背景介紹:
大型橋梁是一個國家的經濟命脈，橋梁的建造和維護是一個國家基礎設施建設的重要組成部分。大型橋梁建成通車后在環境因素影響、運營荷載和特殊荷載作用下，其強度和剛度可能會降低，結構性能發生劣化，這將影響到行車安全和橋梁的使用壽命。有必要對大橋的結構特性和安全狀況進行監測和評價，就需要建立一個實時的橋梁健康安全監測系統，使橋梁結構發生損壞之前向管理人員發出警報，使管理人員能夠及時做出反應，從而減少相應的損失。
如下就針對北京峪道河大橋健康檢測系統進行簡述。
系統介紹:
北京峪道河大橋概況：主橋結構形式為預應力混凝土矮塔斜拉橋，橋跨布置為30+60+120+60+30米，主跨兩側采用墩、塔、梁固結體系。全橋寬12.20米，布置2車道，主梁采用TT型截面，梁高1.8米。斜拉索采用雙索面體系，每個主塔設置7對斜拉索。主塔采用C50混凝土，高度15.3米(橋面瀝青混凝土以上)，側面為扇形外張變化式造型，立面為直線放射外張式。如下所示。
由于橋梁結構體量較大，很難對橋梁各個部位進行全面的實施監測，受投資、技術條件等限制，目前國內大多針對主體工程通過力學分析，就關鍵部位進行監測，再通過網絡傳輸進行集中監控、形成全橋全面、系統的監測。
為實現該大橋健康檢測系統，需要將經傳感器感測的信號，如橋梁各部分結構的溫度、應力、位移變化、風力、風向等參數，進行快速和同步采集，然后通過光纖等網絡傳輸方式將這些數據傳輸到橋梁監控室，由專用的數據處理設備和處理方法來對信號進行處理和分析，為這座橋梁專門設計制作的軟件進行特殊計算、顯示和存儲，最終顯示給用戶以供參考數據。
系統需求:
橋梁健康檢測系統需要將現場傳感器的采集的信號 高速、高精度、同步采集到中控室，實現橋梁的主梁線型監控、主塔塔頂偏位監控、主梁控制控制截面應力監測、主塔塔底截面應力監測、斜拉索索力監控。
1、同步采集：將分散在橋梁各關鍵部位的溫度、應力、位移變化、風力、風向等數據信號進行同步采集，并通過分散在橋梁各段的控制器將數據上傳到高速光纖網上。
2、高精度采集：每通道采集精度在16位，保證數據采集的精度和最小分辨率
3、高速采集：每通道采集速率不低于0.2K/S，保證橋梁的快速實時檢測。
4、數據采集、保存并轉向數據后期處理與分析。健康評估系統日趨完善，評估成果可以成為運營管理者的決策依據。隨著現代分析手段發展和理論的成熟，橋梁結構健康采集系統將不僅僅限于目前的數據采集，而是通過數據處理和健康相應評估系統，提供出一個可靠的評估結果，為管理者決策。
研華解決方案:
接下來主要探討數據采集器的部分,因為數據采集是這個項目中的關鍵點。
在數據采集器的選擇上，采用了研華PAC ADAM-5550KW, 在其上ADAM-5017S作為12路同步模擬量采集模塊，可將現場的傳感器信號一次性同步采集完畢，非常實用和方便。
1、PAC控制器ADAM-5550KW
1.1 PAC(自動化控制器)ADAM-5550KW是專門為需要工業 PC 運算性能和 PLC 耐用性的控制任務而設計的一款可編程自動化控制器。采用 AMD Geode GX533 CPU，CPU具有強大的性能。并帶有豐富的控制功能如看門狗定時器、電池備份 RAM 和強大的 I/O 支持。ADAM-5550 支持WinCE 5.0操作系統，并支持PLC標準 IEC61131-3下的 5 種編程語言。
1.2 多任務分時操作系統
ADAM-5550KW 采用強大的 Multiprog KW 軟件和穩定的 ProCon OS控制內核，具有多任務分時操作系統，它可以將整個工程分成數個分別具有不同優先權高的任務等級，有著較短的巡回掃描周期，而且每個任務可關聯多個程序，在這些任務中間可再細分優先權的高低。這樣整個控制系統便得了優化，具有較好的實時性。這對要求響應快的閉環控制系統是一個有力的工具。
1.3 編程語言高級化
支持IEC61131-3下的 5 種編程語言，梯形圖和功能塊圖這兩種編程方式是比較常見和傳統的。除此以外，STD語言采用類Pascal編程語言的語法，屬于高級語言，方便進行算法運算以及復雜程序的實現。這樣一來，編程效率提高，程序容易移植。
1.4 較大的程序存儲空間
能較高的系統分析計算能力當然要求有足夠的程序存儲空間，同時足夠的存儲空間是系統具備較強的數據處理能力的先決條件。應用程序存儲空間的大小在某種意義說明了其硬件系統的先進程度。研華PAC有足夠的程序存儲空間供用戶下載任務程序。并支持下載源程序，方便在現場進行程序的調試。同時，源程序可以進行多重加密。
2、12路同步模擬量采集模塊
ADAM-5017S為 12通道同步采樣，并自動通道掃描，內部具備FIFO，保證采樣信號連續采集不丟失，每通道均可達到不低于3KHZ的采集速度，很好的保證了數據采集的連續、實時性，這在橋梁檢測中非常實用，滿足了需求。
2、EKI-2541S 以太網光纖轉換器
EKI-2541S以太網光纖轉換器將采集器ADAM-5550KW的以太網信號轉換為光纖傳輸，利用光纖寬大、防電磁干擾及傳輸距離遠的優勢，將大橋關鍵部位的數據采集進行光纖傳輸后集中監控。EKI-2541S支持MDI/MDIX自動檢測，同時其內置的交換控制器能夠自適應10/100Mbps的傳輸速度。設備的以太網口及光纖口都有自己的緩存，支持“存儲轉發”機制，能夠確保數據的完整傳輸。
結論:
隨著社會經濟和科學技術的快速發展，造橋技術不斷進步，橋梁結構逐步向輕巧、纖細方面發展。與此同時橋梁的載重、跨徑和橋面寬度不斷增長，結構形式不斷變化。傳統的變形監測手段越來越不能滿足變形監測需要，這就迫切需要性能更可靠的設備來監測大橋的形變。
研華PAC控制器ADAM-5550KW和同步數據采集模塊ADAM-5017S實現了數據采集、保存，能夠滿足大橋健康檢測的性能指標，并通過EKI-2541S 以太網光纖轉換器將各關鍵部位的采集數據經光纖傳輸后進行集中監控，轉向數據后期處理與分析，從而實現大橋的實時健康檢測。
通過現場的實際運行，這個大橋健康檢測系統運行穩定、可靠，從而為實現低成本高性能的新一代的橋梁健康檢測系統做出了具體的實踐。
