系统硬件集成及软硬件联合调试方案

系统硬件集成及软硬件联合调试方案1系统构成及功能系统总体架构方案结合桥梁结构特点，以及预警、评估和管养决策方面的要求，健康监测系统由下列四大子系统构成：（1）关键参数自动化监测子系统；（2）数据存储与管理子系统；（3）安全评估与预警子系统；（4）用户界面子系统。关键参数自动化监测子系统关键参数自动化传感测试子系统是通过各种传感器构成的传感子系统，按照一定的采集和传输策略，自动化获取环境和结构状态数据的系统。系统需满足如下具体功能要求：监测内容适用，包括表征结构状态和行车安全的主要特征量。测点布置合理，便于传感器、采集仪器、辅助设备等的安装、防护。能够获取满足结构安全预警与状态评估分析所需要的数据。传感器与采集系统长期稳定性好，自动化运行，24小时连续采集。能够实现数据长期、实时、同步采集。能够实现设备自诊断、自恢复功能，自动定位故障，并实时报警，具有故障隔离功能，出现故障时不影响其他设备正常工作。能够对采集的原始数据进行初级校验和选择存储。能够按照既定程序自动完成，或在用户干预下进行数据采集。数据存储与管理子系统该子系统包含监控中心计算机设备和相应的数据处理和分析软件。主要功能是由计算机系统完成信号数据的预处理、后处理、归档、显示和存储等数据管理；并通过网络设置和控制外场桥梁现场的各个数据采集站、调解器设备和传感测试设备的工作。该子系统具备如下具体功能：能够实现数据统计、转换、导出、重新采样、软件滤波等处理：建立与各种监测数据的数据类型、数据规模相匹配，并与其采集、预处理、后处理功能要求相适应的分布式数据存储结构，以及相应的数据交换模式，构建系统数据库；能够实现监测数据的预处理、分类存储以及自动备份；具有相应的软硬件安全机制，保证数据的安全，防止数据丢失或被人为恶意破坏、盗取；具有对数据及设备异常报警功能，报警信息记录存储；支持特殊事件数据单独存储及分析与处理。安全预警与状态评估子系统通过该子系统实现根据监测数据进行结构状态与损伤识别，并综合识别的结果以及巡检结果对桥梁结构的安全使用状况进行预警评估。该子系统具备如下具体功能：利用各类监测数据对桥梁分析模型进行修正，建立系统运行时的基准有限元模型，用于桥梁工作状态分析和行车安全状态评定。提出明确的预警指标及分级预警体系，能够通过设置明确的阔值，对实时监测结构状态参数信号进行判断和分级预警，并对报警情况进行记录；能够对自动化监测数据和定期测量结果进行统计、对比分析，趋势分析和相关性分析；能够综合各种监测数据、定期测量信息和分析结果，对结构异常状态进行识别和诊断，对结构安全和使用状态进行总体评价。用户界面子系统通过该子系统实现将各种数据实时按需求向用户展示，并且接受用户对系统的控制与输入。通过建立在监控中心监控服务器上的，基于B/S架构的一系列可视化软件组件，向监控中心现场操作人员以及授权的远程客户端用户提供友好的人机交互界面，实现便捷的系统控制、监测数据立体查询和在线分析。该子系统具备如下具体功能合特征：基于B/S架构客户端软件开发，提供方便的巡检信息录入口及数据转换功能；实时监测数据以及分析结果能够以图形化显示，并根据使用人员的不同提供多种显示方式。提供丰富的图形化显示界面，人机交互界面友好，展示效果简明直观。根据监测类型及数据分析内容，采用图形、表格、文字、3D图形等多种形式的数据信息展示方式，并提供关联项目图形的同步对比，真实反映出桥梁的工作状况。在大桥管理人员所使用的三维模型监测界面中，能够进行漫游、测点位置显示、监测数值的动态显示、变形等结构响应与分析结果的显示等。