NI-CaseStudy-cs-13401
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Discover and collaborate on the latest C L "我们在国内首次将 LabVIEW和 NI的分布式数据采 集设备cRIO系列引入到桥梁结构安全 监测和结构分析中 去,结合先进的数据处理和信号分析技 术,为大跨径特大型 桥梁综合监测系统有关数据采集传输预处 理与控制的建立提供 了一套完备而系统的方案,在桥梁健康监 测的若干问题研究中 取得的一些创新性成果,对桥梁综合监测 系统的发展有着重要 的意义。
"
- Bing Zhou, CCCC Highway Consultants CO., Ltd.,
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图1.桥梁结构安全 测系统结构示意图
接下来将重点介绍监 测系统的数据采集、 传输、预处理与控制 的子系统。
自动化传感测试子系 统各类信号采集、处 理方案
设备和方案。
系统结 构组成如图2所示。
图2.自动化传感子 系统结构示意图
可编程工业I/O系 统具有嵌入式控制器 和机箱,选配多种功 能的信号采集卡,完 全工业级的设计。
CompactRIO
采用为嵌入式控制器。
cRIO-9014
采用为8槽嵌入式机箱, 具有-40-70° C的操作温度范围, 3百万可重新配置 I/O(RIO), FPGA核心具有高cRIO-9104
超的处理能力,使用自动生成自定义控制 和信号处理电路。
LabVIEW
采用cRIO的4通 道高速同步数据采集 卡对于单向和三向加速 度计进行电压信号采 集。
NI 9215
NI 9401八通道高速数字 I/O信号, 100ns超高速数 字输入输出,用于加 速度同步。
NI 9871标准RS485通讯 卡,磁通量传感器采 用磁弹仪进行采集, 其输出为485信 号,接入NI- 9871。
NI-9871标准 RS485通讯卡, 超声波三向风速仪直 接输出485信号, 接入标准RS485 通讯卡NI- 9871。
NI 9203采用8通道模拟电流 采集模块,压力变送 器和温湿度仪输出信 号分别为4- 20mA电流,对于 这类输出为标准电流信号的传感器接入 NI-9203。
光纤光栅温度传感器 与应变传感器采用光 纤光栅传感网络分析 仪进行采集,其输出 为以太网信号。
本系统的监测项目梁 体振动加速度需要较 好的同步性和实时 性,我们采用GPS 精确授时技术、在每 个采集站安装GPS 时钟接收机,借助 NI-9401 100ns超高速数 字同步卡,通过软件 方法和采集策略的配 置保证加速度数据采 集的同步性。
数据采集传输与控制
采集站实现的采集工 作于实时系统环境下,在 终端硬件的支持下主 要完成对信号数据的LabVIEW Real- Time Module
图3. 数据采集站 状态与控制界面
数据处理与控制模块
采集系统收集到的数 据必须经过数据处理 与控制模块(子系 统)对其进行预处理 方能够提交给后续子 系统使用。
本子系统由数据采集控制模 块,数据分类、抽取 模块,监测数据库及 用户界面4部分组 成。
系统关系结构如 图4所示。
图4. 数据采集、 处理与控制子系统关 系结构图
反映结构状态的特征 参数确定及其提取方 案
结构状态特征参数是 指能够反映结构特征 的物理量,比如:挠 度,应力,索力等; 而传感器-采集系统 所获得是传感器的读
图6.采集站电力监 控界面
数据处理与控制软件 界面
数据传输、处理与控 制软件主要包括10 大功能模块:登录模 块、采集站配置模 块、存储任务管理模 块、采集任务管理模块、传感器状态模 块、网络状态识别模 块、数据下载与入库 模块、电力监控模 块、用户管理模块、 系统帮助模块。
界面
图7.采集站状态及 控制模块界面
数据实时展示与预警 软件界面
承台地震动监测项目 实时显示、预警软件 子模块界面如图8。
除了上述各个预警软 件子模块共有的操作 按钮和显示控件外,该模块还有从数据处 理与控制服务器传过 来的1秒钟数据包波 形图、安装截面位置 示意图、预警灯和信 息,以及当前1秒钟加速度时程曲线和自 功率谱曲线图。
图8.地震动监测模 块
偏位监测项目实时显 示、预警软件子模块 界面如图9。
除了各 个预警软件子模块共 有的操作按钮和显示 控件外,该模块还有从数据处理与控制服 务器传过来的1秒钟 数据包波形图、安装 截面位置示意图、预 警灯和信息,以及当 前纵横桥向当前的偏位情况实时显示。
图9. 偏位子模块 界面
现场成果
安装在现场的工作站 一共有三个,主要完 成就进传感器的数据 收集、整理与传输。
CRIO采集模块首 先对安装在大桥上的
各种类型传感器的信 号完成必要的预调理 后按一定的采样频率 进行模数转换 (A/D),同时在 数据采集站计算机上
保存,最后各种类型 的传感器的模拟或数 字信号经预处理、采 集后从现场的数据采 集站通过工业以太网 有线传送至位于管理监控中心的数据处理 与控制计算机上。
结论
从技术角度去讲, NI CompactRIO 系统和 LabVIEW开发 环境无缝连接使用户 轻松的通过图形化开 发环境访问底层硬
件,快速建立嵌入式 系统控制和数据采集 应用,大大降低了系 统开发、 生产的技 术风险。
LabVIEW 强 大的数据采集和信号处理功能极大地节省 了采集终端软件的开 发时间,在 LabVIEW RT和 LabVIEW FPGA模块的配合 下使得采集终端能够
实时高质量地完成数 据采集、信号处理、 数据传送和数据存储 的工作,为整个大桥 结构安全监测系统提 供灵活、强大的底层数据支持。
同时,恶劣的海洋环 境及桥面路况影响, 对NI CompactRIO 系统的环境适应性也 提出了很高的要求。
事实证明,NI
厦门集美大桥现场工作站
现场工作站。