Программное обеспечение для установки динамического нагружения

Читайте на нашем сайте новую статью, посвященную истории разработки программного обеспечения для установок динамического нагружения «ДИНА».

Введение

Современные тенденции развития дорожной отрасли диктуют новые правила организации работ по строительству, диагностике и содержанию автомобильных дорог. Неразрушающие методы контроля применяются практически на каждом этапе строительства и эксплуатации объектов дорожной инфраструктуры. К таким методам обследования относят георадарную, тепловизионную, виброакустическую съёмку и другие виды работ, которые в процессе своего выполнения не нарушают целостность дорожной одежды. К одному из наиболее перспективных методов неразрушающего контроля относится динамический метод оценки прочности конструкций дорожных одежд. Более подробно ознакомиться с технологией и особенностями метода динамического нагружения вы можете в статье, вышедшей в 5 номере журнала "Дороги содружества". В ней описывается опыт как зарубежных, так и отечественных организаций в данной сфере, и большая часть посвящена опыту разработки новейшей установки динамического нагружения «ДИНА-4 FWD».

В рамках сегодняшней статьи мы попытаемся более подробно рассказать о практическом опыте разработки программного обеспечения (далее ПО), которое работает в составе установок динамического нагружения «ДИНА».

Опыт разработки

Самой первой установкой с программным выводом информации в цифровом виде можно считать систему «ДИНА-3», которая запущена в производство в 1998 г.

Установка Дина-3

Установка «ДИНА-3» была оборудована датчиком линейных перемещений. За электронную часть по сбору информации и выводу её на специальный экран отвечала система на базе цифровых логических элементов (ЦЛЭ) собственной разработки. Вся полученная информация выводилась на небольшой ЖК дисплей.

ЖК дисплей установки Дина-3

На блоке управления присутствовали две кнопки: «Установка 0» и «Запуск». Для работы пользователю необходимо было привести установку в рабочее состояние путем монтажа датчика линейных перемещений на балке и размещения его в специальном отверстии в штампе установки. Для получения информации о прогибе в точке выполнялась серия из 4-х ударов. Для каждого из ударов с электронного дисплея оператором установки вручную брался отсчет и переписывался в журнал измерений.

Установка ДИНА-3 в процессе выполнения измерений

Благодаря своей простоте и надежности система получила большую популярность. Установка выпускалась как средство измерения с выдачей сертификата государственного образца и являлась единственной сертифицированной установкой для оценки прочности дорожных одежд при помощи динамического метода.

Однако конструкция, несмотря на все достоинства, обладала определенным недостатком. Балка, на которой был установлен датчик линейных перемещений, не была связана со всей системой и находилась далеко за чашей прогиба. Это в теории должно было исключать влияние любых воздействий на систему. Но на практике, особенно на жестких покрытиях, система могла испытывать воздействие ударной волны, которая оказывала влияние на показания датчиков.

Схема возникновения ударной волны для датчика линейных перемещений

Новый датчик и установка ДИНА-3М

Для того, чтобы исключить влияние колебаний на датчик линейных перемещений, было принято решение использовать датчик непосредственно в штампе. Перебрав множество вариантов на роль такого датчика (рассматривались тензометрические датчики, лазерные датчики, акустические датчики и другие), выбор в результате был сделан в пользу акселерометров.

Акселеро́метр (лат. accelero — ускоряю и др.-греч. μετρέω «измеряю») — прибор, измеряющий проекцию кажущегося ускорения (разности между истинным ускорением объекта и гравитационнымускорением). Как правило, акселерометр представляет собой чувствительную массу, закреплённую в упругом подвесе. Отклонение массы от её первоначального положения при наличии кажущегося ускорения несёт информацию о величине этого ускорения.

Принципиальная схема акселлерометричкого датчика

Такой датчик впервые был использован в новой установке «ДИНА 3-Модернизированная» или кратко «ДИНА 3-М».

Акселлерометричекий датчик в чистом виде выдает сигнал, который соответствует значению ускорения. Для получения величины упругого прогиба необходимо было провести математическую операцию двойного интегрирования дискретной последовательности значений.

Схема преобразования сигнала акселерометра

Такого рода задача оказалась не под силу для системы на цифровых логических элементах (ЦЛЭ), ввиду сложности вычисления и требовательности к ресурсам. Основываясь на зарубежном опыте, а также на опыте разработки программного обеспечения для дорожных лабораторий, вся расчетная часть была перенесена на персональный компьютер.

Ноутбук Lenovo IBM ThinkPad 2007 года использовался для расчета прогибов дорожных одежд

Cпециально для установки динамического нагружения была разработана программа «Прочность», которая вошла в состав программно-измерительного комплекса «Дорога-2007».

