橋梁、高層建筑以及其它建筑物的承重結構長期受到雨、雪以及大風等惡劣天氣影響，有時還會受到地震等極端自然災害的破壞。因此，隨著使用年限的增長，應仔細監測建筑物的靜態狀態，尤其是構造活動區，如果殼體結構中已經安裝了必要的監測系統就更好了。意大利建筑公司 Manini Prefabbricati SpA 采用倍福基于 PC 的控制技術開發了一套承重結構主動監測系統。
基于 PC 和 EtherCAT
的框架結構監測解決方案
當建筑物受到高于平均水平的自然災害（地震、暴雨、大風和暴雪）的侵害時，所產生的高動態載荷會改變結構件的應力。這或多或少會對結構特性和結構的預期壽命產生永久性影響。意大利基礎設施與交通部頒布的結構標準 NTC18 中提出必須增強對新建筑結構的保護和監測意識。
為此，位于佩魯賈阿西西市的 Manini Prefabbricati SpA 公司與佩魯賈大學土木與環境工程學院以及系統集成商 Umbra Control Srl 一起，共同開發了一款創新的監測解決方案。Manini Connect 能夠實時確定結構的功能性和穩定性與設計參數是否一致。即高動態的結構監測可以評估建筑物的結構行為以及穩定性。自動處理系統可以在突發性災害事件發生后立即發現結構行為的異常這樣，通過高動態結構監測功能就可以具體評估建筑物的結構行為。
來自 Manini Connect 狀態監測系統的數據集中在監控中心，但由于采用了開放式自動化架構和基于 PC 的控制技術，因此也可以通過云服務器、平板電腦和智能手機進行訪問。
從一開始就提供實時數據采集
狀態監測系統基于倍福 PC 控制技術，其中，EtherCAT 用于連接傳感器，以及佩魯賈大學開發的用于管理地震評估標準的算法（即地震系數）。Umbra Control Srl 公司負責項目的具體實施：從設計系統結構到云平臺的調試和維護。
Manini Connect 的傳感器技術已經在施工過程中整合到建筑物的混凝土支撐結構中，并在建筑物竣工后連接到控制柜中進行數據分析并傳輸至監控中心。各個傳感器用于記錄建筑物外墻和內部熱濕傳遞性能，以及它們在高動態載荷期間發生的變化。系統使用專用算法對信號進行分析，并在突發性災害事件（如地震）發生后向 Manini Prefabbricati 控制中心發出早期預警，或在必要時發出警報。
所有傳感器信號都以高分辨率發送至控制中心，并通過控制中心實時監測結構行為。相應的應用軟件由 Umbra Control 開發，用于管理所有數據和信息，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。
性能強大的工業解決方案構成系統核心
在控制硬件方面，Umbra Control 選用了 CX8190 嵌入式控制器，通信系統選用的是 EtherCAT。系統集成商表示，系統通過嵌入式控制器和開放式軟件架構在現場安裝的傳感器和基于云的監控平臺之間建立了“橋梁”，具有良好開放性的倍福自動化軟件 TwinCAT 為系統的實現奠定了基礎：數據采集在 TwinCAT Runtime 中實時進行，從而與通過控制中心進行的下游數據傳輸、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 的通信技術顯著提升了監控系統的靈活性和模塊化性：無論拓撲結構如何變化，或者網絡如何擴展，過程圖像的更新時間不會出現明顯波動。因此，實施的解決方案可以根據項目需求進行擴展，而無需調整監控系統。
EtherCAT 還確保了現場采集的傳感器數據的同步，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構混凝土時已經放置在結構內。
CX8190 嵌入式控制器同時記錄環境條件（溫度、風力和風向、濕度）和機械變量，關聯所有采集到的數值，并用這些數值檢測緊急情況。基于 PC 的控制技術能夠以足夠快的速度采樣力學量，以便運用具體的算法重建地震對建筑結構產生的影響。最后不得不提的是，Manini Connect 采用成熟的工業組件設計，確保診斷簡單易行，通過標準協議實現產品的互操作性，并延長系統壽命。
高效、安全與持續預防
Manini Connect 可以根據各種外界環境因素影響解釋建筑物的結構行為。監測系統能夠根據智能建筑管理的原則進行預測性維護，旨在確保建筑物在使用年限內保持其功能性和穩定性。通過監測異常情況可以及時發現隱藏的老化跡象，并能夠在穩定性遭受威脅之前就采取維護措施。基于 PC 的開放式控制系統確保顯著降低安裝工程成本和保險費。
關于德國倍福
倍福（Beckhoff）是一家專注于自動化新技術的德資企業，創立于 1980 年，總部位于德國威爾市。作為全球自動化技術的驅動者，倍福定義了自動化領域的許多標準，是國際標準的制定者和推動者。公司所生產的工業 PC、現場總線模塊、驅動產品和 TwinCAT 自動化軟件構成了一套完整的、相互兼容的控制系統，可為各個工控領域提供開放式自動化系統和完整的解決方案。經過 40 年的發展和努力，倍福已在世界各地設立 30 多家分支機構，加上全球的合作伙伴，業務遍及 70 多個國家和地區。
倍福于 1997 年進入中國市場，中國區總部落戶于上海市北高新產業園區，現有員工 300 人，辦事處遍及國內 30 座大中城市。創新產品和解決方案廣泛應用于風力發電、半導體、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域。
公司傾力推廣的 EtherCAT 實時工業以太網于 2014 年成為中國國家推薦性標準，并已入編工信部的《國家智能制造標準體系建設指南》。作為一家技術驅動型公司，倍福一直注重在技術上尋求突破創新，在業內享有“創新引擎”的美譽。倍福基于 PC 的控制技術具有良好的開放性，它支持所有主流的工業通信協議，將 IT 技術、互聯網和自動化技術完美融合在一起，為實現工業 4.0 和智能制造奠定了堅實的技術基礎。
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