液壓提升設(shè)備智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)探討

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摘要：利用多種智能傳感器感知結(jié)構(gòu)變化，構(gòu)建分布式通信網(wǎng)絡(luò)，通過云服務(wù)技術(shù)和編制智能控制策略，實(shí)現(xiàn)液壓提升設(shè)備智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)施工過程的全自動(dòng)化控制、數(shù)據(jù)智能記錄與管理、云服務(wù)遠(yuǎn)程監(jiān)管等功能?；谥悄鼙O(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用，提高了液壓提升設(shè)備施工精度和效率，同時(shí)也提升了施工品質(zhì)和安全性。

關(guān)鍵詞：傳感器技術(shù)；云服務(wù)；智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；液壓提升設(shè)備

液壓提升設(shè)備是一種特種施工設(shè)備，以提升千斤頂為執(zhí)行機(jī)構(gòu)、液壓泵站為動(dòng)力源、控制系統(tǒng)為核心大腦，通過控制多個(gè)提升千斤頂?shù)募簞?dòng)作實(shí)現(xiàn)重物的移位，主要應(yīng)用于橋梁建設(shè)、海洋工程、電廠建設(shè)、化工廠建設(shè)和地下停車豎井掘進(jìn)等領(lǐng)域。傳統(tǒng)開環(huán)系統(tǒng)控制的液壓提升設(shè)備沒有自動(dòng)修正或補(bǔ)償能力、系統(tǒng)穩(wěn)定性不高、響應(yīng)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)、精確度不高，尤其數(shù)據(jù)為人工測(cè)量和記錄，人為誤差大且存在數(shù)據(jù)被篡改的風(fēng)險(xiǎn)，錄入系統(tǒng)和呈報(bào)管理部門的數(shù)據(jù)可能不真實(shí)，埋下了安全隱患。為了提高施工的精度和效率，在數(shù)據(jù)管理方面實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)過程的完全透明，保證施工過程的有效監(jiān)管，提升施工品質(zhì)和安全性，設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于液壓提升設(shè)備的智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

１液壓提升設(shè)備智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成及功能

液壓提升設(shè)備由控制系統(tǒng)、液壓泵站和液壓提升千斤頂組成?？刂葡到y(tǒng)包含遠(yuǎn)程中心和現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)，均配置了可編程邏輯控制器（ＰＬＣ，ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＬｏｇｉｃＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）和人機(jī)界面（ＨＭＩ，ＨｕｍａｎＭａｃｈｉｎｅＩｎｔｅｒｆａｃｅ），遠(yuǎn)程中心設(shè)置了具有云路由功能的設(shè)備。遠(yuǎn)程中心和現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)間采用工業(yè)以太網(wǎng)方式通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效、穩(wěn)定交互。遠(yuǎn)程中心負(fù)責(zé)收集及分析現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)上傳的傳感器數(shù)據(jù)和運(yùn)行狀態(tài)，并形成運(yùn)行指令下發(fā)到現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)具有閥組控制、電機(jī)啟停、傳感器數(shù)據(jù)采集等功能。液壓泵站安裝有電液比例換向閥、液位傳感器、液溫傳感器和冷卻加熱裝置，其中電液比例換向閥可進(jìn)行油液出口換向，實(shí)現(xiàn)千斤頂活塞的伸缸或縮缸運(yùn)動(dòng)，同時(shí)可以調(diào)節(jié)流量輸出的大小，控制千斤頂活塞運(yùn)行的速度。提升千斤頂上安裝有位移傳感器、壓力傳感器和接近傳感器，用于監(jiān)測(cè)千斤頂活塞的伸出量和千斤頂負(fù)載。液壓提升設(shè)備智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于智能傳感器網(wǎng)絡(luò)、分布式通信網(wǎng)絡(luò)和云服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合施工工藝編制控制程序形成智能控制策略，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化過程施工、數(shù)據(jù)智能記錄與管理，以及云服務(wù)功能。

２液壓提升設(shè)備智能傳感器網(wǎng)絡(luò)

