120100 Курс лекций Современные автоматизированные
advertisement
Классификация систем автоматического управления Под автоматизацией производства в широком смысле понимается процесс, при котором функции измерения передаются приборам и автоматическим устройствам. Автоматизация производства не означает безусловное, полное вытеснение Человека автоматами, но направленность его действий, характер его взаимоотношения с машинами изменяются, труд приобретает новую качественную окраску, становится более сложным и содержательным. Центр тяжести в его трудовой деятельности перемещается на техническое обслуживание автоматов и на аналитически-распорядительную деятельность. И настоящее время существует чрезмерно большое разнообразие автоматических систем, выполняющих те или иные функции по управлению самыми различными физическими процессами во всех областях техники. В этих и. и-мах сочетаются весьма разнообразные по конструкции механические, рмческие и другие устройства, составляющие в общем сложный комплекс к действующих друг с другом звеньев. Современное развитие науки и техники вызвало необходимость создания цельных инженерных сооружений: ускорителей элементарных частиц, точных направляющих путей конвейерных линий большой протяженности высотных сооружений башенного типа, мощных гидротехнических и др. сооружение и эксплуатация таких промышленных объектов потребовали создания новой методики высокоточных инженерно-геодезических измерений. Выполнение комплекса подобных измерений на уникальных объектах сопряжено со значительными трудностями, т. к. по условиям работы выполнять монтажные, небольшие юстировочные и измерительные операции промежутки времени. Это обстоятельство требует высокой точности измерений. Кроме того, часто на уникальных инженерных них не представляется возможным выполнять необходимый комплекс Кроме того, часто на уникальных инженерных сооружениях не представляется возможным выполнять необходимый комплекс измерений общепринятыми методами по причине повышенной опасности для людей. Здесь в первую очередь следует отметить такие факторы, как радиоактивность, высокие температуры, сильные магнитные и электрические поля. Повышение точности и производительности невозможно получить без внедрения автоматических или автоматизированных систем. Внедрение элементов автоматизации систем позволяет: 1) Повысить точность измерения 2) Повысить производительность труда 3) Выполнить измерения дистанционно 4) Снизить себестоимость работ Рассмотрим некоторые положения теории АУ, в частности термин автоматического управления (САУ). САУ охватывают как замкнутые системы (с обратной связью) так и незамкнутые (с разомкнутой главной цепью). САУ включают в себя: следящие системы, системы автоматического регулирования, автоматические измерительные системы и ряд других систем. В теории автоматического управления (ТАУ) изучают в первую очередь функции, которые выполняют отдельные элементы системы и связи между элементам. Рассмотрим блок-схемы, функциональные и структурные схемы. Блок-схема характеризует систему по составу входящих в неё отдельных конструктивных блоков(сложения, вычитания и т.д) Функциональная схема дает представление о функциях отдельных элементов и характере связей между ними. Структурная схема получается из функциональной, если определены передаточные функции отдельных элементов, образующих функциональную схему. Автоматические системы условно делят на два класса. - автоматы выполняющие отдельные операции (одноразовые и многоразовые) - автоматические системы, которые в течении длительного времени поддерживают или изменяют физические величины в управляемом процессе. Эти системы делятся на замкнутые и разомкнутые. На рис.1.1 приведена разомкнутая полуавтоматическая система управления, источником воздействия является человек. Если источником воздействия являются изменения внешних условий, в которых работает система, то система является автоматической. В незамкнутой системе процесс работы системы не зависит от результатов её воздействия на объект Источник воздействия Промежуточные устройства Исполнительный орган (управляемый объект) Рис.1.1 Схема незамкнутой системы Для получения замкнутой системы из незамкнутой, в незамкнутую включают контрольные приборы, результаты измерений которых подают на вход автоматической системы. Величина воздействия определяется по тому, насколько отличаются измеренные величины на управляемом объекте от требуемых значений. В наиболее компактной форме функциональная схема замкнутой системы представлена на рис.1.2. Источник воздействия Управляемый объект Система управления Рис.2 Схема замкнутой системы Рассмотрим работу развернутой функциональной схемы замкнутой системы (рис.1. 3). На объект управления (управляемый объект), находящийся под влиянием внешнего возмущающего воздействия F, поступает управляющее воздействие х , являющееся выходной величиной управляющей части автоматической системы. Устройство формирования команд (преобразующий элемент), усилительное устройство и исполнительное устройство образуют основной контур системы. Замыкается контур управления подачей по цепи главной обратной связи, включающей в себя измерительное устройство и устройство предварительной обработки информации, управляемой величины. Задающее воздействие х3, поступающее на устройство сравнения, может отличаться от входной величины хвх масштабом, содержать в себе наряду с полезным входным сигналом и случайные возмущения (помехи, шумы), которые могут быть связаны друг с другом определенной зависимостью. Замкнутые автоматические системы существуют в технике и в виде раз личных автоматических систем управления: автоматического регулирования, следящих систем, вычислительных систем, компенсационных систем измерения и др. . Система автоматического регулирования (САР) представляет собой устройство автоматического управления, предназначенное для изменения по заданным условиям какой-либо величины с помощью специально для этой цели присоединяемых приборов — автоматических регуляторов. В отличие от САР следящая система представляет собой устройство автоматического управления, предназначенное для воспроизведения величины, меняющейся по произвольному закону. Следящая система автоматически воспроизводит заданное воздействие, меняющееся по любому произвольному закону, заранее неизвестному (например, перемещение на заданную величину), как правило, без механической связи между задающим и исполнительным элементами. Вне зависимости от структуры следящая система является замкнутой системой автоматического управления, т. е. системой, имеющей обратную связь. Особенностью следящих систем является высокая точность передачи сигнала по цепи главной обратной связи. В следящей системе передача сигнала к элементу сравнения осуществляется с коэффициентом, равным единице. На функциональной схеме такая обратная связь изображается одной линией. Классификацию автоматических систем можно производить по различным направлениям, что обусловлено сложной структурой, различной физической сущностью, назначением, областями применения и т. д. Основным видом классификации, определяющим принцип построения системы, можно считать классификацию по общему назначению системы автоматического управления или по режиму автоматического управления. Систему автоматического управления можно классифицировать по следующим основным режимам: —автоматического регулирования (система регулирования); —автоматического программного управления или регулирования (системы программного управления или регулирования); —автоматического слежения (следящие системы). Можно проводить классификацию по типу характеристик отдельных звеньев системы в отношении их линейности. При этом все системы подразделяются на линейные системы и нелинейные. В свою очередь, линейные системы можно подразделить на: —системы с постоянными параметрами (параметры системы не зависят ни от времени, ни от переменных воздействий на эту систему); —системы с переменными параметрами (параметры системы зависят от времени). Нелинейной называется система, в которой хотя бы один из параметров является величиной, нелинейно зависящей от переменных, характеризующих поведение динамической системы. Важным направлением является классификация по характеру отработки задаваемого входного воздействия. В этом случае системы могут быть разделены на: —системы с непрерывной отработкой входного воздействия; —системы с дискретной отработкой входного воздействия. Одним из важнейших показателей качества работы системы является ее ошибка — как статическая, так и динамическая. Поэтому иногда САУ классифицируют по виду функции сигнала ошибки при определенном входном воздействии. С этой точки зрения для линейных систем автоматического управления выделяют следующие категории систем с нулевой ошибкой: —в статическом состоянии (с ошибкой по скорости); —при постоянной скорости (с ошибкой по ускорению); —при постоянном ускорении (с ошибкой при изменении ускорения). В теории автоматического управления существуют и другие виды классификации автоматических систем: по степени характеристического уравнения, по физической сущности системы или отдельных ее звеньев, по роду тока (системы переменного и постоянного тока), по областям применения, по мощности исполнительной части и др. В автоматизации в ИГИ находят применение как полуавтоматические, так и автоматические системы. (Замкнутые, разомкнутые, следящие, измерительные компенсационные и т.