液壓提升設備智能監測系統探討

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摘要：利用多種智能傳感器感知結構變化，構建分布式通信網絡，通過云服務技術和編制智能控制策略，實現液壓提升設備智能監測系統施工過程的全自動化控制、數據智能記錄與管理、云服務遠程監管等功能。基于智能監測系統的應用，提高了液壓提升設備施工精度和效率，同時也提升了施工品質和安全性。

關鍵詞：傳感器技術；云服務；智能監測系統；液壓提升設備

液壓提升設備是一種特種施工設備，以提升千斤頂為執行機構、液壓泵站為動力源、控制系統為核心大腦，通過控制多個提升千斤頂的集群動作實現重物的移位，主要應用于橋梁建設、海洋工程、電廠建設、化工廠建設和地下停車豎井掘進等領域。傳統開環系統控制的液壓提升設備沒有自動修正或補償能力、系統穩定性不高、響應時間相對較長、精確度不高，尤其數據為人工測量和記錄，人為誤差大且存在數據被篡改的風險，錄入系統和呈報管理部門的數據可能不真實，埋下了安全隱患。為了提高施工的精度和效率，在數據管理方面實現監測過程的完全透明，保證施工過程的有效監管，提升施工品質和安全性，設計了一種應用于液壓提升設備的智能監測系統。

１液壓提升設備智能監測系統的組成及功能

液壓提升設備由控制系統、液壓泵站和液壓提升千斤頂組成。控制系統包含遠程中心和現場站點，均配置了可編程邏輯控制器（ＰＬＣ，ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＬｏｇｉｃＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）和人機界面（ＨＭＩ，ＨｕｍａｎＭａｃｈｉｎｅＩｎｔｅｒｆａｃｅ），遠程中心設置了具有云路由功能的設備。遠程中心和現場站點間采用工業以太網方式通信，實現數據的高效、穩定交互。遠程中心負責收集及分析現場站點上傳的傳感器數據和運行狀態，并形成運行指令下發到現場站點。現場站點具有閥組控制、電機啟停、傳感器數據采集等功能。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行油液出口換向，實現千斤頂活塞的伸缸或縮缸運動，同時可以調節流量輸出的大小，控制千斤頂活塞運行的速度。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，用于監測千斤頂活塞的伸出量和千斤頂負載。液壓提升設備智能監測系統基于智能傳感器網絡、分布式通信網絡和云服務網絡，結合施工工藝編制控制程序形成智能控制策略，實現全自動化過程施工、數據智能記錄與管理，以及云服務功能。

２液壓提升設備智能傳感器網絡

提升系統的智能控制策略需要多種傳感器數據的支撐，傳感器的合理應用是提升系統安全可靠運行的重要一環。為了檢測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。為了檢測構件重量及提升千斤頂工作時的負荷，在提升千斤頂閥組上配置了壓力傳感器。為了檢測液壓油位置，系統配置了液位傳感器，利用其檢測液壓油高位和低位并做警示提醒。液溫傳感器用于檢測液壓油的溫度，配合冷卻、加熱裝置使用，液溫高時自動打開冷卻裝置工作；液溫低時自動打開加熱裝置工作。液壓提升設備傳感器應用如圖１所示。位移傳感器、壓力傳感器、接近傳感器等根據邏輯運算法則實時監控主頂活塞與夾持器的工作位置與狀態，實現限位、超載、防窩缸等安全保護與預警機制。自動運行與防窩缸保護依據限位傳感器與位移傳感器兩種數據采用雙重邏輯并聯保護以確保系統運行穩定和安全。液壓提升設備在系統工作時，活塞位移數據、負載數據、報警信息和事件信息等自動記錄并只讀存儲，人為無法篡改。傳感器信息與事件、報警信息均通過人機界面ＨＭＩ展示，供操作人員獲知設備運行狀況。

