橋梁、高層建筑以及其它建筑物的承重結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期受到雨、雪以及大風(fēng)等惡劣天氣影響，有時(shí)還會(huì)受到地震等極端自然災(zāi)害的破壞。因此，隨著使用年限的增長(zhǎng)，應(yīng)仔細(xì)監(jiān)測(cè)建筑物的靜態(tài)狀態(tài)，尤其是構(gòu)造活動(dòng)區(qū)，如果殼體結(jié)構(gòu)中已經(jīng)安裝了必要的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就更好了。意大利建筑公司 Manini Prefabbricati SpA 采用倍?；?PC 的控制技術(shù)開(kāi)發(fā)了一套承重結(jié)構(gòu)主動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

　　基于 PC 和 EtherCAT

　　的框架結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)解決方案

　　當(dāng)建筑物受到高于平均水平的自然災(zāi)害(地震、暴雨、大風(fēng)和暴雪)的侵害時(shí)，所產(chǎn)生的高動(dòng)態(tài)載荷會(huì)改變結(jié)構(gòu)件的應(yīng)力。這或多或少會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)特性和結(jié)構(gòu)的預(yù)期壽命產(chǎn)生永久性影響。意大利基礎(chǔ)設(shè)施與交通部頒布的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn) NTC18 中提出必須增強(qiáng)對(duì)新建筑結(jié)構(gòu)的保護(hù)和監(jiān)測(cè)意識(shí)。

　　為此，位于佩魯賈阿西西市的 Manini Prefabbricati SpA 公司與佩魯賈大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院以及系統(tǒng)集成商 Umbra Control Srl 一起，共同開(kāi)發(fā)了一款創(chuàng)新的監(jiān)測(cè)解決方案。Manini Connect 能夠?qū)崟r(shí)確定結(jié)構(gòu)的功能性和穩(wěn)定性與設(shè)計(jì)參數(shù)是否一致。即高動(dòng)態(tài)的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)可以評(píng)估建筑物的結(jié)構(gòu)行為以及穩(wěn)定性。自動(dòng)處理系統(tǒng)可以在突發(fā)性災(zāi)害事件發(fā)生后立即發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)行為的異常這樣，通過(guò)高動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)功能就可以具體評(píng)估建筑物的結(jié)構(gòu)行為。

　　來(lái)自 Manini Connect 狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集中在監(jiān)控中心，但由于采用了開(kāi)放式自動(dòng)化架構(gòu)和基于 PC 的控制技術(shù)，因此也可以通過(guò)云服務(wù)器、平板電腦和智能手機(jī)進(jìn)行訪問(wèn)。

　　從一開(kāi)始就提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集

　　狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于倍福 PC 控制技術(shù)，其中，EtherCAT 用于連接傳感器，以及佩魯賈大學(xué)開(kāi)發(fā)的用于管理地震評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的算法(即地震系數(shù))。Umbra Control Srl 公司負(fù)責(zé)項(xiàng)目的具體實(shí)施：從設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)到云平臺(tái)的調(diào)試和維護(hù)。

　　Manini Connect 的傳感器技術(shù)已經(jīng)在施工過(guò)程中整合到建筑物的混凝土支撐結(jié)構(gòu)中，并在建筑物竣工后連接到控制柜中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并傳輸至監(jiān)控中心。各個(gè)傳感器用于記錄建筑物外墻和內(nèi)部熱濕傳遞性能，以及它們?cè)诟邉?dòng)態(tài)載荷期間發(fā)生的變化。系統(tǒng)使用專(zhuān)用算法對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，并在突發(fā)性災(zāi)害事件(如地震)發(fā)生后向 Manini Prefabbricati 控制中心發(fā)出早期預(yù)警，或在必要時(shí)發(fā)出警報(bào)。

