一种步履机桥梁智能化顶推控制系统和方法与流程

本发明涉及桥梁施工和自动化控制，特别是涉及一种用于大跨度钢箱梁架设的顶推施工系统与方法，具体涉及一种步履机桥梁智能化顶推控制系统和方法。

背景技术：

1、桥梁工程作为现代交通基础设施的核心组成部分，其施工技术水平直接关系到工程的质量、安全与效率。在大跨度桥梁建设中，顶推施工法是一种重要的架设技术，尤其适用于跨越深谷、河流或既有交通线等复杂场景。该方法通过将梁体在桥头或预定位置分段预制，然后利用液压设备逐步顶推就位，具有对环境影响小、施工安全性高等优点。

2、在现有的顶推施工技术中，步履式顶推设备因其作业平稳、适应性好而得到广泛应用。常规的步履机顶推系统通常由液压动力单元、控制系统及若干台分散布置的步履机构成，依赖于操作人员在现场根据梁体姿态和测量数据，对各个步履机的顶升、平移动作进行分步操控。现有技术中也有一些尝试引入自动化控制的方案，例如通过plc（可编程逻辑控制器）实现单机或局部机群的同步动作控制，以提高施工的机械化水平。

3、然而，现有的步履机顶推系统与方法仍存在若干明显局限。首先，其自动化程度仍显不足，施工过程中对操作人员的经验依赖较强，尤其在应对钢箱梁截面变化、多机组协同控制等复杂工况时，难以实现高精度的自适应调节。此外，现有系统普遍缺乏远程、集中化的监控与管理能力，施工过程的透明度与可追溯性有待提升，制约了大型桥梁工程向数字化、智能化方向的发展。因此，本领域迫切需要一种能够实现更高程度智能化、自适应化和远程协同控制的顶推施工系统与方法。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明实施例提供一种步履机桥梁智能化顶推控制系统和方法，以解决上述至少一个技术问题。

2、为实现上述目的，第一方面，提供一种步履机桥梁智能化顶推控制系统，其包括：

3、现场执行层设备，设置于钢箱梁顶推施工的桥墩或临时支撑上，用于执行顶升和顶推动作；

4、现场动力驱动层设备，与所述现场执行层设备连接，用于向所述现场执行层设备提供液压动力；

5、现场控制层设备，设置于施工现场，分别与所述现场执行层设备和所述现场动力驱动层设备电气连接，用于采集所述现场执行层设备的传感器数据并向所述现场动力驱动层设备下发动作指令；

6、中央主控层设备，设置于施工现场，与所述现场控制层设备连接；

7、远程监控层设备，设置于远程监控中心，与所述中央主控层设备通过网络连接，用于向所述中央主控层设备提供配方数据并实现远程监控；所述远程监控层设备存储有与钢箱梁结构参数对应的配方数据库；

8、所述中央主控层设备具体用于：接收由所述现场控制层设备上传的各类传感器数据；将接收到的传感器数据中的、与钢箱梁累积位移相关的数据上传至所述远程监控层设备，作为实时测量数据；接收所述远程监控层设备根据所述实时测量数据从所述配方数据库中调用得到的相应配方数据；基于所述配方数据以及从所述现场控制层设备接收的各类传感器数据，生成总体控制指令，并将所述总体控制指令下发至所述现场控制层设备，以驱动所述现场执行层设备完成自动化的顶推作业循环。

9、第二方面，提供一种步履机桥梁智能化顶推控制方法，所述方法采用第一方面所述的步履机桥梁智能化顶推控制系统，所述方法包括以下步骤：

10、s10：预先根据钢箱梁不同结构分段的参数建立包含标高数据和压强数据的配方数据库并存储于远程监控层设备；在顶推过程中，通过现场控制层设备采集钢箱梁的实时测量数据，经中央主控层设备上传至所述远程监控层设备；所述远程监控层设备根据所述实时测量数据从配方数据库中自动调用对应的配方数据，并通过网络下发至所述中央主控层设备；

11、s20：在所述中央主控层设备上选择手动模式，设置智能搁墩的上升最大限位值和下降最低限位值，通过手动操作调整每个智能搁墩的初始位置；设置找平压强，选择步履机设备机位号，启动液压系统的电机并控制所选机位号的步履机设备的顶升机构上升至达到设定的找平压强后停止；

12、s30：在所述中央主控层设备上选择自动模式，所述远程监控层设备通过网络将所述配方数据导入所述中央主控层设备；设置自动控制参数，所述自动控制参数包括自动控制数量、梁底探测高度参数、顶升机构高度参数、顶升机构回程高度参数、顶推最大水平位移参数、顶推回程最小水平位移参数，以及设置变频器控制参数为端子控制且速度给定为模拟量；