д) Наиболее широко используются измерительные компенсационные, которые в сочетании с позиционно-чувствительными обеспечивают высокую точность измерений. Система автоматического управления определенным образом реагирует на то или иное воздействие, поданное на ее вход. Обычно определение вида этой реакции осуществляется путем решения дифференциального уравнения, описывающего поведение системы при данной форме возмущения. В случае линейной системы это уравнение может быть представлено в Решение указанного дифференциального уравнения обычными методами достаточно сложно. Использование операционных методов дает возможность заменить действия, связанные с дифференцированием и интегрированием, Сопоставляя данное уравнение с ранее полученным уравнением, записанным в операторном виде, видим их идентичность. Вследствие этого с целью сохранения наиболее распространенных обозначений вместо S будем в дальнейшем применять обозначение р. Величина W(p) носит название передаточной функции системы. Эта функция характеризует свойства анализируемой системы и поэтому может быть названа собственной передаточной функцией. Таким образом, передаточной функцией звена, участка цепи звеньев или всей системы называется отношение преобразования Лапласа для величины на выходе к преобразованию Лапласа для воздействия на входе при нулевых начальных условиях: Общие сведения о структурных схемах систем автоматического управления (САУ) Если систему автоматического управления разделить на части — звенья, а каждое звено системы, описываемое линейным дифференциальным уравнением, рассматривать не с точки зрения его физических свойств и выполняемых функций, а с точки зрения того, как то или иное звено реагирует на поданное на его вход воздействие, то в этом случае подавляющее большинство элементов, имеющих различную природу и выполняющих различные функции в самых разных автоматических системах, может быть сведено к небольшому числу эквивалентных звеньев, описываемых простыми дифференциальными уравнениями. Совокупность таких звеньев с линиями связи между ними, характеризующими их взаимодействие, образует структурную схему системы управления. Применение метода эквивалентных звеньев значительно упрощает методику исследования систем, дает возможность обобщенного теоретического рассмотрения и сравнения свойств различных систем. При замене элементов САУ эквивалентными звеньями возникает возможность упрощенного изображения схемы системы автоматического управления; в этом случае на схеме вычерчиваются только условные обозначения звеньев, заменяющих отдельные участки схем. Структурные схемы при наличии данных о параметрах элементов полностью характеризуют поведение САУ в переходном режиме. Структурная схема САУ отражает процесс передачи и обработки информации в замкнутом контуре системы автоматического управления и математически описывает динамические свойства системы. Весьма важным преимуществом структурных схем является их физическая наглядность,дающая более ясное представление о процессах, происходящих в исследуемой системе. Эквивалентные звенья изображаются в виде прямоугольников, в которых отмечаются функции, характеризующие данные звенья, или проставляется знак, определяющий направление действия звена. Наиболее простые САУ, такие, как следящие системы, образуют замкнутый контур, который может быть представлен, например, структурной схемой, изображенной на рис. 2.1. Системы, обладающие такой структурной схемой, называются одноконтурными. Для повышения качества работы автоматические системы часто снабжаются одной или несколькими дополнительными параллельными связями, что превращает их в многоконтурные. В зависимости от назначения характеристики действия и способа включения связи разделяют на: а) главные и дополнительные; б) прямые и обратные; в) положительные и отрицательные; г) жесткие и гибкие; д) простые и перекрещивающиеся; е) внешние и внутренние. Главной называется связь, обеспечивающая замыкание цепи основного контура системы автоматического управления. Дополнительные связи представляют собой параллельные контуры, охватывающие часть звеньев основного контура. Если сигнал, идущий по дополнительной параллельной связи, суммируется [основным сигналом на выходе группы звеньев основного контура, то связь Вызывается прямой. Если сигнал, идущий по дополнительной параллельной связи, подается с выхода на вход группы звеньев основного контура, охваченных дополнительной связью, то связь называется обратной. Если сигнал связи суммируется с основным сигналом, связь называется положительной; если вычитается — отрицательной. Структурная схема участка САУ с прямой связью представлена на рис. 2.2, с дополнительной обратной связью — на рис. 2.3. Название этих звеньев определяется выходной величиной, в том числе не только от входной величины, но и от ее производных. Элементы, обладающие свойствами дифференцирующих звеньев, находят применение в корректирующих звеньях систем автоматического управления. Передаточные функции дифференцирующих звеньев соответственно имеют вид: (2.31) I Знание передаточных функций типовых звеньев и методов их составления позволяет получать передаточные функции большинства звеньев, составляющих структурные схемы систем автоматического управления. Частотные характеристики и устойчивость автоматических систем Частотные характеристики получили исключительно широкое использование при анализе динамических свойств и синтезе систем автоматического управления и отдельных их элементов. Выражения для частотных характеристик отдельных звеньев системы легко могут быть получены из соответствующих передаточных функций путем замены оператора р на j. Физически частотная характеристика замкнутой или разомкнутой системы соответствует подаче на вход системы гармонического воздействия при изменении его частоты от 0 до бесконечности и сохранении постоянной амплитуды входного изменяться, а его конец описывать на плоскости комплексного переменного крн вую, представляющую собой амплитудно-фазовую характеристику замкнутой системы. В соответствии с принятыми обозначениями: р(w) — действительная частотная характеристика замкнутой системы; О(w) — мнимая частотная характеристика замкнутой системы; А (w) — амплитудно-частотная характеристика замкнутой системы; ф(w) — фазовая частотная характеристика замкнутой системы. фазовая характеристика W(w) не охватывала точку с координатами (-1, 0). В свою очередь, разомкнутая система устойчива, если ее характеристическое уравнение не имеет корней с положительной действительной частью (но может иметь нулевые корни). При исследовании устойчивости САУ может ставиться задача не только проверки устойчивости системы при заданных значениях ее параметров, но и определения некоторой области изменения отдельных параметров, внутри которых система остается устойчивой. Эффективность применения того или иного способа определения устойчивости в сильной степени зависит от конкретного содержания решаемой задачи. В соответствии с общими понятиями, изложенными в данной главе, можно указать примерный порядок расчета системы автоматического управления геодезического назначения. На основании функциональную автоматического схему технического и управления выбирают задания создают основные (исполнительные блок-схему, элементы механизмы, системы усилители, датчики и др.): —определяют передаточную функцию некорректированной системы; —строят желаемые логарифмические частотные характеристики из условия устойчивости системы; —получают логарифмическую амплитудно-частотную характеристику корректирующих звеньев, графически вычитая из желаемой характеристики исходную; —определяют вид корректирующих звеньев и места их включения; —определяют передаточную функцию скорректированной системы; —строят логарифмическую амплитудно-частотную характеристику скорректированной системы и определяют устойчивость системы; —строят кривые переходного процесса в системе; —определяют качественные показатели САУ (запас устойчивости по амплитуде и фазе, максимальное перерегулирование, продолжительность переходного процесса, число колебаний). Непрерывное повышение требований к современным измерительным системам в части точности, быстродействия, диапазона изменения величин и параметров приводит к существенному усложнению систем. Становится необходимым учитывать тонкие структуры изучаемых процессов, что требует более полного и точного их математического описания. При этом обнаруживается возрастающее несоответствие возможностей теоретических методов исследования и проектирования автоматических систем с