤顶 (2)，其特征在于所述的自动张拉控制系统还包括有自动张拉控制系统控制器(3)、数据中继控制器(4)以及电脑(5)，所述的液压千斤顶(2)上还安装有可随活塞杆运动的拉杆式位移传感器(201)，液压千斤顶(2)的进油嘴和回油嘴上分别安装有压力传感器(202)；所述的电动油泵(1)左右控制阀的控制阀杆(109)通过步进电机连接器与步进电机(101)连接；所述的自动张拉控制系统控制器(3)包括MCU单片机(301)、功能按键(302)、位移采集单元(303)、压力采集单元(304)、蜂鸣及报警单元(305)、显示单元(306)、驱动模块(307)、 电机转向输出单元(308 )、电机转停输出单元(309 )、电机脉冲输出单元(310 )；所述MCU单片机(301)的输入端口分别与功能按键(302)、位移采集单元(303)、压力采集单元(304)连接，位移采集单元(303 )与液压千斤顶(2 )的拉杆式位移传感器(201)连接，压力采集单元 (304)与液压千斤顶(2)进油嘴、回油嘴上的压力传感器(202)连接；所述MCU单片机(301) 的输出端口分别与蜂鸣及报警单元(305)、显示单元(306)、驱动模块(307)连接，驱动模块 (307)分别与电机转向输出单元(308)、电机转停输出单元(309)、电机脉冲输出单元(310) 连接，所述的电机转向输出单元(308)和电机脉冲输出单元(310)分别与电动油泵的步进电机(101)连接；电机转停输出单元(309)与继电器K (104)连接，继电器K (104)再与控制电动油泵主电机(102)工作的主继电器(103)连接，所述的数据中继控制器(4)包括电源(402 )和与该电源(402 )连接的传输信号转换控制单元(401)，该传输信号转换控制单元 (401)的输入端通过信号传输电缆与自动张拉控制系统控制器的驱动模块(307)输出端连接，传输信号转换控制单元(401)的输出端与电脑(5)的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的自动张拉控制系统，其特征在于所述的拉杆式位移传感器 (201)固定安装在液压千斤顶油缸外圆上，所述液压千斤顶的活塞伸出端(205)固定安装有外圆带有U形槽的U形连接板(204 )，U形连接板(204 )的U形槽内安装有可沿U形槽滑动的导板(203)，该导板(203)与拉杆式位移传感器(201)的拉杆端通过螺母连接在一起。
3.根据权利要求2所述的自动张拉控制系统，其特征在于所述液压千斤顶的油缸外圆上还固定安装有活塞防转装置(206)，该活塞防转装置(206)包括防转套筒(2061)以及防转拉杆(2062)，所述的防转拉杆(2062)位于防转套筒(2061)内，防转拉杆(2062)—端伸出防转套筒(2061)外并通过螺母与导板(204)连接。
4.根据权利要求1或2或3所述的自动张拉控制系统，其特征在于所述的步进电机 (101)包括1号步进电机(1011)、2号步进电机(1012)、3号步进电机(1013)、4号步进电机 (1014)，所述的步进电机连接器包括朝向相反的连接法兰A (106)和连接法兰B (108)，所述连接法兰A (106)的中心轴孔与步进电机(101)的输出轴配合连接，并通过穿过步进电机输出轴和连接法兰A (106)的紧固螺钉(105)锁紧；所述连接法兰B (108)的中心轴孔与电动油泵左右控制阀的控制阀杆(109)配合连接，并通过穿过控制阀杆(109)和连接法兰B (108)的紧固螺钉(105)锁紧；所述的连接法兰A (106)和连接法兰B (108)通过连接销(107)连接在一起。
5.一种自动张拉控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤Sepl、启动电脑(5)和自动张拉控制系统控制器(3)，自动张拉控制系统控制器(3)向四个步进电机(101)发出信号，四个步进电机(101)均逆转，当转到不能转动时自动停止；S印2、自动张拉控制系统控制器(3)向继电器K (104)发出闭合信号，继电器K (104)接通，继电器K (104)控制主电机(102)的主继电器(103)，此时主电机(102)通电，电动油泵(1)开始工作；Sep 3、位于液压千斤顶进油、回油嘴上的压力传感器(202)通电开始工作，并置零； Sep 4、自动张拉控制系统控制器(3)向2号步进电机(1012)发出顺时针转动信号，2号步进电机(1012)顺时针转动直到不能转止时自动停止；2号步进电机(1012)停止工作后， 