13、s40：启动自动运行模式，所述中央主控层设备基于所述配方数据和自动控制参数，控制参与顶推的步履机设备和智能搁墩按以下顺序执行一个顶推循环：

14、在顶升阶段，控制参与顶推的每台步履机设备中用于竖向顶升的顶升机构同步上升，直至将钢箱梁顶升到预定高度，使智能搁墩的梁底位移传感器探测到智能搁墩的顶部与钢箱梁底面之间的间隙达到设定的梁底探测高度参数；

15、在顶推阶段，控制参与顶推的步履机设备的顶推机构进行pid闭环同步顶推，直至达到设定的顶推最大水平位移参数；

16、在搁墩自适应找位阶段，根据从所述远程监控层设备接收的、与当前钢箱梁顶推里程对应的配方数据关联的梁底轮廓数据，并结合所述梁底位移传感器实时反馈的智能搁墩顶面与钢箱梁底面之间的实际距离数据，控制每个参与顶推的步履机设备旁的智能搁墩自动调整其顶部高度，使智能搁墩的顶面轮廓适配钢箱梁底面的实际形状变化，直至达到预设的目标支撑高度；

17、在回落与回退阶段，当所有参与顶推的智能搁墩均调整至所述目标支撑高度后，控制步履机设备的顶升机构同步下降至设定的顶升机构回程高度参数，使钢箱梁的重量由智能搁墩承受，然后控制顶推机构回程至设定的顶推回程最小水平位移参数；

18、s50：重复执行所述步骤s40，直至完成整个钢箱梁的顶推施工。

19、第三方面，提供一种电子设备，其包括：

20、一个或多个处理器；

21、存储装置，用于存储一个或多个程序，

22、当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现：

23、一种步履机桥梁智能化顶推控制方法，所述方法由中央主控层设备执行，包括以下步骤：

24、数据接收步骤：接收由现场控制层设备上传的各类传感器数据，并接收由远程监控层设备下发的配方数据，所述配方数据是所述远程监控层设备基于钢箱梁的实时测量里程从配方数据库中调用得到的、包含与当前顶推里程对应的梁底轮廓数据的参数组；

25、指令生成步骤：基于接收到的所述配方数据以及所述各类传感器数据，生成总体控制指令；所述总体控制指令用于控制现场执行层设备按预设顺序执行一个顶推循环，包括：

26、顶升控制指令：用于控制参与顶推的步履机设备的顶升机构同步上升，直至智能搁墩的梁底位移传感器反馈表明其顶部与钢箱梁底面之间的间隙达到设定的梁底探测高度参数；

27、顶推控制指令：用于控制参与顶推的步履机设备的顶推机构进行pid闭环同步顶推，直至达到设定的顶推最大水平位移参数；

28、自适应找位控制指令：用于根据所述配方数据中的梁底轮廓数据，并结合所述梁底位移传感器的实时反馈数据，控制智能搁墩自动调整其顶部的空间姿态，直至其顶面轮廓与钢箱梁底面形状相匹配并达到预设的目标支撑高度；

29、回落回退控制指令：用于在所有智能搁墩均达到目标支撑高度后，控制顶升机构同步下降至设定的顶升机构回程高度参数，随后控制顶推机构回退至设定的顶推回程最小水平位移参数；

30、指令下发与循环步骤：将生成的所述总体控制指令下发至所述现场控制层设备，并重复执行所述数据接收步骤、指令生成步骤及指令下发与循环步骤，直至顶推施工完成。第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如第一方面或者第三方面中所述的一种步履机桥梁智能化顶推控制方法。

31、第五方面，提供一种计算机程序产品，包含计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序运行时，执行第三方面所述的一种步履机桥梁智能化顶推控制方法。

32、上述技术方案具有如下有益技术效果：

33、本发明通过构建由现场执行层、现场控制层、中央主控层及远程监控层组成的协同控制系统，并依托5g网络数据链，实现了钢箱梁顶推施工从局部自动化到全局智能化的提升；具体地，系统通过中央主控层集成处理远程配方数据与现场多源传感器数据，使得顶推过程能够自适应钢箱梁的结构变化，实现了步履机设备群在顶升、顶推、回落及搁墩找位等多环节的高精度pid闭环同步控制，从而降低了人工干预强度，有效提升了顶推施工的同步性、定位精度、作业安全性与整体效率。