塏固工程應用LabVIEW建構遠端監控大地工程施工安全觀測系統

Author(s):
陳 世欣 - 蘭陽技術學院
秦 紀仙 - 塏固工程有限公司

Industry:
Basic Materials - Steel/ Lumber/ Construction

Products:
LabVIEW

The Challenge:
以往土木、大地工程之監測作業領域大多使用進口之套裝監測系統，即包括Sensor、DAQ及Software等，均透過同一家專門銷售土木大地工程儀器之公司進行整合，然在實際的應用上確有非常多的限制且缺乏彈性，在成本上也因為整體系統是不可分割而高居不下。

The Solution:
我們首先使用LabVIEW所開發之API與監測之硬體(RS485 DAQ module、 Zigbee terminal module、GPRS terminal module等)進行溝通，將感應器所反應之即時data、歷史資料圖形、警報訊號等組合成安全資訊的HMI，最後再將HMI所呈現之資訊提供給遠端之電腦，以達成資訊分享之目標。

本文榮獲2007第六屆虛擬儀控徵文比賽產業組佳作

研究之問題及目的：

在土木、大地、結構領域中，工程師在施工前通常會運用很多工具程式協助進行預測、計算、分析等工作，以決定各種建築材料之強度、斷面大小及施工程序等等。近年來工程之複雜程度及規模遠超過工程師可以在現場隨時監管的工作範圍，然而工程師卻極需要大量的資訊來做為判斷工程安全狀況之指標，例如鋼支撐在深基礎開挖受力是否符合安全設計值，擋土設備所承受之應力應變是否與設計值相當等等資訊。

以往土木、大地工程之監測作業領域大多使用進口之套裝監測系統，即包括Sensor、DAQ及Software等，均透過同一家專門銷售土木大地工程儀器之公司進行整合，然在實際的應用上確有非常多的限制且缺乏彈性，在成本上也因為整體系統是不可分割而高居不下。

我們的目標是希望以LabVIEW作為監測系統之軟體平台，開發出具有彈性、相對成本較低、可快速發展以及具有系統整合能力之自動化監控系統，以突破此一小眾領域在開發及使用上之限制。

研究方法/應用方案：

我們首先使用LabVIEW所開發之API與監測之硬體(RS485 DAQ module、 Zigbee terminal module、GPRS terminal module等)進行溝通，將感應器所反應之即時data、歷史資料圖形、警報訊號等組合成安全資訊的HMI，最後再將HMI所呈現之資訊提供給遠端之電腦，以達成資訊分享之目標。

研究/試驗架構

土木、大地或結構的自動化監測與一般試驗室進行自動化監測，最大之不同就是監測的距離與範圍；一般在試驗室進行自動化監測之範圍可能就是服務一個房間的範圍，但是土木、大地之監測範圍有可能是幾公里長、可能是10000平方米的服務範圍，因此要達成這樣的監測範圍我們選用了以工業界常用之RS485架構來建構監測系統，再配合GPRS及 Zigbee分別提供長、短距離之無線解決方案。

 

研究/應用介紹：

運用LabVIEW作為開發HMI之工具，配合工業界常用之RS485 DAQ、GPRS module及Zigbee module硬體建構具有遠端無線監控能力之SCADA系統；系統應用上主要使用LabVIEW之VISA撰寫屬於RS485/232硬體之API，並透過LabVIEW建構HMI，將LabVIEW上之如Dialog Tab將不同之資訊進行分類分頁處理，以X-Y graph及Data table展示歷史曲線，以LabVIEW之Internet tool建構警報機制；監測主要應用說明如下，運用LabVIEW開發之HMI如圖所示:

深基礎開挖安全監測中-擋土設施之應力、應變行為、地下水位水壓及鋼支撐應力等。

坡地安全監控中-監測坡地地層滑動、地層之水位水壓、雨量等。

 

 

結論與建議：

很高興有機會應用LabVIEW來建構自動化監控系統；以LabVIEW做為軟體之開發環境，對於一個土木、大地或結構工程領域的工程師而言，其實是一個相當好的工具；以我一位從未學習如何撰寫軟體的土木人而言，使用LabVIEW可以讓我節省了很多學習的時間，也讓我可以很快速的將感應器微小的變化轉換成可閱讀的重要資訊；更可以快速的發展出屬於不同專案工程之HMI；除此LabVIEW具有高度整合硬體之能力，也讓我可以依照專案特性及預算選擇工業界多種不同品牌的硬體，大大降低自動化監控作業所需之成本，並符合業主之需求。

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