Контрольно-измерительный комплекс и система телеметрии буровых установок на объекте строительства Алабяно-Балтийского тоннеля

Название компании-интегратора и web-сайт компании

ООО «НПО» Космос»
www.concern-kosmos.ru

Информация о компании

НПО «Космос» - многопрофильное научно-производственное объединение. «Космос» строит и ремонтирует автомобильные дороги, мосты, взлетно-посадочные полосы аэродромов, тоннели под действующими автомобильными и железнодорожными магистралями без остановки транспортных потоков, разрабатывает проекты реконструкции городов, прокладки новых магистралей и кольцевых дорог. В химической промышленности НПО «Космос» создает новые технологии получения кремнийорганических соединений, новейших силиконовых герметиков, присадок для ускорения «схватывания» бетона, красок и специальных составов для защиты бетона.

Объект, на котором была установлена система с использованием оборудования ICP DAS

Строящийся в Москве Алабяно-Балтийский тоннель будет соединять территории районов Сокол и Аэропорт (после полного открытия тоннеля — и с Коптево); составная часть Развязки на Соколе. Строительство Алабяно-Балтийского тоннеля ведётся у станции метро «Сокол» и осуществляется в рамках проекта «Большая Ленинградка». Длина тоннеля составит 2150 м. Он будет иметь по три полосы движения в каждом направлении. Предполагается, что тоннель будет открыт в 2011 или в 2012 году. В ходе работы строителям пришлось столкнуться с рядом трудностей: плотная городская застройка, насыщенные транспортные потоки, действующая линия метрополитена и сложные геологические условия – высокий уровень грунтовых вод.Тоннель прокладывался под Замоскворецкой линией метро, причём на время строительства движение поездов не прекращалось. Для обеспечения безопасности, между тоннелем и линией метро был сделан железобетонный щит весом в несколько тысяч тонн.Кроме того, существовала опасность подтопления тоннеля из-за того, что он проходит под подземной речкой Таракановкой, русло которой перегружено. Сейчас река заключена в новый бетонный коллектор, что облегчило ход работ. Строительные работы осуществляет НПО «Космос».

В конце 2009 года на строительстве объекта было задействовано 4700 человек, 40 буровых установок, 29 экскаваторов и более 200 единиц техники. Окончание строительства планируется на 2012 год.

Название установленной системы

Контрольно-измерительный комплекс сложных геологических процессов и системы телеметрии буровых установок на объекте строительства.

Описание предназначения, функций, особенностей и структуры системы в свободной форме

Главной задачей комплекса является удаленный контроль за состоянием нескольких сопряженных со строительством объектов: действующей линии метрополитена, близстоящих зданий, буровых установок, мониторинг геологической обстановки на территории строительства. В первую очередь, контроль необходим для предотвращения опасных ситуаций, связанных с высоким уровнем сложности строящегося объекта.

В состав комплекса входят подсистемы мониторинга уровня грунтовых вод, давления грунта, подвижки грунта, контроля деформации несущих конструкций, напряженного состояния несущих конструкций, термоконтроля и телеметрии буровых установок. Контроль за состоянием тоннеля метро и зданиями производится при помощи тахеометров и маркеров. Тахеометры, точно определяя пространственные координаты близкорасположенных к строительству зданий и стенок тоннелей, определяют их смещение. Так же в тоннеле метро установлены тензометрические датчики, измеряющие деформацию несущих конструкций. Контроль за процессом бурения производится путем сбора данных с бортовых компьютеров буровых установок, контролем давления в грунте и уровнем грунтовых вод. Также в непосредственной близости от буровых установок расположены датчики температуры. Контроль геологической обстановки производится путем контроля уровня грунтовых вод и подвижки грунта. Датчики наклона, инткленометры позволяют получать актуальную информацию о перемещениях грунта на территории стройки.

Для сбора и хранения информации, полученной от устройств нижнего уровня автоматизации, в проекте задействовано свыше 50 контроллеров и модулей ICP DAS. От них информация передается в центры управления контрольно-измерительного комплекса.

