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全自动预应力张拉仪的研究

郝志红  
【摘要】: 预应力筋的张拉是预应力施工中的关键环节。预应力张拉涉及到预应力损失、温度效应等诸多因素的影响,是一个复杂的非线性的力的传递、分配过程。目前在土木工程领域中,预应力张拉的施工主要采用的是由油泵驱动千斤顶进行张拉,由压力表读数控制张拉力,人工测量控制张拉伸长值的施工工艺。这种张拉技术精度差、效率低,张拉的成败主要取决于操作人员的操作,且施工环境均较恶劣。 我们根据预应力张拉工艺及对预应力张拉的控制要求,设计了一种基于PLC控制的新型预应力张拉设备——全自动预应力张拉仪,可以实现对预应力筋张拉过程的全程自动控制。使用该设备,操作人员只需要在触摸屏上输入张拉参数及控制命令,便可以实现对张拉力和张拉伸长值的双重闭环控制。在张拉过程中,张拉力和张拉伸长值以数字和棒图的形式实时地显示在触摸屏上。当出现不符合规范要求的情况时,会产生声光报警并立即停止张拉。当张拉结束后,将张拉数据传到上位机中生成报表,保证了施工的真实性和准确性。 由于张拉对象不同并且张拉过程具有非线性和不确定性,对张拉过程不能用精确的数学模型来描述,应用常规的PID控制器对张拉过程的张拉力进行控制时不能达到理想的控制效果。而单神经元自适应PID控制器,结构简单,计算量小,能够自动校正PID参数,并且具有较强的鲁棒性的特点。因此在本系统中采用了该种控制器,经实验表明,单神经元自适应PID控制策略在张拉过程中取得了较好的控制效果,可以保证张拉精度在±1%的范围内。 本文在查阅了大量国内外文献的基础上,首先介绍了预应力张拉的重要性以及预应力张拉设备的现状。其次对系统的总体设计方案、硬件的选型与连接、程序的设计、单神经元自适应PID控制算法方面等几个方面做了全面细致的论述,并对实际工程应用中遇到的问题也提出了相应的解决办法。本文还介绍了PLC与PC机的通讯协议,并用VB6.0软件实现了PLC与PC机之间的通讯,并且详细介绍了制作数据库和生成施工报表的过程。 该张拉仪具有精度高,效率高,操作简单,显示直观,能自动生成并打印施工验收报告单的优点。保证了施工过程的安全和准确可靠,具有广阔的应用前景。


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