1号步进电机(1011)开始顺时针转动控制控制阀向液压千斤顶(2)供油，推动活塞运动，液压千斤顶(2)开始工作；Sep 5、安装在液压千斤顶进油嘴和回油嘴上的压力传感器(202)开始检测压力，并将信号传输到自动张拉控制系统控制器(3)内，自动张拉控制系统控制器(3)将信号进行处理后经数据中继控制器(4)传输到电脑(5)，在电脑屏幕上实时显示工作压力、回程压力， 并通过安装在电脑(5)内的软件生成的张拉力计算公式自动计算工作张拉力；Sep 6、液压千斤顶活塞运动后带着拉杆式位移传器(201)移动，拉杆式位移传感器 (201)将信号输出至自动张拉控制系统控制器(3)，自动张拉控制系统控制器(3)将信号进行处理后经数据中继控制器(4 )传输到电脑(5 )，在电脑(5 )的屏幕上实时显示位移量；Sep 7、在电脑(5)上输入工作参数，自动张拉控制系统控制器(3)接收并按输入的工作参数控制步进电机(101)为液压千斤顶(2 )加压，使液压千斤顶(2 )完成张拉过程； Sep 8、当完成张拉过程后，进入卸荷过程； Sep 9、拉杆式位移传感器(201)归零，即完成一次张拉过程。
6.根据权利要求5所述的自动张拉控制方法，其特征在于在步骤kp7中，所述在电脑(5)上输入的工作参数为预先设定的系列油压参数值；所述的自动张拉控制系统控制器 (3 )按输入的工作参数控制步进电机(101)为液压千斤顶(2 )加压，使液压千斤顶(2 )完成张拉工作的具体内容如下自动张拉控制系统控制器(3)控制1号步进电机(1011)顺时针转动，当位于液压千斤顶进油口的压力传感器(202)检测到的油压达到预先设定的最小油压参数值时，1号步进电机(1011)自动停止转动，并保持设定的时间，电脑上自动记录此时的位移量；然后1号步进电机(1011)又开始顺时针转动，当位于液压千斤顶进油口的压力传感器(202)检测到油压达到预先设定的下一个油压参数值时，1号步进电机(1011)又自动停止转动，并保持设定的时间，电脑上自动记录此时的位移量；1号步进电机(1011)依此进行工作，直至油压达到预先设定的最大油压参数值，并保持设定的时间，此时，液压液压千斤顶(2)完成张拉过程。
7.根据权利要求5或6所述的自动张拉控制方法，其特征在于在步骤kp8中，所述的进入卸荷过程具体内容如下1号、2号步进电机逆时针转动并转到不能转动时自动停止；1号、2号步进电机停止后，3号步进电机(1013)开始顺时针转动直到转到不能转动时自动停止；3号步进电机(1013)停止时，4号步进电机(1014)开始顺时针转动，直到不能转动为止时自动停止转动；位于液压千斤顶回油口的压力传感器(202)检测回程压力并显示在电脑(5)的屏幕上，当回程压力大于25MPa时，红色信号灯开始闪亮，4号步进电机(1014)自动停止；在此过程中拉杆式位移传感器检测是否归零，如归零，4号步进电机(1014)自动停止；即是位于液压千斤顶回油口的压力传感器(202)和拉杆式位移传感器同时检测，哪个先达到设定的条件，哪个就向4号步进电机(1014)发出停止的信号；4号步进电机(1014) 停止转动，完成卸荷过程。
全文摘要
一种自动张拉控制系统及其方法，涉及一种在土木工程中对预应力构件施加预应力的系统及方法，系统包括电动油泵、液压千斤顶、自动张拉控制系统控制器、数据中继控制器和电脑，液压千斤顶上装有拉杆式位移传感器和压力传感器；电动油泵左右控制阀的控制阀杆与步进电机连接；自动张拉控制系统控制器包括MCU单片机、功能按键、位移采集单元、压力采集单元、蜂鸣及报警单元、显示单元、驱动模块、电机转向输出单元、电机转停输出单元、电机脉冲输出单元；方法包括张拉、卸荷等步骤。本发明可提高张拉精度，有效地避免预应力筋张拉失控的事故，具有结构简单、成本低、安全可靠、质量监控难度小、方法简单、操作方便的特点，适于在各种场地作业。
文档编号E04G21/12GK102444290SQ20111027548
公开日2012年5月9日 申请日期2011年9月16日 优先权日2011年9月16日
发明者李春权, 罗启顺, 陆巍岿 申请人:柳州市建桥预应力机械厂
技术领域：
本发明涉及一种在土木工程中对预应力构件施加预应力的系统及方法，特别是一种自动张拉控制系统及其方法。
背景技术：