Специально для контроля уровня грунтовых вод на удаленных участках был разработан автономный измерительный комплекс на базе программируемого контроллера ICP DAS G-4500D. Данный комплекс питается от аккумуляторной батареи, производит измерения и опрос модулей, накопленные данные измерений по расписанию или запросу отправляются в центр обработки по каналу GSM/SMS/GPRS/Ethernet/RS-232/485 и сохраняются на встроенной SD-карте. В контроллер интегрированы подпрограммы визуализации на встроенном дисплее. Устройство удаленно управляется посредством SMS, GSM, GPRS, Ethernet, RS-232/485. Продолжительность непрерывной работы с питанием от аккумулятора 70 а/ч составляет до 6 месяцев. Это обеспечивает специально разработанный контроллер управления питанием, который включает оборудование по расписанию или событию, а по получению команды от оборудования отключает цепи питания. В автономном измерительном комплексе предусмотрен контроль состояния батареи с уведомлением о необходимости ее замены.

Из-за большой площади объекта распределенная система мониторинга была разделена на несколько узлов, объединенных различными каналами связи. Радиосвязь объединяет несколько удаленных узлов с остальными элементами системы. Также комплекс оснащен системой уведомления о событиях по SMS и имеет шлюз для доступа из сети Интернет. Оптоволоконные каналы связи обеспечивают взаимодействие основных управляющих центров с остальными узлами системы. Один из управляющих центров находится на станции метро «Сокол», второй расположен в географическом центре развернутого строительства, непосредственно над тоннелями.

В управляющем центре на настенных табло созданы трехмерные модели объектов телеметрии: тоннелей, близкорасположенных к строительству зданий, отмечены уровни грунтовых вод. Таким образом с помощью визуализации всех технологических процессов происходит управление системой мониторинга. Администрирование системы осуществляется посредством ПО, специально разработанного на базе языков программирования C Sharp и Delphi. Также в центре мониторинга хранится полный архив полученных от измерительных устройств данных с самого начала строительства. Систему постоянно обслуживает штат из пяти человек: специалисты по программированию и техническому обслуживанию оборудования. Созданная на объекте строительства Алабяно-Балтийского тоннеля система является неограниченно расширяемой, в настоящий момент потребность в росте возникает регулярно по ходу продвижения строительства. Потенциально система может использоваться на любых строительных объектах.

Перечень оборудования ICP DAS, использованного в составе системы

• I-7015 – Модуль 7-канального ввода датчиков терморезистивных датчиков;
• I-7016 – Модуль 2-канального аналогово ввода в диапазоне от ±15 мВ до ±2,5 В;
• I-7017 – Модуль 8-канального аналогово ввода в диапазоне от ±150 мВ до ±10 В;
• I-7520 – Конвертер RS-232 RS-485;
• I-7024 – Модуль 4-канального аналогового вывода;
• I-7060 – Модуль 4-канального дискретного ввода с изоляцией и 4-канального релейного вывода;
• I-7044 – Модуль 4-канального изолированного вывода с открытым коллектором и 4-канального изолированного дискретного ввода с 32-разрядными счетчиками;
• PDS-755 – Программируемый коммуникационный сервер с 5 COM-портами;
• G-4500 – Программируемый контроллер G-4500.

Какие особенности оборудования ICP DAS предопределили выбор в его пользу, что явилось преимуществом, были ли нарекания, как удалось их преодолеть

Особенность данного проекта – его длительная реализация. В зависимости от этапа строительства тоннеля, система постоянно изменяется, возникает потребность в новом оборудовании сбора и хранения данных. Выбор пал на устройства ICP DAS, потому что они хорошо себя зарекомендовали с самого начала работ по проекту. По мере реализации проекта и в дальнейшем планируется использовать модули и контроллеры этого производителя.

Среди преимуществ этого оборудования:

• конкурентоспособная цена;
• надежность и функциональность;
• многообразие интерфейсов;
• широкий выбор модулей под все задачи проекта;
• возможность конструктивных изменений – на базе G программируемого контроллера был разработан автономный измерительный комплекс.

Пришлось столкнуться и с проблемами, в частности, нестабильность аналогового входа некоторых модулей удалось исправить с помощью программирования. Кроме того, дискретный модуль 7026 не отрабатывал заявленную частоту. Проблема была решена путем замены модуля на модель I-7060 и I-7044.