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 (CSIR) 旗下的國家實驗室之一。SERC 中的實驗力學(xué) (EML) 部門，對民用建筑的設(shè)計和分析，扮演了相當重要的角色。做為該部門正在研發(fā)的項目中的一部分，我們構(gòu)建了一個實時監(jiān)測橋梁和民用建筑健康狀況的系統(tǒng)。該系統(tǒng)實時采集橋梁數(shù)據(jù)，并與遠程控制工作站進行無線通信。
我們成功開發(fā)出的遠程監(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，對重要建筑的自然或人為損壞進行高效的監(jiān)控。
系統(tǒng)需求
系統(tǒng)必須實現(xiàn)如下高級功能：
- 現(xiàn)場獨立采集數(shù)據(jù)
- 傳輸數(shù)據(jù)至遠程中央控制工作站
- 提供主/從或主/主數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)選項
- 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、GSM 通信和公共交換電話網(wǎng)絡(luò)(PSTN) 進行數(shù)據(jù)傳輸
- 無需親自到測量地點，通過更改控制工作站的通信模式構(gòu)建靈活的系統(tǒng)
- 當通信鏈路斷開時，自動進行重新連接
- 當發(fā)生通道數(shù)據(jù)超過限定值的緊急情況時，給指定工作人員的移動電話發(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)
中央遠程控制系統(tǒng)具有如下特性：
- 在線實時顯示來自現(xiàn)場數(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現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能進行遠程變更
系統(tǒng)描述
我們使用LabVIEW、LabVIEW Real-Time軟件，和PXI硬件，搭建了這臺實時無線數(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，使用NI PXI-6225 多功能數(shù)據(jù)采集模塊采集電壓信號，使用NI PXI-8422 /4串口模塊 采集其它信號。采集到的信號，通過 GSM/RF/PSTN 線路傳送至遠程控制工作站，以進行實時監(jiān)控。
PC中央控制臺通過無線網(wǎng)絡(luò)與兩臺遠程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。當緊急情況發(fā)生的時候，系統(tǒng)使用LabVIEW Real-Time自動切換至最高存儲速率。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向控制計算機傳送和顯示采集數(shù)據(jù)和分析結(jié)果。對于每個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)場傳至遠程控制工作站?？刂普颈容^來自兩個獨立PXI系統(tǒng)的不同橋梁之間的數(shù)據(jù)，并顯示報告。
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)傳送至控制站進行分析。系統(tǒng)可以分析、處理和發(fā)送原始數(shù)據(jù)，同時在中央控制工作站監(jiān)控兩個不同的民用建筑，它提供了三種通信模式 (GSM,PSTN和RF)，以方便用戶在需要的時候在三種模式之間進行切換。如果某些建筑比較大，或由很多橋梁傳感器構(gòu)成，也可在同一個建筑中同時使用兩個PXI系統(tǒng)。
其中一個PXI 系統(tǒng)被配置為主系統(tǒng)，另一個被配置為從系統(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。當電源突然斷開時，系統(tǒng)會繼續(xù)斷電前的操作。除此以外，系統(tǒng)會保存多份數(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)信號激發(fā)；同時系統(tǒng)也會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)還具有良好的擴展性能，以滿足當前和未來客戶的長期需求。它為印度提供了一個長效、高性能、低成本、可廣泛分布的遠程監(jiān)控系統(tǒng)。
Author Information:
S.K. Nandhini
Apna Technologies & Solutions Pvt. Ltd.
1 Coconut Garden, Outer Ring Road
Kalyan Nagar PO, Bangalore 560043
India
Tel: +91-80-25426463
Fax: +91-80-25426518
Nandhini.sk@apnatech.com