研华PAC在桥梁健康检测系统中的应用
背景介绍:
大型桥梁是一个国家的经济命脉，桥梁的建造和维护是一个国家基础设施建设的重要组成部分。大型桥梁建成通车后在环境因素影响、运营荷载和特殊荷载作用下，其强度和刚度可能会降低，结构性能发生劣化，这将影响到行车安全和桥梁的使用寿命。有必要对大桥的结构特性和安全状况进行监测和评价，就需要建立一个实时的桥梁健康安全监测系统，使桥梁结构发生损坏之前向管理人员发出警报，使管理人员能够及时做出反应，从而减少相应的损失。
如下就针对北京峪道河大桥健康检测系统进行简述。
系统介绍:
北京峪道河大桥概况：主桥结构形式为预应力混凝土矮塔斜拉桥，桥跨布置为30+60+120+60+30米，主跨两侧采用墩、塔、梁固结体系。全桥宽12.20米，布置2车道，主梁采用TT型截面，梁高1.8米。斜拉索采用双索面体系，每个主塔设置7对斜拉索。主塔采用C50混凝土，高度15.3米(桥面沥青混凝土以上)，侧面为扇形外张变化式造型，立面为直线放射外张式。如下所示。
由于桥梁结构体量较大，很难对桥梁各个部位进行全面的实施监测，受投资、技术条件等限制，目前国内大多针对主体工程通过力学分析，就关键部位进行监测，再通过网络传输进行集中监控、形成全桥全面、系统的监测。
为实现该大桥健康检测系统，需要将经传感器感测的信号，如桥梁各部分结构的温度、应力、位移变化、风力、风向等参数，进行快速和同步采集，然后通过光纤等网络传输方式将这些数据传输到桥梁监控室，由专用的数据处理设备和处理方法来对信号进行处理和分析，为这座桥梁专门设计制作的软件进行特殊计算、显示和存储，最终显示给用户以供参考数据。
系统需求:
桥梁健康检测系统需要将现场传感器的采集的信号 高速、高精度、同步采集到中控室，实现桥梁的主梁线型监控、主塔塔顶偏位监控、主梁控制控制截面应力监测、主塔塔底截面应力监测、斜拉索索力监控。
1、同步采集：将分散在桥梁各关键部位的温度、应力、位移变化、风力、风向等数据信号进行同步采集，并通过分散在桥梁各段的将数据上传到高速光纤网上。
2、高精度采集：每通道采集精度在16位，保证数据采集的精度和最小分辨率
3、高速采集：每通道采集速率不低于0.2K/S，保证桥梁的快速实时检测。
4、数据采集、保存并转向数据后期处理与分析。健康评估系统日趋完善，评估成果可以成为运营管理者的决策依据。随着现代分析手段发展和理论的成熟，桥梁结构健康采集系统将不仅仅限于目前的数据采集，而是通过数据处理和健康相应评估系统，提供出一个可靠的评估结果，为管理者决策。
研华解决方案:
接下来主要探讨数据采集器的部分,因为数据采集是这个项目中的关键点。
在数据采集器的选择上，采用了研华PAC ADAM-5550KW, 在其上ADAM-5017S作为12路同步模拟量采集模块，可将现场的传感器信号一次性同步采集完毕，非常实用和方便。
1、PACADAM-5550KW
1.1 PAC(自动化)ADAM-5550KW是专门为需要工业 PC 运算性能和 PLC 耐用性的控制任务而设计的一款可编程自动化。采用 AMD Geode GX533 CPU，CPU具有强大的性能。并带有丰富的控制功能如看门狗定时器、电池备份 RAM 和强大的 I/O 支持。ADAM-5550 支持WinCE 5.0操作系统，并支持PLC标准 IEC61131-3下的 5 种编程语言。
1.2 多任务分时操作系统
ADAM-5550KW 采用强大的 Multiprog KW 软件和稳定的 ProCon OS控制内核，具有多任务分时操作系统，它可以将整个工程分成数个分别具有不同优先权高的任务等级，有着较短的巡回扫描周期，而且每个任务可关联多个程序，在这些任务中间可再细分优先权的高低。这样整个控制系统便得了优化，具有较好的实时性。这对要求响应快的闭环控制系统是一个有力的工具。
1.3 编程语言高级化
支持IEC61131-3下的 5 种编程语言，梯形图和功能块图这两种编程方式是比较常见和传统的。除此以外，STD语言采用类Pascal编程语言的语法，属于高级语言，方便进行算法运算以及复杂程序的实现。这样一来，编程效率提高，程序容易移植。
1.4 较大的程序存储空间
能较高的系统分析计算能力当然要求有足够的程序存储空间，同时足够的存储空间是系统具备较强的数据处理能力的先决条件。应用程序存储空间的大小在某种意义说明了其硬件系统的先进程度。研华PAC有足够的程序存储空间供用户下载任务程序。并支持下载源程序，方便在现场进行程序的调试。同时，源程序可以进行多重加密。
2、12路同步模拟量采集模块
ADAM-5017S为 12通道同步采样，并自动通道扫描，内部具备FIFO，保证采样信号连续采集不丢失，每通道均可达到不低于3KHZ的采集速度，很好的保证了数据采集的连续、实时性，这在桥梁检测中非常实用，满足了需求。
2、EKI-2541S 以太网光纤转换器
EKI-2541S以太网光纤转换器将采集器ADAM-5550KW的以太网信号转换为光纤传输，利用光纤宽大、防电磁干扰及传输距离远的优势，将大桥关键部位的数据采集进行光纤传输后集中监控。EKI-2541S支持MDI/MDIX自动检测，同时其内置的交换能够自适应10/100Mbps的传输速度。设备的以太网口及光纤口都有自己的缓存，支持“存储转发”机制，能够确保数据的完整传输。
结论:
随着社会经济和科学技术的快速发展，造桥技术不断进步，桥梁结构逐步向轻巧、纤细方面发展。与此同时桥梁的载重、跨径和桥面宽度不断增长，结构形式不断变化。传统的变形监测手段越来越不能满足变形监测需要，这就迫切需要性能更可靠的设备来监测大桥的形变。
研华PACADAM-5550KW和同步数据采集模块ADAM-5017S实现了数据采集、保存，能够满足大桥健康检测的性能指标，并通过EKI-2541S 以太网光纤转换器将各关键部位的采集数据经光纤传输后进行集中监控，转向数据后期处理与分析，从而实现大桥的实时健康检测。
通过现场的实际运行，这个大桥健康检测系统运行稳定、可靠，从而为实现低成本高性能的新一代的桥梁健康检测系统做出了具体的实践。