３液壓提升設備分布式通信網絡

超大、超高、超重構件通常需要多吊點協同作業，因此分布式吊點結構決定了控制系統需要配置遠程中心和多個（ｎ≥２）現場站點，遠程中心和現場站點間采用工業以太網方式通信，如圖２所示。以太網是目前應用最為廣泛的計算機網絡技術，具有兼容性好、易于與Ｉｎｔｅｒｎｅｔ連接、成本低廉、通信速率高等優點，通過以太網通信方式實現遠程中心與現場站點間數據的高效、穩定交互。遠程中心ＰＬＣ和現場站點ＰＬＣ采用ＯＭＲＯＮＣＪ２Ｍ－ＣＰＵ３１型ＰＬＣ，支持Ｅｔｈｅｒｎｅｔ／ＩＰ協議，自帶以太網網口，現場控制柜內設５個工業級交換機，可以將上一通信站點、下一通信站點以有線通信方式或無線通信方式互聯。每泵站配置一套現場站點、驅動兩臺提升千斤頂，每臺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。將傳感器接入現場站點ＰＬＣ，現場站點ＰＬＣ解析傳感器數據并通過工業以太網將數據傳送到遠程中心ＰＬＣ，遠程中心ＰＬＣ對１＃～ｎ＃現場站點的傳感器數據進行狀態處理、數據分析、邏輯運算，形成指令下發到現場站點ＰＬＣ，控制電磁閥的動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作，實現多吊點協同作業。

４液壓提升設備云服務網絡

基于項目管理數字化與可溯源的要求，液壓提升設備在系統工作時，自動記錄活塞位移數據、負載數據、報警信息和事件信息。可以通過Ｕ盤將數據拷貝備份或以郵件形式、云服務形式將數據保存及展示。液壓提升設備云服務依托裝備智慧管控服務云平臺ｏｖｍｚｂ．ｏｖｍ．ｃｎ進行數據管理，遠程中心配置了具有云路由功能的設備，通過４Ｇ／５Ｇ網絡，將液壓提升設備的傳感器數據信息、運行狀態信息、定位信息等發送到裝備智慧管控服務端，用戶可通過Ｗｅｂ查看授權項目的設備信息。依托云平臺可實現遠程在線查看設備實時運行數據、設備歷史運行狀態追溯、設備健康風險預警、遠程售后指導、遠程程序維護等服務。液壓提升設備云平臺數據管理如圖３所示，云服務功能有助于實現項目的遠程監管，提升數字化項目建設品質。

５液壓提升設備智能控制策略

融合多種精密傳感技術和計算機技術，傳感器數據經過核心控制單元智能邏輯程序分析后輸出控制指令，以閉環方式使得系統實現對千斤頂上下夾持器安全可靠的負載轉換和千斤頂主頂伸缸或縮缸運動的循環控制，實現重物移位。對于超大、超重構件的移位，往往需要多點協同工作，即需要對多個千斤頂進行同位置或同負載的同步控制。這就需要對多組位移傳感器或壓力傳感器的數值進行分析，基于實時數值與同步精度范圍值、比例閥開口設定值，按照圖４所示閉環偏差同步耦合的邏輯算法，調節集群千斤頂按照位移同步或負載同步的方式動作，即利用閥控技術、傳感器技術和通信技術，實現多吊點的同步平穩工作。在液壓提升設備閉環調節系統中，遠程中心和現場站點ＰＬＣ能根據傳感器反饋數據發現和糾正提升千斤頂運行的偏差，可以修正元件參數變化以及外界擾動引起的誤差，自動調節現運行狀態與預期狀態的偏差在設定的同步精度內，因此重物移位過程控制精度高。

６總結

傳感器網絡作為智能監測系統的感知層，是信息采集的第一把手，能感知系統結構的位置、負載、形變等變化，作為智能監測系統反饋單元部分，是系統實現閉環自動調節測量的基礎。基于傳感器技術、通信技術、云技術和ＰＬＣ技術等多種技術的液壓提升設備智能監測系統，可以實現全自動運行、同步調節、安全預警保護等智能控制策略，保障吊裝過程安全、可靠。同時，實現了數據管理的智能化和可溯源。液壓提升設備智能監測系統的數字化、智能化的實現，助推施工設備和現場管理向著智能現代化工程方向發展。

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