分析远程控制的高铁桥梁监测系统
时间：2020-09-18 07:56:19 来源：达达文档网 本文已影响 人 
摘要：高铁在运行过程中基础工程随着环境的变化和使用年限增长容易出现各种异常现象，导致结构的稳定性和安全性降低，随着高铁在我国的普及和发展，对高铁运行中基础工程的稳定性监测显得十分重要。本文简述了桥梁监测系统，通过小车实现远程对桥梁的监测控制，分析了小车与监测中心的通信，小车在监控中心控制下运行的实现，探讨了小车数据传回分析等等。
关键词：远程控制；高铁桥梁；检测
一、引言
由于大部分高速铁路基础工程桥梁占据80%以上，运行速度300-350km/h，因此从安全角度保证运行中坚实的桥梁基础是至关重要的。为实现远距离的桥梁监测，使用一个运行在轨道上面，可由远程监控中心控制的小车，通过小车收集现场的图像信息并存储在指定的文件夹中后传回到监测中心。同时在小车上装载有工控机，3G的无线路由器，可编程控制器，图像采集设备，通过工控机上运行的C + +程序和设备，可以实现远程控制、数据采集和数据传回系统。
二、桥梁监测系统概述
桥梁的监测，就是对桥梁的结构进行状态监测与评估，为桥梁在特殊气候、特殊交通情况或运行状态的严重异常时触发报警信号，同时分析和预测桥梁的使用寿命，并为桥梁的养护，维修和管理决策，验证设计理论，提高桥梁的设计方法和相应的标准提供科学依据。
桥梁的监测系统一般应包括以下几个部分：
（1）传感器系统。用于把测量参数转换成电子信号，并在选择传感器和二次仪表类型和数量的时候，应根据建立桥梁的监测系统的目的，以确定投资规模。
（2）数据采集与处理系统。实现各种信息来源，不同物理信号的采集和处理，根据系统功能要求的各种原始数据分解分析，变换得到系统参数的需要，并以某种形式的储存方式存储起来。
（3）通信系统。将收集和处理的数据传输到监控中心。
（4）监控中心、报警设备。使用诊断功能的软件和硬件接收的数据诊断，判断损伤发生的位置，程度，结构健康情况并做出相应的评估，如果发现异常，一个警告信息随即发出。
三、监控中心和小车的通讯
1、 Socket简介
程序员可以再socket 的基础上很容易访问TCP的IP地址，这样就可以开发各种网络应用程序。开始应用socket进行通信是要先设置通信模式，此中项目工程中使用的是在TCP协议之上的流式套接字模式。程序编制人员还可以设置socket的阻塞时间等。在数据的接受过程中，如果没有恰当的设置阻塞时间，接受的数据在接收函中就不能向下继续执行。如果程序员在编制程序是设置了阻塞的时间数据接受后就可以继续向下执行命令。
2、小车对监控中心命令的接收与解析
运行在高铁桥梁上的小车使用的通信接口为3G网络接口，小车在运行过程中不是固定的IP地址，因此监控中心是很难搜寻到小车的，但是监控中心是处于有线网络的情况下，是有固定的IP地址的。我们假设监控之心的IP不是公网的IP地址，通过映射功能可以将上一层拥有的公共公网的IP地址的计算机的制定的端口放映到监控中心原来设定好的通信端口进行通信设置。监控中心可以发给小车采用TCP协议的命令，小车在接受命令的过程中的具体流程如下图所示：
四、小车运行在监控中心控制下的实现
1、 PLC与VC程序之间的通讯
PLC与VC程序之间是通过一个ETH—MPI转换器连接上位机和PLC，有一个一个MPI接口和RJ45接口生成在ETH-MPI转换器上面，这两个接口分别连接在PLC和上位机上，这就组成了PLC和上位机的物理上的连接，ETH—MPI是有自己的IP的转换器，他和上位机共同组建成一个局域网络，这时的上位机的网卡IP的转换器的地址要和转换器的IP地址保持一致，PLC给转换器供电，通过上位机可以有效的访问转化器的界面，同时可以有权修改或者是获得转化模块的IP地址或者是转换器的波特率等等信息。