практическими потребностями.» Аналитические методы расчета САУ разработаны достаточно полно, но доведены до уровня инженерных расчетов лишь для линейных систем. Однако и здесь возрастание порядка Дифференциальных уравнений, определяющих поведение системы управления, резко снижает эффективность теоретических расчетов вследствие их большой трудоемкости. Для нелинейных же систем и процессов нет общего математического аппарата, и обычно приходится довольствоваться частными исследованиями, относящимися к учету влияния тех или иных нелинейностей на поведение соответствующих линеаризованных систем управления. Поэтому во многих случаях приходится обращаться к экспериментальной доработке и отладке опытных образцов аппаратуры управления в натурных условиях. Однако метод экспериментального исследования на реальных установках обладает рядом принципиальных недостатков, из которых главными являются: большие затраты труда и времени, высокая стоимость изготовления и испытания экспериментальных образцов. В связи с изложенным сейчас все более широкое применение в инженерной практике получает метод математического моделирования, который может рассматриваться как своеобразный вид экспериментального исследования САУ. В основу этого метода положено понятие о математической модели исследуемого процесса. Под математической моделью понимается совокупность сведений, используемых в качестве математического описания процесса управления, заданных в виде аналитических зависимостей (например, системы дифференциальных уравнений), таблиц, графиков и др. Метод моделирования предусматривает воспроизведение (реализацию) исследуемого процесса, заданного его математической моделью, в виде искусственно создаваемого в специальной моделирующей установке физического процесса, подобного и аналогичного исследуемому процессу с точки зрения динамики управления. Моделирование САУ в настоящее время производится почти исключительно при помощи математических моделирующих устройств (аналоговых вычислительных машин). В последние годы начали успешно развиваться работы по моделированию САУ на цифровых вычислительных машинах, обладающих рядом преимуществ, особенно важных при исследовании сложных систем и процессов, требующих выполнения большого числа логических операций, учета статистических факторов и т. п. Основные требования к элементам автоматический систем геодезического назначения Автоматические измерительные системы геодезического назначения могут иметь достаточно сложную структуру и содержать усилители, различные исполнительные элементы и механизмы, регистрирующие и информационные устройства. Например, следящие оптико-электронные системы включают в себя фотоприемники, усилители электрического сигнала, оптико-механические компенсаторы, редукторы, исполнительные электродвигатели, интегрирующие и другие устройства и механизмы. Кроме того, для повышения помехозащищенности, удобства выделения информации об угловых или линейных перемещениях объектов исследования в измерительных системах осуществляют модуляцию полезного сигнала. В результате первичная информация об объекте исследования поступает на вход электрической части системы в виде напряжения несущей частоты, модулированной управляющей частотой. Для получения информации об объекте исследования, обеспечения заданной функциональной работоспособности исполнительных и регистрирующих устройств электронная часть измерительной системы должна содержать соответствующие функциональные блоки-усилители, демодуляторы, логические схемы управления, детекторы и т. д. Электронное устройство осуществляет вторичную обработку информации и позволяет получить результат измерения в форме, удобной для записи или регистрации. Усилители электрических сигналов осуществляют усиление сигналов, поступающих с чувствительного элемента и имеющих, как правило, мощность, недостаточную для управляющего воздействия. Выбор усилительных элементов определяется: требуемой выходной мощностью сигнала, коэффициентом усиления, родом напряжения сигнала, ожидаемыми внешними воздействиями (температура, влажность окружающей среды и пр.), требованиями надежности, условиями обслуживания и др. Методика расчета и проектирования усилителей электрических сигналов достаточно подробно описана в специальной литературе. Поэтому здесь рассматриваются лишь некоторые вопросы, связанные с использованием усилителей в геодезических приборах. Различают усилители постоянного тока, предназначенные для усиления немодулированного сигнала; усилители переменного тока, предназначенные для усиления гармонического сигнала; импульсные усилители. Одним из важных требований, предъявляемых к усилителям электрического сигнала, является требование сохранения формы усиливаемого сигнала (линейные и нелинейные искажения). Линейные искажения обусловлены в усилителе наличием реактивных элементов — емкостей и индуктивностей. Для оценки линейных искажений в усилителях используют амплитудно-частотные и фазово-частотные характеристики, устанавливающие зависимость изменения коэффициента усиления и фазы от изменения частоты электрического сигнала. Под полосой пропускания электронного усилителя понимают диапазон частот между нижней и верхней f- граничными частотами усилителя, при которых усиление отклоняется на заданную величину от усиления, принятого за номинальное (до уровня 0,707 по напряжению или току). По полосе пропускания усилители разделяют на избирательные и широкополосные. Нелинейные искажения в усилителях обусловлены наличием в усилителе элементов с нелинейными характеристиками. Поэтому при усилении сигналов гармонической формы сигнал на выходе усилителя имеет несинусоидальную форму. В выходном сигнале помимо основной гармоники, имеющей частоту входного сигнала, будут присутствовать гармоники высшего порядка. Усиление переменного электрического нелинейными искажениями можно сигнала получить, если с минимальными усилитель будет представлять собой линейный четырехполюсник. Такой характеристикой в наибольшей степени приближения обладает усилитель на сопротивлениях, в силу чего он является основным типом усилителя для автоматических приборов геодезического назначения. Коэффициент усиления, а следовательно, и число каскадов усилителя выбирают в зависимости от мощности сигнала датчика, мощности исполнительных элементов измерительной системы и уровня допустимых искажений и шумов. Для получения стабильного коэффициента усиления по всей полосе частот проводят коррекцию частотных характеристик каскадов усилителя на основе исследования его амплитудно-частотных характеристик. Во многих случаях усилитель автоматической аппаратуры геодезического назначения должен работать в условиях изменения мощности входного сигнала в широких пределах, например при изменении мощности светового потока, приходящего на измерительное устройство из-за изменения метеоусловий на трассе распространения оптического луча и т. д. В этом случае в схему усилителя необходимо вводить устройство автоматического регулирования усиления (АРУ) или устройство автоматической регулировки чувствительности (АРЧ). Под воздействием АРУ изменяется коэффициент усиления пропорционально изменению крутизны входного сигнала. Сигнал, снимаемый с датчика, часто содержит не только полезную информацию, но и различного рода помехи. Помехи, кроме того, порождает и сам усилитель. Для селекции полезного сигнала от помех в автоматических измерительных геодезических системах применяют различные методы. Одним из наиболее эффективных и простых из них является использование узкополосного усилителя. Избирательность в усилителях достигается за счет введения частотно-зависимой отрицательной обратной связи. Отрицательная обратная связь в усилителях может быть применена и для изменения ряда характеристик усилителя: повышения стабильности усиления, снижения уровня нелинейных искажений и собственных шумов и т. д. Не останавливаясь на принципах построения управляющих схем и электронных устройств автоматики, подробно рассмотренных в специальной литературе, укажем лишь, что точность и надежность работы геодезической измерительной системы во многом определяется построением структурной схемы ее электронной части, правильным и рациональным выбором элементов, в том числе и регистрирующего устройства. Регистрирующее устройство является конечным звеном любой автоматической измерительной системы. В зависимости от назначения автоматической системы и конкретно решаемой задачи автоматические регистраторы могут выполняться в двух вариантах: в виде различных аналоговых или дискретных приборов, в том числе цифропечатающих и систем записи информации на магнитной ленте, или в виде систем отображения информации. К приборам первой группы относятся самопишущие вольтметры, амперметры, ваттметры, различные перфораторы, цифропечатающие устройства и др. Такие устройства в автоматических измерительных системах целесообразно применять в случае изучения быстропротекающих во времени процессов, для регистрации физических процессов в течение