計(jì)算機(jī)在大型鋼結(jié)構(gòu)整體安裝中的控制技術(shù)及應(yīng)用

李新元

摘要：近年來(lái)高、重、大、特殊鋼結(jié)構(gòu)的不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)安裝施工工藝與設(shè)備往往難以勝任，將計(jì)算機(jī)、信息處理、自動(dòng)控制、液壓控制等高新技術(shù)與結(jié)構(gòu)吊裝技術(shù)相結(jié)合對(duì)大型鋼結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行安裝成為一種必須。文章對(duì)其計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；鋼結(jié)構(gòu)；控制技術(shù)；整體安裝

中圖分類(lèi)號(hào)：TV758 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-1145（2009）03-0111-02

一、技術(shù)原理

大型鋼結(jié)構(gòu)整體安裝計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的原理是：鋼鉸線(xiàn)承載、計(jì)算機(jī)控制、液壓千斤頂集群作業(yè)。

1．液壓千斤頂集群作業(yè)。以液壓千斤頂作為施工作業(yè)的動(dòng)力設(shè)備。由于液壓千斤頂可以靈活布置與組合，可以根據(jù)大型結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和施工現(xiàn)場(chǎng)的條件，構(gòu)成受力合理、動(dòng)力足夠的施工作業(yè)系統(tǒng)，因此可以用于各種大型、特殊、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)安裝工程。根據(jù)各作業(yè)點(diǎn)提升力的要求，將若干液壓千斤頂與液壓閥組、泵站等組合成液壓千斤頂集群，大型結(jié)構(gòu)整體提升時(shí)稱(chēng)為液壓提升器，大型結(jié)構(gòu)整體移位時(shí)稱(chēng)為液壓牽引器。一般是1個(gè)作業(yè)點(diǎn)配置1套液壓提升器或牽引器。液壓千斤頂集群在計(jì)算機(jī)控制下同步作業(yè)，使提升或移位過(guò)程中大型結(jié)構(gòu)的姿態(tài)平穩(wěn)、負(fù)荷均衡，從而順利安裝到位。

2．鋼絞線(xiàn)承載。液壓千斤頂通過(guò)集束的鋼絞線(xiàn)提升或牽引大型結(jié)構(gòu)。

3．計(jì)算機(jī)控制。施工作業(yè)由計(jì)算機(jī)通過(guò)傳感器和信息傳輸電路進(jìn)行智能化的閉環(huán)控制。計(jì)算機(jī)控制主要是3項(xiàng)作用，首先是控制液壓千斤頂集群的同步作業(yè)，其次是控制施工偏差，再次是對(duì)整個(gè)作業(yè)進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)信息化施工。計(jì)算機(jī)控制具有智能化功能，可以在施工過(guò)程中自動(dòng)對(duì)施工系統(tǒng)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，進(jìn)行故障的自動(dòng)檢測(cè)

與診斷，并能模仿與代替操作人員的部分工作，提高施工的安全性和自動(dòng)化程度。

二、控制系統(tǒng)

1．系統(tǒng)功能。系統(tǒng)的主要作用是以液壓作業(yè)方式進(jìn)行大型結(jié)構(gòu)的整體提升、整體移位等，并始終保持大型結(jié)構(gòu)的合理姿態(tài)，使施工負(fù)載、穩(wěn)定性、各項(xiàng)參數(shù)和偏差均符合設(shè)計(jì)要求?？刂葡到y(tǒng)的主要功能有千斤頂集群控制、作業(yè)流程控制、施工偏差控制、負(fù)載均衡控制、操作臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)控，以及單點(diǎn)微調(diào)控制等。

2．系統(tǒng)構(gòu)成。大型結(jié)構(gòu)整體安裝計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由控制和執(zhí)行兩部分組成。

（1）控制部分?？刂撇糠职ㄓ?jì)算機(jī)子系統(tǒng)和電氣控制子系統(tǒng)?？刂撇糠值暮诵氖怯?jì)算機(jī)控制，外層是電氣控制。計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)通過(guò)電氣子系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)液壓執(zhí)行系統(tǒng)，并通過(guò)電氣子系統(tǒng)采集液壓系統(tǒng)狀態(tài)和作業(yè)點(diǎn)工作數(shù)據(jù)，作為控制調(diào)節(jié)的依據(jù)。電氣子系統(tǒng)還要負(fù)責(zé)整個(gè)施工作業(yè)系統(tǒng)的啟動(dòng)、停車(chē)、安全聯(lián)鎖，以及供配電管理。

