南京长江大桥安全监测系统的研制

◆ 概述

   “南京长江大桥安全监测系统”是由铁道部立项，上海铁路局主持，中南大学与江苏东华测试技术有限公司参与实施的科研项目。项目中的关键部分——信号适调、数据采集、远距离数据传送及控制软件由江苏东华测试技术有限公司设计、生产，并完成系统现场安装、调试。经过各方精诚合作，系统已于2004年3月完成系统联调，进入试运行阶段。经过三个月的运行，上海铁道局、南京长江大桥管理处组织了一次专家评审，在对系统运行情况进行现场操作认证后，一致认为系统设计合理，运行可靠，可以满足南京长江大桥安全监测的测试要求，目前一直正常运行。

◆ 系统组成

    为了满足采样速率和数据实时处理的要求，将信号分为三类由三台计算机分别控制，三类信号分别是：应变类（传感器主要有BS-8FT应变计），振动类（传感器主要有AS-5GB加速度传感器、941B型、891型拾振器）和位移环境类（传感器主要有WS10型位移计以及温度计、风速仪、地震仪等）。

    系统框图见图1

◆ 需要解决的主要问题和方法

   需要解决的主要问题和方法：设备运行的可靠性、被测信号的真实性和有效性(特别是识别雷击、周边环境等各种干扰)是本系统必须优先解决的主要问题。因此，在本系统设计的每个环节，上述问题都得到充分考虑。

   ◎考虑到测点分散，为了方便以后的维护，每个桥墩设置了一组多通道采集箱，每个采集箱负责南北各半跨测点的数据采集。为了防止传感器输出的小信号远距离传送引起的不稳定，将适调器尽可能靠近传感器，同时置于防水盒内。为了避免列车通过时产生的振动影响其长期工作，采集箱均放在桥墩顶部。连接方法见图2。

 ◎为了保证采集箱数据远距离传送的可靠性，采用了技术成熟的RS-485标准接口；为了防止扩展时，前级机箱故障对后级系统的影响，扩展采用了分别中继，保证了1.6公里范围内所有数据安全可靠的传送。RS-485的传送方式见图3。

◎系统的供电由桥头堡的控制室统一提供，每个桥墩又使用了一组净化稳压电源，保证供电的稳定可靠。

    ◎所有数据进入控制室后，经RS-485/EPP转换器(因方案确定较早，采用了EPP并口，以后可以用1394火线口或直接使用PCI口)传入计算机。转换器内设置的单片机，负责控制数据采集和将数据直接传送到计算机内存，保证了计算机的CPU有足够的时间对信号进行预处理、存硬盘、显示以及将有效数据传送至上位机，实现了对数据的实时处理，避免了大量监测数据得不到妥善处理和利用，无用数据造成数据库的堵塞。

    ◎每个桥墩都设置了参考通道，计算机实时依据参考通道的状态对数据进行识别，剔除无效信号。

    ◎所有硬件均严格按通过ISO9001:2000质量管理体系认证的工艺要求组织生产，并且所有产品都在振动试验台上按相关标准进行了随机振动的考验(高效应力筛选)。上桥前，所有产品又模拟现场环境连续工作了三个月，所有试验中发生的故障都进行了统计分析，及时解决系统的共性问题，保证了硬件的可靠性。

◆ 技术指标

1、测量点数：每台采集箱8点，每台计算机可控制16台采集箱

2、供桥电压：5V(DC)

3、每测点采样速率：1、2、5、10、20、50、100、200（次/秒）

4、满度值：可设 、可调

5、A/D分辨率：14位

6、系统不确定度不大于0.5％

7、使用环境：符合GB6587.1-86-Ⅱ组条件和环境

8、电源：220V±10％ 50Hz±2％

9、采集箱尺寸：可设 、可调

◆ 结论

    结论：通过“南京长江大桥安全监测系统”的研发、生产，我们积累了一定的经验。简单归纳如下：

1、由于监测参数和测点布置较为复杂，每座桥的状况各不相同，因此，必须针对每座桥的实际情况设计硬件，才能保证监测系统长期运行的可靠性、被测信号的真实性和有效性。

2、由于上桥以后系统的任何调整都是非常困难的，因此，整个监测系统必须在公司内联机工作正常，并保证有足够的老化考核时间。

3、所有技术必须采用成熟技术，没有得到现场充分考验的产品不要轻易使用(特别是传感器的形式)。

4、系统的模块化设计对于提高系统的可维护性和可靠性都非常重要。特别是在系统局部损坏的情况下对其他测点不会有任何影响。

5、现场施工质量与系统长期可靠工作密切相关，传感器防护措施必须一次实施到位，信号、通讯电缆必须按规范布设且固定防护措施到位。