具备远程信息发布与共享，远程授权操控能力。具有自动化报告、报表生成功能。展示和操作界面风格友好、布局合理、操作便捷、查询手段多样、分类详细。2数据采集及传输数据采集及传输总体根据采集与传输子系统技术目标，结合工程实际需求，系统设计采用工业以太网总线组建健康监测系统采集传输网络，采集站之间采用FDDI光纤双环冗余传输网络，保证信号传输的可靠性，系统架构如下图所示。图2.SEQ图2.\*ARABIC6健康监测系统数据与采集传输构架图数据采集与传输模块对各类传感器的监测数据进行采集并将采集信号通过专用线缆（或光缆）传送至监控中心，是健康监测系统的关键部分，事关采集数据的准确性，和传输的可靠性，为后续的数据分析和安全评估提供数据支持，是系统建设成败的关键。健康监测系统的数据采集与传输模块由分布在大桥的外场数据采集站和光纤以太网传输网络组成。外场数据采集站由多个数据采集模块组成，模块将采用先进的成熟产品，以确保系统的稳定性、耐久性和高精度。外场数据采集站与健康监测系统监控中心通过专用光纤以太网传输网络组建大桥健康监测系统局域网，实现数据的交互。健康监测系统后端控制设备（包括数据处理与控制计算机、服务器、工作站等）均布置在健康监测系统监控中心，健康监测系统数据通过系统专用通信光纤从桥梁现场发送到监控中心。3系统硬件集成系统硬件集成是将所有测试资源连接安装起来，在软件平台及仪器驱动程序的支持下进行硬件集成，要求所有测试资源工作正常，程控资源控制准确可靠，仪器性能指标满足要求。设备型号本招标项目系统硬件集成所需仪器设备如下表所示。表2-SEQ表2-\*ARABIC10仪器设备一览表序号设备类型规格型号1工业交换机酷睿Corei52光纤光栅解调仪/3振动采集仪/4视频抓拍及转发系统/5通用电信号采集仪/6动态称重采集仪/7光纤收发器/8现场采集工控机/数据采集与传输系统集成一般规定（1）数据采集和处理系统各项要求应符合设计、规范的规定。（2）数据采集与处理系统无质量严重缺陷。系统设备安装和调试（1）接入自动化系统的监测仪器（传感器）各项技术指标应满足设计和规范的要求，并符合国家计量法的规定。监测仪器的安装方向应与人工测量装置、规范规定的方向一致。（2）数据采集装置的性能技术指标应符合设计、规范的要求，防雷接地系统安全、可靠。能实现数据采集装置与监测管理站采集计算机之问的双向数据通信，以及监测管理站和监测管理中心站内部及其同系统外部的网络计算机之问的双向数据通信。（3）监测信息管理软件应具有在线监测、离线分析、图表制作功能、测值预报、数据库管理、网络通信功能、安全保密等功能。（4）数据采集站在现场的安装可以按照以下步骤和要求进行：①固定支架离地面不小于100mm高，水平焊接保证柜体水平垂直，并作好防腐处理；②安装柜子前检查无脱漆和扭曲损坏，柜子用不锈钢或镀锌件的螺栓与支架固定，使其水平垂直，固定面除去防腐层，接触紧密，使其接地良好，塔内机柜用不小于10mm平方的铜线做接地；③柜内的金属框架及托盘作可靠的接地，装有电器的可开启门，门和框架的接地端子用编织铜带或铜线连接；④柜内设备安装前先检测设备的良好完整，做好标签，安装规划合理，设备固定牢固，外壳作可靠接地；⑤柜内配线整齐，导线连接紧密，不伤芯、不断股，端子安装牢固，强电、弱电端子隔离布置，端子规格与线芯截面大小合适。监控中心系统一般规定（1）监控中心系统各项要求符合设计、规范要求；（2）监控中心系统无严重质量缺陷。