应用案例 | 倍福助力实现建筑物承重结构的可靠性状态监测

　　桥梁、高层建筑以及其它建筑物的承重结构长期受到雨、雪以及大风等恶劣天气影响，有时还会受到地震等极端自然灾害的破坏。因此，随着使用年限的增长，应仔细监测建筑物的静态状态，尤其是构造活动区，如果壳体结构中已经安装了必要的监测系统就更好了。意大利建筑公司 Manini Prefabbricati SpA 采用倍福基于 PC 的控制技术开发了一套承重结构主动监测系统。

　　基于 PC 和 EtherCAT

　　的框架结构监测解决方案

　　当建筑物受到高于平均水平的自然灾害(地震、暴雨、大风和暴雪)的侵害时，所产生的高动态载荷会改变结构件的应力。这或多或少会对结构特性和结构的预期寿命产生永久性影响。意大利基础设施与交通部颁布的结构标准 NTC18 中提出必须增强对新建筑结构的保护和监测意识。

　　为此，位于佩鲁贾阿西西市的 Manini Prefabbricati SpA 公司与佩鲁贾大学土木与环境工程学院以及系统集成商 Umbra Control Srl 一起，共同开发了一款创新的监测解决方案。Manini Connect 能够实时确定结构的功能性和稳定性与设计参数是否一致。即高动态的结构监测可以评估建筑物的结构行为以及稳定性。自动处理系统可以在突发性灾害事件发生后立即发现结构行为的异常这样，通过高动态结构监测功能就可以具体评估建筑物的结构行为。

　　来自 Manini Connect 状态监测系统的数据集中在监控中心，但由于采用了开放式自动化架构和基于 PC 的控制技术，因此也可以通过云服务器、平板电脑和智能手机进行访问。

　　从一开始就提供实时数据采集

　　状态监测系统基于倍福 PC 控制技术，其中，EtherCAT 用于连接传感器，以及佩鲁贾大学开发的用于管理地震评估标准的算法(即地震系数)。Umbra Control Srl 公司负责项目的具体实施：从设计系统结构到云平台的调试和维护。

　　Manini Connect 的传感器技术已经在施工过程中整合到建筑物的混凝土支撑结构中，并在建筑物竣工后连接到控制柜中进行数据分析并传输至监控中心。各个传感器用于记录建筑物外墙和内部热湿传递性能，以及它们在高动态载荷期间发生的变化。系统使用专用算法对信号进行分析，并在突发性灾害事件(如地震)发生后向 Manini Prefabbricati 控制中心发出早期预警，或在必要时发出警报。

　　所有传感器信号都以高分辨率发送至控制中心，并通过控制中心实时监测结构行为。相应的应用软件由 Umbra Control 开发，用于管理所有数据和信息，并控制已安装的传感器。需要时可以检查、激活或停用某个所安装的传感器：不仅可在控制室本地，也可以通过平板电脑和智能手机。

　　性能强大的工业解决方案构成系统核心

　　在控制硬件方面，Umbra Control 选用了 CX8190 嵌入式控制器，通信系统选用的是 EtherCAT。系统集成商表示，系统通过嵌入式控制器和开放式软件架构在现场安装的传感器和基于云的监控平台之间建立了“桥梁”，具有良好开放性的倍福自动化软件 TwinCAT 为系统的实现奠定了基础：数据采集在 TwinCAT Runtime 中实时进行，从而与通过控制中心进行的下游数据传输、处理和存储分离开。

　　正如 Umbra Control 公司专家所解释的那样，高性能的 EtherCAT 的通信技术显著提升了监控系统的灵活性和模块化性：无论拓扑结构如何变化，或者网络如何扩展，过程图像的更新时间不会出现明显波动。因此，实施的解决方案可以根据项目需求进行扩展，而无需调整监控系统。

　　EtherCAT 还确保了现场采集的传感器数据的同步，以及轻松集成通过 EtherCAT 端子盒连接的各种传感器。EP 系列全密封 I/O 端子盒防护等级高达 IP67，支持 -25 °C 到 +60 °C 的宽温范围，也非常适合用于恶劣环境条件。此外，倍福拥有种类丰富的模块，甚至支持集成如加速度传感器和倾角传感器等专用传感器，这些传感器在浇筑承重结构混凝土时已经放置在结构内。

　　CX8190 嵌入式控制器同时记录环境条件(温度、风力和风向、湿度)和机械变量，关联所有采集到的数值，并用这些数值检测紧急情况。基于 PC 的控制技术能够以足够快的速度采样力学量，以便运用具体的算法重建地震对建筑结构产生的影响。最后不得不提的是，Manini Connect 采用成熟的工业组件设计，确保诊断简单易行，通过标准协议实现产品的互操作性，并延长系统寿命。

　　高效、安全与持续预防

　　Manini Connect 可以根据各种外界环境因素影响解释建筑物的结构行为。监测系统能够根据智能建筑管理的原则进行预测性维护，旨在确保建筑物在使用年限内保持其功能性和稳定性。通过监测异常情况可以及时发现隐藏的老化迹象，并能够在稳定性遭受威胁之前就采取维护措施。基于 PC 的开放式控制系统确保显著降低安装工程成本和保险费。