교량 구조 상태 모니터링을 위한 고속 분산형 DAQ 시스템
2022-06-14
소개
교량 상태 모니터링은 교랑 구조물의 안전 및 내구성을 보장하기 위한 필수불가결한 요소입니다. 교통, 바람, 지진 또는 근처 기계들에 의해 야기된 진동은 이러한 구조물에 심각한 위협을 줄 수 있으며, 진동의 파동 패턴이 교량의 고유 진동 모드인 경우, 지속적으로 축적된 에너지는 소산될 수 없습니다. 이는 결국 교량의 심각한 피해를 이어질 것입니다. 어드밴텍의 분산 데이터 수집 시스템 채택은 위 같은 경우를 위하여 견고하고 안정적인 솔루션을 제공합니다.
시스템 요구 사항
물체의 진동 파형에는 다양한 모델이 있습니다. 교량의 진동 신호를 모니터링하고 모델을 생성함으로써 파형의 변위를 비교하여 교량의 상태를 파악할 수 있습니다. 교량의 부서지기 쉬운 부분 외에도 감시를 위해 교량 간격마다 총 32개의 가속도계를 설치해야 하며, 측정에는 IEPE 가속도계를 사용해야 합니다. 센서를 수백 미터 동안 브리지에 설치할 수 있어야 하므로 이상적인 배치 방식은 데이터 수집 및 컴퓨팅 시스템을 현장에 배치하여 센서의 케이블 길이를 최소화하고 데이터 전송량과 백엔드 서버 로드를 줄이는 것입니다. 가속도계와 데이터 수집 장치를 실외 환경에 설치해야 하므로 시스템이 날씨와 습도에 견딜 수 있어야 합니다. 고객은 소프트웨어 및 알고리즘 개발에 Python을 사용하기 때문에 Python API를 통해 DAQ 모듈에서 직접 데이터를 수집해야 합니다.
시스템 설명
어드밴텍의 AMAX-5580 EtherCAT 엣지 컨트롤러는 iDAQ-964 모듈식 DAQ 섀시 및 iDAQ-801 진동 획득 모듈을 통해 가속도계 신호의 실시간 분산 모니터링을 실현합니다. 일반적으로 교량의 진동 주파수는 1kHz 미만이고, iDAQ-801의 샘플링 속도는 256kS/s, 샘플링 분해능은 24비트로 주파수 영역 분석에서 매우 높은 주파수 분석을 제공합니다. 이 모듈에는 가속도계의 감지 주파수가 샘플링 주파수에 더 높거나 근접하여 주파수 영역 분석에서 오판을 일으킬 수 있는 왜곡을 방지하기 위한 안티앨리어싱 필터가 내장되어 있습니다. AMAX-5580 EtherCAT 컨트롤러는 데이터를 처리하고 분석하는데 사용되며, DAQ 노드 간에 최대 100m의 연결을 제공할 수 있으므로 대규모 측정 시나리오와 원격 모니터링 요구사항이 가능합니다. 또한 iDAQ 모듈식 시스템은 -20°C에서 60°C까지의 작동 온도 범위를 견딜 수 있도록 광범위한 온도 설계를 특징으로 하며, 알루미늄 합금 케이스 섀시는 외부 환경에 전자파 간섭을 견딜 수 있어 실외에 사용하기에 적합합니다. 이에 더해 모든 개발 요구에 맞는 여러 프로그래밍 언어를 지원하는 DAQNavi 소프트웨어 개발 키트를 제공합니다. 이 프로젝트에서 클라이언트는 Python을 사용하여 알고리즘과 소프트웨어를 개발하여 iDAQ 모듈에서 DAQNavi Python API를 통해 데이터를 수집할 수 있습니다.
프로젝트 구현
- AMAX-5580: EtherCAT 엣지 컨트롤러
- iDAQ-964: AMAX-5580용 4슬롯 iDAQ 섀시
- iDAQ-801: 8채널, 256kS/s/ch IEPE DSA iDAQ 모듈
- DAQNavi/SDK: 소프트웨어 개발 키트
시스템 다이어그램
결론
이 경우, A/D 고속 데이터 수집, 멀티 채널 동시 수집, 통합 수집 장치는 이 애플리케이션을 실현하기 위한 3대 요소입니다. IEEE 전원 공급 장치, 고효율 컴퓨터 컴퓨팅 플랫폼(AMAX-5580) 및 소프트웨어 개발 키트(DAQNavi)에 이르는 어드밴텍의 솔루션은 모두 브리지 상태 모니터링을 실현하는 데 중요한 역할을 합니다. 더 중요한 것은 iDAQ-801 소프트웨어 개발 프로그램이 DAQNavi API를 통해 완료될 수 있다는 점입니다. 개발을 위해 API를 사용함으로써 기존 알고리즘도 원활하게 구현할 수 있습니다. 따라서 개발 시간이 단축되고 이후 관리 비용도 절감됩니다.
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