目前，在土木工程中，对预应力构件施加预应力的传统预应力张拉系统一般包括油泵和液压千斤顶，该系统在施工时，液压千斤顶所施加的张拉力是通过施工人员观察油泵上的油压表来控制，预应力筋的张拉伸长值则是通过人工用直尺测量，这种预应力张拉系统存在以下缺点1、由于人为因素影响较大，测量精度较低，测量结果存在较大的误差较大；2、压力表读数不稳定，难以精确读数，而且读数速度慢，由压力表读数需要换算才能知道张拉力的大小，形不成张拉力的直观概念，对控制张拉不方便；3、在张拉时，经常会发生因人为因素而造成预应力张拉失控的事故，比较不安全；4、在预应力构件内部或较一些较隐蔽场地作业时的质量监控难度较大；5、需要人力资源较大，质量管理成本较高。随着预应力技术的不断发展，也有不少人提出采用自动张拉系统来解决上述问题，但这些自动张拉系统的结构比较复杂，成本较高，而且还不能达到真正的自动张拉控制，因而还未得到真正的普及。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种自动张拉控制系统及其方法，以解决上述的张拉精度低、施工不安全、质量监控难度大、结构复杂的问题。解决上述技术问题的技术方案是一种自动张拉控制系统，包括电动油泵、由电动油泵控制的液压千斤顶，所述的自动张拉控制系统还包括有自动张拉控制系统控制器、 数据中继控制器以及电脑，所述的液压千斤顶上还安装有可随活塞杆运动的拉杆式位移传感器，液压千斤顶的进油嘴和回油嘴上分别安装有压力传感器；所述的电动油泵左右控制阀的控制阀杆通过步进电机连接器与步进电机连接；所述的自动张拉控制系统控制器包括MCU单片机、功能按键、位移采集单元、压力采集单元、蜂鸣及报警单元、显示单元、驱动模块、电机转向输出单元、电机转停输出单元、电机脉冲输出单元；所述MCU单片机的输入端口分别与功能按键、位移采集单元、压力采集单元连接，位移采集单元与液压千斤顶的拉杆式位移传感器连接，压力采集单元与液压千斤顶进油嘴、回油嘴上的压力传感器连接；所述MCU单片机的输出端口分别与蜂鸣及报警单元、显示单元、驱动模块连接，驱动模块分别与电机转向输出单元、电机转停输出单元、电机脉冲输出单元连接，所述的电机转向输出单元和电机脉冲输出单元分别与电动油泵的步进电机连接；电机转停输出单元与继电器K连接，继电器K再与控制电动油泵主电机工作的主继电器连接，所述的数据中继控制器包括电源和与该电源连接的传输信号转换控制单元，该传输信号转换控制单元的输入端通过信号传输电缆与自动张拉控制系统控制器的驱动模块输出端连接，传输信号转换控制单元的输出端与电脑的输入端连接。
本发明的进一步技术方案是所述的拉杆式位移传感器固定安装在液压千斤顶油缸外圆上，所述液压千斤顶的活塞伸出端固定安装有外圆带有U形槽的U形连接板，U形连接板的U形槽内安装有可沿U形槽滑动的导板，该导板与拉杆式位移传感器的拉杆端通过螺母连接在一起。本发明的再进一步技术方案是所述液压千斤顶的油缸外圆上还固定安装有活塞防转装置，该活塞防转装置包括防转套筒以及防转拉杆，所述的防转拉杆位于防转套筒内， 防转拉杆一端伸出防转套筒外并通过螺母与导板连接。本发明的更进一步技术方案是所述的步进电机包括1号步进电机、2号步进电机、3号步进电机、4号步进电机，所述的步进电机连接器包括朝向相反的连接法兰A和连接法兰B，所述连接法兰A的中心轴孔与步进电机的输出轴配合连接，并通过穿过步进电机输出轴和连接法兰A的紧固螺钉锁紧；所述连接法兰B的中心轴孔与电动油泵左右控制阀的控制阀杆配合连接，并通过穿过控制阀杆和连接法兰B的紧固螺钉锁紧；所述的连接法兰A 和连接法兰B通过连接销连接在一起。本发明的另一个技术方案是一种自动张拉控制方法，该方法包括以下步骤 Sepl、启动电脑和自动张拉控制系统控制器，自动张拉控制系统控制器向四个步进电
机发出信号，四个步进电机均逆转，当转到不能转动时自动停止；
Sep2、自动张拉控制系统控制器向继电器K发出闭合信号，继电器K接通，继电器K控制主电机的主继电器，此时主电机通电，电动油泵开始工作；
Sep 3、位于液压千斤顶进油、回油嘴上的压力传感器通电开始工作，并置零； Sep 4、自动张拉控制系统控制器向2号步进电机发出顺时针转动信号，2号步进电机顺时针转动直到不能转止时自动停止；2号步进电机停止工作后，1号步进电机开始顺时针转动控制控制阀向液压千斤顶供油，推动活塞运动，液压千斤顶开始工作；
Sep 5、安装在液压千斤顶进油嘴和回油嘴上的压力传感器开始检测压力，并将信号传输到自动张拉控制系统控制器内，自动张拉控制系统控制器将信号进行处理后经数据中继控制器传输到电脑，在电脑屏幕上实时显示工作压力、回程压力，并通过安装在电脑内的软件生成的张拉力计算公式自动计算工作张拉力；
