南京長(zhǎng)江大橋安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研制

◆ 概述

   “南京長(zhǎng)江大橋安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”是由鐵道部立項(xiàng)，上海鐵路局主持，中南大學(xué)與江蘇東華測(cè)試技術(shù)有限公司參與實(shí)施的科研項(xiàng)目。項(xiàng)目中的關(guān)鍵部分——信號(hào)適調(diào)、數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳送及控制軟件由江蘇東華測(cè)試技術(shù)有限公司設(shè)計(jì)、生產(chǎn)，并完成系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)安裝、調(diào)試。經(jīng)過(guò)各方精誠(chéng)合作，系統(tǒng)已于2004年3月完成系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，進(jìn)入試運(yùn)行階段。經(jīng)過(guò)三個(gè)月的運(yùn)行，上海鐵道局、南京長(zhǎng)江大橋管理處組織了一次專家評(píng)審，在對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作認(rèn)證后，一致認(rèn)為系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行可靠，可以滿足南京長(zhǎng)江大橋安全監(jiān)測(cè)的測(cè)試要求，目前一直正常運(yùn)行。

◆ 系統(tǒng)組成

    為了滿足采樣速率和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理的要求，將信號(hào)分為三類由三臺(tái)計(jì)算機(jī)分別控制，三類信號(hào)分別是：應(yīng)變類（傳感器主要有BS-8FT應(yīng)變計(jì)），振動(dòng)類（傳感器主要有AS-5GB加速度傳感器、941B型、891型拾振器）和位移環(huán)境類（傳感器主要有WS10型位移計(jì)以及溫度計(jì)、風(fēng)速儀、地震儀等）。

    系統(tǒng)框圖見(jiàn)圖1

◆ 需要解決的主要問(wèn)題和方法

   需要解決的主要問(wèn)題和方法：設(shè)備運(yùn)行的可靠性、被測(cè)信號(hào)的真實(shí)性和有效性(特別是識(shí)別雷擊、周邊環(huán)境等各種干擾)是本系統(tǒng)必須優(yōu)先解決的主要問(wèn)題。因此，在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的每個(gè)環(huán)節(jié)，上述問(wèn)題都得到充分考慮。

   ◎考慮到測(cè)點(diǎn)分散，為了方便以后的維護(hù)，每個(gè)橋墩設(shè)置了一組多通道采集箱，每個(gè)采集箱負(fù)責(zé)南北各半跨測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集。為了防止傳感器輸出的小信號(hào)遠(yuǎn)距離傳送引起的不穩(wěn)定，將適調(diào)器盡可能靠近傳感器，同時(shí)置于防水盒內(nèi)。為了避免列車通過(guò)時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)影響其長(zhǎng)期工作，采集箱均放在橋墩頂部。連接方法見(jiàn)圖2。

 ◎?yàn)榱吮ＷC采集箱數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離傳送的可靠性，采用了技術(shù)成熟的RS-485標(biāo)準(zhǔn)接口；為了防止擴(kuò)展時(shí)，前級(jí)機(jī)箱故障對(duì)后級(jí)系統(tǒng)的影響，擴(kuò)展采用了分別中繼，保證了1.6公里范圍內(nèi)所有數(shù)據(jù)安全可靠的傳送。RS-485的傳送方式見(jiàn)圖3。

◎系統(tǒng)的供電由橋頭堡的控制室統(tǒng)一提供，每個(gè)橋墩又使用了一組凈化穩(wěn)壓電源，保證供電的穩(wěn)定可靠。

    ◎所有數(shù)據(jù)進(jìn)入控制室后，經(jīng)RS-485/EPP轉(zhuǎn)換器(因方案確定較早，采用了EPP并口，以后可以用1394火線口或直接使用PCI口)傳入計(jì)算機(jī)。轉(zhuǎn)換器內(nèi)設(shè)置的單片機(jī)，負(fù)責(zé)控制數(shù)據(jù)采集和將數(shù)據(jù)直接傳送到計(jì)算機(jī)內(nèi)存，保證了計(jì)算機(jī)的CPU有足夠的時(shí)間對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理、存硬盤(pán)、顯示以及將有效數(shù)據(jù)傳送至上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理，避免了大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)得不到妥善處理和利用，無(wú)用數(shù)據(jù)造成數(shù)據(jù)庫(kù)的堵塞。

    ◎每個(gè)橋墩都設(shè)置了參考通道，計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)依據(jù)參考通道的狀態(tài)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別，剔除無(wú)效信號(hào)。

    ◎所有硬件均嚴(yán)格按通過(guò)ISO9001:2000質(zhì)量管理體系認(rèn)證的工藝要求組織生產(chǎn)，并且所有產(chǎn)品都在振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了隨機(jī)振動(dòng)的考驗(yàn)(高效應(yīng)力篩選)。上橋前，所有產(chǎn)品又模擬現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境連續(xù)工作了三個(gè)月，所有試驗(yàn)中發(fā)生的故障都進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，及時(shí)解決系統(tǒng)的共性問(wèn)題，保證了硬件的可靠性。

◆ 技術(shù)指標(biāo)

1、測(cè)量點(diǎn)數(shù)：每臺(tái)采集箱8點(diǎn)，每臺(tái)計(jì)算機(jī)可控制16臺(tái)采集箱

2、供橋電壓：5V(DC)

3、每測(cè)點(diǎn)采樣速率：1、2、5、10、20、50、100、200（次/秒）

4、滿度值：可設(shè) 、可調(diào)

5、A/D分辨率：14位

6、系統(tǒng)不確定度不大于0.5％

7、使用環(huán)境：符合GB6587.1-86-Ⅱ組條件和環(huán)境

8、電源：220V±10％ 50Hz±2％

9、采集箱尺寸：可設(shè) 、可調(diào)

◆ 結(jié)論

    結(jié)論：通過(guò)“南京長(zhǎng)江大橋安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”的研發(fā)、生產(chǎn)，我們積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。簡(jiǎn)單歸納如下：

1、由于監(jiān)測(cè)參數(shù)和測(cè)點(diǎn)布置較為復(fù)雜，每座橋的狀況各不相同，因此，必須針對(duì)每座橋的實(shí)際情況設(shè)計(jì)硬件，才能保證監(jiān)測(cè)系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性、被測(cè)信號(hào)的真實(shí)性和有效性。

2、由于上橋以后系統(tǒng)的任何調(diào)整都是非常困難的，因此，整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)必須在公司內(nèi)聯(lián)機(jī)工作正常，并保證有足夠的老化考核時(shí)間。

3、所有技術(shù)必須采用成熟技術(shù)，沒(méi)有得到現(xiàn)場(chǎng)充分考驗(yàn)的產(chǎn)品不要輕易使用(特別是傳感器的形式)。

4、系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)對(duì)于提高系統(tǒng)的可維護(hù)性和可靠性都非常重要。特別是在系統(tǒng)局部損壞的情況下對(duì)其他測(cè)點(diǎn)不會(huì)有任何影響。

5、現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量與系統(tǒng)長(zhǎng)期可靠工作密切相關(guān)，傳感器防護(hù)措施必須一次實(shí)施到位，信號(hào)、通訊電纜必須按規(guī)范布設(shè)且固定防護(hù)措施到位。