公司開發(fā)無線實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)監(jiān)測(cè)印度橋梁的健康狀況

Author(s):
S.K. Nandhini - Apna Technologies & Solutions Pvt. Ltd.
Senthil Raj - Apna Technologies & Solutions Private Limited
S.G.N. Murthy - Structural Engineering Research Centre, India
S. Sridhar - Structural Engineering Research Centre, India
Dr.K. Ravishankar - Structural Engineering Research Centre, India
K. Kesavan - Structural Engineering Research Centre, India
S. Parivallal - Structural Engineering Research Centre, India

Industry:
Construction

Products:
Real-Time Module, SCXI-1520, PXI-8422/2, PXI-8186, PXI-6225

The Challenge:
構(gòu)建一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)，遠(yuǎn)程監(jiān)控橋梁和民用建筑的健康狀況。采集來自安裝在這些建筑上的傳感器和儀器的數(shù)據(jù)，通過標(biāo)準(zhǔn)電話線、GSM或RF通信鏈路將數(shù)據(jù)傳輸至中央控制工作站，并實(shí)時(shí)顯示建筑的狀態(tài)。

The Solution:
使用應(yīng)變片、NI LabVIEW軟件、LabVIEW Real-Time模塊，和NI SCXI/PXI硬件系統(tǒng)，開發(fā)一個(gè)遠(yuǎn)程橋梁健康狀況監(jiān)控系統(tǒng)。

Gallery

從該應(yīng)用的初始化界面，用戶即可登陸、配置通道及其參數(shù)、與遠(yuǎn)程PXI系統(tǒng)建立通信連接、啟動(dòng)或停止測(cè)試、并將PXI系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)上傳至中央電腦。

 位于印度清奈 (Chennai) 的結(jié)構(gòu)工程研究中心 (SERC)，是印度科學(xué)與工業(yè)研究委員會(huì) (CSIR) 旗下的國(guó)家實(shí)驗(yàn)室之一。SERC 中的實(shí)驗(yàn)力學(xué) (EML) 部門，對(duì)民用建筑的設(shè)計(jì)和分析，扮演了相當(dāng)重要的角色。做為該部門正在研發(fā)的項(xiàng)目中的一部分，我們構(gòu)建了一個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)橋梁和民用建筑健康狀況的系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集橋梁數(shù)據(jù)，并與遠(yuǎn)程控制工作站進(jìn)行無線通信。

我們成功開發(fā)出的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，保證了低成本、高性能的廣泛發(fā)布，并結(jié)合數(shù)據(jù)分析功能，對(duì)重要建筑的自然或人為損壞進(jìn)行高效的監(jiān)控。

系統(tǒng)需求

系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)如下高級(jí)功能：

現(xiàn)場(chǎng)獨(dú)立采集數(shù)據(jù)
傳輸數(shù)據(jù)至遠(yuǎn)程中央控制工作站
提供主/從或主/主數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)選項(xiàng)
提供多傳感器輸入和多數(shù)據(jù)通信接口設(shè)備
優(yōu)化數(shù)據(jù)

除此以外，我們還需要系統(tǒng)執(zhí)行以下功能：

采集壓力和電壓數(shù)據(jù)，并通過RS232接口與中央控制工作站通信
在正常情況下，以指定的速率采集數(shù)據(jù)；在緊急情況下，以最大速率采集數(shù)據(jù)
通過RF 信號(hào)、GSM 通信和公共交換電話網(wǎng)絡(luò)(PSTN) 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸
無需親自到測(cè)量地點(diǎn)，通過更改控制工作站的通信模式構(gòu)建靈活的系統(tǒng)
當(dāng)通信鏈路斷開時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行重新連接
當(dāng)發(fā)生通道數(shù)據(jù)超過限定值的緊急情況時(shí)，給指定工作人員的移動(dòng)電話發(fā)送短信息警告
改變數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的記錄速率
識(shí)別緊急情況，并按照用戶預(yù)先設(shè)定的更高采樣率記錄來自儀器和傳感器的數(shù)據(jù)
中央遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)具有如下特性：

在線實(shí)時(shí)顯示來自現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采集數(shù)據(jù)
由中央控制工作站按照用戶定義對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能進(jìn)行遠(yuǎn)程變更
系統(tǒng)描述