Sep 6、液压千斤顶活塞运动后带着拉杆式位移传器移动，拉杆式位移传感器将信号输出至自动张拉控制系统控制器，自动张拉控制系统控制器将信号进行处理后经数据中继控制器传输到电脑，在电脑的屏幕上实时显示位移量；
Sep 7、在电脑上输入工作参数，自动张拉控制系统控制器接收并按输入的工作参数控制步进电机为液压千斤顶加压，使液压千斤顶完成张拉过程； Sep 8、当完成张拉过程后，进入卸荷过程； Sep 9、拉杆式位移传感器归零，即完成一次张拉过程。本发明的再进一步技术方案是在步骤^5印7中，所述在电脑上输入的工作参数为预先设定的系列油压参数值；所述的自动张拉控制系统控制器按输入的工作参数控制步进电机为液压千斤顶加压，使液压千斤顶完成张拉工作的具体内容如下自动张拉控制系统控制器控制1号步进电机顺时针转动，当位于液压千斤顶进油口的压力传感器检测到的油压达到预先设定的最小油压参数值时，1号步进电机自动停止转动，并保持设定的时间， 电脑上自动记录此时的位移量；然后1号步进电机又开始顺时针转动，当位于液压千斤顶进油口的压力传感器检测到油压达到预先设定的下一个油压参数值时，1号步进电机又自动停止转动，并保持设定的时间，电脑上自动记录此时的位移量；1号步进电机依此进行工作，直至油压达到预先设定的最大油压参数值，并保持设定的时间，此时，液压液压千斤顶完成张拉过程。本发明的更进一步技术方案是在步骤kp 8中，所述的进入卸荷过程具体内容如下1号、2号步进电机逆时针转动并转到不能转动时自动停止；1号、2号步进电机停止后，3号步进电机开始顺时针转动直到转到不能转动时自动停止；3号步进电机停止时，4号步进电机开始顺时针转动，直到不能转动为止时自动停止转动；位于液压千斤顶回油口的压力传感器检测回程压力并显示在电脑的屏幕上，当回程压力大于25MPa时，红色信号灯开始闪亮，4号步进电机自动停止；在此过程中拉杆式位移传感器检测是否归零，如归零，4 号步进电机自动停止；即是位于液压千斤顶回油口的压力传感器和拉杆式位移传感器同时检测，哪个先达到设定的条件，哪个就向4号步进电机发出停止的信号；4号步进电机停止转动，完成卸荷过程。由于采用上述技术方案，本发明之自动张拉控制系统及其方法与现有技术相比， 具有以下有益效果
1、可大幅度提高张拉精度
由于本发明除了包括电动油泵、液压千斤顶外，还包括有自动张拉控制系统控制器、数据中继控制器以及电脑，而且在液压千斤顶上还安装有压力传感器和位移传感器，还在现有电动油泵的基础上，将左右控制阀的控制阀杆由手动改为四个步进电机自动控制进油和回油及油压。本发明通过压力传感器和位移传感器以及自动张拉控制系统控制器的配合， 可完全取代现有的人工监测，其监测速度较快；通过电脑的人机界面，不仅可以实现远程可视化操作，还可使本发明在张拉时的油压值、预应力筋的张拉伸长值可自动准确地记录在电脑上，电脑再通过预先安装在电脑内的软件生成的张拉力计算公式自动计算工作张拉力，真正达到了全自动张拉控制的目的，从而避免了人为因素造成测量误差大的问题，大幅度了提高预应力的张拉精度。此外，由于本发明的压力传感器是安装在液压千斤顶的进油嘴和回油嘴上，它远离了油泵主电机，避免了因主电机工作产生电磁干扰，确保了压力传感器采集数据的准确性，从而进一步提高了预应力的张拉精度。2、可有效地避免预应力筋张拉失控的事故
本发明的各传感器信号通过自动张拉控制系统控制器可自动控制液压千斤顶的工作状态，能够在达到张拉控制应力或超出预应力筋伸长值的控制范围时自动停止张拉，从而可有效地避免人为因素造成的预应力筋张拉失控的事故，比较安全可靠。3、质量监控难度小
由于本发明可实现全自动张拉控制，而且本发明的自动张拉控制系统控制器通过将通信线缆传送过来的信号进行接收和处理，对数据进行打包发并将数据传输到数据中继控制器，由数据中继控制器再对数据传输信号进行转换，使数据传输过程中具有抗干扰性强、传输距离远，达1公里左右，可满足远距离控制，其质量监控难度小，因此，本发明可适于在各种场地作业，特别是适于在预应力构件内部或较一些较隐蔽场地作业。4、结构简单，成本低本自动张拉控制系统仅包括电动油泵、液压千斤顶、自动张拉控制系统控制器、数据中继控制器以及电脑，其结构比较简单，无需其它复杂庞大的控制系统，成本较低。此外由于本发明可实现全自动张拉控制，还可大大减少施工人员，以降低其质量管理成本。5、结构合理可靠
由于本发明的拉杆式位移传感器和活塞防转装置是通过螺母与导板连接，其导板安装在固定在活塞上的U形连接板里，当活塞运动时带动导板一起运动，导板可以在U形连接板的U形槽里滑动，从而可避免活塞转动时损坏位移传感器；因此，本发明的结构比较合理可罪。6、方法简单，操作方便