提升系統(tǒng)的智能控制策略需要多種傳感器數(shù)據(jù)的支撐，傳感器的合理應(yīng)用是提升系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的重要一環(huán)。為了檢測(cè)提升千斤頂活塞的位置，安裝了拉繩式位移傳感器和接近傳感器。為了檢測(cè)構(gòu)件重量及提升千斤頂工作時(shí)的負(fù)荷，在提升千斤頂閥組上配置了壓力傳感器。為了檢測(cè)液壓油位置，系統(tǒng)配置了液位傳感器，利用其檢測(cè)液壓油高位和低位并做警示提醒。液溫傳感器用于檢測(cè)液壓油的溫度，配合冷卻、加熱裝置使用，液溫高時(shí)自動(dòng)打開冷卻裝置工作；液溫低時(shí)自動(dòng)打開加熱裝置工作。液壓提升設(shè)備傳感器應(yīng)用如圖１所示。位移傳感器、壓力傳感器、接近傳感器等根據(jù)邏輯運(yùn)算法則實(shí)時(shí)監(jiān)控主頂活塞與夾持器的工作位置與狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)限位、超載、防窩缸等安全保護(hù)與預(yù)警機(jī)制。自動(dòng)運(yùn)行與防窩缸保護(hù)依據(jù)限位傳感器與位移傳感器兩種數(shù)據(jù)采用雙重邏輯并聯(lián)保護(hù)以確保系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定和安全。液壓提升設(shè)備在系統(tǒng)工作時(shí)，活塞位移數(shù)據(jù)、負(fù)載數(shù)據(jù)、報(bào)警信息和事件信息等自動(dòng)記錄并只讀存儲(chǔ)，人為無法篡改。傳感器信息與事件、報(bào)警信息均通過人機(jī)界面ＨＭＩ展示，供操作人員獲知設(shè)備運(yùn)行狀況。

３液壓提升設(shè)備分布式通信網(wǎng)絡(luò)

超大、超高、超重構(gòu)件通常需要多吊點(diǎn)協(xié)同作業(yè)，因此分布式吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)決定了控制系統(tǒng)需要配置遠(yuǎn)程中心和多個(gè)（ｎ≥２）現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)，遠(yuǎn)程中心和現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)間采用工業(yè)以太網(wǎng)方式通信，如圖２所示。以太網(wǎng)是目前應(yīng)用最為廣泛的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具有兼容性好、易于與Ｉｎｔｅｒｎｅｔ連接、成本低廉、通信速率高等優(yōu)點(diǎn)，通過以太網(wǎng)通信方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程中心與現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)間數(shù)據(jù)的高效、穩(wěn)定交互。遠(yuǎn)程中心ＰＬＣ和現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)ＰＬＣ采用ＯＭＲＯＮＣＪ２Ｍ－ＣＰＵ３１型ＰＬＣ，支持Ｅｔｈｅｒｎｅｔ／ＩＰ協(xié)議，自帶以太網(wǎng)網(wǎng)口，現(xiàn)場(chǎng)控制柜內(nèi)設(shè)５個(gè)工業(yè)級(jí)交換機(jī)，可以將上一通信站點(diǎn)、下一通信站點(diǎn)以有線通信方式或無線通信方式互聯(lián)。每泵站配置一套現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)、驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)提升千斤頂，每臺(tái)提升千斤頂上安裝有位移傳感器、壓力傳感器和接近傳感器。將傳感器接入現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)ＰＬＣ，現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)ＰＬＣ解析傳感器數(shù)據(jù)并通過工業(yè)以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)程中心ＰＬＣ，遠(yuǎn)程中心ＰＬＣ對(duì)１?！睿，F(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行狀態(tài)處理、數(shù)據(jù)分析、邏輯運(yùn)算，形成指令下發(fā)到現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)ＰＬＣ，控制電磁閥的動(dòng)作順序及比例閥開口大小，從而控制集群主油缸和上下夾持器動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)多吊點(diǎn)協(xié)同作業(yè)。

４液壓提升設(shè)備云服務(wù)網(wǎng)絡(luò)