Скриншот программы ПИК «Дорога-2007», программа «Прочность»

Благодаря программе «Прочность» удалось полностью реализовать вывод данных с измерительной установки в цифровом виде. Впоследствии была реализована возможность управления установкой непосредственно из лаборатории, которая получила своё развитие в дальнейших версиях программы.

Разработка ПИК «Дорога-2011» и модернизация существующей системы для измерения прочности

На данном этапе была проведена значительная модернизация всей системы. Появился новый блок управления, для подключения которого был необходим только один сетевой кабель, что позволило повысить стабильность соединения. Была внедрена новая система мониторинга за состоянием установки через видеокамеру, что позволило проводить измерения в непрерывном режиме без выхода из лаборатории.

Скриншот Программы Прочность в составе ПИК «Дорога-ПРО»

ДИНА-4

Самым передовым и новейшим продуктом можно считать систему «ДИНА-4 FWD», разработка которой была запущена одновременно с разработкой ПИК "ДОРОГА-ПРО" в 2015 году.

Разработка была продиктована новыми тенденциями в развитии метода динамического нагружения и зарубежным опытом в данной отрасли, а также выходом нового нормативного документа ГОСТ 32729-2014 «Метод измерения упругого прогиба нежестких дорожных одежд для определения прочности».

Согласно новому нормативу систему необходимо было модернизировать под следующие требования:

нагрузка на дорожное покрытие должна производиться с точностью не меньше 0,1 кН, и должна присутствовать регулировка на нагрузки: 30кН; 50кН; 57,5кН и 65 кН;
в системе должны присутствовать измерители прогиба с погрешностью не более 0,01 мм в количестве не менее 7 шт.;
установка должна измерять прилагаемую нагрузку;
система должна проводить измерения температуры покрытия и температуру окружающей среды.

Существующая платформа установки ДИНА-3М не позволила бы внести такие масштабные переработки, в связи с чем было принято решение разработать совершенно новую платформу, которая обеспечивала более быструю и удобную в эксплуатации всей системы.

В основу системы был положен европейский опыт таких установок как Primax компании Grontmij's (Дания), Dinatest FWD компании Dynatest (Дания) и PaveFWD компании Pavetesting (Великобритания).

Фотография ДИНА-4

Разработка программой части системы ДИНА-4

При разработке механизма управления системой были выделены основные этапы, в которые вошли: разработка программной части для управления механикой системы; программа опроса и обработки полученных сигналов с измерительных датчиков; расчет и отображение полученных результатов на экране компьютера.

Блок-схема общего алгоритма работ по программной части новой установки ДИНА-4

Для повышения продуктивности работ каждый из блоков прорабатывался и тестировался сначала по отдельности, а затем в комплексе с остальными. Это позволило снизить вероятность ошибок и сократить сроки разработки.

Для решения поставленных задач были использованы промышленные контроллеры, которые позволили реализовать все алгоритмы управления установкой непосредственно на самом блоке управления. Специально для них была написана программа, которая реализовала процесс взаимодействия различных компонентов системы между собой. Опрос датчиков и получение расчетных данных производилось на модернизированном аналогово-цифровом преобразователе (АЦП) системы ДИНА-3М. Эти подходы позволили повысить надежность системы и сделать её полностью автономной.

Наиболее интересным этапом стоит считать работу с высокоскоростным тензометрическим датчиком. Ранее такой тип приборов никогда не использовался ни в одном из наших продуктов. Данный датчик позволяет проводить оценку нагрузки создаваемой установкой на покрытие автомобильной дороги. Главным преимуществом является то, что получаемое усилие передаётся в виде реальной величины и не требует дополнительных преобразований, в отличие от акселерометра.

Пример графика с тензометрического датчика

Был разработан специальный алгоритм опроса данного датчика и механизм его калибровки. Это позволило системе в автоматическом режиме подбирать нагрузку на покрытие через серию калибровочных ударов, и более точно проводить измерение модуля упругости практически на всех типах нежестких дорожных покрытий.

Планы на будущее

В процессе разработки находится много новых интересных идей. Из самых приоритетных направлений можно выделить следующие:

Активно ведутся корреляционные испытания системы «ДИНА-4 FWD» совместно с установками для статического нагружения для выявления корреляционных зависимостей и выведения переводных коэффициентов для различных типов покрытия.
Разработка нового пользовательского интерфейса программы «Прочность».

Макет главного окна измерительной системы «ДИНА-ПРО»
Прорабатываются новые алгоритмы на методы расчета прочности.

Оставайтесь в курсе последних новостей нашей компании. Более подробно с новыми измерительными системами и оборудованием вы можете ознакомится на сайте ООО "Спецдортехнка", с практическим опытом применения программных продуктов и оборудования на сайте ООО "ДорТехПроект+", и с опытом в разработке программного обеспечения на сайте ООО "Титул-2005".