ТЕРМИНАЛЬНЫЙ МОДУЛЬ ДЛЯ УДАЛЕННОГО МОНИТОРИНГА ТЕМПЕРАТУРНОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СТРОИТЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ

Полезная модель относится к области строительства и может использоваться для дистанционного контроля и мониторинга температурного состояния бетона при изготовлении монолитных ЖБ конструкций, а также температурного состояния различных технических жидкостей, применяемых в промышленных технологических процессах, в том числе в строительстве, и для управления поддержанием заданной температуры этих жидкостей.
Известно устройство регулирования температуры и влажности при обработке железобетонных изделий в установках периодического действия (а.с. СССР №1529180, публикация 1987), включающее нагреватель изделия, командный блок, регулятор температуры, датчики температуры.
Известное устройство ориентировано на заводскую технологию производства изделий в стационарных климатических условиях и не в полной мере отвечает требованиям тепловой обработки изделий на открытой строительной площадке.
Известен способ изготовления монолитных железобетонных и бетонных конструкций (журнал «Механизация строительства» N 5, 1998, Комиссаров С.В. и Ройтер В.Л. «Совершенствование управления обогревом и выдерживанием монолитных конструкций при зимнем бетонировании»). Согласно этому способу в контрольных точках монолитных железобетонных конструкций размещают хромель-копелевые термопары, оснащенные гибким кабелем и быстроразъемным штекером для подключения их к контрольно-измерительному прибору для измерения температуры бетона. Температуру в контрольной точке определяют по показаниям прибора с учетом температуры наружного воздуха. В качестве контрольно-измерительных приборов используют тарированные стандартные мультиметры, обеспечивающие точность измерений с ошибкой +2°C. Данные с контрольно-измерительного прибора вводят в компьютер, снабженный экспериментально разработанной программой, при помощи которой определяют прочность бетона на момент снятия контрольных измерений температуры (оперативное прогнозирование прочности бетона).
Известен способ изготовления монолитных железобетонных и бетонных конструкций, включающий измерение температуры при нагреве, выдерживании и остывании путем размещения датчиков в бетоне с последующей обработкой полученных измерений, при этом измерение температур производят датчиками в виде промышленных микросхем и регистрирующего прибора в контрольных точках циклами, с замером в каждом цикле температуры воздуха вблизи конструкции, а обработку полученных данных осуществляют путем занесения данных измерений в электронный температурный лист с указанием времени выполнения измерений с компьютерным анализом показаний температурного листа по критериям: достигнутых прочностей бетона, температуры бетона при выдерживании, максимальных скоростей нагрева/остывания, максимального температурного перепада, после чего проводят оценку прочности бетона и принимают решение о достаточности обогрева и выдерживания бетона по уровню прочности бетона и реальному перепаду температур бетона и наружного воздуха, допускающему освобождение конструкции от опалубки (патент РФ №2161598, публикация 2001 г.).
Известные технические решения не обеспечивают возможность дистанционного контроля за соблюдением требуемых технологических норм при бетонировании.
Известно устройство автоматического управления тепловой обработки бетона, содержащее нагреватели уложенной бетонной смеси, датчики температуры смеси, регулятор температуры, который ограничивает температуру поверхностного слоя бетона путем изменения подачи теплоносителя в процессе тепловой обработки, при этом устройство снабжено датчиками температуры наружного воздуха и скорости ветра, датчиками температуры бетона в контактной зоне с нагревателями, датчиком прочности бетона и вторым регулятором температуры, причем все датчики соединены с измерителем - регистратором устройства автоматического управления посредством проводной связи (патент РФ №2462355, МПК B28B 11/24, публикация 2012 г.).
Известное техническое решение также не обеспечивает возможность дистанционного контроля за соблюдением требуемых технологических норм при бетонировании.
В строительстве, как и в других отраслях промышленности, важно снижение затрат без потери качества. Один из путей достижения этой задачи - внедрение систем, построенных с применением современных технологий, для дистанционного контроля физических параметров, влияющих на качество проводимых работ. Одна из таких систем -беспроводная система мониторинга «БЕРКУТ-ПБС1 GSM».
Задачей предлагаемой полезной модели является создание устройства для обеспечения возможности надежного дистанционного мониторинга качества бетонирования при проведении строительных работ в режиме реального времени.
Технический результат от использования предлагаемой полезной модели заключается в получении оперативной и объективной оценки о качестве электропрогрева при бетонировании в режиме реального времени и возможности анализа и выявления причин нарушения технологических норм.
Сущность предложенного технического решения состоит в следующем.
Терминальный модуль для удаленного мониторинга температурного состояния элементов строительных объектов включает элемент автономного электропитания, по меньшей мере, один термоэлектрический преобразователь (ТЭП), формирующий электрические аналоговые сигналы на основании температуры окружающей среды, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), подключенный к термоэлектрическому преобразователю и формирующий цифровой сигнал из полученного аналогового сигнала и передающий его в микроконтроллер, программное обеспечение которого выполнено с возможностью управления работой АЦП, и передачи сигнала непосредственно через включенные в состав терминального модуля GSM-модуль и антенну GSM по беспроводной линии связи на удаленный web-сервер.
На схеме представлен предложенный терминальный модуль для удаленного мониторинга температурного состояния элементов строительных объектов.
На представленной схеме изображены: АНТ - антенна, МОД - GSM-модуль, МКУ - микроконтроллер, АЦП - аналого-цифровой преобразователь, ЭП - элемент питания, ТЭП - термоэлектрический преобразователь (датчик), БД - база данных, П - пользователь.
Терминальный модуль включает в себя термоэлектрический преобразователь, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, GSM-модуль, антенну, элемент питания.