由于本发明可实现全自动张拉控制，其控制方法非常简单，操作非常方便。下面，结合附图和实施例对本发明之自动张拉控制系统及其方法的技术特征作进一步的说明。
图1 实施例一所述本发明之自动张拉控制系统的结构示意图； 图2 自动张拉控制系统主控制器、数据中继控制器的原理框图3 图4 位杆式位移传感器与液压千斤顶之间的连接关系示意图， 图3:主视图，图4:图3的俯视图5 步进电机与电动油泵控制阀杆之间的连接关系示意图； 图6 实施例二所述本发明之自动张拉控制系统的结构示意图； 图7 实施例三所述本发明之自动张拉控制方法的流程框图。在上述附图中，各零件的标号如下
1-电动油泵，101-步进电机，1011-1号步进电机，1012-2号步进电机，
1013-3号步进电机，1014-4号步进电机，102-主电机，103-主继电器，
104-继电器K， 105-紧固螺钉，106-连接法兰A，107-连接销，
108-连接法兰B，109-控制阀杆，2-液压千斤顶，
201-拉杆式位移传感器，202-压力传感器，203-导板，
204-U形连接板，205-活塞伸出端，206-活塞防转装置，
2061-防转套筒，2062-防转拉杆，3-自动张拉控制系统控制器，
301-MCU单片机，302-功能按键，303-位移采集单元，
304-压力采集单元，305-蜂鸣及报警单元，306-显示单元，
307-驱动模块，308-电机转向输出单元，309-电机转停输出单元，
310-电机脉冲输出单元，4-数据中继控制器，5-电脑，
6-自动张拉控制系统A，7-自动张拉控制系统B。
具体实施例实施例一
图1中公开的是一种自动张拉控制系统，包括电动油泵1、由电动油泵1控制的液压千斤顶2，所述的自动张拉控制系统还包括有自动张拉控制系统控制器3、数据中继控制器4 以及电脑5。所述的液压千斤顶2上安装有可随活塞杆运动的拉杆式位移传感器201，该拉杆式位移传感器201固定安装在液压千斤顶油缸外圆上(参见图3 图4)，所述液压千斤顶的活塞伸出端205固定安装有外圆带有U形槽的U形连接板204，U形连接板204的U形槽内安装有可沿U形槽滑动的导板203，该导板203与拉杆式位移传感器201的拉杆端通过螺母连接在一起；所述液压千斤顶的油缸外圆上还固定安装有活塞防转装置206，该活塞防转装置206包括防转套筒2061以及防转拉杆2062，所述的防转拉杆2062位于防转套筒2061内，防转拉杆2062 —端伸出防转套筒2061外并通过螺母与导板204连接；所述的液压千斤顶2的进油嘴和回油嘴上分别安装有压力传感器202。所述的电动油泵1左右控制阀的控制阀杆通过步进电机连接器与1号步进电机 1011,2号步进电机1012、3号步进电机1013、4号步进电机1014四个步进电机连接，该步进电机连接器包括朝向相反的连接法兰A106和连接法兰B108 (参见图5)，所述连接法兰 A106的中心轴孔与步进电机101的输出轴配合连接，并通过穿过步进电机输出轴和连接法兰A106的紧固螺钉105锁紧；所述连接法兰B108的中心轴孔与电动油泵左右控制阀的控制阀杆109配合连接，并通过穿过控制阀杆109和连接法兰B108的紧固螺钉105锁紧；所述的连接法兰A106和连接法兰B108通过连接销107连接在一起。所述的自动张拉控制系统控制器3包括MCU (Micro Control Unit的缩写)单片机301、功能按键302、位移采集单元303、压力采集单元304、蜂鸣及报警单元305、显示单元 306、驱动模块307、电机转向输出单元308、电机转停输出单元309、电机脉冲输出单元310 (参见图2);所述MCU单片机301的输入端口分别与功能按键302、位移采集单元303、压力采集单元304连接，位移采集单元303与液压千斤顶2的拉杆式位移传感器201连接，压力采集单元304与液压千斤顶2进油嘴、回油嘴上的压力传感器202连接；所述MCU单片机301 的输出端口分别与蜂鸣及报警单元305、显示单元306、驱动模块307连接，驱动模块307分别与电机转向输出单元308、电机转停输出单元309、电机脉冲输出单元310连接，所述的电机转向输出单元308和电机脉冲输出单元310分别与电动油泵的步进电机101连接；电机转停输出单元309与继电器K104连接，继电器K104再与控制电动油泵主电机102工作的主继电器I03连接；所述的数据中继控制器4包括电源402和与该电源402连接的传输信号转换控制单元401，该传输信号转换控制单元401的输入端通过信号传输电缆与自动张拉控制系统控制器的驱动模块307输出端连接，传输信号转换控制单元401的输出端与电脑5的输入端连接(参见图2)。实施例二