длительного времени, для набора статистических данных или с целью автоматизации процесса обработки информации на ЭВМ. Однако в ряде случаев эффективное и надежное использование автоматических систем возможно только при условии активного участия человека в процессе управления на любом этапе работы автоматической системы. Этого можно достичь, создав специальные надежные средства выдачи информации в форме, пригодной для восприятия человеком. Такие устройства одновременно являются и регистраторами. Отображение информации в современных автоматических измерительных системах может осуществляться с помощью различных индикаторных устройств, табло, мнемосхем, планшетов и т. д. Под элементами индикации понимают устройства и приборы, преобразующие электрические сигналы в визуальную информацию в форме, наиболее пригодной для зрительного восприятия человека и удовлетворяющей целям и потребностям его деятельности. Для отображения состояния системы «работает», «включено», «стоп» и т. п. в автоматических устройствах обычно применяют лампы накаливания, газоразрядные индикаторы, светодиоды. Для отображения количественных показателей применяют различные счетные устройства — цифровые индикаторы (вакуумные, газоразрядные, электролюминесцентные). При выборе и создании устройств индикации и отображения информации следует учитывать не только технологические и экономические соображения, но и факторы человеческого восприятия. По содержанию и количеству информации, по форме и композиции информационные устройства должны соответствовать задачам, поставленным перед оператором, и его возможностям по приему и переработке информации. Грамотное и рациональное построение информационных устройств на современном этапе развития техники возможно инженерно-психологических требований. только на основе учета Автоматизация высокоточного контроля прямолинейности направляющих конструкций большой протяженности. Точность выверки в плане 0.05-0.1 мм по высоте 0.3-1.0 мм. Методы установки делятся на неавтоматические методы, основанные на визуальном методе наблюдения и автоматические и полуавтоматические методы наблюдения. Оценка метода проверки прямолинейности может выполняться по: 1) Точности измерений 2) Дальности 3) Объективности и производительности 4) Степени автоматизации и времени обработки измерений Неавтоматические методы: - измерения по натянутой струне - оптический метод визирования - коллиматорные методы измерения - микронивелирование Автоматические системы содержат в своем составе инерционные и дезинформационные датчики. В инерциональных приборах для контроля прямолинейности в качестве чувствительного элемента используют уровень или отвес. Эти устройства обеспечивают выверку прямолинейности направляющих только по высоте( нивелиры - автоматы) Погрешность прибора 30 см на 1 км. Методика высокоточной выверки должна сочетать в себе геодезические способы определения положения точек, расположенных на больших расстояниях и ментрологические способы точных измерений расположенных близко друг к другу точек. Безинерциональные датчики в основе оптические и оптикоэлектронные устройства и методы. Они позволяют не только следить за опорным направлением, но и автоматизировать обработку измерений. Сущность метода контроля прямолинейности состоит в измерении отклонений отдельных точек базовых поверхностей направляющих путей от прямой. В качестве датчиков можно использовать датчики линейных смещений. Датчик должен автоматически перемещаться по направляющей касаясь базовой точкой направляющей. Блок схема устройства, основанного на прямом методе измерений. 2 I Осветитель 4 3 Приемная регистрирующей системы 3 1 ФЭ устройство смещается относительно опорной линии при движении, величины этих смещений преобразуются устройством 2 в электрические сигналы и подаются на регистрирующее устройство 4, сюда же передаются данные от датчика пути 3. Достоинство метода прямого измерения – простота. Но с удалением от источника луч расходится и увеличивается линейные размеры пучка, что уменьшает точность регистрации. На открытых площадках влияет турбулентность атмосферы. Точность систем - 1мм на 200м Существуют опытный образец установки прямолинейности с использованием ОКГ и оптико-электронной системы, основанной на способе последовательного интегрирования, который заключается в последовательном интегрировании величин угловых отклонений точек базовых поверхностей направляющих путей от опорной референтной линии. Устройство состоит из пяти элементов : 1) Устройство для задания прямолинейной референтной линии. 2) Непрерывное измерение угловых отклонений точек базовых поверхностей направляющих от опорной линии 3) Отсчет пути от начала контролируемого участка направляющей до текущей измеряемой точки 4) Последовательное интегрирование угловых отклонений по пути 5) Непрерывная регистрация полученных результатов интегрирования Структурная схема устройства определяется способом задания опорной линии и выбором элементов решающих задачи 1-4 (Основной критерий – точность измерения величин) Точность определения отклонения определяется точностью измерений улов и точность регистрации пути. Поэтому используются датчики пути, основанные на дискретном измерении пути (на счете импульсов) и поэтому точность не зависит от погрешностей измерения скорости пути. Блок – схема автоматического прибора 1 3 I 5 3 2 4 1) Лазер 2) Углоизмерительная следящая система 3) Интегратор 4) Датчик пути 5) Регистратор Точность – 0.2мм на 100м пути (X,Y,H – 10 минут) Луч лазера коллимируется оптической системой и задает проектное положение, углоизмерительная следящая система располагается на подвижной каретке и при прокатывании каретки осуществляет непрерывное измерение угловых отклонений точек базовых поверхностей направляющей от оси луча лазера. Полеченная информация о величинах углов непрерывно вводится в число-импульсное интегрирующее фотоэлектрическое устройство, осуществляющее интегрирование указанных углов по пути. Выход интегратора подключен ко входу регистратора. Для получения координат направляющей привязывается к пунктам геодезической. основы (при помощи жезла m= 0.05мм.) Автоматизация инженерно-геодезических измерений (ИГИ) Под автоматизацией производства понимается процесс, при котором функции измерения передаются приборам и автоматическим устройствам. Внедрение автоматизации в ИГР позволило решить следующие задачи: 1) Повысить точность измерений 2) Выполнять дистанционное наблюдение 3) Повысить производство труда 4) Снизить затраты на выполнение работ Основные требования к элементам АС геодезического назначения: АСГН имеют сложную структуру и могут содержать усилители, исполнительные следящие механизмы, регистрирующие оптико-электронные системы устройства. включают: Например фотоприемники, оптико-механические компенсаторы, исполнительные электродвигатели и др. Для получения информации об объекте электронная часть содержит блоки-усилители, демодуляторы, детекторы и т.д. В АСГН используются различные виды датчиков. Датчиками называют преобразователи контролируемой величины, в величину, удобную для дистанционной передачи и дальнейшей обработки. Датчики различают по роду энергии и физическими величинам передаваемым на их вход и получаемые на входе, по принципу действия и конструкции. Большинство датчиков делятся на 2 класса: 1) Параметрические 2) Генераторные В параметрических датчиках при изменении входной величины изменяются параметры схемы датчика, в результате чего возникает измерение выходной величины. Для работы таких датчиков необходим внешний источник питания (реостатные, индуктивные, емкостные). В генераторных преобразование одного датчиках вида энергии происходит в другой непосредственное (фотоэлектрические, ньезометрические, термопара) Основным элементом датчика является чувствительный элемент, первым воспринимающий измерительную величину и преобразующий её к виду, удобному для дальнейшей обработки. Датчики по принципу действия и назначению могут быть разделены на классы: 1) Омические (реостатные, контактного сопротивления) 2) Индуктивные и трансформаторные датчики перемещения 3) Магнитомодулляционные 4) Радиационные, акустические, термические датчики перемещения 5) Пневматические и гидравлические 6) Емкостные и пьезоэлектрические 7) Цифровые датчики перемещения и угла поворота 8) Датчики скоростного напора, расхода В АСГН применяются многие из перечисленных датчиков Основные характеристики датчика: 1) Статическая характеристика – зависимость выходной величины 𝑥 вых от входной 𝑥 вх при установившемся режиме: 𝑥 вых = F(𝑥 вых); 2) Крутизна 𝐾= 𝑑𝑥вых 𝑑𝑥вх 3) Мощность на выходе датчика Pвых 4) Мощность на входе датчика Рвх Порогом чувствительности датчика называется минимальное изменение входной величины, которое может быть воспринято последующими элементами измерительной схемы и вызвать изменение полезного выходного сигнала. Статическая характеристика датчика задаётся аналитически или графически, она характеризует связь между выходной величиной и