系统设备安装和调试（1）监控中心设备的性能技术指标符合设计、规范要求，防雷接地系统安全、可靠。实现数据采集装置与监测管理站服务器之间的双向数据通讯，以及监测管理站和监测管理中心内部及其同系统外部的网络计算机之间的双向数据通讯。（2）监测信息管理软件具有在线监测、离线分析、图表制作功能、测值预报、数据库管理、网络通讯功能、安全保密等功能。（3）监控中心系统设备的性能及安装：①性能技术指标应符合设计，规范的要求。②设备安装及电缆布线应整齐，监测设施应有防护措施。③支座及支架应安装牢固，并作防锈处理。④外露电缆（光缆）应按设计和规范要求加钢管防护。（4）网络通讯、计算机、存储设备和软件①产品的规格、性能应满足规范和设计的要求。②产品的质量应满足相应的标准。③系统软件应基于通用的操作环境，具有图文并茂的用户界面。④网络通讯、计算机、存储设备的布置应满足设计要求，各种设备、电缆排列整齐美观，安装稳固，设备间连接正确。⑤具有完善的接地设施。⑥具有安全保护设施。⑦能实现数据采集装置与监测管理站采集计算机之间的双向数据通信，以及监测管理站和监测管理中心站内部及其同系统外部的网络计算机之间的双向数据通信。通讯速率应满足设计的要求。⑧通讯系统应能稳定可靠地不间断运行，满足自动化系统应具备的功能和性能对通讯和网络管理的需要。（5）计算机外部设备①产品的规格、型号、性能应满足设计和规范的要求。②产品的质量应满足相应的行业标准要求。③应排列整齐美观、安装稳固、连接正确。（6）监测管理中心①应具备足够的设备空间和工作空间，并具备良好的照明、通风和温湿度调节环境。②应配置可靠的供电线路和防雷接地设施，以满足室内计算机和通讯设备正常运行的环境要求。（7）系统运行和维①所有原始实测数据必须全部入库②监测数据至少每6个月作1次备份。③宜每年对自动化系统的部分或全部测点进行1次人工比测。④运行单位应针对本工程特点制订系统运行管理规程。⑤每3个月对主要自动化监测设施进行1次巡视检查。⑥定期（如1个月）校正系统时钟。（8）系统运行的稳定性、可靠性检验要素①试运行期监测数据的连续性、规律性好，无系统性偏移，能反映工程监测对象的变化规律。②在被监测物理量基本不变的条件下，系统数据采集装置对每个测点进行连续15次数据采集，根据实测值计算观测中误差，精度应达到监测仪器的技术指标要求。③在系统中对不同类型的采集模块抽取一定比例数量的模块，统一模块抽取3~5个测量通道进行准确性测试。测试时，采用一定的方式，人工给予一个标准物理量变化，检查自动化系统测值与标准物理量的较差，以检验系统的测值准确性④根据系统运行以来所有历史监测数据资料，以及运行、维护、维修情况记录。计算系统平均无故障工作时间和数据缺失率。以检验系统的可靠性和长期稳定性，应满足规范要求。支持保护系统（1）支持保护系统设备各项技术指标满足设计和规范的要求，符合设计规范、国家标准的规定。（2）安装要求：①设备安装及电缆布线应整齐，监测设施有防护措施；②支座及支架安装牢固，并作防腐处理。③外露电缆（光缆）按设计和规范要求加装防护。（3）UPS①UPS的性能和安装符合设计要求。②设备安装时做好接地防护，接入工程的接地网。（4）电源线路敷设①系统供电电源根据系统功率需求和技术指标规定进行配置，采用专线供、电。线路的走向满足设计的要求。②电缆、线槽、保护管、支架、电缆沟的规格满足设计要求。③供电电路敷设整齐、美观，现场标示明晰，安装质量满足设计和规范要求。④供电线路具有完善的接地设施，接入工程的接地网。接地电阻符合规范的要求。