МЕТОДЫ И СИСТЕМЫ ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ УСТАНОВКИ В ПРОЕКТНОЕ ПОЛОЖЕНИЕ КРУПНОГАБАРИТНОГО МНОГОТОННАЖНОГО ОБОРУДОВАНИЯ С НЕПРЕРЫВНЫМ КОНТРОЛЕМ

Структурная схема многомерной системы контроля пространственного положения объектов

Общая структурная схема многомерной системы контроля пространственного положения объектов

Индустриализация строительного производства, связанного в первую очередь с созданием крупногабаритных многотоннажных объектов с необходимой проектной точностью, по причине их уникальности в силу значительных пространственных габаритов (сотни метров) сочленяемых конструктивных элементов, огромной массы (сотни и более тонн) отдельных секций этих объектов, обеспечения безопасности проводимых работ, сокращения времени на монтаж объектов, поставила перед прикладной геодезией весьма сложные и принципиально новые проблемы.

К объектам подобного рода можно отнести многопролетные мосты, высотные телевизионные башни, промышленные и гражданские объекты (небоскребы высотами до нескольких сотен метров), пусковые установки ракетно-космических систем с установленными на них кораблями-носителями, АЭС и другие.

Исследования, выполненные в МИИГАиК и в ряде других научно-производственных организациях, привели к определенным путям решения названной проблемы, а именно разработки и создания человекомашинных систем контроля и управления установкой оборудования.

Актуальность проблемы создания человекомашинных систем контроля и управления установкой крупногабаритных многотоннажных изделий возрастает с каждым годом, т. к. полностью автоматизировать процесс управления установкой изделий, а следовательно, исключить человека из этих процессов, невозможно. Такие попытки приводят к резкому усложнению схемы построения системы, увеличению затрат, снижению надежности и безопасности работ. В то же время наличие человека-оператора в контуре управления позволяет значительно упростить общую схему обработки и преобразование измерительной информации. Человек-оператор задает системе программу работы, выбирает критерии правильности решения, анализирует выходные данные и принимает решение об управляющем воздействии, руководствуясь огромным количеством факторов, многие из которых практически невозможно реализовать программно. Следует также принимать во внимание широкие возможности принятия человеком-оператором неординарных решений в нештатных ситуациях, его уникальную возможность внесения коррекции в случае сбоев аппаратуры.

Таким образом, важное значение имеет создание основ теории и разработка многомерных человекомашинных систем контроля пространственного положения устанавливаемых изделий на базовые точки создаваемого сооружения.

При этом многомерной системой будем называть систему, позволяющую получать, обрабатывать и воспроизводить в виде, удобном для решения задач управления, измерительную информацию о всех необходимых параметрах пространственного положение контролируемого изделия относительно создаваемого сооружения. Конечным результатом функционирования системы контроля является выдача измерительной информации, адекватно отображающей пространственное положения контролируемого объекта в реальном масштабе времени и являющейся достаточной для однозначной работы системы управления и исполнительных органов.

От вида представления информации, ее объема, способов обработки зависит оптимальность включения системы контроля в контур управления, согласованность ее параметров с характеристиками системы управления и человеком-оператором. Эти факторы определяют продолжительность процесса установки, его протекание и безопасность работ.

Изложенное выше однозначно показывает, что многомерным системам контроля принадлежит центральное место в комплексе систем, обеспечивающих монтаж создаваемого сооружения с необходимой точностью. Уровень разработки и изготовления системы контроля во многом определяют качество и оперативность монтажных работ.

Общую структурную схему многомерной системы контроля пространственного положения объектов можно представить, сформулировав общий алгоритм решения.

Задача контроля пространственного положения устанавливаемого объекта в наиболее общем случае сводится к определению взаимного пространственного положения опорной плоскости (ОП) стыковочного блока изделия, а также основной плоскости симметрии (ОПС) устанавливаемого изделия и проектной плоскости (ПП) на монтируемом сооружении (рис. 18.1). Это эквивалентно определению положения связанной системы координат (СК) в общей СК, т. е. непрерывного определения радиус-вектора линейных смещений 7? = {Ах, Ау, Ах} и углов поворота ф, ф, у вокруг соответствующих осей, составляющих матрицу вращения Г. Контроль пространственного положения объекта в этом случае сводится к контролю выполнения условия

а следовательно, к непрерывному измерению входящих в него параметров с помощью измерительных средств, обеспечивающих прием измерительной информации и преобразование ее к виду, удобному для восприятия человеком- оператором, принимающим решение и осуществляющим управляющее воздействие.

