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(jiān)測建筑物的靜態(tài)狀態(tài)，尤其是構造活動區(qū)，如果殼體結構中已經(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?；?PC 的控制技術開發(fā)了一套承重結構主動監(jiān)測系統(tǒng)。

　　基于 PC 和 EtherCAT

　　的框架結構監(jiān)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(chǎn)生的高動態(tài)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(chǎn)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(jiān)測意識。

　　為此，位于佩魯賈阿西西市的 Manini Prefabbricati SpA 公司與佩魯賈大學土木與環(huán)境工程學院以及系統(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確定結構的功能性和穩(wěn)定性與設計參數(shù)是否一致。即高動態(tài)的結構監(jiān)測可以評估建筑物的結構行為以及穩(wěn)定性。自動處理系統(tǒng)可以在突發(fā)性災害事件發(fā)生后立即發(fā)現(xiàn)結構行為的異常這樣，通過高動態(tài)結構監(jiān)測功能就可以具體評估建筑物的結構行為。

　　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(shù)據(jù)采集

　　狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)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(fā)的用于管理地震評估標準的算法(即地震系數(shù))。Umbra Control Srl 公司負責項目的具體實施：從設計系統(tǒng)結構到云平臺的調(diào)試和維護。

　　Manini Connect 的傳感器技術已經(jīng)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(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)性災害事件(如地震)發(fā)生后向 Manini Prefabbricati 控制中心發(fā)出早期預警，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)測結構行為。相應的應用軟件由 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：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 的通信技術顯著提升了監(jiān)控系統(tǒng)的靈活性和模塊化性：無論拓撲結構如何變化，或者網(wǎng)絡如何擴展，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構混凝土時已經(jīng)放置在結構內(nèi)。

　　CX8190 嵌入式控制器同時記錄環(huán)境條件(溫度、風力和風向、濕度)和機械變量，關聯(lián)所有采集到的數(shù)值，并用這些數(shù)值檢測緊急情況?；?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(chǎn)生的影響。最后不得不提的是，Manini Connect 采用成熟的工業(yè)組件設計，確保診斷簡單易行，通過標準協(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構行為。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?；? 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。