Беспроводная система мониторинга для строительных объектов "беркут-пбс1"

Авторы патента:

Система удаленного мониторинга температурного состояния элементов строительных объектов характеризуется тем, что она включает терминальные модули, измеряющие температуру в контрольных точках строительного объекта и температуру окружающего воздуха, и подключенные посредством беспроводных каналов связи к входу модуля сбора информации, выполненного с возможностью формирования и анализа массива данных от всех подключенных терминальных модулей и последующей передачи данных по беспроводному каналу связи на удаленный web-сервер с возможностью дистанционного доступа к информации, хранимой на удаленном web-сервере с помощью персонального компьютера, или иного устройства для отображения web-сайтов, подключенного к сети Интернет.

Полезная модель относится к области строительства, в частности к дистанционным измерительным системам, предназначенным для контроля и мониторинга температурного состояния бетона при изготовлении монолитных ЖБ конструкций, а также может использоваться для контроля и мониторинга 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°С. 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 В28В 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».

Задачей предлагаемой полезной модели является создание надежной системы 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 бетонирования в режиме реального времени и возможности анализа и выявления причин нарушения технологических норм.

Сущность предложенного технического решения состоит в следующем.

Система удаленного мониторинга температурного состояния элементов строительных объектов характеризуется тем, что она включает терминальные модули, измеряющие температуру в контрольных точках строительного объекта и температуру окружающего воздуха, и подключенные посредством беспроводных каналов связи к входу модуля сбора информации, выполненного с возможностью формирования и анализа массива данных от всех подключенных терминальных модулей и последующей передачи данных по беспроводному каналу связи на удаленный web-сервер с возможностью дистанционного доступа к информации, хранимой на удаленном web-сервере, с помощью персонального компьютера, или иного устройства для отображения web-сайтов, подключенного к сети Интернет.

Каждый терминальный модуль включает элемент автономного электропитания, по меньшей мере, два термоэлектрических преобразователя, формирующих электрические аналоговые сигналы на основании температуры окружающей их 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 формирования из полученной от АЦП информации данных для передачи через радиомодуль (РМ) и согласующую цепь в модуль сбора информации.

Модуль сбора информации включает сетевой блок электропитания, радиочастотную антенну, обеспечивающую излучение и прием электромагнитных волн в диапазоне частот, предназначенном для работы радиоэлектронных устройств, не подлежащих регистрации, согласующую цепь, обеспечивающую передачу радиочастотного сигнала от антенны к радиомодулю и обратно, микроконтроллер, программное обеспечение которого выполнено с возможностью сбора и анализа данных, полученных от всех терминальных модулей, и передачи данных по беспроводной линии связи на удаленный web-сервер через GSM-модуль и антенну GSM.

Удаленный web-сервер выполнен с возможностью автоматического анализа данных, получаемых от модулей сбора информации, преобразования данных в удобный для хранения вид и записи в базу данных с целью возможного предоставления данных для пользователя системы через ее web-сайт.

На схеме представлена предложенная беспроводная система мониторинга для строительных объектов.

Беспроводная система мониторинга строительных объектов «БЕРКУТ-ПБС1» выпускается в виде наборов. Каждый набор включает в себя один модуль сбора информации и от шести до 10 терминальных модулей.

На представленной схеме изображены: АНТ - антенна, СЦ - согласующая цепь, РМ - радиомодуль, МКУ - микроконтроллер, АЦП - аналого-цифровой преобразователь, ЭП - элемент питания, ТЭП - термоэлектрический преобразователь (датчик), МОД - модуль GSM, БП - блок питания, БД - база данных, П - пользователь.

Терминальный модуль включает в себя термоэлектрический преобразователь, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, радиомодуль, согласующую цепь, 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 аналогоцифровое преобразование, инициирует обмен данными по радиоканалу, производит действия по снижению потребления электроэнергии терминальным устройством в целом) и формирования из полученной от АЦП информации данных для передачи через радиомодуль (РМ) и согласующую цепь в модуль сбора информации.

Радиомодуль - это приемо-передатчик, которые передает пачку данных от микроконтроллера на модуль сбора информации по радиоканалу на частотах и мощностях сигнала, не требующих регистрации приемопередающих устройств.

Согласующая цепь обеспечивает передачу радиочастотного сигнала от радиомодуля к антенне и обратно с минимальными потерями и искажениями.