входной. По виду статической зависимости датчики делятся на датчики с линейной, нелинейной и релейной характеристиками Хвых нелинейная релейная линейная ∆Хвых Хвх ∆Хвх Потенциометрические датчики Реостаты с ползунком применяемые в автоматике для преобразования перемещений в электрическое напряжение, называют потенциометрами и потенциальными датчиками. Их применяют в качестве датчиков непрерывного действия для преобразования в напряжение механических или угловых перемещений. Достоинства – простота конструкции, питание от любой сети. Недостатки – наличие скользящего контакта, нелинейность статической характеристики. Применяют при определении осадок и смещении сооружений. Uвых - стат. характ. нелинейная ∆Uвых перемен. Х Индуктивные датчики Для преобразования линейных и угловых механических перемещений в электрический сигнал могут применяться индуктивные датчики. Принцип действия заключается в изменении индуктивности и индуктивного сопротивления элементов схемы датчика при изменении их взаимного расположения. Состоит из нескольких катушек индуктивности. Применяют индуктивные датчик для вертикального проектирования точек створных измерений. Точность – 0,001мм в диапазоне до 1мм, 0,01″ - в диапазоне до десятков ″ Недостаток – трудность регулировки для получения нулевых значений напряжения на выходе дифференциального датчика, работа только на переменном токе. Емкостные датчики Для преобразования перемещения в изменение выходного напряжения может быть использованы конденсаторы переменной емкости – емкостные датчики. Принцип их действия основа на учете изменения электрических параметров схемы датчика при изменении емкости конденсатора переменной емкости за счёт механического перемещения пластин конденсатора или изменения диэлектрической проницаемости среды конденсатора. Статическая характеристика – гипербола Точность определения углов наклона ±0,2″ и < Фотоэлектрические датчики Фотоэлектрический датчик (ФД) содержит (ЧЭ) чувствительный элемент, усилительное звено, устройство преобразования информации, регистратор. Измерение линейных углов смещений ФД в большинстве случаев выполняется относительно оптической оси светового луча, при помощи которого задают проектное положение геодезической опорной линии. (светодиод – электрич. тахеометр). Достоинства – возможность полной автоматизации измерений и обработки информации, высокая точность измерений. Чувствительный элемент содержит координатор и приемник лучистой энергии назначение которой состоит в первичном преобразовании информации о линейных или угловых смещениях в электрический сигнал. Координаты ФЭД выполняют первичное распознавание пространственного положение излучателя относительно базовой точки (оптической оси) датчика. Они могут быть выполнены в виде двух или четырёхгранной светоделительной призмы, в виде сканирующей цели, мозаичной структуры из фотоприемников. Приёмник лучистой энергии осуществляет, связь между оптической и электрической частями фотоэлектрического датчика. К ПЛЭ предъявляют определенные требования к его спектральной чувствительности и световой характеристике, напряжению шумов, пороговой мощности, частотной характеристики. Очень важны и габариты датчика. Методика выполнения нивелирования гидростатического и гидродинамического При строительстве крупных гидротехнических сооружений, где возникают различные помехи для измерений, загроможденность галерей и проходов плотины строительным материалом; при наблюдении за деформациями основания высоких труб, антенных устройств, телевизионных башен, где требуется более высокая точность, чем точность геометрического нивелирования, может применяться гидростатическое нивелирование. Определение превышений между пунктами основано на использовании законов гидростатики. В гидростатических нивелирах сосуды с жидкостью соединены между собой шлангами. Измерения уровня жидкости в сообщающихся сосудах выполняются одновременно после наступления гидростатического равновесия . В настоящее время по теории и практике гидростатического нивелирования опубликовано достаточно большое количество работ. Как и любому другому методу измерения превышений, этому методу присущи инструментальные ошибки и ошибки, обусловленные влиянием внешних условий. К инструментальным ошибкам относятся: а) ошибка, вызванная неточной установкой гидростатических приборов на фиксированные базовые поверхности нивелируемых точек; б) ошибка, вызванная наклоном головки гидростатического прибора; в) ошибка, вызванная работой измерительного устройства; г) ошибка, полученная за счет капиллярных сил и смачивания; д) ошибка, вызванная температурными деформациями отдельных узлов головки гидростатического нивелира; К ошибкам, обусловленным влиянием внешних условий, относятся ошибки вызванные: а) влиянием температуры на жидкость; б) изменением атмосферного давления; в) гидродинамическим характером; г) влиянием вибрации; д) влиянием электростатического поля; е) неучетом кривизны поверхности относимости; ж) влиянием приливообразующих сил; и) локальным распределением пузырьков воздуха в сосудах и соединениях; к) испарением жидкости в сосудах; л) загрязнением жидкости в системе. Ошибка установки переносных гидростатических приборов на фиксированные базовые поверхности нивелируемых точек не превышает 10 мкм. В стационарно установленной системе и относительном характере измерений эта ошибка исключается. Ошибка за наклон головки гидростатического прибора при величине эксцентриситета 3 мм и угле наклона 8' составляет 0,008 мм. Для уменьшения этой ошибки гидростатические приборы следует снабжать круглыми уровнями, посадочную плоскость располагать на продолжении оси измерительного штока. Ошибка работы измерительного устройства зависит от принципа работы, конструкции и диапазона измерений. При использовании микрометренных винтов для фиксации уровня жидкости ошибки могут достигать до 0,04 мм. При дистанционном съеме информации ошибка составляет 0,01 – 0,02 мм. Для повышения точности измерений автоматизированные системы рекомендуется применять при измерении небольших вертикальных перемещений. Ошибка за счет капиллярных сил и смачивания появляется при использовании в конструкции гидростатических приборов капиллярных трубок. Для исключения этой ошибки, которая может достигать 0,001 мм и более, необходимо применять калиброванные сосуды. При перемене мест сосудов эта ошибка исключается. Ошибка за температурные деформации отдельных узлов головки гидростатического нивелирования может достигать 0,006 мм и более, в зависимости от типа материала, из которого изготовлены отдельные узлы измерительных головок. Для уменьшения влияния этой ошибки необходимо уменьшать габариты измерительных головок и изготавливать их узлы из материалов с близкими коэффициентами линейного расширения. По исследованиям, при применении гидростатических систем с большим количеством измерительных головок незначительные утечки жидкости оказывают заметное влияние на точность измерения. Поэтому при измерениях утечка жидкости должна быть полностью исключена герметизацией приборов. Из всех ошибок, обусловленных влиянием внешних условий, наиболее значимой является ошибка, вызванная влиянием изменения температуры жидкости. Для уменьшения влияния этой ошибки применяют термостатирование приборов, что не всегда возможно. В таких случаях вводят поправку за температурное влияние, измеряя температуру в приборах. Для уменьшения влияния температуры предложен двойной гидростатический нивелир. В приборе используются две жидкости, которые имеют разные коэффициенты температурного расширения. Однако, для получения точных измерений температуру жидкости в системе необходимо определять с точностью не ниже 1°С, что не всегда возможно. Для уменьшения влияния температуры рекомендуется горизонтально, что шланговые обеспечивает соединения минимально укладывать необходимый уровень жидкости в измерительных головках. Периодические измерения превышений производить при максимально одинаковых температурных условиях. Одним из недостатков метода гидростатического нивелирования заключается в сложности изготовления измерительных головок. Этот недостаток устранен в методе гидродинамического нивелирования, в котором измерения превышений выполняются в процессе непрерывного изменения уровня жидкости в сообщающихся сосудах. Этот метод полностью автоматизирует измерения более простым и экономичным путем, чем при использовании метода гидростатического нивелирования, тогда, когда требуется точность определения превышений (0,2 – 1,0) мм. Система гидродинамического нивелирования состоит из общего измерительного сосуда, соединенного шлангами с контрольными сосудами, которые устанавливаются на наблюдаемых точках. Площадь сечения общего измерительного сосуда во много раз больше площадей сечения контрольных сосудов. В процессе измерения превышения производится непрерывный равномерный подъем уровня жидкости в измерительном сосуде с некоторого момента времени. При подъеме уровня жидкости колебания уровня жидкости в