图6中公开的是一种用于对两台液压千斤顶进行同步张拉控制的自动张拉控制系统， 它包括有自动张拉控制系统A6和自动张拉控制系统B7两套系统，其中自动张拉控制系统 A6为实施例一所述的自动张拉控制系统，其详细结构不再作重复赘述；自动张拉控制系统 B7的结构基本同实施例一所述的自动张拉控制系统，不同之处在于自动张拉控制系统B7 不包括有数据中继控制器4和电脑5，该自动张拉控制系统B的自动张拉控制系统控制器的驱动模块307输出端通过信号传输电缆与自动张拉控制系统A的数据中继控制器4输入端连接，这样自动张拉控制系统A6和自动张拉控制系统B7即可以共用一个数据中继控制器 4和一台电脑5，以达到用同一台电脑实现对两台液压千斤顶进行同步控制的目的。当然，作为本实施例二的一种变换，根据实际情况需要，本发明还可以对三台或三台以上液压千斤顶进行同步控制。实施例三一种自动张拉控制方法，该方法是利用一种实施例一所述的自动张拉控制系统进行张拉控制的方法，它包括以下步骤(参见图7)
Sepl、启动电脑5和自动张拉控制系统控制器3，自动张拉控制系统控制器3向四个步进电机101发出信号，四个步进电机101均逆转(即反转)，当转到不能转动时自动停止；
Sep2、自动张拉控制系统控制器3向继电器K104发出闭合信号，继电器K104接通，继电器K104控制主电机102的主继电器103，此时主电机102通电，电动油泵1开始工作； Sep 3、位于液压千斤顶进油、回油嘴上的压力传感器202通电开始工作，并置零； Sep 4、自动张拉控制系统控制器3向2号步进电机1012发出顺时针转动(即正转)信号，2号步进电机1012顺时针转动直到不能转止时自动停止；2号步进电机1012停止工作后，1号步进电机1011开始顺时针转动控制控制阀向液压千斤顶2供油，推动活塞运动，液压千斤顶2开始工作；
Sep 5、安装在液压千斤顶进油嘴和回油嘴上的压力传感器202开始检测压力，并将信号传输到自动张拉控制系统控制器3内，自动张拉控制系统控制器3将信号进行处理后经数据中继控制器4传输到电脑5，在电脑屏幕上实时显示工作压力、回程压力，并通过安装在电脑5内的软件生成的张拉力计算公式自动计算工作张拉力；如两台液压千斤顶同步张拉，也是通过电脑内的软件来实现同步控制。 Sep 6、液压千斤顶活塞运动后带着拉杆式位移传器201移动，拉杆式位移传感器 201将信号输出至自动张拉控制系统控制器3，自动张拉控制系统控制器3将信号进行处理后经数据中继控制器4传输到电脑5，在电脑5的屏幕上实时显示位移量；
Sep 7、在电脑5上输入工作参数，该工作参数为预先设定的系列油压参数值，如 5MPa、10MPa、15MPa、20MPa、25MPa、30MPa、;35MPa、40MPa、45MPa、50MPa ；自动张拉控制系统控制器3接收并按输入的工作参数控制步进电机101为液压千斤顶2加压，使液压千斤顶2 完成张拉过程，即是自动张拉控制系统控制器3控制1号步进电机1011顺时针转动，当位于液压千斤顶进油口的压力传感器202检测到的油压达到预先设定的最小油压参数值 5MPa时，1号步进电机1011自动停止转动，并保持设定的时间，该设定的时间可任意设定， 现设定为1分钟；电脑上自动记录此时的位移量；然后1号步进电机1011又开始顺时针转动，当位于液压千斤顶进油口的压力传感器202检测到油压达到预先设定的下一个油压参数值IOMPa时，1号步进电机1011又自动停止转动，并保持1分钟的设定时间，电脑上自动记录此时的位移量；1号步进电机1011依此进行工作，直至油压达到预先设定的工作油压参数值50MPa，并保持1分钟的设定时间，此时，液压液压千斤顶2完成张拉过程；
Sep 8、当完成张拉过程后，进入卸荷过程；所述的进入卸荷过程具体内容如下1 号、2号步进电机逆时针转动并转到不能转动时自动停止；1号、2号步进电机停止后，3号步进电机1013开始顺时针转动直到转到不能转动时自动停止；3号步进电机1013停止时， 4号步进电机1014开始顺时针转动，直到不能转动为止时自动停止转动；位于液压千斤顶回油口的压力传感器202检测回程压力并显示在电脑5的屏幕上，当回程压力大于25MPa 时，红色信号灯开始闪亮，4号步进电机1014自动停止；在此过程中拉杆式位移传感器检测是否归零，如归零，4号步进电机1014自动停止；即是位于液压千斤顶回油口的压力传感器 202和拉杆式位移传感器同时检测，哪个先达到设定的条件，哪个就向4号步进电机1014发出停止的信号；4号步进电机1014停止转动，完成卸荷过程。