基于項(xiàng)目管理數(shù)字化與可溯源的要求，液壓提升設(shè)備在系統(tǒng)工作時(shí)，自動(dòng)記錄活塞位移數(shù)據(jù)、負(fù)載數(shù)據(jù)、報(bào)警信息和事件信息?？梢酝ㄟ^Ｕ盤將數(shù)據(jù)拷貝備份或以郵件形式、云服務(wù)形式將數(shù)據(jù)保存及展示。液壓提升設(shè)備云服務(wù)依托裝備智慧管控服務(wù)云平臺(tái)ｏｖｍｚｂ．ｏｖｍ．ｃｎ進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，遠(yuǎn)程中心配置了具有云路由功能的設(shè)備，通過４Ｇ／５Ｇ網(wǎng)絡(luò)，將液壓提升設(shè)備的傳感器數(shù)據(jù)信息、運(yùn)行狀態(tài)信息、定位信息等發(fā)送到裝備智慧管控服務(wù)端，用戶可通過Ｗｅｂ查看授權(quán)項(xiàng)目的設(shè)備信息。依托云平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線查看設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)、設(shè)備歷史運(yùn)行狀態(tài)追溯、設(shè)備健康風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、遠(yuǎn)程售后指導(dǎo)、遠(yuǎn)程程序維護(hù)等服務(wù)。液壓提升設(shè)備云平臺(tái)數(shù)據(jù)管理如圖３所示，云服務(wù)功能有助于實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的遠(yuǎn)程監(jiān)管，提升數(shù)字化項(xiàng)目建設(shè)品質(zhì)。

５液壓提升設(shè)備智能控制策略

融合多種精密傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，傳感器數(shù)據(jù)經(jīng)過核心控制單元智能邏輯程序分析后輸出控制指令，以閉環(huán)方式使得系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)千斤頂上下夾持器安全可靠的負(fù)載轉(zhuǎn)換和千斤頂主頂伸缸或縮缸運(yùn)動(dòng)的循環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)重物移位。對(duì)于超大、超重構(gòu)件的移位，往往需要多點(diǎn)協(xié)同工作，即需要對(duì)多個(gè)千斤頂進(jìn)行同位置或同負(fù)載的同步控制。這就需要對(duì)多組位移傳感器或壓力傳感器的數(shù)值進(jìn)行分析，基于實(shí)時(shí)數(shù)值與同步精度范圍值、比例閥開口設(shè)定值，按照?qǐng)D４所示閉環(huán)偏差同步耦合的邏輯算法，調(diào)節(jié)集群千斤頂按照位移同步或負(fù)載同步的方式動(dòng)作，即利用閥控技術(shù)、傳感器技術(shù)和通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多吊點(diǎn)的同步平穩(wěn)工作。在液壓提升設(shè)備閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，遠(yuǎn)程中心和現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)ＰＬＣ能根據(jù)傳感器反饋數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)和糾正提升千斤頂運(yùn)行的偏差，可以修正元件參數(shù)變化以及外界擾動(dòng)引起的誤差，自動(dòng)調(diào)節(jié)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)與預(yù)期狀態(tài)的偏差在設(shè)定的同步精度內(nèi)，因此重物移位過程控制精度高。

６總結(jié)

傳感器網(wǎng)絡(luò)作為智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的感知層，是信息采集的第一把手，能感知系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的位置、負(fù)載、形變等變化，作為智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)反饋單元部分，是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)測(cè)量的基礎(chǔ)?；趥鞲衅骷夹g(shù)、通信技術(shù)、云技術(shù)和ＰＬＣ技術(shù)等多種技術(shù)的液壓提升設(shè)備智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行、同步調(diào)節(jié)、安全預(yù)警保護(hù)等智能控制策略，保障吊裝過程安全、可靠。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)管理的智能化和可溯源。液壓提升設(shè)備智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)字化、智能化的實(shí)現(xiàn)，助推施工設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)管理向著智能現(xiàn)代化工程方向發(fā)展。

作者：謝詩 呂振剛 劉俊 朱廷志 梁濤 施杰越 單位：柳州歐維姆機(jī)械股份有限公司