水文自动测报系统的设备.docx
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水文自动测报系统的设备
水文自动测报系统的设备
4.1传感器
4.1.1传感器(包括编码器和显示部分)的作用是感受被测量,并将该量值转换成增量式、编码式、模拟式或数字式等不同形式机械的或电信号的输出。
编码器是进行信息表示方式转换,完成信源编码的部件。
4.1.2系统选用的传感器,必须是经过鉴定符合技术标准、计量标准的正规产品,其适用条件、精度、分辨力、技术性能必须符合有关的水文测验国家标准、行业标准的要求。
4.1.3雨量传感器应满足的要求是:
4.1.3.1雨量传感器适用的环境条件,应符合表4.1.3的规定。
表4.1.3雨量传感器的环境条件表
设备
工作温度(℃)
工 作 温 度
相对温度(%RH)
温度(℃)
传感器
0~50
95
40(凝露)
显示记录器
0~40
90
40
4.1.3.2所采用的雨量传感器之技术参数,应符合下列要求:
(1)乘雨器内径:
Φ2000+0.6mm
(2)分辨力:
为0.1、0.2、0.5、1.0mm四种,以报汛为主的可使用1.0mm。
(3)测量误差(准确度):
应符合3.3.3.4的规定,本规定推荐使用翻斗雨量计。
4.1.3.3输出特征:
(1)增量输出。
一般为一组或多组接点通断信号输出。
其接点允许承受的最大电压不小于12V,允许通过电流不小于50mA,输出端绝缘电阻不小于1MΩ,接触电阻不大于10Ω,接点工作寿命应在50000次以上。
接点通断输出的传感器输出插座应使用CX16Z5FM1。
当采用双翻斗雨量计时,可以使用七芯插头座。
(2)编码输出和其它输出。
当雨量传感器为编码输出时,必须符合CMOS电平要求,以高电平为“l”状态,测量范围0~9999。
编码可以是平行输出,也可以是串行输出,输出插头座型号、座号定义应与水位传感器相同。
4.1.3.4其它要求。
(1)供电:
优选无功耗传感器,需供电时应采用直流供电,三个月的总耗电量应小于3Ah。
(2)防堵塞:
传感器应有防堵、防虫、防尘措施,在无人维护情况下,至少能正常工作30天。
(3)防雷电:
传感器及输出信号传输线应有防雷电措施。
(4)可靠性指标:
在满足仪器正常维护条件下,MTBF应大于或等于16000小时。
4.1.4 水位计传感器应满足下列要求:
4.1.4.1水位计适用的环境条件应符合表4.1.4的规定。
表4.1.4 水位传感器适用环境条件表
项目
传感器
显示记录器
工作温度
℃
-10~50
-10~40
工作温度
%RH
℃
93
40
90
40
水流速度
m/s
0~3
—
含沙量
Kg/m3
0~10
—
波浪幅度
cm
0~10
—
4.1.4.2所使用的水位计传感器应符合下列要求:
(1)测量分辨力:
1cm,0.1cm;
(2)测量范围:
一般为10m,必要时可扩展为40m;
(3)水位变率:
采用1cm的分辨力允许的水位变率为0~40cm/min,采用O.1cm分辨力时允许变率为~30cm/s;
(4)测量误差(准确度):
当分辨力为lcm时,10m变幅内95%测点的允许误差为土2cm,99%测点的允许误差为土3cm。
分辨力为0.1cm时,室内测试的最大允许误差应为土3mm。
本规范推荐使用分辨力为1cm的浮子式水位传感器,当无条件建自计井时可采用经过鉴定合格的压力式水位计或超声波水位计。
4.1.4.3输出特征。
(1)增量输出:
可以是接点通断,也可以是电平输出。
接点通断输出其允许承受最大电压不小于24V,电流不小于10mA,输出端绝缘电阻不小于10MΩ,导通电阻不大于0.5Ω。
电平输出其高低电平值应符合CMOS电平。
增量输出的传感器输出插座型号为CX16Z5FM1。
(2)编码输出:
编码可以是平行输出或串行输出,其误码率应小于1x10-5(以室内测试为准)。
平行输出推荐使用的编码为BCD码、余三反射码或格雷码。
输出电平符合CMOS电平,其中高电平为“1”,低电平为“0”,其输出插座型号为X241k26AD。
串行编码输出的传感器,输出插座型号为CX16Z5FM1。
此外,还可采用编码输出与增量输出相接合的输出方式。