Sep 9、拉杆式位移传感器201归零，即完成一次张拉过程。
权利要求
1.一种自动张拉控制系统，包括电动油泵(1)、由电动油泵(1)控制的液压千斤顶 (2)，其特征在于所述的自动张拉控制系统还包括有自动张拉控制系统控制器(3)、数据中继控制器(4)以及电脑(5)，所述的液压千斤顶(2)上还安装有可随活塞杆运动的拉杆式位移传感器(201)，液压千斤顶(2)的进油嘴和回油嘴上分别安装有压力传感器(202)；所述的电动油泵(1)左右控制阀的控制阀杆(109)通过步进电机连接器与步进电机(101)连接；所述的自动张拉控制系统控制器(3)包括MCU单片机(301)、功能按键(302)、位移采集单元(303)、压力采集单元(304)、蜂鸣及报警单元(305)、显示单元(306)、驱动模块(307)、 电机转向输出单元(308 )、电机转停输出单元(309 )、电机脉冲输出单元(310 )；所述MCU单片机(301)的输入端口分别与功能按键(302)、位移采集单元(303)、压力采集单元(304)连接，位移采集单元(303 )与液压千斤顶(2 )的拉杆式位移传感器(201)连接，压力采集单元 (304)与液压千斤顶(2)进油嘴、回油嘴上的压力传感器(202)连接；所述MCU单片机(301) 的输出端口分别与蜂鸣及报警单元(305)、显示单元(306)、驱动模块(307)连接，驱动模块 (307)分别与电机转向输出单元(308)、电机转停输出单元(309)、电机脉冲输出单元(310) 连接，所述的电机转向输出单元(308)和电机脉冲输出单元(310)分别与电动油泵的步进电机(101)连接；电机转停输出单元(309)与继电器K (104)连接，继电器K (104)再与控制电动油泵主电机(102)工作的主继电器(103)连接，所述的数据中继控制器(4)包括电源(402 )和与该电源(402 )连接的传输信号转换控制单元(401)，该传输信号转换控制单元 (401)的输入端通过信号传输电缆与自动张拉控制系统控制器的驱动模块(307)输出端连接，传输信号转换控制单元(401)的输出端与电脑(5)的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的自动张拉控制系统，其特征在于所述的拉杆式位移传感器 (201)固定安装在液压千斤顶油缸外圆上，所述液压千斤顶的活塞伸出端(205)固定安装有外圆带有U形槽的U形连接板(204 )，U形连接板(204 )的U形槽内安装有可沿U形槽滑动的导板(203)，该导板(203)与拉杆式位移传感器(201)的拉杆端通过螺母连接在一起。
3.根据权利要求2所述的自动张拉控制系统，其特征在于所述液压千斤顶的油缸外圆上还固定安装有活塞防转装置(206)，该活塞防转装置(206)包括防转套筒(2061)以及防转拉杆(2062)，所述的防转拉杆(2062)位于防转套筒(2061)内，防转拉杆(2062)—端伸出防转套筒(2061)外并通过螺母与导板(204)连接。
4.根据权利要求1或2或3所述的自动张拉控制系统，其特征在于所述的步进电机 (101)包括1号步进电机(1011)、2号步进电机(1012)、3号步进电机(1013)、4号步进电机 (1014)，所述的步进电机连接器包括朝向相反的连接法兰A (106)和连接法兰B (108)，所述连接法兰A (106)的中心轴孔与步进电机(101)的输出轴配合连接，并通过穿过步进电机输出轴和连接法兰A (106)的紧固螺钉(105)锁紧；所述连接法兰B (108)的中心轴孔与电动油泵左右控制阀的控制阀杆(109)配合连接，并通过穿过控制阀杆(109)和连接法兰B (108)的紧固螺钉(105)锁紧；所述的连接法兰A (106)和连接法兰B (108)通过连接销(107)连接在一起。
