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　　橋梁、高層建筑以及其它建筑物的承重結(jié)構(gòu)長期受到雨、雪以及大風(fēng)等惡劣天氣影響，有時還會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，應(yīng)仔細(xì)監(jiān)測建筑物的靜態(tài)狀態(tài)，尤其是構(gòu)造活動區(qū)，如果殼體結(jié)構(gòu)中已經(jīng)安裝了必要的監(jiān)測系統(tǒng)就更好了。意大利建筑公司 Manini Prefabbricati SpA 采用倍福基于 PC 的控制技術(shù)開發(fā)了一套承重結(jié)構(gòu)主動監(jiān)測系統(tǒng)。

　　基于 PC 和 EtherCAT

　　的框架結(jié)構(gòu)監(jiān)測解決方案

　　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，所產(chǎn)生的高動態(tài)載荷會改變結(jié)構(gòu)件的應(yīng)力。這或多或少會對結(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 中提出必須增強對新建筑結(jié)構(gòu)的保護和監(jiān)測意識。

　　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，共同開發(fā)了一款創(chuàng)新的監(jiān)測解決方案。Manini Connect 能夠?qū)崟r確定結(jié)構(gòu)的功能性和穩(wěn)定性與設(shè)計參數(shù)是否一致。即高動態(tài)的結(jié)構(gòu)監(jiān)測可以評估建筑物的結(jié)構(gòu)行為以及穩(wěn)定性。自動處理系統(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，通過高動態(tài)結(jié)構(gòu)監(jiān)測功能就可以具體評估建筑物的結(jié)構(gòu)行為。

　　來自 Manini Connect 狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集中在監(jiān)控中心，但由于采用了開放式自動化架構(gòu)和基于 PC 的控制技術(shù)，因此也可以通過云服務(wù)器、平板電腦和智能手機進行訪問。

　　從一開始就提供實時數(shù)據(jù)采集

　　狀態(tài)監(jiān)測系統(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)開發(fā)的用于管理地震評估標(biāo)準(zhǔn)的算法（即地震系數(shù)）。Umbra Control Srl 公司負(fù)責(zé)項目的具體實施：從設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)到云平臺的調(diào)試和維護。

　　Manini Connect 的傳感器技術(shù)已經(jīng)在施工過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行數(shù)據(jù)分析并傳輸至監(jiān)控中心。各個傳感器用于記錄建筑物外墻和內(nèi)部熱濕傳遞性能，以及它們在高動態(tài)載荷期間發(fā)生的變化。系統(tǒng)使用專用算法對信號進行分析，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，或在必要時發(fā)出警報。

　　所有傳感器信號都以高分辨率發(fā)送至控制中心，并通過控制中心實時監(jiān)測結(jié)構(gòu)行為。相應(yīng)的應(yīng)用軟件由 Umbra Control 開發(fā)，用于管理所有數(shù)據(jù)和信息，并控制已安裝的傳感器。需要時可以檢查、激活或停用某個所安裝的傳感器：不僅可在控制室本地，也可以通過平板電腦和智能手機。

　　性能強大的工業(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)通過嵌入式控制器和開放式軟件架構(gòu)在現(xiàn)場安裝的傳感器和基于云的監(jiān)控平臺之間建立了“橋梁”，具有良好開放性的倍福自動化軟件 TwinCAT 為系統(tǒng)的實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)：數(shù)據(jù)采集在 TwinCAT Runtime 中實時進行，從而與通過控制中心進行的下游數(shù)據(jù)傳輸、處理和存儲分離開。

　　正如 Umbra Control 公司專家所解釋的那樣，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：無論拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如何變化，或者網(wǎng)絡(luò)如何擴展，過程圖像的更新時間不會出現(xiàn)明顯波動。因此，實施的解決方案可以根據(jù)項目需求進行擴展，而無需調(diào)整監(jiān)控系統(tǒng)。

　　EtherCAT 還確保了現(xiàn)場采集的傳感器數(shù)據(jù)的同步，以及輕松集成通過 EtherCAT 端子盒連接的各種傳感器。EP 系列全密封 I/O 端子盒防護等級高達 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 嵌入式控制器同時記錄環(huán)境條件（溫度、風(fēng)力和風(fēng)向、濕度）和機械變量，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，以便運用具體的算法重建地震對建筑結(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，確保診斷簡單易行，通過標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議實現(xiàn)產(chǎn)品的互操作性，并延長系統(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)測系統(tǒng)能夠根據(jù)智能建筑管理的原則進行預(yù)測性維護，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。通過監(jiān)測異常情況可以及時發(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措施。基于 PC 的開放式控制系統(tǒng)確保顯著降低安裝工程成本和保險費。

　　關(guān)于德國倍福

　　倍福（Beckhoff）是一家專注于自動化新技術(shù)的德資企業(yè)，創(chuàng)立于 1980 年，總部位于德國威爾市。作為全球自動化技術(shù)的驅(qū)動者，倍福定義了自動化領(lǐng)域的許多標(biāo)準(zhǔn)，是國際標(biāo)準(zhǔn)的制定者和推動者。公司所生產(chǎn)的工業(yè) PC、現(xiàn)場總線模塊、驅(qū)動產(chǎn)品和 TwinCAT 自動化軟件構(gòu)成了一套完整的、相互兼容的控制系統(tǒng)，可為各個工控領(lǐng)域提供開放式自動化系統(tǒng)和完整的解決方案。經(jīng)過 40 年的發(fā)展和努力，倍福已在世界各地設(shè)立 30 多家分支機構(gòu)，加上全球的合作伙伴，業(yè)務(wù)遍及 70 多個國家和地區(qū)。

　　倍福于 1997 年進入中國市場，中國區(qū)總部落戶于上海市北高新產(chǎn)業(yè)園區(qū)，現(xiàn)有員工 300 人，辦事處遍及國內(nèi) 30 座大中城市。創(chuàng)新產(chǎn)品和解決方案廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、半導(dǎo)體、光伏太陽能、電子制造、金屬加工、包裝機械、印刷機械、塑料加工、輪胎加工、木材加工、玻璃機械、物流輸送以及樓宇自動化等眾多領(lǐng)域。

　　公司傾力推廣的 EtherCAT 實時工業(yè)以太網(wǎng)于 2014 年成為中國國家推薦性標(biāo)準(zhǔn)，并已入編工信部的《國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》。作為一家技術(shù)驅(qū)動型公司，倍福一直注重在技術(shù)上尋求突破創(chuàng)新，在業(yè)內(nèi)享有“創(chuàng)新引擎”的美譽。倍福基于 PC 的控制技術(shù)具有良好的開放性，它支持所有主流的工業(yè)通信協(xié)議，將 IT 技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)和自動化技術(shù)完美融合在一起，為實現(xiàn)工業(yè) 4.0 和智能制造奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

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