Таким образом, достаточно общая структурная схема многомерной системы контроля пространственного положения устанавливаемых объектов выглядит следующим образом (рис. 18.2).

Рис. 18.1. Общая схема решения задачи контроля пространственного положения объекта

На контролируемом объекте могут быть размещены датчики угловых и линейных перемещений, которые посредством взаимодействия с блоком формирования координатной системы, размещаемом на неподвижном (базовом) объекте (сооружении), выдают в виде электрических сигналов информацию об угловых и линейных смещениях контролируемого объекта. Блок формирования координатной системы задает положение базовой системы координат, связанной с неподвижным сооружением, путем моделирования его осей, реперных точек, марок и т. п.

Далее будут рассмотрены способы, которые могут применяться для этих целей. Датчики угловых и линейных перемещений представляют собой совокупность преобразователей, позволяющих фиксировать смещение контролируемого объекта относительно блоков формирования координатной системы. Блок формирования координатной системы и совокупность датчиков линейных и угловых смещений являются важнейшими звеньями системы. Затем информация в виде электрических сигналов, характеризующих параметры пространственного положения объекта, поступает в электронно-преобразующее устройство, в котором происходит усиление, формирование сигнала, его обработка и преобразование к виду, удобному для передачи на прибор визуального контроля и в дублирующий автоматический канал (если он предусмотрен). Прибор визуального контроля служит для отображения аналоговой или цифровой визуальной информационной модели, адекватно характеризующей пространственное положение контролируемого объекта. Руководствуясь информацией с прибора визуального контроля, человек-оператор через пульт управления, блок включения приводов и систему исполнительных органов воздействует на контролируемый объект с целью коррекции его пространственного положения, в соответствии с известными критериями.

В системе контроля, с целью повышения надежности и безопасности работ, может быть предусмотрен параллельный автоматический канал. Он включает в

Рис. 18.2. Общая структурная схема многомерной системы контроля

себя блок кодирования (аналогово-цифровой преобразователь), преобразующий аналоговый сигнал в последовательность импульсов. Вычислительное цифровое устройство, например микропроцессорное, производит обработку сигнала с целью вычисления текущих координат положения контролируемого объекта и величины необходимого управляющего воздействия для его коррекции. Микропроцессорное устройство может выполнять дополнительные сервисные операции и выдавать дополнительную информацию на прибор визуального контроля.

С микропроцессорного устройства через коммутационно-логическое устройство сигнал управляющего воздействия поступает на блок включения приводов, и через систему исполнительных органов происходит коррекция пространственного положения объекта по соответствующей координате.

Следует отметить, что в структурной схеме многомерной системы контроля могут отсутствовать отдельные звенья или их группы. Например, при исключении из схемы блока кодирования, микропроцессорного устройства и коммутационнологического устройства система становится полуавтоматической, при исключении человека-оператора — частично автоматической и т. д.

Представленная общая структурная схема многомерной системы контроля позволяет сформулировать основные проблемы, требующие разрешения при разработке основ теории построения и конкретных схемных решений. В частности, особое влияние на характеристики системы оказывает структура и принципы действия блока формирования координатной системы и комплекса датчиков угловых и линейных смещений. Схемные решения указанных блоков должны быть разработаны таким образом, чтобы максимально упростить дальнейшую обработку измерительной информации, сохранив при этом ее однозначность и целостность. При разработке указанных блоков необходимо учитывать, что параметрам, характеризующим пространственное положение контролируемого объекта, присущи корреляционные связи, усложняющие информационную модель, содержащуюся в полезном сигнале.

Определяющее влияние на тактико-технические характеристики многомерной системы контроля оказывает рациональность компоновки и согласованности блоков первичного преобразования измерительной информации, устройства отображения информации (УОИ) с характеристиками человека-оператора. Форма представления информационной модели на УОИ определяет условия работы человека-оператора, быстроту его реакции, правильность принимаемых решений, возможность несанкционированных действий. Важную проблему, требующую решения при разработке многомерных систем контроля, составляет согласование характеристик человекомашинного и автоматического каналов, распределение функций между автоматикой и человеком-оператором.