⑤供电线路具有安全必要保护措施，满足监测系统的长期、稳定运行需要。⑥系统具有稳定的工作电源。4软硬件联合调试方案调试阶段按时间顺序划分为如下几个阶段：（1）传感器调试：确保传感器正常，用万用表、便携式光纤光棚解调仪测量得到数据。（2）传输线路调试：用网络分析仪确保光纤链路正常。（3）设备调试：仪表运行正常。（4）软件调试：获取数据和传输通讯正常。（5）系统调试：系统运行稳定，交付用户。调试计划（1）传感器调试：传感器安装前/安装后进行（工期算在传感器安装阶段，传感器分阶段施工），配合系统调试如有故障点则单点调试。（2）传输线路调试：光缆铺设后进行（工期算在光缆铺设阶段），配合系统调试如有损耗则再次调试。（3）设备调试：仪表安装后进行。（4）软件调试：硬件条件具备后进行。（5）系统调试：各单元调试系完成后进行。调试环境（1）万用表和光纤解调仪在安装时进行调试。（2）监测中心的数据接收服务器端在监测中心机房进行。（3）传感器链路、通讯物理链路在桥架通道上。调试条件（1）传感器安装完毕，或者阶段性工程安装完毕。（2）传感器按方案接入相应的光纤解调仪的相应通道中。（3）光纤解调仪所在的外场箱梁能够提供稳定的AC220V电源。（4）外场箱梁和监测中心的通讯物理链路正常（能Ping通数据接收服务器）。（5）工程现场允许进入进行系统调试。（6）环境温度10℃~40℃，湿度<90%。调试设备（1）笔记本电脑。（2）光纤光栅传感器检测调试程序。（3）便携光纤解调仪。（4）网络分析仪。（5）光纤熔接机。（6）法兰、FC/APC跳线、红光仪、适配器、裸纤适配器、光纤剥线钳。（7）交叉网线。调试步骤（1）光纤解调仪仪表设备调试①确保输入电压符合220V+10%，并保证接地良好，在关机状态下做好电源线的连接。②检查外接数据连接线的紧固。③检查连接。④检查键盘鼠标网络显示器等的连接线。⑤以上检查无误后开机。⑥正常进入windows系统后，双击桌面测试软件的图标，能正常进入测试界面。⑦测试程序能正确显示应变值、位移以及加速度等物理量。⑧调试结束先关闭测试软件后关闭计算机。⑨在调试结束后切断仪表系统总电源。（2）软件调试①运行软件，检查传感器返回的信号是否合理。②如果不合理，调试程序，检测传感器是否出现故障。③如果数据还不正确，调整相应采集参数。④检查软件各功能按钮是否正常，如不正常检查相应代码部分。⑤如果数据依然不正确，用MicrosoftVisualC1+6.0的Debug功能查看设备内存情况。（3）数据通讯部分①首先在本地使数据采集仪和笔记本通讯正常。②接入远程，和监测中心的数据接收器通讯。③如果不能正常通讯，ping远方设备，检查IP地址是否冲突。④如果Ping不了监测中心数据接收器，检查线路问题以及网卡问题。⑤如果Ping通监测中心数据接收器，但数据不能传输，检查远程软件是否和笔记本上的程序一致；⑥如果数据依然不正确传输，用MicrosoftVisualC1+6.0的Debug功能查看设备内存情况。（4）传感器部分调试①检查必备的工具，是否齐全。②检验测试跳线，红光仪。③若为便携式解调仪，且数据要求准确，则在测试过程中，使用标准具进行波长的校准。④调试解调仪，验证其是否能正常工作。⑤验证测试器件的波长与对应的安装记录是否一致。⑥在解调仪中输入器件的参数。⑦验证通过器件测试的物理量是否合理。⑧做好记录，对测试数据进行存盘记录，便于以后进行数据分析；⑨现场需要对器件熔接时，最好使用解调仪进行监控，一旦发现插损较大，马上分析原因并返工；需要使用Φ11的熔接保护管时，则参照《传感器串接工艺》进行操作。