Правила выбора и размещения оборудования
при проектировании СМИК
Для правильного выбора состава системы мониторинга инженерных конструкций (СМИК) необходимо выполнить ряд действий, которые помогут определить необходимые цифровые датчики, их количество и места размещения:
- Определиться с контролируемыми параметрами, после чего выделить подсистемы СМИК, обеспечивающие контроль по заданным требованиям.
- Воспользовавшись проектной документацией на оснащаемый объект, определить его этажность и площадь основания здания.
- Определить необходимое количество цифровых датчиков включаемых в СМИК, опираясь на рекомендации приведенные в разделе «Состав и контролируемые параметры СМИК».
- На планах по каждому из оснащаемых уровней (этажей) объекта (здания) обозначить места расположения цифровых датчиков.
При выборе мест установки в первую очередь следует учитывать возможность прокладки соединительного кабеля к цифровому датчику.
При малой этажности до 7 этажей цифровые датчики как правило располагаются внизу (на уровне/этаже максимально близкому к фундаменту) и вверху здания (на уровне/этаже ближайшему к кровле). При больших этажностях следует предусматривать дополнительно промежуточные уровни (этажи) для размещения датчиков руководствуясь рекомендациями приведенными в разделе «Состав и контролируемые параметры СМИК».
Датчики, используемые в системах СМИК (в частности для измерения вибрации), должны быть способны извлекать слабо возбужденные моды колебаний из зашумленных данных, связанных с реакцией исследуемой конструкции на окружающие источники вибрации. Уровень указанных воздействий обычно очень мал. Диапазоны динамических характеристик некоторых источников вибрации, приведенных в стандарте ISO 4866:2010 «Вибрация и удар механические. Вибрация зданий. Руководящие положения по измерению вибраций и оценке их воздействия на здания», представлены в таблице ниже.
| Явление, вызывающее вибрацию | Частотный диапазон, Гц | Амплитудный диапазон, мкм | Диапазон виброскорости, мм/с | Диапазон виброускорения, м/с2 |
Временная характеристика* |
| Транспорт дорожный, рельсовый, наземный |
1 — 80 | 1 — 200 | 0,2 — 50 | 0,02 — 1 | C/T |
| Вибрация от взрыва наземная |
1 — 300 | 100 — 2500 | 0,2 — 50 | 0,02 — 50 | T |
| Забивание свай наземное |
1 — 100 | 10 — 50 | 0,2 — 50 | 0,02 — 2 | T |
| Машинное оборудование, используемое вне помещений наземное |
1 — 300 | 10 — 1000 | 0,2 — 50 | 0,02 — 1 | C/T |
*C — постоянное воздействие
T — переходное воздействие
Согласно стандарту ISO 4866:2010:
- указанные диапазоны представляют собой максимальные значения, при этом возникновение таких значений является возможным;
- указанный частотный диапазон относится к динамическому отклику структур и структурных элементов для конкретного типа воздействия (данные приведены в информационных целях);
- значения вибрации в пределах указанных диапазонов могут требовать к себе внимания. Стандартов, учитывающих все типы структур, а также длительность и условия воздействий, не существует. При этом во многих национальных стандартах порог визуального (или выявляемого иным способом) воздействия ассоциируется с пиковым ускорением частиц в основании структуры, превышающим несколько миллиметров в секунду. Существенная вероятность возникновения неких повреждений связана с пиковыми скоростями частиц в несколько сотен миллиметров в секунду. Уровни вибрации, не превышающие порог человеческого восприятия, могут требовать внимания в случае некоторых высокоточных и производственных процессов.
Основываясь на данных, приведенных в стандарте, измерительные устройства подсистемы СМИК должны обеспечивать регистрацию вибрационных воздействий как низкого, так и высокого уровня, а также иметь довольно низкую спектральную плотность шума.
Акселерометры ZET 7152-N и велосиметры ZET 7156 обладают всеми вышеуказанными характеристиками. Рекомендации по расположению датчиков на исследуемых конструкциях следующие:
- велосиметры ZET 7156 рекомендуется располагать на бетонных основаниях максимально близко к несущим опорам/стенам объекта (здания);
- акселерометры ZET 7152-N рекомендуется располагать на верхних уровнях конструкций.
Для наиболее выгодного расположения акселерометров при контроле собственных частот на этапе проектно-изыскательских работ следует воспользоваться «Мобильной системой для мониторинга собственной частоты и логарифмического декремента затуханий».
Инклинометры ZET 7154 располагают на элементах (перекрытия, несущие стены, несущие элементы кровли, консольные элементы и т.п.) изменение наклона которых следует контролировать.
Тензодатчики ZET 7110-DS устанавливают на элементы (перекрытия, несущие стены, несущие элементы кровли, консольные элементы и т.п.) для контроля их деформации.
Вихретоковые датчики ZET 7140-S и цифровые модули ZET 7180-I в комплекте с лазерными датчиками RF603 предназначенные для контроля относительного смещения элементов конструкции друг относительно друга устанавливают в наиболее вероятных местах появления такого смещения.
После размещения на планах здания цифровых датчиков определяют места расположения шкафов УСИ и необходимое количество преобразователей интерфейса для каждого из шкафов.
Выбирая места расположения шкафов УСИ следует стараться минимизировать длины измерительных линий. При выборе количества необходимых преобразователей интерфейса следует руководствоваться ограничениями на длины кабельных линий приведенными в разделе «Проектирование измерительных линий», а также таблицей загрузки канала передачи данных.
После определения места расположения шкафов УСИ на планах объекта (здания) прорисовывают трассы прокладки соединительных кабелей образующих измерительные линии.
Модули входящие в шкафы УСИ (преобразователи интерфейса, источники питания и т.п.) устанавливают в шкафах путем крепления на DIN-рейки.
Каждый преобразователь интерфейса должен быть связан по локальной сети с промышленным компьютером УСИ либо (при отсутствии компьютеров в составе УСИ) непосредственно с сервером СМИК, для этого в шкафах УСИ устанавливают коммутаторы Ethernet (с необходимым количеством поротов).
При длинах кабельных линий образующих каналы передачи данных Ethernet (от шкафов УСИ к серверу) не превышающих 100 метров допускается использовать в качестве кабелей медную витую пару 5 категории. При больших длинах кабельных линий следует использовать волоконно-оптические кабели с оптическими медиаконверторами устанавливаемыми на их концах.