4.1.4.4其他要求。
(1)供电:
应尽量采用直流供电,静态电流宜小于0.5mA。
(2)防雷电:
传感器及其输出信号线应有防雷电措施。
(3)波浪抑制:
传感器的输出应稳定,必要时应增设波浪抑制措施。
(4)可靠性指标:
在满足仪器正常维护条件下,合格品的MTBF应大于16000小时。
4.1.5闸位传感器应满足的要求是:
(1)闸位即闸门开启高度,以闸底为基准闸门上提的垂直高度为闸位。
弧形闸门的闸位也是将闸门位移换算后求得的垂直高度。
(2)闸位传感器的环境条件、精度、输出接口要求等,均可按对水位传感器的要求执行。
4.1.6其它传感器,泛指用于进行流量、含沙量、蒸发量、降雪量、土壤含水量、风向风力、气温、湿度等水文气象参数测量的传感器以及水质监测设备。
对它们的要求是:
(1)各传感器主要技术指标应符合相应的行业标准或国家标准。
(2)工作环境应根据其使用环境按GB9359.5-88《环境试验》分类,分组条件考核。
(3)机械结构:
除必要的感应部分外,机箱应具有防潮、防砂尘、防霉、防盐雾、防雨水的结构或措施。
(4)供电:
应以直流供电为主,优选太阳能浮充电池供电。
若必须使用交流电源,当电压波动在土20%以内时,应能正常工作。
(5)防雷电干扰:
传感器及其信号传输线应具有抗雷电、防干扰措施。
(6)可靠性指标:
在满足仪器正常维护条件下,MTBF应大于8000小时。
(7)传感器的输出插头座型号与座号定义,如无特殊要求,应与雨量、水位传感器的插头座相同。
4.2通信设备
4.2.1通信设备包括:
调制解调器、收发信机、天馈线三种设备。
4.2.2调制器的作用是用数字信号调制副载波信号,然后再用它输出的已调副载波调制发信机的载波信号,完成数据发送。
也可以用数字信号对发信机载波直接进行调制。
解调器则是从收信机收到的信号中恢复出数字信号。
采用超短波传输数据,通常采用移频键控(FSK)制式的调制解调器,其主要技术指标应符合下列要求:
(1)在误码率Pe<1x10-5时,不同传输速率的解调器输入信噪比应符合下列规定:
数据传输速率 300bit/s
输入信噪比大于或等于9dB
600bit/s
输入信噪比大于或等于12dB
1200bit/s
输入信噪比大于或等于20dB
(2)应按本规范3.3.5的规定,选择副载波频率。
(3)调制解调器和收发信机连接时,模拟接口输入和输出阻抗、电平应满足设备的接口要求。
其数字接口应符合RS-232C串行数字通信接口标准。
(4)调制解调器的功耗应尽可能的小。
4.2.3由于目前尚无适用的无线数传收发信机,超短波数据传输主要是用模拟收发信机,配上合适的调制解调器组成。
收发信机的
技术指标应不低于国家80系列超短波收发信机的技术指标,并从以下三方面检查所选设备能否满足使用要求:
(1)综合技术性能,包括工作方式、使用频率、调制方式、天线连接端特性阻抗,适用的温度范围,平均无故障工作时间等。
(2)发信机技术性能,包括输出功率,调制灵敏度,调制频偏和调制失真,邻道发射功率,杂波发射功率及发射功率建立时间。
(3)接收机技术性能,包括灵敏度、接收带宽,相邻信道选择性,音频输出谐波失真,互调抗干扰性和寄生响应抗扰性,守候功耗和接收建立时间。
4.2.4通常使用的天线有全向天线和定向天线,推荐按下列指标进行天线的选择:
(1)增益:
全向天线,2~8dB;
定向天线,单付6~12dB。
(2)输入阻抗:
50Ω。
(3)电压驻波比:
天线和50Ω阻抗电缆连接时,其电压驻波比(VSWR)应等于1.5。
(4)带宽:
所用天线带宽Δf应覆盖所用收发信机工作频率范围。
应满足的要求是:
单频收发信机:
Δf/fo>2.0%
异频收发信机:
Δf/fo>4.2%(fo为收发信机频率)
(5)极化:
水文自动测报系统使用的天线,有垂直极化和水平极化两种,组网简单可使用单一极化方式,组网复杂时,应考虑极化隔离,即相邻天线用不同极化形式的天线以减少相互影响。
(6)方向:
由于中心站和中继站周围各遥测站所构成的扇形角不同,需要考虑中心站和中继站天线的方向。
当扇形角较大时应选用全向天线,否则可使用能覆盖周围测站的定向天线。
(7)天线应能防水、防腐蚀,能在当地高低温、强风、雨雪等环境条件下正常工作。