（5）传输线路部分调试①调试程序，检测光损情况。②如果无信号，用红光源检查通光情况；如果信号弱，检查线路弯折，消除损耗。③通过调试程序，确定损耗大的位置，修复弯折或者重新熔接。（6）系统联调系统调试是在各模块调试正确的基础上进行的，系统调试也包括测试和调整两个方面。系统调试的意义是：①通过系统调试使系统性能达到规定的指标。②通过系统调试发现设计中存在的缺陷予以纠正。在各模块单元调试完成的基础上，可进行系统联调。例如传感器安装测试、仪器仪表安装、通讯线路等部分分别达到设计指标后，再进行总联调。总联调是对总系统的性能指标进行测试和调整，若不符合设计要求，应仔细分析原因，找出相应的单元进行调整。不排除要调整多个单元的参数或调整多次，甚至要修正，方案的可能。系统联调具体步骤大致：通电观察：系统通电后不要急于测量电气指标和查看测试数据，而要观察仪器仪表有无异常现象，例如有无冒烟现象，有无异常气味，手摸机箱是否发烫、风扇是否正常、响声是否均匀等。如果出现异常现象，应立即关断电源，待排除故障后再通电。传感器测试数据调试：各通道接入传感器，如果光纤信号弱，检查传感器线路损耗，调整线路损耗后再进行；检查测试频谱图形是否正确，如果不正确标定设备后再进行：测试频谱图形正确后，用程序检查将其转化为温度或应变等物理量，观察相应的物理量是否合理，如果不正确检查传感器标定系数表。远程数据通讯调试：在传感器测试数据调试的基础上进行远程数据通讯的调试。如果数据不能正确接收，检查数据传输的物理链路以及核对通讯协议。全部调试完毕后，交付试运行。经过一段时间运行，如果工作正常、程序不需要修改，则完成交付。5系统试运行实施方案试运行的目的是让业主熟悉系统的各项功能操作，同时对系统的可靠性与稳定性进行验证。在系统试运行阶段，我司负责系统的技术支持工作，对可能出现的问题及时响应搜集业主完成试运行产生的各种运行报表和状况评价表，作为验收材料。试运行期间，主要工作有：安排人员培训，并进行实际操作；对系统进行日常操作，并予以记录；对系统发生的问题，分重点分层次地予以解决，并由此提出针对性的措施。发现并总结系统运行中的管理和维护问题，总结经验，以便系统正常运行时参考。（1）建立专责管理队伍。（2）建立健全运行操作规程。（3）建立健全系统日常维护规范。（4）建立设备运行档案。健康监测系统建设完成，开展为期1个月的系统试运，试运行具体内容包括：系统软件的试运行及记录、系统硬件的试运行及记录、系统操作运行及记录等。需要试运行的内容包括安全环境试运行、系统软硬件试运行。6系统验收实施方案系统具备交付条件时，应及时组织验收交付投入使用。系统验收应包括硬件验收、软件验收和资料验收三部分。硬件验收应包含以下内容：（1）进场设备材料的数量、规格型号、技术参数等与合同文件、设计文件的一致性，合格证、质保卡、说明书及出厂检验报告等是否齐全；（2）传感器安装位置正确、牢固、端正，表面平整，与结构物接触面紧密，采取必要的防腐防护措施，信号线按要求连接到位；（3）数据采集设备处于正常工作状态，机柜内电力线、信号线、元器件等布线平直、整齐、固定可靠，插头牢固，标识清晰。出线管与箱体连接密封良好，机柜内无积水、尘土、霉变；机柜接地连接可靠，接地引出线无锈蚀；（4）光电缆线路敷设与数据中心设备安装应满足《公路工程质量检验评定标准第二册机电工程》（JTGF80-2）的有关要求。软件验收应包含以下内容：（1）数据采集与传输软件功能完整性和一致性检查，正常采集、