5.一种自动张拉控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤Sepl、启动电脑(5)和自动张拉控制系统控制器(3)，自动张拉控制系统控制器(3)向四个步进电机(101)发出信号，四个步进电机(101)均逆转，当转到不能转动时自动停止；S印2、自动张拉控制系统控制器(3)向继电器K (104)发出闭合信号，继电器K (104)接通，继电器K (104)控制主电机(102)的主继电器(103)，此时主电机(102)通电，电动油泵(1)开始工作；Sep 3、位于液压千斤顶进油、回油嘴上的压力传感器(202)通电开始工作，并置零； Sep 4、自动张拉控制系统控制器(3)向2号步进电机(1012)发出顺时针转动信号，2号步进电机(1012)顺时针转动直到不能转止时自动停止；2号步进电机(1012)停止工作后， 1号步进电机(1011)开始顺时针转动控制控制阀向液压千斤顶(2)供油，推动活塞运动，液压千斤顶(2)开始工作；Sep 5、安装在液压千斤顶进油嘴和回油嘴上的压力传感器(202)开始检测压力，并将信号传输到自动张拉控制系统控制器(3)内，自动张拉控制系统控制器(3)将信号进行处理后经数据中继控制器(4)传输到电脑(5)，在电脑屏幕上实时显示工作压力、回程压力， 并通过安装在电脑(5)内的软件生成的张拉力计算公式自动计算工作张拉力；Sep 6、液压千斤顶活塞运动后带着拉杆式位移传器(201)移动，拉杆式位移传感器 (201)将信号输出至自动张拉控制系统控制器(3)，自动张拉控制系统控制器(3)将信号进行处理后经数据中继控制器(4 )传输到电脑(5 )，在电脑(5 )的屏幕上实时显示位移量；Sep 7、在电脑(5)上输入工作参数，自动张拉控制系统控制器(3)接收并按输入的工作参数控制步进电机(101)为液压千斤顶(2 )加压，使液压千斤顶(2 )完成张拉过程； Sep 8、当完成张拉过程后，进入卸荷过程； Sep 9、拉杆式位移传感器(201)归零，即完成一次张拉过程。
6.根据权利要求5所述的自动张拉控制方法，其特征在于在步骤kp7中，所述在电脑(5)上输入的工作参数为预先设定的系列油压参数值；所述的自动张拉控制系统控制器 (3 )按输入的工作参数控制步进电机(101)为液压千斤顶(2 )加压，使液压千斤顶(2 )完成张拉工作的具体内容如下自动张拉控制系统控制器(3)控制1号步进电机(1011)顺时针转动，当位于液压千斤顶进油口的压力传感器(202)检测到的油压达到预先设定的最小油压参数值时，1号步进电机(1011)自动停止转动，并保持设定的时间，电脑上自动记录此时的位移量；然后1号步进电机(1011)又开始顺时针转动，当位于液压千斤顶进油口的压力传感器(202)检测到油压达到预先设定的下一个油压参数值时，1号步进电机(1011)又自动停止转动，并保持设定的时间，电脑上自动记录此时的位移量；1号步进电机(1011)依此进行工作，直至油压达到预先设定的最大油压参数值，并保持设定的时间，此时，液压液压千斤顶(2)完成张拉过程。
7.根据权利要求5或6所述的自动张拉控制方法，其特征在于在步骤kp8中，所述的进入卸荷过程具体内容如下1号、2号步进电机逆时针转动并转到不能转动时自动停止；1号、2号步进电机停止后，3号步进电机(1013)开始顺时针转动直到转到不能转动时自动停止；3号步进电机(1013)停止时，4号步进电机(1014)开始顺时针转动，直到不能转动为止时自动停止转动；位于液压千斤顶回油口的压力传感器(202)检测回程压力并显示在电脑(5)的屏幕上，当回程压力大于25MPa时，红色信号灯开始闪亮，4号步进电机(1014)自动停止；在此过程中拉杆式位移传感器检测是否归零，如归零，4号步进电机(1014)自动停止；即是位于液压千斤顶回油口的压力传感器(202)和拉杆式位移传感器同时检测，哪个先达到设定的条件，哪个就向4号步进电机(1014)发出停止的信号；4号步进电机(1014) 停止转动，完成卸荷过程。
全文摘要
一种自动张拉控制系统及其方法，涉及一种在土木工程中对预应力构件施加预应力的系统及方法，系统包括电动油泵、液压千斤顶、自动张拉控制系统控制器、数据中继控制器和电脑，液压千斤顶上装有拉杆式位移传感器和压力传感器；电动油泵左右控制阀的控制阀杆与步进电机连接；自动张拉控制系统控制器包括MCU单片机、功能按键、位移采集单元、压力采集单元、蜂鸣及报警单元、显示单元、驱动模块、电机转向输出单元、电机转停输出单元、电机脉冲输出单元；方法包括张拉、卸荷等步骤。本发明可提高张拉精度，有效地避免预应力筋张拉失控的事故，具有结构简单、成本低、安全可靠、质量监控难度小、方法简单、操作方便的特点，适于在各种场地作业。
文档编号E04G21/12GK102444290SQ20111027548
公开日2012年5月9日 申请日期2011年9月16日 优先权日2011年9月16日
发明者李春权, 罗启顺, 陆巍岿 申请人:柳州市建桥预应力机械厂
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