隨著（zhe）經濟和科學技（jì）術的高速發展（zhǎn），我國交通（tōng）運輸行（háng）業得到了蓬勃發展（zhǎn）。橋（qiáo）梁（liáng），作為交通運輸的咽喉，其地（dì）位顯得尤為突出。橋梁結構的安（ān）全性、耐久性以及使用性成為了人們關注的（de）焦點。橋梁監測傳統的方法主要是采取人工定期檢測，這種方法局限性較多，如：工作量大、檢測的（de）局限性及診斷的不及時等。而且現代橋梁的結（jié）構及（jí）功能（néng）變得愈來愈複雜，使得對橋梁進行傳統的檢測方法難以達到預期效果。所（suǒ）以，對橋梁結構進行綜合的理論（lùn）分析，並為其（qí）設計（jì）合理的健康監測係統顯得極為（wéi）必要。 一套（tào）合理的（de）健康監測係統能實時反映橋梁健康狀態，並指導工作人員對橋梁進行修護及管理，從而延長橋梁的使用壽命及避免意（yì）外事故的發生。 
本文（wén）旨在通過對國內外橋梁健康監測技術（shù）現狀的分析以及橋梁（liáng）健康監測係（xì）統設計（jì）的（de）研（yán）究，提出（chū）一種基於橋（qiáo）梁健（jiàn）康監測的分布式測（cè）控係（xì）統，從而彌補傳統監測方法的不足。

1 係統總體方案設計（jì） 
一般來（lái）講（jiǎng），橋梁健康監（jiān）測係統應該包（bāo）括（kuò）兩（liǎng）部分內（nèi）容，即係統（tǒng）前（qián）端設（shè）計和監控係統。係統的前端設計是橋梁（liáng）健康監測係統的基礎，它由傳感器模塊和數據采集模塊構（gòu）成。監控係統是橋（qiáo）梁健康監測係統的核心，它由數據通信與傳輸模塊和遠程綜合管理模塊組成。本文中，橋梁上布設的各類專用傳感器將采集的模擬信號傳輸給信號調理電（diàn）路，經過濾波、放大等信（xìn）號調理，發送到PLC模擬量擴展（zhǎn）模塊，本文中選用的PLC模擬量擴展模（mó）塊（kuài）為（wéi）EM235，經過A/D 轉換，進入 PLC內部 CPU，CPU對這些數據進行處理和存儲，工控（kòng）計算（suàn）機與（yǔ）PLC進行（háng）雙向通訊，完（wán）成（chéng）數據的收集、顯示（shì）、處理和保存（cún）等工（gōng）作，遠程客戶端通過訪問工控計算機（jī）數據庫，將其采集的數據直觀清楚地通過文本及圖表的形式顯示出來。係（xì）統的整體框圖如圖1所（suǒ）示：

2 係統前端設計 
2.1 前端調理（lǐ）電（diàn）路 
本文中（zhōng）采用了二級放大及低通濾波電路對（duì）信號進行了前端調理。 第一級放大是利用（yòng）帶有增益的緩（huǎn）衝器對（duì）微弱信號進行差分放大（dà），其放大後的電壓值（zhí）約為2.5V；第二級放大是利用反向放大器及加法電路將信號（hào）轉變成0~5V的模擬信號，最後通過RC低通濾（lǜ）波器對信號進行濾波，消除（chú）信號幹擾，使其滿足後續設計的要（yào）求。信號的前端調理（lǐ）電路如（rú）圖2 所示：

2.2 數據采集部分設計 
S7-200係列（liè）PLC提供（gòng）三種型號（hào）的模擬量擴展模塊供用戶（hù）使用， 它們具有A/D轉換功（gōng）能，模擬信號發送給 PLC 模（mó）擬量擴展模塊，經過 A/D 轉換，轉化成 PLC 內部 CPU 能夠識別的（de）數字信（xìn）號。本文使用的是EM235 模擬量混合模塊，其輸入框圖如圖3 所示：

EM235 模擬量混合模塊為用戶提供（gòng）了 4 輸入通道（dào）和 1 輸出通道，所以它可以同時接（jiē）收來自四（sì）個傳感器發送過來的模（mó）擬信號。EM235 有很多輸入量程供用戶使用，如：1V、2.5V、5V、10V、0~50mA、0~500mV、0~1V、0~5V 和（hé） 0~10V 等。圖 3-3 中，放大器的作用主要是針對不滿足 EM235 輸入量（liàng）程的信（xìn）號進行放（fàng）大，用（yòng）戶可以通過DIP開關對輸入量程進行設置。 偏置調（diào）節和增益調節的（de）作用主要是對輸入量程進行校準， 偏置調節對0刻度進（jìn）行校準（zhǔn），增益調節則對滿刻度進行校準。以免數據傳（chuán）輸速率過快影響 A/D 轉換的精度，所以在 A/D轉換前麵放置（zhì）一個緩存區對（duì）數據進行緩衝。EM235中（zhōng）A/D 轉換器的位數為 12 位，其轉換（huàn）時間小於250s，它對於模擬量輸入的階躍響應時間為15ms。 

3 監控係統設計 
3.1 PC 與 PLC通信硬件設計 
PC機配有標準的 RS232 接口，PLC配有標準的 RS485 接口，要實現二者相連，就有（yǒu）必要在它（tā）們之間配置轉換器。 西（xī）門子公司（sī）為用戶提供了PC/PPI電纜帶有RS232/RS485轉換器,
能方便實現二者之間（jiān）電平轉換，從而進行連（lián）接。PC 與（yǔ） S7-200 係列（liè） PLC硬件連接圖如圖4所示：

3.2 PLC 通信程序設計 
本係統中，PLC采用 STEP-Micro/WIN32編程軟件進（jìn）行編程。作為橋梁健康監測係統中的下位機，PLC 采取從（cóng）站（zhàn）模式，PC 通過命令幀的形式向 PLC 傳達發送和接收的指令，而PLC對指令進行及時反饋。PLC通信程序的流程如圖5 所（suǒ）示：

3.3 上位（wèi）機通信程（chéng）序設計 
本文橋梁健康監測係統采（cǎi）用一台 PC 機實現對（duì）多台 S7-200 係列 PLC 進行監控，實時反映橋梁結構健康狀態。上位機係統軟件采用 Delphi 高級語言編程，能夠及時準（zhǔn）確地對橋梁現（xiàn）場實行監控。上位機PC與下位機（jī） PLC進行串行通信，其通信程序流程圖如（rú）圖6所示（shì）：

3.4 遠程客戶端設計 
遠程客戶端與橋梁現場服（fú）務器通過以太網進行數據交換， 遠程客戶端通過訪問橋梁現場服務器數據庫，實時掌握橋梁（liáng）健康狀態（tài），並將這些數據存儲在遠程客戶端服務器數據（jù）庫中，以（yǐ）便後續工作評估調用。 
4 結論 
本文設計了一種基（jī）於橋梁健康監測（cè）的分布式測控係統， 針對橋梁結構的複雜性以及環境的不穩定性，係統采用了以工業現場中應用廣泛的 PLC 作為（wéi）下位機，分（fèn）布式布置在橋梁結構（gòu）現場，實時采集橋梁上常（cháng）用傳感器的數據，上位機采用（yòng）工控PC機，利用串口通信技術，與PLC組成功能強大的分布式測控係統。