Цель проекта
В сентябре 2023 года мною, как индивидуальным предпринимателем, была выполнена разработка сложного испытательного стенда для Вятского государственного университета (ВятГУ). Проект предусматривал создание электроники и информационной системы для проведения испытаний нового типа арматуры А550СК, применяемой в строительных и инфраструктурных объектах. Испытания заключались в оценке прочностных характеристик арматуры под воздействием механических нагрузок, имитирующих реальные условия эксплуатации, включая сейсмическую активность и экстремальные нагрузки.
Использовались два вида прессов: ручной и с гидравлическим управлением. Прессы применялись для разрушения бетонных балок, внутри которых находилась тестируемая арматура. Основная цель испытаний заключалась в том, чтобы не только измерить механические свойства арматуры, но и определить ее поведение в условиях, приближенных к реальным эксплуатационным, что особенно актуально для современных строительных проектов.
Проект был нацелен на решение нескольких ключевых задач:
- Создание системы автоматического сбора и обработки данных от тензодатчиков в режиме реального времени, что позволило избежать ошибок и повысить точность измерений.
- Разработка программного обеспечения для управления гидравлическим прессом, который не только имитировал различные виды нагрузок, но и управлялся обратной связью от датчиков давления гидростанции.
- Интеграция данных в удобную для анализа форму, используя современные базы данных и инструменты визуализации.
Описание системы и технологий
Для достижения поставленных целей была создана комплексная система, включающая в себя как аппаратные, так и программные компоненты.
- Тензодатчики: В бетонные балки были встроены высокоточные тензодатчики, способные измерять деформации и механические нагрузки в режиме реального времени. Сигналы от датчиков передавались на тензостанции MS4801 и TSG-S01, обеспечивающие высокую точность и стабильность измерений.
- Тензостанции и передача данных: Данные от тензостанций поступали на ноутбук с российской операционной системой ALT-LINUX, что обеспечивало высокую совместимость и безопасность работы. На этом компьютере были развернуты следующие компоненты:
- InfluxDB — база данных временных рядов, предназначенная для хранения данных от тензодатчиков. Использование InfluxDB позволило эффективно обрабатывать большие объемы данных и оперативно извлекать нужную информацию для анализа.
- Grafana — инструмент для визуализации данных, который позволил наглядно отображать результаты испытаний на мониторе компьютера в реальном времени. Инженеры и исследователи могли сразу видеть поведение арматуры под нагрузкой, что значительно ускорило процесс принятия решений.
- Python-скрипты — были написаны скрипты, обеспечивающие управление всеми процессами системы. В случае с гидравлическим прессом они взаимодействовали с устройством на базе ESP32 и четырёх реле по интерфейсу RS-485 (Modbus), управляя гидравлической станцией.
- Управление гидравлическим прессом: Система управления гидравлическим прессом была одной из самых сложных частей проекта. Через Python-скрипты гидравлическая станция получала данные о текущем давлении, что позволяло системе автоматически регулировать направление изгиба бетонной балки. Этот функционал стал критически важным для имитации различных условий нагрузок, включая моделирование сейсмической активности.
- Интеграция с информационной системой: Весь комплекс был спроектирован таким образом, чтобы данные об испытаниях могли быть использованы в дальнейшем для научных исследований и разработки новых строительных материалов. Система позволяла не только управлять процессом испытаний, но и создавать отчеты и статистику по результатам, что особенно важно для научной работы.
Процесс разработки
Пляскин Степан и Андрей Черепанов (руководитель проекта, учёный)
Проект был выполнен в рамках договора между мной (индивидуальным предпринимателем) и Вятским государственным университетом. Отдельно хочется отметить сжатые сроки выполнения: весь проект был реализован всего за календарный месяц — начиная от проектирования электроники и заканчивая программированием и интеграцией всех компонентов. Такие сжатые сроки потребовали высокого уровня организации работы и тесного взаимодействия с партнерами.
Особую роль в проекте сыграли партнеры из ООО ГК ПРОГРЕСС, которые взяли на себя разработку и настройку гидравлической станции и пресса. Их опыт и профессионализм позволили успешно интегрировать механическую часть с электроникой и программным обеспечением, что сделало возможным выполнение всех испытаний в установленные сроки. Коммуникация с партнерами была легкой и продуктивной, что также стало важным фактором успеха.
Результаты и достижения
В результате проделанной работы удалось провести все испытания арматуры вовремя и с высокой степенью достоверности. Это стало важным шагом для научного проекта, так как результаты испытаний легли в основу дальнейших исследований и разработок в области строительных технологий.
Проект получил положительные отклики не только от заказчика, но и был отмечен в средствах массовой информации, что подчеркнуло его значимость для научного сообщества. В частности, о проекте написали на сайте ВятГУ, а также он был освещен в телеграм-канале Министерства образования и науки, что подтверждает важность и успешность проделанной работы.
Выводы и перспективы
Данный проект стал ярким примером того, как современная электроника и программное обеспечение могут успешно применяться для решения сложных инженерных задач. Созданная система не только справилась с поставленными задачами, но и показала высокий потенциал для дальнейшего применения в других проектах, связанных с испытаниями строительных материалов. Надежность, точность и оперативность — ключевые преимущества данной разработки, которые сделали её востребованной в научной и инженерной среде.
В будущем планируется развивать проект, улучшая алгоритмы управления и расширяя функциональность информационной системы для более комплексного анализа данных и интеграции с другими системами мониторинга и управления. Мы открыты для новых вызовов и готовы применять полученный опыт в других научных и промышленных проектах!