сосудах затухают достаточно быстро и создается постоянная разность высот. В определенный момент времени происходит касание штока уровнем жидкости в одном из сосудов. В другом способе гидродинамического нивелирования, разработанного авторами , жидкость в процессе измерений перераспределяется только между смежными отсеками сосудов. В этом способе гидронивелир состоит из двух одинаковых сосудов, один из которых устанавливается на репере, другой – на контролируемой точке. В каждом сосуде имеется перегородка, разделяющая внутренний объем жидкости на вспомогательный и измерительный отсеки. Перетекание жидкости происходит через зазор в донной части сосуда. Измерительные отсеки сосудов, свободные от жидкости, соединены воздушными шлангами с камерой давления. В них поддерживается одинаковое и постоянное давление. При измерении превышения с увеличением давления уровень жидкости в измерительных отсеках сосудов поднимается и в момент смачивания штока жидкостью фиксируется датчиками уровня. Для повышения гидродинамического точности нивелирования измерений с предлагает запиранием способ жидкости в контролируемых головках. В систему входит дополнительный сосуд, необходимый для выравнивания уровня жидкости в системе перед началом измерений. Измерения выполняются после выравнивания жидкости во всех измерительных головках. Затем платформа, на которой установлены измерительные головки и дополнительный сосуд, поднимается с помощью электродвигателя до тех пор, пока жидкость не заполнит все контролируемые головки и не произойдет запирание жидкости. В измерительных головках, после запирания жидкости в контролируемых головках, поверхность жидкости остается свободной, и по ней выполняются измерения. Уровень жидкости регистрируется датчиками ПЗС (прибор с зарядной связью). Для упрощения конструкции автором предлагается радиальная гидродинамическая система. В этой системе одна измерительная головка соединяется шлангами с несколькими контролируемыми головками. В Ереванском политехническом институте выпускается система гидродинамического нивелирования СГДН-10Д и ее модернизированный вариант СГДН-10ДМ . Диапазон измеряемых превышений этими системами составляет 100 мм и 300 мм соответственно. Средняя квадратическая ошибка измерения превышения находится в диапазоне от 0,05 до 0,5 мм. В систему входят десять контролируемых сосудов, один измерительный сосуд и блок управления. Для подъема измерительного сосуда используется подъемное устройство с электродвигателем. Перемещения измерительного сосуда регистрируется кодирующим диском. При касании уровня жидкости электродом контролируемого сосуда вырабатывается сигнал остановки счета и происходит закрывание клапана измерительного сосуда. Для сокращения длительности цикла измерений предлагается использовать двухступенчатый бак или в работах ввести поршневую систему в конструкцию поршневого бака. Автоматизированный высокоточный гидростатический нивелир ASW101N Данная измерительная система позволяет автоматически производить точные измерения, отслеживая процессы оседания и подъема оборудования, турбин, фундаментов и зданий в экстремальных условиях окружающей среды (высокие температуры, сильные вибрации и удары, мощные электромагнитные поля). Она используется в качестве стационарной системы с измерительными датчиками в количестве от 2 до30, с точностью отсчитывания до 0,01 мм. Применение Работа измерительных гидростатического систем нивелира. основана Измерения на идее позволяют стационарного контролировать вертикальные перемещения датчиков относительно горизонтальной опорной плоскости. Таким образом, становится возможным непрерывный автоматический мониторинг промышленных и исторических зданий, мостов, трибун, насосов и аналогичных объектов. Автоматический высокоточный гидростатический нивелир ASW 101 N специально разработан для экстремальных условий окружающей среды. ASW 101 N гарантирует постоянное получение надежных результатов при автоматическом мониторинге вертикальных смещений объекта в самых экстремальных условиях окружающей среды. В частности, рефракция, турбулентность воздуха и разница температур не могут быть исключены при других геодезических методах. Гидростатический нивелир позволяет гарантировать непрерывную регистрацию деформаций измеряемых объектов. Гидростатический нивелир должен быть установлен горизонтально. Контроль и графический анализ производятся при помощи персонального компьютера. Специальное программное обеспечение осуществляет коррекцию измеренных значений за температуру. Области применения Непрерывные измерения в автоматическом режиме для мониторинга процессов деформации зданий, дамб, мостов и фундаментов. Наблюдение и проверка процессов монтажа при строительстве, а также влияние выемки грунта под котлован рядом с существующими зданиями. Системы раннего выявления повреждений и наблюдение за устранением повреждений. Критические ситуации выявляются немедленно путем сравнения с предельными значениями. Определение деформаций под воздействием динамических нагрузок на промышленные объекты, например, на фундаменты турбин или на опоры валов турбин. Подтверждение повреждения шахт от воздействия перемещения горных пород Преимущества Полностью автоматизированная регистрация деформаций наблюдаемого объекта. Измерения производятся для всех точек одновременно, что позволяет мгновенно делать выводы относительно происходящих изменений. Высокая точность в самых сложных условиях окружающей среды. Максимально комфортное наблюдение за объектами. Технические характеристики: Диапазон измерений Средняя ошибка измерений, откорректированных за с температуру Точность измерительного датчика Разрешение измерительной системы Диапазон рабочих температур Количество датчиков Напряжение Размеры Высота Ширина Вес Измерительные циклы: Сбор данных: Графика (по запросу): от 0 до 50 мм до ± 0.02мм 0,01 мм 0,005 мм - 25°C ...+ 85°C до 30 220/230В (24В) 385 мм 225 мм 7,5 кг произвольно: ≥ 3 минуты при слежении: ≥30 секунд Измеренные значения сохраняются в формате ASCII Выполняемые в реальном времени или в постобработке графики измеренных значений, температур и высоты уровня жидкости. Технические характеристики спутниковых приемников GMX901 ClearTrack GNSS технология Типы каналов измерение ClearTrack Спутниковая технология измерения Точность измерений Режим «Статика» В плане По высоте Выходные данные Вес Размеры Температурный диапазон Работы Хранения Влажность. Атмосферные воздействия. Вибрация/Удар Электропитание. Диапазон питающего напряжения. Потребляемая мощность. Разъёмы Внешнее электропитание Выходные данные Антенна 12 каналов, GPS L1, 1 Hz фазы несущей полной длины волны, С/А «грубый» код Типовое время «захвата» всех видимых спутников после включения питания – 30 сек. Устойчивое слежение за спутниковым сигналом. Подавление помех отражённого сигнала, уменьшение влияния перекрёстных помех. Дифференциальные измерения с постобработкой (СКО) 5 мм + 2 ppm 10 мм + 2 ppm Двоичный код Leica binary (LB2), «сырые» спутниковые измерения 0.7 кг 187х60 мм от – 40°C до + 65°С от - 40°С до + 80°С До 95% IP67 – защита от дождя и пыли. Защита от кратковременного погружения на глубину до 1м. 10 Hz - 500 Hz, ± 0.35 mm, 5g до 40g, время ударов 6 мс. 12V постоянного тока От 5V до 28V 1.7Вт Один разъём типа LEMO LEMO-1, 8(pin) контактов, скорость 4800-115200 бод Антенна совмещена в одном корпусе с приёмником. Технические харектеристики спутниковых приемников GMX902 GNSS технология SmartTrack+ Типы каналов L1 измерение L2 измерение SmartTrack+ Передовая спутниковая технология измерений. Точность измерений фазы несущей: 14 GPS L1+ 14 L2 каналов, 12 ГЛОНАСС L1+ 14 L2 каналов, частота измерений 20Hz. Фазы полной длины волны С/А гражданский код По фазе полной длины волны, AS выкл. Р2/Р-код. Одинаковая точность при AS выключен или включён Типовое время «захвата» всех видимых спутников после включения питания – 30 сек. Время восстановления «захвата» сигнала после потери спутника в пределах 1 сек. Высокая чувствительность: «захват» более 99% всех видимых спутников выше 10° горизонта. Устойчивое слежение за спутниковым сигналом. Подавление помех отражённого сигнала, уменьшение влияния перекрёстных помех. L1: 0.2 мм среднеквадратическое отклонение (СКО) L2: 0.2 мм среднеквадратическое отклонение (СКО) фазы кода: Светодиодная индикация Программное обеспечение управления приёмником Выходные данные Вес Размеры Температурный диапазон Работы Хранения Влажность. Атмосферные воздействия. L1:20 мм среднеквадратическое отклонение (СКО) L2: 20 мм среднеквадратическое отклонение (СКО) Питание, «захват» сигнала, передача данных Программа Leica GNSS Spider – по для управления одним или сетью приёмников, для вычисления положения и создания Rinex файлов для постобработки Двоичный код Leica binary (LB2), «сырые» спутниковые измерения 0.8 кг 167х123х40 мм от – 40°C до + 65°С от - 40°С до + 80°С До 95% IP67 – защита от дождя и пыли. Защита от кратковременного погружения на глубину до 1м. 10 Hz - 500 Hz, ± 0.7 mm, 5g, до 25g, время ударов 6 мс. Вибрация/Удар Электропитание. 