(8)通常使用SYV-50系列电缆,也可选用SDV-50或其它型号的低损耗电缆,以减少馈线损耗。
4.3遥测终端机
4.3.1遥测终端机完成水文数据采集、存贮(显示)和传输控制,它与无线电台或有线信道连接完成无线或有线数据传输。
终端机,应在保证基本功能要求的条件下,为满足特殊系统和发展的需要,适当增加传感器接口的类型和数量,如模拟信号的输入接口等。
4.3.2各类遥测终端机应具有的基本功能是:
4.3.2.1自报式终端机。
(1)当某一水文参数值发生增减变化(如雨量增加1mm,水位变化1cm)时或达到设定的时间间隔时,即采集、存贮和发送数据。
雨量发送累计值,水位发送实时值。
(2)能够发送人工置数或有人工置数装置的接口。
(3)具有在水文参数无变化时,定时发送所存参数的功能。
(4)具有站址和前导时间任意设定和现场显示所存数据功能。
(5)应具有超时发送的强迫掉电功能。
(6)具有低功耗、高可靠性的特点。
4.3.2.2查询一应答式终端机。
(1)当中心站召测本站时,立即采集实测数据,并向中心站发送。
(2)具有发送人工置入数据功能。
(3)具有站址和前导时间任意设定功能。
(4)有较强的抗干扰能力,避免因受干扰而经常误开发信机。
4.3.2.3兼容式终端机,应兼有自报式和查询一应答式终端机的功能。
4.3.3终端机接口应满足以下的要求:
4.3.3.1传感器接口,一般应设置两个增量型输入接口,一个并行输入接口,如有需要还应设置模拟信号输入接口,它们的机械电气性能应符合下列要求:
(1)增量型输入接口,可接翻斗雨量计、增量式水位计和闸位计,接插件规定为CX16Z5FM1五芯插头座,引脚定义如表4.3.3-1所示:
表4.3.3-1增量型接口插头座引脚定义表
引脚号
1
2
3
4
5
符号
IN
IN
U/D
U/D
GND
定义
信号
信号
信号
信号
信号
(2)并行输入接口,可接水位计的并行编码传感器,接插件规定为X24J2SA二十六芯插座,引脚定义如表4.3.3-2所示:
表4.3.3-2水位传感器接口插头座引脚定义表
码型
1~4
5
6~9
10
11~14
15
16~19
20
21
22
23
24~25
26
BCD
个位
个位
十位
十位
百位
百校
千位
千校
电源
状态
状态
空
地
余三反射
低
→
→
→
高
电源
状态
状态
空
地
格雷
低
→
→
→
高
电源
状态
状态
空
地
(3)模拟信号输入接口,输入为4~20mA或0~5V的电信号,可以接压力式水位传感器或超声波传感器。
接插件规定为CXl6Z5FMl五芯插头座,引脚定义如表4.3.3-3所示。
表4.3.3-3压力式水位传感器接口插头座引脚定义表
引脚号
1
2
3
4
5
符 号
4~20mA
0~5V
E+
GND
GND
定 义
电流信号
电压信号
电源
电源地
信号地
(4)接口信号,可以是触点的通和断,也可以是TTL或CMOS电平的数字信号。
(5)接口保护应有消除抖动与过电压保护电路。
4.3.3.2天馈线接口应符合以下要求:
(1)输入阻抗:
50Ω。
(2)接插件采用L16系列插头座。
4.3.3.3太阳能电池接口应符合下列要求:
(1)接插件规定为CX16Z4FM1四芯插头座,引脚定义如表4.3.3-4所示:
表4.3.3-4太阳能电池接口插头座引脚定义表
引脚号
1
2
3
4
符号
V+
E+
GND
GND
定义
太阳能电池正极
电池正极
地
地
(2)接口保护,应有过压和过流保护电路。
4.3.3.4终端机外接人工置数装置时,流出人工置数接口,数据传送采用串行方式。
人工置数装置接口应按下列要求设置:
(1)接插件规定为CX16J5FM1五芯插头座,引脚定义如表4.3.3-5所示:
表4.3.3-5人工置数装置接口插头座引脚定义表
引脚号
1
2
3
4
5
符 号
TDM
RTSM
E+
RDYM
GND
定 义
数据
请求发送
电源
(备用)
地
(2)信号电平:
TTL或CMOS电平。
4.3.3.5输出信号接口可以输出未经调制的数字信号和副载波已调音频信号,该信号可用于外部存贮或显示,也可用于有线传输。
该接口应按下列要求设置:
(1)接插件规定为CXl6J5FMl五芯插头座,引脚定义如表4.3.3-6所示:
表4.3.3-6输出接口插头座引脚定义表
引脚号
1
2
3
4
5
符 号
FSK1
FSK2
NC
TXD
GND
定 义
已调信号
已调信号
空
数字信号
地
(2)输出电平:
数字信号TTL电平。
音频信号大于0.5V有效值。
输出阻抗为600Ω。
4.4中继机
4.4.1中继机是中继站的核心设备,它用于直接的或再生的转发中心站的指令和遥测站的数据信号。
中继机有模拟中继机和数字再生中继机两种,其值守功耗要小。
4.4.2中继机应具有以下基本功能:
4.4.2.1模拟(音频)中继机。
(1)具有超时发送,强迫掉电功能。
(2)可通过音频输入接口,直接与遥测端机连接,实现有线和无线信道间的转接。
(3)有较强的抗干扰能力,避免受干扰而误开发信机。
4.4.2.2数字再生中继机除应具有模拟中继机的基本功能外还应具有发送本站站号和识别应由该站转发信息之遥测站站号的功能。
4.4.2.3中继机除上述基本功能外,还可增加下列功能:
(1)中继机可以在中心站控制下,执行允许和禁止转发、主备中继机切换的功能。
(2)中继机增加存贮器、时钟和速率变换功能后,可实现大量数据的存贮转发和变换速率。
(3)中继机增加串行接口数量后,可对较大系统实现中继机以下采用自报式体制,中继机以上采用查询-应答式体制,方便地组成混合式系统。
4.4.3中继机和其它部件间的接口规约规定如下:
4.4.3.1天馈线接口:
一般设两个天馈线接口,接口要求见4.3.3.2。
4.4.3.2太阳能电池接口:
接口规定和要求见4.3.3.3。
4.4.3.3音频输入和输出接口:
(1)接插件型号规定为CXl6J5FMl五芯插头座,引脚定义如表4.4.3所示:
表4.4.3音频输入和输出插头座引脚定义表
引脚号
1
2
3
4
5
符 号
Ui
Uo
E+
Vca
GND
定 义
音频输入
音频输出
电源
掉电电源
地
(2)接口信号为副载波已调信号:
幅度:
大于0.5V(有效值)。
输入阻抗:
大于10k(高阻),600(低阻)。
输出阻抗:
600。
4.4.3.4附加输出接口
本接口可以输出基带数字信号和副载波已调音频信号。
该信号可用于外部存贮、显示,也可用于有线接口。
接口规定与4.3.3.5相同。
其它接口可自行定义。
中继机外接调制解调器时,接口规定应符合EIA-RS-232C标准。
4.5前置通信控制机
4.5.1前置通信控制机(简称前置机)和收发信机、天馈线、调制解调器,共同组成中心站前置机系统,作为中心站的值班机完成数据的实时接收、暂存和预处理。
前置机系统必须能长期连续工作,应具有高可靠、低功耗的性能。
4.5.2前置机应具有的主要功能。
4.5.2.1接收和暂存原始数据。
(1)随时接收各个遥测站发送的自报数据、人工置入数据、进行预处理后写入暂存文件。
(2)可以自动定时或人工随时召测(包括巡测和点测)系统中应答式遥测站的数据,接收后存入暂存文件。
4.5.2.2应能暂存各遥测站(全系统按50站计算)一天以上的原始数据。
4.5.2.3前置机一般应配有三个串行接口,分别用于:
(1)外接遥测数据的接收和解调装置。
(2)与主机进行双向通信。
(3)与上级中心站之间进行远程通信。
4.5.2.4前置机应能对所接收的数据进行检错或纠错和合理性判断,对查询-应答式测站具有反馈重发功能(ARQ),以及超限报警等预处理功能。
4.5.2.5可配接打印机,打印出原始数据和经过预处理后的其它数据,如当前数据、时段雨量值、各遥测站工作正常与否。
4.5.2.6配接上键盘和显示器,使它具有人机对话和修改时钟功能。
4.5.2.7具有音响和灯光指示的告警功能。
4.5.2.8为满足长期值守和直流电池供电的要求,前置机应是低功耗设备。
4.5.2.9具有强抗干扰性能,程序受干扰后应能自动恢复,并能防止因干扰而误开发信机。
4.5.2.10自报式系统和应答式系统的前置机设备应互相兼容,用不同的软件实现其不同的功能要求。
4.5.3前置机所配的接口应满足以下要求:
4.5.3.1三个串行接口应按下列要求设备。
(1)外接超短波信道调制解调器时的串行接口。
速率:
一般为300bit/s;
接口电平:
TTL或CMOS电平;
接口信号:
发送数据(TXD),允许发送(TXE),
接收数据(RXD),载波检测(CD),
信号地(GND)。
也可设置上述信号的非信号。
(2)与主机相接的串行接口。
速率:
一般为9600bit/s;
接口:
按EIA-RS-232C标准设置。
(3)远程通信的串行接口。
速率:
一般为1200bit/s;
接口:
按EIA-RS-232C标准设置。
4.5.3.2打印机接口。
应设有标准并行接口,必要时可配置串行接口。
4.5.3.3需增加的其它接口和电源插头座,可自行选择接插件型号并规定引脚定义。
4.6辅助设备
4.6.1为便于进行系统的安装、调试、维修,以及遥测站人员随时了解本站和邻站的雨情、水情,还应配备一些低功耗、便携式的辅助设备,如多功能测试仪,人工置数装置,监视器等。
4.6.2多功能测试仪的应用范围和应具有的主要功能:
4.6.2.1多功能测试仪的应用范围。
(1)在系统安装调试和维修时,用于诊断各个遥测端机、中继机工作是否正常,能迅速找出故障部位。
(2)当进行各终端机、中继机、前置机和调制解调器等部件调试时,可作为信号源或接收装置使用。
(3)可作为人工置数装置发送数据。
4.6.2.2多功能测试仪应具有下列功能:
(1)能发送全“1”和全“0”码,常用速率的规则码。
(2)能按异步串行传输方式模拟发送自报格式和人工置数数据格式的参数,查询-应答格式的命令和数据,以及置入的任意数据。
(3)能按异步串行传输方式接收自报式、查询-应答式的命令和数据,以及接收数百个字节的数据,并能显示或打印。
(4)能置入300~9600bit范围内的任意标准速率,990ms以内的任意长度的引导码。
4.6.3人工置数装置应具有下列功能:
(1)能人工置入和发送由人工观测所取得的水文参数(如流量、含沙量等)。
(2)可以通过预留接口和遥测终端机或中继机联接,通过终端机或中继机内部的调制解调器、发信机直接发送人工置入的数据。
4.6.4监视器的用途与功能要求是:
(1)为便于测站人员随时掌握本站和邻站水雨情变化和遥测设备的运行情况,可配置监视器。
(2)监视器可联接在传感器上成为监视一个水文参数变化的显示装置。
也可以装上收信机、解调器和打印机,组成能显示、打印本站和邻站遥测数据的监视装置,这种监视器应是能够接收基带信号、已调信号、射频信号的便携式设备。
4.7中心站的设备配置
4.7.1中心站设备包括前置机系统、中心计算机系统和电源三个部分。
随着中心站数据处理任务的不同,需要配置的设备类别和技术性能要求有很大差别。
应按照系统设计进行设备选型和制定配置方案。
还应采取下列措施以保证中心站设备能可靠运行:
(1)数据处理系统的各类硬设备要有一定数量的备品件。
(2)系统软件、应用软件、各类数据文件等软件资源要有足够的备份。
(3)中心机房要有稳定可靠的电源,良好的防雷接地设施,空调系统,形成能保证计算机正常运行的环境。
4.8遥测设备的安装调试
4.8.1当建设系统所需的设备已经配齐,土建工程竣工,则应组织力量进行设备安装和调试。
4.8.2遥测设备进场安装前,应按下列要求进行检查,作好安装的准备:
4.8.2.1安装设备前应对土建工程进行一次全面检查。
检查各项土建工程是否符合设计要求,原订的设备安装计划是否可行,并根据检查结果提出应进行的补充工作,拟定详细的设备安装计划。
4.8.2.2对各项设备及附件的机械和电气性能进行全面检查、测试和联试。
应检查的内容包括:
(1)对于遥测终端机、中继机、前置机系统,要检查它们出厂前加电考机、高温老化、主要指标测试和联机试验的检查合格证明,查看其包装和外观有无损伤。
(2)对于水位计、雨量传感器,除要对其外观进行检查外,还要对水位计的悬索,浮子的密封,平衡锤,雨量计翻斗的机械动作,编码器和计量精度进行检测。
(3)蓄电池要在进场前按规定程序充电。
新的蓄电池需用足够时间按规定做完充电和放电过程,以保证达到完好的使用状态。
(4)对天线、避雷器、电缆等要检查外观有无损伤,紧固件是否齐全,电缆和接头间的焊接是否良好等。
(5)对于交流
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