計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)由下列模塊組成：

1）順序控制：進(jìn)行千斤頂集群動(dòng)作控制和施工作業(yè)流程控制；

2）偏差控制：進(jìn)行結(jié)構(gòu)姿態(tài)(高度、水平度、垂直度)偏差控制和施工負(fù)載均衡控制；

3）操作臺(tái)控制：對(duì)施工作業(yè)進(jìn)行操作和監(jiān)控，并完成工作數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、打印輸出等；

4）自適應(yīng)控制：對(duì)施工作業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行自適應(yīng)控制、故障診斷與檢測(cè)等；

電氣控制子系統(tǒng)由總控臺(tái)、電液控制臺(tái)、總電氣柜、作業(yè)點(diǎn)控制柜、泵站控制箱，以及傳感檢測(cè)電路、液壓驅(qū)動(dòng)電路等組成。

（2）執(zhí)行部分。執(zhí)行部分包括液壓子系統(tǒng)和支承導(dǎo)向子系統(tǒng)。

液壓子系統(tǒng)由下列部分組成：

1）液壓千斤頂集群：布置在各作業(yè)點(diǎn)，根據(jù)作業(yè)點(diǎn)要求，由若干臺(tái)液壓千斤頂、液壓控制閥組構(gòu)成。

2）液壓泵站：為液壓千斤頂提供動(dòng)力，一般1個(gè)或幾個(gè)作業(yè)點(diǎn)配置1臺(tái)液壓泵站。

3）鋼鉸線(xiàn)：采用高強(qiáng)度低松馳鋼鉸線(xiàn)。

支承導(dǎo)向子系統(tǒng)用于大型結(jié)構(gòu)整體安裝過(guò)程中的支承、導(dǎo)向或加固、穩(wěn)定作用。

3．系統(tǒng)的性能

（1）作業(yè)能力：施工作業(yè)系統(tǒng)的規(guī)模根據(jù)工程需要確定，通過(guò)組合液壓千斤頂集群，作業(yè)能力可滿(mǎn)足超大型工程的需要。

（2）作業(yè)點(diǎn)數(shù)：標(biāo)準(zhǔn)配置的系統(tǒng)最多可控制30個(gè)作業(yè)點(diǎn)，超過(guò)30個(gè)作業(yè)點(diǎn)時(shí)可以增設(shè)額外的控制模塊來(lái)擴(kuò)容。

（3）作業(yè)對(duì)象規(guī)模：原則上只受工程結(jié)構(gòu)和施工現(xiàn)場(chǎng)條件限制。

（4）控制策略：可同時(shí)控制作業(yè)對(duì)象的姿態(tài)偏差、速度偏差、壓力(提升力或牽引力)偏差，并可根據(jù)各個(gè)工程的不同特點(diǎn)和要求，確定不同的多因素控制策略。

（5）控制精度：各作業(yè)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)的高度或位移偏差可控制在2～3毫米以?xún)?nèi)。

（6）液壓系統(tǒng)工作方式：液壓千斤頂間歇伸缸和連續(xù)伸缸兩種方式。前者用于垂直提升；后者用于水平牽引。

（7）操作方式：具有自動(dòng)、半自動(dòng)、單點(diǎn)調(diào)整、手動(dòng)作業(yè)等多種操作方式。

（8）可靠性、適應(yīng)性：可以承受一般建筑施工現(xiàn)場(chǎng)的露天日曬、小雨、5級(jí)風(fēng)、連續(xù)作業(yè)、電磁干擾、電網(wǎng)波動(dòng)等工況。

三、控制系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用

1．總體布置。首先根據(jù)計(jì)算得到桁架的支撐反力，計(jì)算出摩擦力，配置爬行油缸的規(guī)格及數(shù)量，滿(mǎn)足爬行的動(dòng)力要求；其次，根據(jù)桁架結(jié)構(gòu)的受力分析，確定爬行油缸的工作位置，安裝泵站及傳感器裝置，增加系統(tǒng)的可靠性和利用率。

2．爬行軌道的選用與要求

（1）爬行軌道采用QU100型標(biāo)準(zhǔn)鋼軌；

（2）軌道上平面水平度應(yīng)小于L/1000；

（3）軌道分段間預(yù)留溫度伸縮縫；

（4）軌道分段接頭處高差控制在1mm之內(nèi)；

（5）軌道采用鋼壓板與爬行梁上預(yù)埋鋼板連接，壓板間距800mm；

（6）軌道間距根據(jù)胎架支柱中心位置定位；

（7）軌道下使用鋼板找平墊實(shí)或者采取二次灌漿方式墊實(shí)。

3．控制方案及控制策略

根據(jù)施工的特點(diǎn)，可采用分段逐次爬行的控制方案，即先拼裝第一段之后，向前爬行一定距離，拼裝連接第二段之后繼續(xù)向前爬行，通過(guò)逐次拼裝爬行，最終到達(dá)規(guī)定位置?？刂撇呗匀缦拢?/p>