Термоэлектрический преобразователь, находящийся в среде измерения, формирует электрический аналоговый сигнал на основании температуры окружающей его среды.
Аналого-цифровой преобразователь формирует цифровой сигнал из полученного от аналого-цифрового преобразователя аналогового сигнала и передает его в микроконтроллер.
Микроконтроллер содержит программное обеспечение, которое выполнено с возможностью управления работой АЦП (выдает команду на аналого-цифровое преобразование, производит действия по снижению потребления электроэнергии терминальным устройством в целом) и формирования из полученной от АЦП информации данных для передачи сигнала непосредственно через включенные в состав каждого терминального модуля GSM-модуль и антенну GSM по беспроводной линии связи на удаленный web-сервер.
GSM-модуль служит для обмена данными с сервером, используя канал передачи данных, предусмотренный стандартом сотовой связи GSM, дополнениями к нему, для обмена данными в сети Интернет.
Антенна обеспечивает излучение и прием электромагнитных волн путем преобразования электрического тока в излучение при передаче и излучения в электрический ток при приеме.
Предложенные терминальные модули являются частью беспроводной системы мониторинга строительных объектов «БЕРКУТ-ПБС1 GSM» и выпускаются в виде наборов. Каждый набор может включать неограниченное количество терминальных модулей.
При проведении строительных работ на объекте в технологические лунки устанавливаются терминальные модули (беспроводные датчики), каждый из которых оснащен внутренним источником питания и GSM-модулем. Терминальные модули измеряют температуру бетона в ЖБ конструкции и температуру окружающей среды и с заданной периодичностью передают данные об измеренной температуре на сервер системы через сеть Интернет по каналу связи стандарта GSM.
Интернет обеспечивает обмен данными между терминальным модулем и сервером.
Полученная сервером информация архивируется в базе данных и предоставляется пользователям в удобной форме для просмотра и анализа. Через Web-интерфейс пользователь может подключить к процессу измерения температуры на конкретном объекте измерений любое количество терминальных модулей, из числа находящихся в его собственности.
Сервер получает от терминального модуля данные о температуре бетона, в который установлены терминальные модули, температуре окружающего терминальные модули воздуха, напряжении элементов питания терминальных модулей. Сервер преобразует эти данные в удобный для хранения вид и записывает в базу данных, откуда берет их для представления пользователю через web-сайт. Ведет обмен данными с пользователями системы через web-сайт системы.
Web-сайт системы БЕРКУТ служит для отображения данных, получаемых от терминальных модулей.
Web-сайт позволяет разграничивать права доступа пользователей к данным, хранящимся на сервере. Таким образом, каждый пользователь имеет доступ только к данным от комплекта БЕРКУТ, который находится в его пользовании или в пользовании организации, к которой относится данный пользователь.
На web-сайте отображается информация о текущих значениях температуры бетона, окружающего воздуха, напряжении питания элементов питания терминальных модулей.
Отображается также информация о предыдущих значениях температуры в виде графиков, отображается направление изменения значений температуры в виде стрелок (вверх - повышается, вниз - понижается, горизонтально - не изменяется).
Web-сайт выдает информационное сообщение о выходе значений измеряемых параметров за установленные пользователем пределы, выдает информационное сообщение о низком значении напряжения элементов питания в терминальных модулях.
По запросу пользователя на основании имеющихся данных web-сайт создает температурный лист прогрева бетона, куда ежечасно вносятся данные от терминальных модулей за каждый час прогрева, среднее арифметическое значение температуры бетона по всем терминальным модулям за 1 час, а так же график изменения температуры бетона.
Возможно включение в температурный лист информации о набранной прочности бетонной конструкции, полученной расчетным методом на основании данных о температуре бетона и времени прогрева.
Возможно отображение информации о набранной прочности бетона в цифровом и графическом видах.
База данных служит для сбора и хранения данных, полученных от терминальных модулей и от пользователей системы БЕРКУТ.
Терминальные модули могут применяться на строительных объектах для обеспечения беспроводного мониторинга температуры бетона при изготовлении монолитных ЖБ конструкций, для управления поддержания температуры бетона, мониторинга состояния технических жидкостей, применяемых в технологических процессах в строительстве и для управления поддержанием заданной температуры этих жидкостей.
Доступ к данным для пользователей может осуществляться с любого стационарного или мобильного устройства с выходом в Internet (компьютер, ноутбук, смартфон, планшет). При этом обеспечены современные меры защиты информации.
Пользователи имеют возможность видеть текущую температуру бетона в контрольных точках, график изменения этой температуры, текущую расчетную прочность бетона в контрольных точках. Кроме того, пользователь может распечатать отчет о замерах температуры бетона в виде температурного листа для включения его в отчетную исполнительную документацию.
Предложенные терминальные модули обладают энергетической автономностью, поскольку имеют собственный внутренний источник питания. Отсутствуют ограничения по дальности взаимного расположения элементов системы друг относительно друга. С помощью предложенной системы при измерении температуры конкретной бетонной конструкции можно применять неограниченное количество терминальных модулей. Обеспечивается возможность измерения температуры на больших объектах, площадь которых предполагает большое количество контрольных точек измерения температуры в соответствии с существующими нормативами СНиП.
Применение на объекте предложенных терминальных модулей, включенных в систему «БЕРКУТ-ПБС1 GSM» позволяет: обеспечить надежный и достоверный контроль соблюдения технологических норм при бетонировании; снизить затраты при производстве работ за счет автоматизации измерений и исключения ежечасных круглосуточных обходов рабочей площадки для ручного измерения температуры и ручного составления отчетов.