12V постоянного тока Диапазон питающего От 10.5V до 28V (основной и резервный) напряжения. Два входа питания. 2.0Вт, спящий режим 0.007Вт Потребляемая мощность. Разъёмы Один разъём типа LEMO с 2-мя различными группами контактов Внешнее электропитание Два независимых выходных разъёма Последовательный порт типа LEMO-1, 8(pin) контактов, Тип антенны TNC Рекомендуемые типы антенн Leica AX1202 GG, Leica AT504 GG Технические характеристики высокоточного датчика наклона Leica Nivel 210/220. Диапазон измерений Диапазон А В С Минимальная величина единицы измерения Электропитание Ток потребления Размеры Вес Условия эксплуатации: Температурный диапазон работы Температурный диапазон хранения сс -960 -160 -1900 Миллирадиан Температурная стабильность Точность От мрад/сс мрад -1.51 -2.51 -3.0 А В С До мрад/сс мрад +1.51 +2.51 +3.0 Сантисекунда 0.001 0.6 Мрад/С° сс/С° 0.00471 <3 ±0.0047 ±3 ±0.0141 ±9 ±0.0471 ±30 Напряжение питания 12V Диапазон 9-15V Ток 50mA Мощность 0.6Вт 95х91х68 мм 0.74 кг – 20° до +50°С – 40° до +70°С сс +960 +1600 +1900 Пыле и влагозащита Влажность Функции усреднения Возможность адресации Время цикла измерений Интерфейс Скорость обмена данными IP50 (IEC 60529) – от воды, пыли и песка До 95% - эффект конденсации устраняется при периодической просушки прибора. Может быть вычислено среднее значение до 128 последовательных измерений На одной шине-магистрале может быть до 32 датчиков со своими адресами 300 мсек Nivel 210 RS232 Nivel 220 RS485 1200, 2400, 9600, 19200, 38400 Технические характеристики тахеометра ТМ30. Точность1) Разрешение дисплея Метод Угловые измерения 0.5" и 1.0" 0.01" Абсолютный, непрерывный Линейные измерения на отражатель Дальность стандартный GPR1 круговой 360 пленка 60х60 3500 м 1500 м 250 м Точность2)/Время измерения на отражатель 0.6мм+1ррм/7s точный режим3) 1мм+1ррм/2.4s стандартный режим Точность2),4),5)/Время измерения на пленку 1мм+1ррм/7s Линейные измерения без отражателя дальность6) точность2),7)/время измерения размер пятна на 30м/50м 1000м 2мм+2ррм/3s 7мм*10мм/8мм*20мм Сервомоторы Максимальное ускорение 360°/s2 Скорость вращения 180°/s Время смены круга 2.9s Время позиционирования 180° за 2.3s Метод DirectDrive основаный на пьезотехнологиях Автоматическое Распознавание Цели Automatic Target Recognition (ATR) Дальность в режиме ATR/ в режиме LOCK стандартный отражатель (GPR1) 1000м/800м отражатель 360° (GRZ4,GRZ122) 800м/600М Точность1)/Время измерения в режиме ATR угловая Hz, V наведения при при стандартных работах наведения на 1000м время измерения (GPR1) Power Search 1" 1мм 2мм 3-4s Дальность5),8) на отражатель 360° (GRZ4,GRZ122) 300м Время поиска9) 5s Общие данные Увеличение Фокусирование Дисплей 30х от 1.7м до ∝ VGA, цветной, сенсорный, односторонний Клавиатура односторняя клавиши с подсветкой Память внутреняя карта памяти 256 Мб CompactFlash до 1Гб Интерфейс RS232, Bluetooth® ТРИ бесконечных винта для работы одной или двумя руками Назначаемая пользователем клавиша SmartKey Створоуказатель Время работы от батареи 9ч Потребление в режиме ожидания 5.9W В соответствии со стандартом ISO-17123-3 2) В соответствии со стандартом ISO-17123-4 3) Сплошная облачность, без дымки, видимость 40 км, без теплового мерцания, до 1000м, отражатель GPH1P 4) Расстояние > 10 m 5) Отражатель точно наведен на инструмент 6) С блендой, сплошная облачность, Kodak Gray Card (90% reflective) 7) Расстояние > 500 m 4 mm+2 ppm 8) Средние атмосферные условия 9) В зависимости от расстояния до цели 1) Мониторинг деформаций мостовых переходов (на примере моста через бухту Золотой Рог) Замысел строительства моста через бухту Золотой Рог появился еще в конце XIX века, о реализовать его удалось лишь в наши дни. Этот мостовой переход является завершающим этапом автомобильной магистрали аэропорт Кневичи – ст. Санаторная, которая будет использоваться как гостевой маршрут делегаций стран-участниц саммита АТЭС-2012 во Владивостоке. Она соединит кратчайшим путем центральную часть города с перспективным районом - полуостровом Голдобина и обеспечит выход к мосту на остров Русский через пролив Босфор Восточный. Задуманный и реализуемый таким образом проект вантового мостового перехода через бухту Золотой Рог впечатляет. Он будет иметь длину 1387,0м и ширину 28,5м,высота его пилонов составит 226 м. Погодные условия в зоне возведения мостового перехода также готовят массу неприятных подарков строителям: плотные туманы, частые внезапные шкальные осадки, сопровождаемые сильным ветром до 15–20 м/с. Следует отметить, что нижняя граница облачности, как правило, располагается на высоте около 70–80м. Применение только традиционных методов геодезических измерений с использованием электроннооптических приборов в сложившихся условиях не обеспечивает высокую скорость, достоверность и синхронность измерений, так чтобы контролировать процесс возведения опор моста с заданной проектом точностью. Кроме того, на пространственное положение возводимых пилонов существенное влияние оказывает резкий нагрев их поверхностей под воздействием солнечного излучения. Под влиянием солнечной радиации опоры совершают движение по эллипсообразной кривой, его сопровождают порывы ветра и работа грузоподъемных механизмов. Низкая граница облачности, частые туманы, а значит потеря оптической видимости, значительная рефракция в солнечную погоду и возможность ошибки при ручной обработке данных затрудняют применение оптико-электроных геодезических инструментов (электронных тахеометров) для определения текущих наклонов. Для устранения влияния выше приведенных факторов специалистами ЗАО "Институт Гипростроймост - Санкт-Петербург", ООО "Инжиниринговый центр ГФК", ООО "Мостовое бюро" была разработана и применена автоматизированная система комплексного контроля наклона пилонов. Она предназначена для определения и учета наклонов возводимых пилонов №8, 9 по двум осям (X, Y) в автоматическом режиме и расчета поправок координат проекта для выноса на натуру. В последние микропроцессорной десятилетия техники именно появилась в связи возможность с развитием использовать достижения в этой области для создания технических систем непрерывного мониторинга (контроля) за сложными, уникальными инженерными сооружениями, в том числе внеклассными мостами, на различных стадиях их строительства и эксплуатации. Целевая функция мониторинга - круглосуточно, в непрерывном режиме регистрировать изменения основных параметров состояния несущих конструкций сооружения как реакции на изменение во времени ветрового воздействия, температуры, обращающейся по мосту временной нагрузки (при ее наличии) и производить их сравнение с установленными граничными значениями. Согласно нормам действующего законодательства, автодорожный вантовый мост через бухту Золотой Рог относится к категории внеклассных мостовых переходов. Для данной категории мостовых сооружений в статьях Федерального закона от 30.12.2009 № 384-ФЗ "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений" определены общие требования к качественному и количественному составу технических средств непрерывного мониторинга. Категория объекта устанавливается согласно статье 48 Градостроительного кодекса Российской Федерации и перечню "Особо опасные, технически сложные и уникальные объекты" (введен Федеральным законом от 18.12.2006 № 232-ФЗ). Следует отметить, что система мониторинга состояния несущих конструкций сооружений (СМИК) в составе структурированной системы мониторинга и управления сооружением (СМИС) входит в объектовое звено единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций (РСЧС), дежурнодиспетчерской службы ДДС и единой дежурно-диспетчерской службы ЕДДС. Информация системы СМИК о технических параметрах состояния мостового перехода доступна пользователям на всех стадиях жизненного цикла сооружения. При этом в рамках решения поставленных задач комплекса контроля наклона пилонов идеология СМИК моста через бухту Золотой Рог предусматривала создание двух проектов - на период строительства и для постоянной эксплуатации. Разработанная система включает в себя измерительный комплекс контроля наклона пилонов, средства анализа и учета влияния внешних климатических воздействий. Таким образом, реализуется первая часть идеологии построения системы непрерывного мониторинга - обеспечение этапа строительства мостового перехода. Система мониторинга состояния конструкций мостового перехода представляет собой симбиоз программноаппаратных средств, таким образом обеспечивается взаимосвязь инструментальных и интеллектуальных подсистем со следующими функциями: визуализация данных о состоянии конструкции с возможностью интеграции в географические информационные системы (ГИС,GIS), с различными формами отчетов о вешних воздействующих силах (условиях); проведение измерений в режиме реального времени; обеспечение сбора, передачи и маршрутизации данных в непрерывных и дискретных режимах; анализ данных с использованием