西门子的Step7V5.4软件在上位机上的功能可以在选项菜单下设置PC接口，选择为TCP/IP模式，点击可访问的节点即可，同时程序开发人员也可以在此软件的作用下实现对PLC进行操作，这个项目的过程是向无人操作的小车上发送一条命令，小车上没有人操作所以小车不能通过西门子的Step7V5.4软件自动改写PLC中的相应的数据信息。这时就可以利用西门子开发的另一个软件对小车进行操作，就是Prodave软件，可以实现PLC和PC中进行数据交换处理，这种软件的操作方法如下情况：
（1）复制prodave6.lib，Prodave6.dll，Pro-dave6.H三个文件到所在的工程的文件目录下面。
（2）在工程所在的目录下打开文件，在程序中包含Prodave6.h头文件的我们命令动态链接库中包含所有函数，也可以在宏定义下的头文件中解决由于编辑器不一样导出的函数名字变化的问题。
（3）选择Settings项在Project选项中，在Project Settings对话框中点击打开，框中的Link选项卡点击打开，在Object/Librarymodules选项卡中的空白处输入Prodave.lib.这时开发人员就可以在程序中在加载该动态链接库的情况下随意的调用Prodave6.dll内的函数了。
2、监控中心对小车的运行控制
小车上的C++程序在监控中心收到发出的信号时开始解析收到的信息和命令，可以通过有关程序对PLC的寄存值进行相应的修改，在PLC上的相关程序实现对PLC输出的控制和命令，进而就实现了对小车的正常运行的一系列的控制和操作，于是监控中心人员就可以实现远距离对小车进行操作了。
五、小车传回采集的数据
小车以图像的形式进行数据的采集，然后在把图片数据压缩打包，然后把压缩包传回到监控中心去，在这个过程中要注意：
（1）压缩包文件格式仍然是很大的，当它将文件拆开成一个小的，小的文件通过socket传到监控中心，该scoket函数功能发送数据在内存中的数据，所以首先开辟出一块内存，将包裹文件读取到该内存中，然后在内存中的数据发送到监控中心，全部建成后，在由监测中心再次压缩到原有的压缩包。
（2）该项目是用无线网络，速度不快，如果你设置的压缩包太大，会导致传输很长一段时间，在设定的阻塞时间内发送没有完成，接收端被视为网络中断，这样的数据就会丢失。通过实验设置一个单一的数据包的大小在10K内最好的。
3）在实际应用环境中，会有一些网络盲点，符合盲点的网络将产生中断，所以要考虑重量甚至可以找到断点续传，然后，或由于压缩包文件非常大，传输浪费了很多时间，但也可能引起很多盲点网络，造成传不回来情况也有发生。发送数据的过程中，发送方也使用应答模式，每个数据包发送到监控中心后返回指令，如果收到相应的命令则继续发送下一个文件，如果在封锁的时间内没有收到，网络就会中断，这时监测中心就应该重新连接，完成后的第一个监控中心发送一个连续指令，通知监控中心，这个文件包是连续传送的文件包，不是一个新的压缩包文件，向监控中心返回重传不接收返回包，成功后继续发送下一个文件包。所以向监控中心发送一个新的压缩文件包，也要有一个新的指令，以便监测中心分辨出来，将它们存储在正确的位置。图像传输的具体过程，见下图示：
结语：
通过程序员编写的C++程序程序员可以读到西门子PLC内部设置的寄存器的数据，进而实现对小车检测的远端控制和小车在运行过程中实时数据的监测，同时通过小车在远端图像数据的采集，并适时传回到监控中心，在监控中心专业技术人员通过对数据进行分析，评价高铁运行桥梁的稳定性和安全性，进而保证高速铁路的顺利运营。
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