（1）位置同步控制策略：以控制各牽引點(diǎn)的空間位置同步為目標(biāo)，采取位置同步控制策略，同時(shí)對(duì)各牽引點(diǎn)的負(fù)載進(jìn)行監(jiān)控。

（2）負(fù)載分配控制策略：以控制各牽引點(diǎn)的負(fù)載分配為目標(biāo)，使各點(diǎn)的實(shí)際負(fù)載與理論負(fù)載基本一致，采取負(fù)載同步控制策略，同時(shí)對(duì)各牽引點(diǎn)的空間位置進(jìn)行監(jiān)控。

（3）位置同步與負(fù)載分配相結(jié)合的控制策略：根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際情況，在整套系統(tǒng)中，對(duì)某些點(diǎn)采取位置同步控制策略，對(duì)某些點(diǎn)采取負(fù)載分配控制策略，使兩種控制模式同時(shí)存在于系統(tǒng)中，以實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。

4．爬行設(shè)備

（1）爬行油缸。計(jì)算機(jī)控制液壓爬行油缸，一端與鋼結(jié)構(gòu)連接，另一端通過(guò)夾軌器（帶自鎖功能）安裝與軌道上面，通過(guò)爬行油缸的伸縮，來(lái)實(shí)現(xiàn)大型構(gòu)件的平移或上升。安裝兩套液壓爬行油缸，爬行油缸1升缸推動(dòng)結(jié)構(gòu)平移，同時(shí)爬行油缸2縮缸到位隨結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)爬行油缸1升缸到位之后，爬行油缸2開(kāi)始升缸推動(dòng)結(jié)構(gòu)繼續(xù)平移，此時(shí)爬行油缸1縮缸到位隨結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)；通過(guò)兩個(gè)爬行油缸的交替動(dòng)作，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)（無(wú)間斷）運(yùn)動(dòng)。

（2）爬行泵站。通過(guò)先進(jìn)的電液比例控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)液壓爬升中的同步控制，控制精度高，響應(yīng)速度快。具有雙泵、雙主回路和雙比例閥系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)爬升和大流量驅(qū)動(dòng)。模塊化設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程/就地，有線(xiàn)/無(wú)線(xiàn)的操作。

（3）計(jì)算機(jī)控制器。采用標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式控制器作為主控系統(tǒng)，應(yīng)用CAN-BUS總線(xiàn)技術(shù)組成現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)。

（4）傳感器裝置。為了保證控制參數(shù)的準(zhǔn)確可靠，可采用一系列的高精度傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)：1）通過(guò)超長(zhǎng)距離傳感器監(jiān)測(cè)各指定點(diǎn)的絕對(duì)位移；2）通過(guò)油缸行程傳感器監(jiān)測(cè)爬行油缸的位置信息；通過(guò)壓力傳感器監(jiān)測(cè)爬行油缸的推力。

5．爬行過(guò)程中的安全措施

（1）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控各牽引點(diǎn)的絕對(duì)位移以及油缸的相對(duì)位移，動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)的調(diào)整各個(gè)油缸的爬行速度，保證結(jié)構(gòu)平穩(wěn)滑移；

（2）計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控各牽引點(diǎn)油缸的載荷，根據(jù)預(yù)先計(jì)算的推力設(shè)定爬行油缸的最大工作推力，如果超出允許范圍則自動(dòng)溢流，防止對(duì)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞；

（3）泵站液壓系統(tǒng)具有壓力鎖定裝置，再加上油缸夾軌器具有機(jī)械自鎖裝置，能夠長(zhǎng)時(shí)間把結(jié)構(gòu)鎖定在軌道上，確保結(jié)構(gòu)的安全；

（4）泵站控制器在2 秒內(nèi)收不到指令信號(hào)會(huì)自動(dòng)停止所有動(dòng)作且報(bào)警，防止控制線(xiàn)在被破壞或者被干擾的情況下出現(xiàn)誤動(dòng)作；

（5）關(guān)鍵的動(dòng)作實(shí)行軟件和硬件雙重互鎖，防止誤操作。

參考文獻(xiàn)

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