Антенна обеспечивает излучение и прием электромагнитных волн путем преобразования электрического тока в излучение при передаче и излучения в электрический ток при приеме.

Модуль сбора информации включает в себя антенну радиочастотную, согласующую цепь, радиомодуль, микроконтроллер, GSM-модуль, антенну GSM, блок питания.

Антенна радиочастотная обеспечивает излучение и прием электромагнитных волн в диапазоне частот, предназначенном для работы радиоэлектронных устройств, не подлежащих регистрации.

Микроконтроллер собирает данные, полученные от всех терминальных модулей, входящих в данный комплект, анализирует их, формирует данные для передачи на 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.

Интернет обеспечивает обмен данными между модулем сбора информации и сервером.

Сервер получает от модуля сбора информации данные о температуре бетона, в который установлены терминальные модули, температуре окружающего терминальные модули воздуха, напряжении элементов питания терминальных модулей, качестве радиосвязи между терминальным модулем и модулем сбора информации, качестве радиосвязи между модулем сбора информации и базовой станцией оператора связи стандарта GSM. 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 модулей сбора информации.

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 устройств, схеме установки модулей сбора информации на объекте, качестве радиосвязи между терминальным модулем и модулем сбора информации, качестве радиосвязи между модулем сбора информации и базовой станцией оператора связи стандарта GSM.

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, выдает информационное сообщение о пропадании связи между модулем сбора информации и любым из терминальных модулей, участвующих в работе системы.

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, подключенным к конкретному модулю сбора информации, 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 модулей сбора информации и от пользователей системы БЕРКУТ.

Беспроводная система мониторинга «БЕРКУТ-ПБС1» может применяться на строительных объектах для беспроводного мониторинга температуры бетона при изготовлении монолитных ЖБ конструкций, управления поддержания температуры бетона, мониторинга состояния технических жидкостей, применяемых в технологических процессах в строительстве и для управления поддержанием заданной температуры этих жидкостей.

При проведении строительных работ на объекте в технологические лунки устанавливаются терминальные модули (беспроводные датчики). Эти модули измеряют температуру бетона в ЖБ конструкции и температуру окружающей среды и по беспроводному каналу через модуль сбора информации передают данные на Internet-сервер. Полученная сервером информация архивируется в базе данных и предоставляется пользователям в удобной форме для просмотра и анализа. Доступ к данным для пользователей осуществляется 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.

Применение на объекте системы «БЕРКУТ-ПБС1» 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.

1. Система удаленного мониторинга температурного состояния элементов строительных объектов, характеризующаяся тем, что она включает терминальные модули, измеряющие температуру в контрольных точках строительного объекта и температуру окружающего воздуха, и подключенные посредством беспроводных каналов связи к входу модуля сбора информации, выполненного с возможностью формирования, и анализа массива данных от всех подключенных терминальных модулей, и последующей передачи данных по беспроводному каналу связи на удаленный web-сервер с возможностью дистанционного доступа к информации, хранимой на удаленном web-сервере с помощью персонального компьютера или иного устройства, предназначенного для отображения web-сайтов, подключенного к сети Интернет.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что каждый терминальный модуль включает элемент автономного электропитания, по меньшей мере, два термоэлектрических преобразователя (ТЭП), формирующих электрические аналоговые сигналы на основании температуры окружающей их среды, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), подключенный к термоэлектрическим преобразователям, и формирующий цифровой сигнал из полученного аналогового сигнала, и передающий его в микроконтроллер, программное обеспечение которого выполнено с возможностью управления работой АЦП и формирования данных из полученной от АЦП информации для передачи через радиомодуль (РМ) и согласующую цепь в модуль сбора информации.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что модуль сбора информации включает сетевой блок электропитания, радиочастотную антенну, обеспечивающую излучение и прием электромагнитных волн в диапазоне частот, предназначенном для работы радиоэлектронных устройств, не подлежащих регистрации, согласующую цепь, обеспечивающую передачу радиочастотного сигнала от антенны к радиомодулю и обратно, микроконтроллер, программное обеспечение которого выполнено с возможностью сбора и анализа данных, полученных от всех терминальных модулей, и передачи данных по беспроводной линии связи на удаленный web-сервер через GSM-модуль и антенну GSM.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что удаленный web-сервер выполнен с возможностью автоматического анализа данных, получаемых от модулей сбора информации, преобразования данных в удобный для хранения вид и записи в базу данных с целью возможного предоставления данных для пользователя системы через ее web-сайт.