Hệ thống DAQ phân tán tốc độ cao để theo dõi sức khỏe kết cấu cầu đường
29.09.2021
Giới thiệu
Việc theo dõi tình trạng sức khỏe của các hệ thống cầu đường là hết sức quan trọng và không thể thiếu để đảm bảo độ an toàn và độ bền của cầu. Cầu rung chuyển do giao thông, gió, động đất hoặc máy móc gần đó sẽ có thể là mối đe dọa nghiêm trọng đối với cây cầu. Nếu dạng sóng rung động xảy ra là chế độ rung động tự nhiên của cây cầu, thì năng lượng sẽ tiếp tục tích tụ và không thể bị tiêu tán. Cuối cùng, nó sẽ dẫn đến một hư hỏng nghiêm trọng cho cây cầu. Trong trường hợp này, hệ thống thu thập dữ liệu phân tán của Advantech được sử dụng và cung cấp một giải pháp chắc chắn và đáng tin cậy để theo dõi sức khỏe của các cây cầu.
Yêu cầu hệ thống
Có nhiều mô hình khác nhau từ các dạng sóng rung động của vật thể. Bằng cách theo dõi các tín hiệu rung động từ cây cầu và tạo ra các mô hình, chúng ta có thể so sánh sự dịch chuyển của các dạng sóng để biết được tình trạng sức khỏe của cây cầu. Ngoài các bộ phận mỏng manh của cây cầu, tổng cộng 32 máy đo gia tốc phải được lắp đặt tại mỗi khoảng cách của cây cầu để theo dõi và nó yêu cầu sử dụng máy đo gia tốc IEPE để đo. Bởi vì các cảm biến có thể được lắp đặt dọc theo chiều dài của cầu và có thể lên tới hàng km, việc triển khai lý tưởng sẽ là đặt hệ thống thu thập dữ liệu và tính toán tại chỗ cũng như để giảm thiểu chiều dài cáp cho các cảm biến và cắt giảm lượng truyền dữ liệu và máy chủ phụ trợ. Do các máy đo gia tốc và các thiết bị thu thập dữ liệu phải được lắp đặt ở môi trường ngoài trời nên hệ thống phải chịu được thời tiết khắc nghiệt và độ ẩm. Hệ thống máy khách sử dụng Python để phát triển phần mềm và thuật toán, vì vậy họ cần thu thập dữ liệu từ mô-đun DAQ thông qua API Python trực tiếp.
Mô tả hệ thống
AMAX-5580 EtherCAT Edge Controller của Advantech với mô-đun iDAQ-964 và mô-đun thu nhận rung động iDAQ-801 thực hiện giám sát thời gian thực và phân phối các tín hiệu của gia tốc kế. Nói chung, tần số rung của cầu là dưới 1kHz, tốc độ lấy mẫu của iDAQ-801 là 256kS/s với độ phân giải lấy mẫu là 24 bit, cung cấp phân tích tần số cực cao trong phân tích miền tần số. Mô-đun được tích hợp bộ lọc khử răng cưa để tránh biến dạng do tần số cảm biến của máy đo gia tốc cao hơn hoặc gần với tần số lấy mẫu, điều này có thể gây ra đánh giá sai trong phân tích miền tần số. Bộ điều khiển AMAX-5580 EtherCAT được sử dụng để xử lý và phân tích dữ liệu, đồng thời nó cũng có thể cung cấp kết nối lên đến 100 mét giữa các nút DAQ, cho phép thực hiện kịch bản đo lường quy mô lớn và các yêu cầu giám sát từ xa. Hơn nữa, hệ thống mô-đun iDAQ còn có thiết kế nhiệt độ hoaạt động rộng để chịu được phạm vi nhiệt độ hoạt động từ -20°C đến 60°C và khung vỏ hợp kim nhôm có thể chống nhiễu điện từ môi trường, lý tưởng cho các ứng dụng ngoài trời. Advantech cũng cung cấp bộ công cụ phát triển phần mềm DAQNavi hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình cho mọi nhu cầu phát triển. Trong dự án này, khách hàng sử dụng Python để phát triển thuật toán và phần mềm có thể thu thập dữ liệu thông qua API DAQNavi Python từ các mô-đun iDAQ của chúng tôi.
Triển khai dự án
- AMAX-5580: EtherCAT Edge Controller
- iDAQ-964: 4-slot iDAQ Chassis for AMAX-5580
- iDAQ-801: 8-ch, 256kS/s/ch IEPE DSA iDAQ Module
- DAQNavi/SDK: Software development kit
Kết luận
Trong trường hợp này, thu thập dữ liệu tốc độ cao A/D, thu thập đồng thời đa kênh và thiết bị thu thập tích hợp là ba yếu tố chính để hiện thực hóa ứng dụng này. Giải pháp của Advantech từ cấp nguồn IEPE, thu tín hiệu tốc độ cao đến nền tảng máy tính hiệu quả cao (AMAX-5580) và bộ phát triển phần mềm (DAQNavi) đều đóng vai trò quan trọng trong việc thực hiện theo dõi tình trạng sức khỏe của cầu. Quan trọng hơn, chương trình phát triển phần mềm iDAQ-801 có thể được hoàn thành thông qua API DAQNavi. Bằng cách sử dụng các API để phát triển, thuật toán hiện có cũng có thể được triển khai liền mạch. Điều này làm giảm thời gian phát triển và cả chi phí quản lý sau đó.
/AMAX-5580_0220200304191460.jpg)
