Введение к работе
Актуальность темы. Современное строительство не может оставаться в стороне от процесса внедрения информационных технологий, в который вовлечены практически все отрасли промышленности. К числу перспективных направлений их применения относится монолитное строительство, обеспечивающее высокие эксплуатационные качества, повышенную жесткость и сейсмостойкость сооружений. Наибольший интерес представляет возведение монолитных объектов методом скользящей опалубки, обеспечивающим высокие темпы строительства, хорошее качество поверхности, непрерывность технологического процесса. Анализ технологии возведения объектов скользящей опалубки и её конструктивных особенностей показывает, что на их основе можно комплексно механизировать и автоматизировать весь процесс выполнения бетонных работ. Перспективным направлением совершенствования монолитного строительства является разработка автоматизированных комплексов и робототехнических систем, позволяющие автоматизировать подъём опалубки, процессы укладки и уплотнения бетона.
Настоящая работа посвящена разработке принципов построения автоматизированного комплекса для возведения монолитных сооружений конической формы на базе технологии PROFIBUS, математическому описанию подъемных и регулирующих органов, разработке методов и средств информационного обеспечения, синтезу законов управления, планированию движений, созданию моделей и прикладных программ для управления автоматизированным комплексам.
Соответствие диссертации плану работ ЮРГТУ (НПИ) и целевым комплексным программам. Диссертационная работа выполнялась в рамках научного направления «Теория и принципы построения автоматизированных машин, робототехнических и мехатронных устройств и систем», утвержденного Ученым советом ЮРГТУ (НПИ) 25.04.1998 г., по госбюджетной теме
кафедры «Автоматизация производства,
побптотехника и мехатроника»: П53
8 тт^ акт/ „ „ .
739 «Разработка принципов построения робототехнических систем, средств автоматизации и информационного обеспечения производственных процессов технологических комплексов и мобильных машин».
Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является повышение эффективности монолитного строительства путем совершенствования технологии возведения монолитных железобетонных объектов на основе использования автоматизированных скользящих комплексов (АСК), построенных на базе технологии PROFIBUS.
В связи с этим необходимо решить следующие задачи:
-
Исследовать технологические особенности возведения монолитных объектов и сформулировать требования к построению АСК.
-
Обосновать принципы построения и разработать структурную организацию АСК на базе технологии PROFIBUS для возведения монолитных сооружений переменного радиуса.
-
Разработать математические модели АСК, учитывающие динамические свойства, влияния возмущающих воздействий и взаимовлияния механизмов.
-
Синтезировать законы управления АСК как многомерного объекта.
-
Сформулировать рекомендации по практической реализации основных механизмов АСК, информационно-измерительной и управляющей систем на базе технологии PROFIBUS.
Идея работы заключается в построении базирующегося на технологии PROFIBUS автоматизированного комплекса, обеспечивающего заданную точность подъема опалубки с учетом текущего положения, ограничений на кривизну траектории, действия ветровых и тепловых факторов.
Методы исследования. Теоретические и экспериментальные исследования, практические результаты основываются на методологии системного подхода, законах классической механики, методах математического анализа, классической и современной теории управления, теории планирования эксперимента. Полученные результаты проверялись компьютерным моделиро-
ванием и полунатурными экспериментами.
Основные научные положения, выносимые на зашиту:
двухуровневая структура системы управления АСК, алгоритмы и программы информационно-измерительной системы комплекса, базирующиеся на технологии PROFIBUS с обработкой информации датчиков на распределенных мехатронных интеллектуальных устройствах;
методика планирования движения АСК, использующая комбинированные базовые функции и требования гладкости переходной траектории, обеспечивающая плавность поверхности бетона возводимого объекта;
результаты исследования движения АСК по отработки траектории с формированием управляющих сигналов для подъемных и регулирующих механизмов комплекса, с учетов действующих на объект ветровой нагрузки и солнечного нагрева;
Научная новизна работы состоит в разработке:
информационно-измерительной системы с корректировкой перемещения платформы АСК на базе между мехатронных интеллектуальных устройств сети PROFIBUS;
алгоритмов обработки измерительной информации распределенных мехатронных устройств сети PROFIBUS, определения параметров состояния комплекса и формирования управляющих сигналов его движения;
математического описания автоматизированного комплекса как многомерного объекта, учитывающего управляющие воздействия на подъемные и регулирующие механизмы и возмущающие воздействия ветровой нагрузки и солнечного нагрева;
спороба управления АСК и корректировки его положения, основанного на планировании траектории с помощью комбинированных базовых функций с учетом требования гладкости переходной траектории;
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и результатов обусловлена корректным использованием фундаментальных законов физики, механики, классической теории управления, теории электро-
привода, корректными допущениями при составлении математических моделей и подтверждается результатами компьютерного моделирования и исследований макетов узлов и модулей разрабатываемого комплекса. Практическая ценность работы:
использование технологии промышленной автоматизации PROFIBUS для управления подъёмных и регулирующих механизмов АСК.
разработана информационно-измерительная система АСК на базе технологии PROFIBUS, обладающая гибкостью при подключении дополнительных устройств в процессе автоматизации возведения монолитных объектов;
методика инженерного расчета планирования траектории движения АСК, использующая комбинированные базовые функции и ограничения на кривизну траектории;
рекомендации по практической реализации подъемных и регулирующих механизмов АСК, его информационной и управляющей систем.
Реализация результатов работы. Разработанные модели, методики и алгоритмы приняты к внедрению в проектно-конструкторскую документацию строительной фирмы ООО СП «Топдизайн» (Новочеркасск). Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе кафедрой «Автоматизация производства, робототехника и мехатроника» ЮРГТУ (НПИ) для студентов специальности 210300 «Роботы и робототехнические системы».
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: 7-ой международной научно-технической конференции «Новые технологии управления движением технических объектов» (Новочеркасск, 2004); ежегодных научно-технических конференциях молодых ученых ЮРГТУ (2003-2005).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 1 брошюра.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из