　　所有傳感器信號(hào)都以高分辨率發(fā)送至控制中心，并通過(guò)控制中心實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)行為。相應(yīng)的應(yīng)用軟件由 Umbra Control 開(kāi)發(fā)，用于管理所有數(shù)據(jù)和信息，并控制已安裝的傳感器。需要時(shí)可以檢查、激活或停用某個(gè)所安裝的傳感器：不僅可在控制室本地，也可以通過(guò)平板電腦和智能手機(jī)。

　　性能強(qiáng)大的工業(yè)解決方案構(gòu)成系統(tǒng)核心

　　在控制硬件方面，Umbra Control 選用了 CX8190 嵌入式控制器，通信系統(tǒng)選用的是 EtherCAT。系統(tǒng)集成商表示，系統(tǒng)通過(guò)嵌入式控制器和開(kāi)放式軟件架構(gòu)在現(xiàn)場(chǎng)安裝的傳感器和基于云的監(jiān)控平臺(tái)之間建立了“橋梁”，具有良好開(kāi)放性的倍福自動(dòng)化軟件 TwinCAT 為系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)：數(shù)據(jù)采集在 TwinCAT Runtime 中實(shí)時(shí)進(jìn)行，從而與通過(guò)控制中心進(jìn)行的下游數(shù)據(jù)傳輸、處理和存儲(chǔ)分離開(kāi)。

　　正如 Umbra Control 公司專(zhuān)家所解釋的那樣，高性能的 EtherCAT 的通信技術(shù)顯著提升了監(jiān)控系統(tǒng)的靈活性和模塊化性：無(wú)論拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如何變化，或者網(wǎng)絡(luò)如何擴(kuò)展，過(guò)程圖像的更新時(shí)間不會(huì)出現(xiàn)明顯波動(dòng)。因此，實(shí)施的解決方案可以根據(jù)項(xiàng)目需求進(jìn)行擴(kuò)展，而無(wú)需調(diào)整監(jiān)控系統(tǒng)。

　　EtherCAT 還確保了現(xiàn)場(chǎng)采集的傳感器數(shù)據(jù)的同步，以及輕松集成通過(guò) EtherCAT 端子盒連接的各種傳感器。EP 系列全密封 I/O 端子盒防護(hù)等級(jí)高達(dá) IP67，支持 -25 °C 到 +60 °C 的寬溫范圍，也非常適合用于惡劣環(huán)境條件。此外，倍福擁有種類(lèi)豐富的模塊，甚至支持集成如加速度傳感器和傾角傳感器等專(zhuān)用傳感器，這些傳感器在澆筑承重結(jié)構(gòu)混凝土?xí)r已經(jīng)放置在結(jié)構(gòu)內(nèi)。

　　CX8190 嵌入式控制器同時(shí)記錄環(huán)境條件(溫度、風(fēng)力和風(fēng)向、濕度)和機(jī)械變量，關(guān)聯(lián)所有采集到的數(shù)值，并用這些數(shù)值檢測(cè)緊急情況。基于 PC 的控制技術(shù)能夠以足夠快的速度采樣力學(xué)量，以便運(yùn)用具體的算法重建地震對(duì)建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響。最后不得不提的是，Manini Connect 采用成熟的工業(yè)組件設(shè)計(jì)，確保診斷簡(jiǎn)單易行，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的互操作性，并延長(zhǎng)系統(tǒng)壽命。

　　高效、安全與持續(xù)預(yù)防

　　Manini Connect 可以根據(jù)各種外界環(huán)境因素影響解釋建筑物的結(jié)構(gòu)行為。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠根據(jù)智能建筑管理的原則進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)，旨在確保建筑物在使用年限內(nèi)保持其功能性和穩(wěn)定性。通過(guò)監(jiān)測(cè)異常情況可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱藏的老化跡象，并能夠在穩(wěn)定性遭受威脅之前就采取維護(hù)措施。基于 PC 的開(kāi)放式控制系統(tǒng)確保顯著降低安裝工程成本和保險(xiǎn)費(fèi)。