我們使用LabVIEW、LabVIEW Real-Time軟件，和PXI硬件，搭建了這臺(tái)實(shí)時(shí)無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。我們使用 NI SCXI-1520 通用應(yīng)變片模塊采集應(yīng)變信號(hào)，使用NI PXI-6225 多功能數(shù)據(jù)采集模塊采集電壓信號(hào)，使用NI PXI-8422 /4串口模塊 采集其它信號(hào)。采集到的信號(hào)，通過 GSM/RF/PSTN 線路傳送至遠(yuǎn)程控制工作站，以進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

PC中央控制臺(tái)通過無線網(wǎng)絡(luò)與兩臺(tái)遠(yuǎn)程PXI系統(tǒng)通信。PXI系統(tǒng)通過程序在指定采樣率下采集來自傳感器的數(shù)據(jù)并保存。當(dāng)緊急情況發(fā)生的時(shí)候，系統(tǒng)使用LabVIEW Real-Time自動(dòng)切換至最高存儲(chǔ)速率。用戶可以指定任意的緊急情況，比如颶風(fēng)、地震或建筑物的嚴(yán)重變形等。

系統(tǒng)使用LabVIEW Real-Time產(chǎn)生和傳輸短信息警告，并通過GSM、RF、PSTN向控制計(jì)算機(jī)傳送和顯示采集數(shù)據(jù)和分析結(jié)果。對(duì)于每個(gè)PXI系統(tǒng)，我們通過PXI-8422/4 RS232串口連接GSM和PSTN調(diào)制解調(diào)器，通過 NI PXI-8186 controller 上的RJ45端口連接RF的調(diào)制解調(diào)器，將數(shù)據(jù)從現(xiàn)場(chǎng)傳至遠(yuǎn)程控制工作站?？刂普颈容^來自兩個(gè)獨(dú)立PXI系統(tǒng)的不同橋梁之間的數(shù)據(jù)，并顯示報(bào)告。

系統(tǒng)功能

本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)被放置在便攜式面板中，可安裝在被監(jiān)控建筑的附近，我們可以在控制工作站在線看到來自建筑的數(shù)據(jù)，并且PXI系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送至控制站進(jìn)行分析。系統(tǒng)可以分析、處理和發(fā)送原始數(shù)據(jù)，同時(shí)在中央控制工作站監(jiān)控兩個(gè)不同的民用建筑，它提供了三種通信模式 (GSM,PSTN和RF)，以方便用戶在需要的時(shí)候在三種模式之間進(jìn)行切換。如果某些建筑比較大，或由很多橋梁傳感器構(gòu)成，也可在同一個(gè)建筑中同時(shí)使用兩個(gè)PXI系統(tǒng)。

其中一個(gè)PXI 系統(tǒng)被配置為主系統(tǒng)，另一個(gè)被配置為從系統(tǒng)。系統(tǒng)采集來自其它指定民用建筑監(jiān)控儀器中的數(shù)據(jù)，并將它發(fā)送至控制工作站。當(dāng)電源突然斷開時(shí)，系統(tǒng)會(huì)繼續(xù)斷電前的操作。除此以外，系統(tǒng)會(huì)保存多份數(shù)據(jù)記錄，每份記錄的數(shù)據(jù)速率不同，由不同的觸發(fā)信號(hào)激發(fā)；同時(shí)系統(tǒng)也會(huì)保存所有的警告信息，并將用戶需要的警告以短信息的方式發(fā)送出去。

使用堅(jiān)固耐用的NI PXI和SCXI硬件與LabVIEW軟件，我們開發(fā)出通用的、靈活的橋梁和民用建筑健康狀況監(jiān)控系統(tǒng)。使用更高的硬件采樣率和分辨率，該監(jiān)控系統(tǒng)可以提供精確的數(shù)據(jù)做橋梁故障分析。該系統(tǒng)還具有良好的擴(kuò)展性能，以滿足當(dāng)前和未來客戶的長(zhǎng)期需求。它為印度提供了一個(gè)長(zhǎng)效、高性能、低成本、可廣泛分布的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。