CC BY
78
УДК 699.8(083.7)
С.А. Качанов д.т.н., Г.М. Нигметов к.т.н., М.Ю. Прошляков (НПО «ДИАР»)
ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС АВТОМАТИЗИРОВАННОГО, ДИСТАНЦИОННОГО, В РЕЖИМЕ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ МОНИТОРИНГА ЖЕСТКОСТНЫХ И ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ ГРУНТ-ЗДАНИЕ
Периодическое проведение обследования зданий (сооружений) не позволяет в полной мере гарантировать их надежность. Для непрерывной оценки устойчивости (сейсмостойкости) зданий и сооружений предназначен аппаратно-программный комплекс
Г.М. Нигметов
М.Ю. Прошляков
В последнее время в нашей стране наблюдается колоссальный рост строительного бизнеса. Постоянно увеличивается число новостроек, как гражданского, так и промышленного назначения. Намечается тенденция в строительстве высотных жилых домов, крупных торгово-развлекательных центров и бизнес-центров. Следует отметить, что темпы роста строительства значительно опережают контроль над его качеством. Это подтверждается участившимися случаями обрушения зданий и сооружений с большими человеческими жертвами. Практикуемое в настоящее время периодическое, но нерегулярное проведение обследования здания (сооружения) не позволяет в полной мере гарантировать его надежность, т.к. только постоянное, непрерывное наблюдение за несущими конструкциями может предупредить беду. В связи с этим, ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ) совместно с Научно-производственным объединением «Диагностика и анализ риска», входящим в состав федерального центра, разработан аппаратно-программный комплекс, предназначенный для оценки устойчивости (сейсмостойкости) зданий и сооружений, на основе автоматизированного, непрерывного анализа жесткостных и геометрических параметров системы грунт-здание.
Аппаратно-программный комплекс разработан с учетом требований следующих нормативных документов:
1. ГОСТ Р 22.1.12 — 2005 «Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Структурированная система мониторинга и управления инженерными системами зданий и сооружений. Общие требования».
2. «Методика оценки систем безопасности и жизнеобеспечения на потенциально опасных объектах, зданиях и сооружениях».
3. «Методика оценки и сертификации инженерной безопасности зданий и сооружений».
Аппаратно-программный комплекс предназначен для непрерывного контроля прочности, устойчивости и остаточного ресурса зданий и сооружений. Комплекс позволяет в режиме реального времени проводить мониторинг и оценку технического состояния конструкций различных типов и материалов — простых одноэтажных, многоэтажных и строений сложной конфигурации, как гражданского, так и промышленного назначения. Комплекс позволяет проводить мониторинг высотных сооружений, заглубленных в грунт конструкций, магистральных трубопроводных систем и гидротехнических сооружений.
Перед установкой комплекса производится техническое обследование объекта, с целью определения его эталонных параметров, выявления внешних факторов воздействия на объект (ветровых, вибронагрузки и пр.). На основе полученных данных разрабатывается проект проведения мониторинга, в котором рассчитывается количество и необходимый тип датчиков, а также схема их размещения.
На контролируемом объекте прокладываются кабельные линии, расставляются датчики, устанавливается контроллер и в помещении, выделенном Заказчиком, размещается терминал диспетчера. Связь между терминалом и контроллером осуществляется либо посредством модема, либо сетью ЕШегпе1. Обработанные данные поступают как на терминал диспетчера, так и на Шетпе^сайт НПО «ДИАР». Благодаря этому, владелец объекта, находясь в любой точке Земли, сможет узнать
Научно-технические разработки
Научно-технические разработки
его техническое состояние. По желанию клиента, в случае возникновения критических ситуаций, возможна рассылка SMS-предупреждений.
Аппаратно-программный комплекс непрерывного мониторинга технического состояния строительных конструкций в режиме реального времени состоит из терминала диспетчера (ПЭВМ), контроллера (АЦП), датчиков наклона (инклинометр) и акселерометров.
