Captronic Systems - 사장교(Cable-Stayed Bridge) 구조 상태 모니터링 시스템

Author(s):
Sukesh Kumar DS Assistant Manager - Captronic Systems

Industry:
Basic Materials - Steel/ Lumber/ Construction

Products:
LabVIEW, FieldPoint

The Challenge:
1.8Km 길이의 사장교의 임계 영역에서 데이터를 수집 및 로깅하는 시스템 개발. 스트레인, 데크(Deck) 변위, 케이블 진동, 풍속, 풍향, 공기 품질, 대기 온도 및 강우를 포함한 약500가지 매개변수. 데이터는 교통 통제실에 있는 마스터 컴퓨터에 디스플레이 되어 로깅되거나 통신 중단의 경우 로컬 컨트롤러에 의해 로깅. 웹 서버를 통해 상태 모니터링이 가능하다.

The Solution:
교량은 7개의 임계 영역(유닛1 ~ 유닛7)으로 구분되며 각 영역은 NI의 FP-2000 Real-Time Controller/Interface 및 FieldPoint 데이터 I/O 모듈을 통해 설치됩니다. 컨트롤러는 데이터를 수집하여 처리한 다음 TCP/IP를 통해 호스트 컴퓨터에 전송합니다. LabVIEW DSC를 실행하는 호스트 컴퓨터는 데이터 경보를 모니터링 및 로깅합니다. 호스트 컴퓨터는 웹 서버를 계속 업데이트하여 인터넷을 통해 교량 상태를 모니터링할 수 있습니다.

도입
어플리케이션에 가장 적합한 신뢰성 및 구성 기능 때문에 NI의 FieldPoint 2000 모듈은 리얼타임 컨트롤러로 선택되었습니다.

FP-2000 Real-Time Controller/Interface는 I/O 모듈을 통해 데이터를 수집하고 사용자 정의 단계에 따라 각 채널에서 데이터를 처리한 다음 TCP/IP 프로토콜을 통해 데이터를 전송합니다. 10분 동안 연속적으로 진동 데이터를 수집 및 처리하여 피크, 피크 투 피크, RMS 및 평균 값을 계산합니다. 계산된 이 값은 호스트 컴퓨터에 전송됩니다.

교통 제어실에 있는 호스트 컴퓨터는 각 매개변수의 상태를 모니터링하여 그 상태를 임계 한계와 비교하고 있습니다. 호스트 소프트웨어는 사용자 친화적인 HMI(Human Machine Interface) 스크린이 있는 LabVIEW DSC를 사용하여 개발합니다. LabVIEW DSC에는 또한 저장 전에 데이터를 압축하는 CITADEL 데이터베이스가 있습니다. CITADEL은 ODBC 호환되므로 사용자는 개발한 GUI를 통해 과거 데이터를 검색할 수 있습니다.

LabVIEW의 보고서 생성 기능으로 고객에게 필요한 많은 맞춤형 보고서를 쉽게 프로그래밍할 수 있었습니다. LabVIEW DSC의 히스토리컬 트랜딩 기능을 사용하여 데이터를 검색하여 HTML 또는 MS Excel 형식으로 내보낼 수 있습니다.

그림1. 교량 데크에 위치한 일반 유닛의 하드웨어 셋업

시스템 구성
각 영역은 유닛이라고 하며 1에서 7까지 번호가 지정되어 있습니다. 각 유닛에는 구성 파일이 있으며 구성 파일에서 센서 세부 사항이 작성됩니다. 각 매개변수의 엔지니어링 변환은 이 구성 파일에 따라 결정됩니다. 이 파일은 호스트 프로그램을 사용하여 구성이 가능하며 암호로 보호되어 있습니다

FP-CTR-500 Counter 모듈을 사용하여 콘크리트를 따라 놓인 Vibrating Wire 스트레인 게이지 출력을 측정합니다. 100개 이상의 스트레인 게이지를 데크에 높고 멀티플렉싱하여 수집합니다. FP-DO-410 Digital Output 모듈을 사용하여 멀티플렉서를 위한 제어 신호를 생성합니다. 수집된 주파수는 컨트롤러에 의해 마이크로 스트레인으로 변환됩니다. 3차원에 따른 케이블 진동은 가속도계를 사용하여 감지되고 FP-AI-100 Analog Input 모듈을 사용하여 수집됩니다. 대기압, 대기 온도 및 습도 센서 출력은 FP-AI-100 Analog Input 및 FP-AI-110 Analog Input 모듈을 사용하여 측정합니다. FP-CTR-502 Counter 모듈을 사용하여 공기 품질 센서 출력을 측정합니다. FP-CTR-502 Counter 모듈을 사용하여 풍속계 및 우량계 출력을 측정합니다. 상단 파일(pile)에 있는 GPS 장치는 제어실에 대해 교량 편향을 제공하고 이더넷 프로토콜을 통해 수집됩니다.

메인 컴퓨터에서 실행되는 소프트웨어는 각 값을 경보 한계와 비교하고 이에 따라 경보를 생성합니다. 정규 데이터 수집 속도는 매 10분당 1개 데이터 세트에 불과합니다. 하지만 버스트 모드에서는 훨씬 더 빠른 속도로 데이터가 수집됩니다.

버스트 모드(Burst Mode)는 다음 조건에 따라 정의됩니다.
1. 풍속은 15m/s이상입니다
2. GPS 리드백(Read Back) 편향은 0.5미터 이상입니다.
3. 가속도계에 표시된 편향은 1mm2보다 크거나 같습니다

하드웨어

표1. 각 하드웨어 구성요소에 지정된 기능적 역할

사용자 인터페이스
그림2에서 볼 수 있는 것처럼 컴퓨터가 켜지면 곧바로 주 패널이 열립니다. 이 스크린에 경보가 표시됩니다. 경보 테이블의 최상층에는 가장 마지막으로 생성된 경보가 표시됩니다. 사용자는 이미지의 해당 위치를 눌러 다른 장치 스크린으로 이동할 수 있습니다. 스크린에 제공되는 맞춤형 버튼을 사용하여 다른 소프트웨어의 기능도 열 수 있습니다.

그림 2. 주 패널

그림 3. 개별 장치 소프트웨어 패널

사용자는 보고서 생성 패널을 사용하여 보고서를 작성할 수 있습니다. 사용자는 데이터베이스에서 데이터를 검색하기 위해 매개변수를 선택하고 데이터 범위를 지정해야 합니다.

결론
당사는 사장교를 위한 고성능 분산 데이터 수집 시스템을 구현했습니다. 이것은 새로운 교량을 건설하는 동안 연구 및 주요 단계에서 설계 센터에 도움을 주었습니다. 이는 또한 교량의 상태를 원격으로 모니터링하는 데 매우 유용하므로 파국적인 상황이 벌어지기 전에 예방 조치를 취할 수 있습니다.

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Sukesh Kumar DS Assistant Manager
Captronic Systems

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