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桥梁安全监测及巡检养护系统的探索与实践—— 采集系统

2020-10-10 07:50:11  81 安全监测
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BHM项目中,采集设备种类繁多,导致“一个项目、多种设备、多个厂家”的情况,如果直接采用各设备厂家提供的上位机软件作为采集控制软件,或者通过一些公司提供的云平台接入服务,则无法做到同步采集、统一管理,更无法完成采集系统与数据解析的直接打通,与BHM的初心相悖。
2.1  系统架构

联合西安博川电子科技有限公司,以美国NI公司的产品构架为例,通过“NI+协议集成”方式建立一套开放式采集系统。
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基于NI的采集模式由labview开发,支持多种类型、多个厂家传感器设备的同步接入采集软件具备通信功能,可基于自身的通信协议与监测平台进行对接,实现监测数据的实时传输
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基于协议集成的采集模式,通过建立开放式通信框架,对多家通信协议进行集成,并按照统一编码进行管理,使源于各方设备的监测数据都能与监测平台进行对接。
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通过NI设备的强大功能实现对监测数据的精准采样与动态控制。在此过程中,采集系统向下要对安装的硬件进行统一管理,实现数据采集、转换与存储;向上要与监测平台对接,使监测数据可顺利流转至平台中,为分析系统提供底层的数据支撑。采集系统架构如图3所示。 图片000.png 3 基于NI设备的采集系统架构图
为了对硬件设备进行合理控制,使模数转换、数据整合、指令控制等系统功能合理集成,提高软件内聚性、降低软件合性,采用FPGA芯片层、控制系统层和上位机系统层三层架构:
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FPGA芯片层:用于实现动态信号的降频滤波。由于桥梁结构的动态信号带宽较低,为了尽可能多的滤除干扰噪声,采用高频采集结合多级降频滤波的方式对噪声信号进行滤除。
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控制系统层:基于多线程、模块化架构对系统运行进行实时控制。控制系统层通过数据采集引擎、数据存储引擎、状态日志引擎和网络通讯引擎实现采集、存储、通信等功能。
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上位机系统层:实现系统与用户之间交互。将用户的操作指令下达给实时控制器执行,同时接收下层传递的监测数据,并按照统一的通信格式传递至监测平台。
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我们主推以NI为代表的基于虚拟仪器的软硬件构架如果预算有限,也可采用基于协议集成的采集系统对各设备厂家提供的数据通信协议进行集成,系统架构如图4。4 基于协议集成的采集系统架构图
目前系统已经接入长沙金码公司旗下设备的通信协议,以后还将基于该架构集成行业内更多公司的采集设备,由此就可以满足大多数BHM系统硬件的选择需求。基于虚拟仪器的集成和基于协议的集成,这两种方式都无需经过数据库/数据文件中转,将三大软件版块数据打通,也是BHM“实时化”的前提。
2.2  功能模块
2.2.1
设备配置模块

为实现采集系统对监测设备的参数、位置的灵活配置与统一管理,系统基于统一的编码规则通过可视化界面对硬件设备进行动态管理、对测点位置进行逐级绑定,实现采集系统的通用性与可扩展性。 图片8.png 该模块包含设备参数管理、结构测点管理两个部分,具体功能如下:
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设备参数管理:各级硬件设备动态配置参数,使采集系统具有容纳各类设备的通用性和可扩展性
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结构测点管理:对监测单元、监测内容、测试断面、测点布置、传感器类型的具体映射,满足通用性和平台性的要求。
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监测设备动态添加如图5
图片10.png 5 监测设备动态添加
2.2.2
采集窗口模块

为了满足用户对实时数据的灵活调用与快速查询,采用多窗口视图设计,用户可自由添加窗口页面并在页面中动态加载视图面板,通过拖动采集通道可直接在面板上展示该通道的实时数据。模块提供多种视图样式,满足对不同信息进行同步展示的需求。具体类型如下:
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事件视图:显示当前系统的事件信息,包括用户登录、配置参数修改、设备增加、删除等。
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波形视图:实现对时域、频域信号的分析与展示。
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数值视图:显示选定通道采集数据的实时值、特征值等。
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表格视图:同步显示多个通道的特征值(最大值、最小值、有效值、均值、峰值、基波幅度及基波频率)。
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图片10.png 采集窗口视图展示如图6。
图片9.png 6 采集窗口视图展示
2.2.3
数据管理模块

数据管理模块实现监测数据的存储、通信与查询等功能。数据存储包含人工干预、阈值控制、间隔控制三种机制进行触发;网络通信基于心跳包侦测、快速愈合技术构建通信引擎,并对底层TCP/IP 进行优化封装,采用分布式网络通讯架构实现各个采集主机、采集终端与监测平台的通讯;数据查询基于时域与频域两种方式对原始记录进行分析查看。历史数据管理如图7。 图片8.png 7 采集系统历史数据管理




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