Технические параметры ПЭВМ (минимальные):
процессор — Intel Celeron-D 2.46 ГГц;
объем памяти — 256 МБ;
объем жесткого диска — 40 ГБ;
операционная система — Windows XP Professional.
Для обеспечения связи терминал диспетчера ПЭВМ комплекса дополнительно комплектуется модемом и/или сетевой картой Ethernet.
В качестве примера работы разработанного комплекса на объекте можно привести Ледовый дворец на территории Ходынского поля г. Москвы.
Технические параметры терминала (АЦП):
Количество каналов Разрядность АЦП
Разрядность, рассчитанная по отношению сигнал/шум на заземленном входе PGA при макс. частоте АЦП
Разрядность, рассчитанная по отношению сигнал/(шум+гармоники), полученная при оцифровке синусоидального сигнала частотой 10 кГц с амплитудой 4,9В при макс. частоте запуска АЦП Время преобразования
Входное сопротивление при одноканальном вводе Диапазон входного сигнала Максимальная частота преобразования Защита входов
Интегральная нелинейность преобразования Дифференциальная нелинейность преобразования Отсутствие пропуска кодов
Время установления аналогового тракта при максимальном перепаде напряжения (временные параметры приведены для точности установления аналогового тракта 0.01 %)
Межканальное прохождение на частоте сигнала 10 кГц при коэффициенте усиления «1» и макс. частоте запуска АЦП Смещение нуля без калибровки
16 дифференциальных или 32 с общей землей; 14 бит;
Gain=1 13,8 бит; Gain=4 13,6 бит; Gain=16 13,3 бит; Gain=64 12,7 бит;
Gain=1 13,3 бит;
2,5 мкс;
не менее 1 Мом;
±5 В, ±1,25 В, ±0,3125 В, ±0,078 В; 400 кГц;
при включенном питании компьютера входная защита выдерживает ±25 В. При выключенном питании входная защита выдерживает ±10 В; макс. ±1,5 МЗР; макс. -1 до +1,5 МЗР; гарантировано 14 бит; макс. 1,8 мкс;
-70 дБ;
макс ±4 МЗР.
Технические параметры инклинометра:
Число каналов (компонент) — 2 (X, Y);
Диапазон измеряемых углов наклона, с — ±7200;
Температурный диапазон, 0С — -30 до +50;
Частотный диапазон измерения при неравномерности АЧХ на уровне 3 дБ — 0—3 ;
Собственный дрейф нуля, % от диапазона — не более 0,3;
Отклонение коэффициента преобразования от номинального значения, % — не более 0,3;
Напряжение питания, В — ±5;
Потребляемый ток, мА — 20.
Технические параметры акселерометра:
Число каналов (компонент)
Рабочий диапазон, Гц Температурный диапазон, 0С
Неравномерность АЧХ в рабочем диапазоне частот, дБ Предел допускаемой основной относительной погрешности, % Коэффициент нелинейных искажений при выходном напряжении 1 В, % Напряжение питания, В Потребляемый ток, мА
3 (X, ^ Z); 0,1 до 400;
- 40 до + 50; не более 3; не более 2; не более 0,03; ± 12;
5.
Аппаратно-программный комплекс обеспечивает сбор поступающих данных с датчиков, их анализ и передачу сообщений об оценке технического состояния Ледового дворца в дежурную службу объекта и центр управления в кризисных ситуациях (ЦУКС) единой системы оперативно-диспетчерского управления в чрезвычайных ситуациях (ЕСОДУ) г. Москвы.
Эксплуатация аппаратно-программного комплекса осуществляется персоналом диспетчерских служб Ледового дворца спорта.
Аппаратно-программный комплекс выполняет следующие основные функции:
1. Управление работой шести крейтов:
• синхронизация работы АЦП, вставленных в крейт;
• запуск процедур запроса данных с необходимой периодичностью;
• периодический контроль работоспособности крейтов, датчиков.