накопленных баз данных; интеллектуальная система принятия решения (СППР), которая предлагает выполнение ряда действий (операций), основанных на сценариях возможного развития событий. Все подсистемы хранения, передачи и отображения данных СМИК позволяют предоставить доступ к ним значительному числу пользователей. Вывод данных для пользователя предусмотрен в соответствии с требованиями национального стандарта РФ ГОСТ Р 22.1.12-2005 и методикой мониторинга состояния несущих конструкций зданий и сооружений. Согласно требованиям методики, критерии оценки изменения состояния мостового перехода в реализованной системе имеют следующие уровни: состояние нарушения нормальной эксплуатации соответствует второму предельному состоянию, для которого значения определенных при мониторинге интегральных характеристик несущих конструкций находятся в границах, определенных в паспорте мониторинга для нагрузок и/или воздействий в диапазоне от нормативных до расчетных; предаварийное изменение состояния соответствует первому предельному состоянию, когда значения определенных при мониторинге интегральных характеристик несущих конструкций находятся в границах, определенных в паспорте мониторинга для нагрузок и/или воздействий, равных или превышающих расчетные. Основные положения системы В основе проектирования комплекса контроля наклона опор (ККНО) лежит разработанная в ЗАО "Институт Гипростроймост - Санкт-Петербург" программа методики мониторинга (ПММ). В ней приведен перечень измеряемых величин, периодичность измерений, методы математической обработки данных, место проведения измерений. Основные положения системы В основе проектирования комплекса контроля наклона опор (ККНО) лежит разработанная в ЗАО "Институт Гипростроймост - Санкт-Петербург" программа методики мониторинга (ПММ). В ней приведен перечень измеряемых величин, периодичность измерений, методы математической обработки данных, место проведения измерений. Для автодорожного вантового моста через бухту Золотой Рог контролю подлежат четыре вида параметров: контроль механических напряжений с помощью измерений деформаций конструкций, в общем случае связанных нелинейными зависимостями с механическими напряжениями в элементах; контроль перемещений путем наблюдения за деформациями конструкций (углами наклона стоек пилонов, углами поворота в сечениях, перемещением вершин стоек пилонов и середины пролетного строения); контроль влияния внешней среды (климатическое воздействие); измерение осуществляется в нескольких наиболее характерных точках и сечениях; регистрируемые параметры: температура, скорость и направление ветра, влажность и т.д.; контроль вибраций, который позволяет определить собственные формы колебаний конструкции мостового перехода в целом и ее элементов. При данных видах наблюдений в каждый момент времени устанавливается фактическое состояние конструкций по отношению к проекту и компьютерной расчетной модели. Состав аппаратных средств ККНО: высокоточные инклинометры — двухплоскостные геотехнические датчики наклона Leica Nivel 220; высокоточные термодатчики STS для контроля температуры приповерхностного слоя бетона; метеостанции на базе датчика Vaisala WXT-520; каналы связи, беспроводные и проводные; серверы сбора геотехнических и метеорологических данных; программное обеспечение сбора и анализа измеряемых данных, установленное на серверах; программное обеспечения для создания web-страниц геотехнических измерений и метеоданных; оборудование аппаратуры энергоснабжения. Описание работы ККНО: высокоточные инклинометры Leica Nivel 220 установлены, согласно программе расчета конструкций мостового сооружения, на высотных отметках +60, +130, +175 м на стороне пилона, параллельной пролетному строению, так чтобы ось Y располагалась вдоль ось моста. Плановая проектная высота опор моста составит около 226 м. Система ККНО отслеживает процесс постепенной надстройки высоты пилона с установкой сердечника и процесс укладки бетонной смеси с наращиванием длинны пролетного строения и постепенной установкой вантовых тросов. Инклинометр, расположенный на отметке +60 м, был установлен за опорой, так как через нее проходит пролетное строение, каркас которого расположен ниже этой высоты и имеет максимальную жесткость при деформировании и кручении. Поскольку места крепления вант расположены выше отметки +130 м, для возможной установки дополнительных инклинометров по мере увеличения высоты пилонов были выбраны высоты +130 и +175 м. Все эти инклинометры объединены в локальную сеть и подключены посредством каналов связи к серверу сбора геотехнических (геодезических) данных. Опрос инклинометров осуществляется с различной скважностью и настраивается в зависимости от требуемых задач. Максимальная частота опроса - 1 раз за 10 с. Кроме того, на каждой из вышеназванных отметок и на отметке +3 м с наружной стороны в тело пилона установлены термодатчики STS, которые объединены общей локальной сетью, также подключенной к серверу сбора геотехнических данных. При этом, здесь существует возможность сбора (считывания) информации с различным периодом опроса и по заранее составленному сценарию. Для определения величины возмущающих метеорологических факторов на пролетном строении установлен метеодатчик (метеосенсор), информация с которого поступает на сервер обработки метеоданных (метеосервер). На метеосервере выделяются значения, которые пересылаются в базу данных системы, также формируются http-страницы, размещаемые на веб-ресурсах. Сервер размещен в офисе филиала ООО "Мостовое бюро" во Владивостоке, который расположен в 400 м от опоры № 8 и в 1100 м от опоры № 9 на другом берегу бухты Золотой Рог. ККНО использует различные каналы связи, которые обеспечивают надежную передачу данных. Для непрерывного функционирования ККНО в системе энергоснабжения установлены бесперебойные источники питания. Вся аппаратура собрана в шкафах антивандального исполнения. Для эксплуатации в зимних условиях шкафы снабжены системой термостабилизированного электроподогрева. Ядром ККНО является программа GeoMoS, состоящая из нескольких модулей. Модуль GeoMoS Monitorосуществляет опрос аппаратуры датчиков по определенной временной программе и сохраняет информацию в базе данных SQL на сервере сбора геотехнических данных. Модуль отслеживает все возникающие события в ККНО: увеличение любого смещения или координаты до разрыва канала связи, пропадание питания и работу от резервного бесперебойного источника (UPS). При возникновении и регистрации какого-либо события происходит уведомление персонала и ответственных лиц при помощи факсимильных сообщений, SMS-рассылки, электронных писем или включением исполнительных устройств (светофора, звуковой сирены, шлагбаума). Модуль позволяет производить резервное копирование данных. С помощью дополнительно приобретенной программы эти данные можно периодически посылать на адрес указанного резервного или обменного информационного пространства. Модуль GeoMoS Analyzer предназначен для анализа, постобработки и графического представления результатов мониторинга. Модуль Leica GeoMoS Web представляет собой простое и удобное приложение, которое обеспечивает доступ к данным мониторинга через стандартные веб-браузеры. Правила доступа устанавливаются индивидуально. Любой авторизованный пользователь получает возможность просматривать данные мониторинга со своего компьютера, коммуникатора или мобильного телефона, включая изображения с веб-камеры. Помимо программного обеспечения компании Leica разработчики системы подготовили собственное программное обеспечение, позволяющее производить анализ и сопоставление накопленных данных. Работа системы мониторинга ККНО во время строительства зарекомендовала себя в целом с положительной стороны, завершение этапа наблюдений совпадает с окончанием работ по асфальтированию пролетного строения, приведением пролетного строения в проектное положение. На сегодняшний день ведутся работы по монтажу и поэтапному вводу систем мониторинга на срок эксплуатации мостового перехода, которые заменят системы мониторинга, служившие в период строительства. Поэтапно инсталлируемая на мостовом переходе информационноизмерительная функциональным система задачам, непрерывного возложенным мониторинга на нее в соответствует соответствии с действующими нормативными документами и проектными решениями. Разработчиками системы мониторинга на всех этапах достигнут баланс между максимально возможной информативностью и минимальным количеством контрольных точек. Определенные и установленные граничные значения для каждого типа датчиков позволяют обеспечить безопасную эксплуатацию сооружения (мостового перехода). Подготовленные специалистами ЗАО "Институт Гипростроймост Санкт-Петербург" и утвержденные заказчиком (ЗАО "ТМК") нормативные эксплуатационные документы в полной мере отражают вопросы содержания информационно-измерительной системы мониторинга, регламентируют действия диспетчерского персонала, позволяя оперативно реагировать на возникающие внештатные ситуации.