2. Сбор и обработка данных:
• формирование блоков данных, полученных
со всех АЦП, вставленных в крейты, занесение этих данных в соответствующую базу данных;
• проверка корректности поступающих данных;
• обработка данных с датчиков ускорения и наклона, согласно методики мониторинга;
• определение частоты собственных колебаний конструкции;
• определение кренов конструкции;
• определение степени износа конструкции;
• статистическая обработка данных о конструкции и определение трендов контролируемых показателей (частота собственных колебаний, крены, степень износа).
3. Автоматическая передача XML-сообщений в диспетчерскую службу объекта и ЦУКС ЕСОДУ г. Москвы:
• о выходе, контролируемых параметров за предельно допустимые границы;
• о выявлении нарушений и неисправностей в работе оборудования.
4. Отображение текущего состояния объекта:
Научно-технические разработки
Научно-технические разработки
• отображение каркаса конструкции объекта в трехмерном объемном виде с установленным оборудованием (96 датчиков, 6 крейтов);
• масштабирование изображения;
• вращение в 3D пространстве;
• отображение состояния работоспособности крейтов и датчиков (наклономеров, акселерометров);
• отображение данных, снимаемых датчиками в цифровом и в графическом виде;
• отображение статистических данных о конструкции.
5. Сохранение/экспорт данных в виде текстовых и графических файлов.
6. Печать данных.
Для обеспечения выполнения функций передачи XML сообщений реализованы следующие специальные функции:
• поддержка обмена данными в сети Ethernet с использованием стека стандартных открытых протоколов TCP/IP;
• прием/передачу формализованных сообщений установленного формата, представленных в виде электронного документа, сформированного посредством расширяемого языка разметки Extensible Markup Language (XML) 1.1 (http://www.w3.org/TR/ 2004/REC-xml11-20040204);
• настройку параметров (процессов) приема/ передачи и обработки XML-сообщений (данных) соответствующими серверами Ледового дворца спорта;
• создание и редактирование, импорт/экспорт деклараций разметки XML-сообщений;
• создание и редактирование, импорт/экспорт перечней сообщений;
• реализация информационного взаимодействия в соответствии с установленными декларацией разметки XML-сообщений и перечнем сообщений.
Аппаратно-программный комплекс обеспечивает возможность осуществления информационного взаимодействия в соответствии с принципами сервисно -ориентированной архитектуры.
Способ организации диалога с пользователем, реализованный в программном комплексе, обеспечивает низкую вероятность совершения оператором дежурной смены случайных ошибочных действий.
Общение пользователя с системой происходит в интерактивном режиме путем работы с экранными формами с использованием встроенных меню.
Аппаратно-программный комплекс обеспечивает круглосуточное функционирование с характеристиками соответствующими следующим основным показателям надежности — ГОСТ 24.701—86 и ГОСТ 27.003—90 (коэффициент готовности, среднее время восстановления).
В аппаратно-программном комплексе предусмотрены средства резервного копирования информации. В состав эксплуатационной документации входит регламент, определяющий процедуры резервного копирования, восстановления данных и программного обеспечения.
Формирование сообщений о состоянии инженерно-технических конструкций объекта осуществляется в соответствии со следующими критериями:
I (нормальное, хорошее) — отклонение от вертикали 0,0024 высоты конструкции; увеличение периода собственных колебаний, относительно нормативных 0-10 %.
II (удовлетворительное) — отклонение от вертикали 0,0015 высоты конструкции; увеличение периода собственных колебаний, относительно нормативных 11—30 %.
III (неудовлетворительное) — отклонение от вертикали 0,0010 высоты конструкции; увеличение периода собственных колебаний, относительно нормативных 31—60 % и более.
Для защиты от несанкционированного копирования программный комплекс защищен ключом-идентификатором.
Аппаратно-программный комплекс реализован на основе программного обеспечения «SafeFLY» разработанного НПО «Диагностика и анализ риска».
