大坝安全监测培训教材之系统与设备

2DG型分布式大坝安全自动监测系统 22.1系统组成 22.2系统组网 32.2.1信息管理中心组网方式 32.2.2现场测站组网方式 42.3自动化系统的供电方式 92.4自动化系统的防雷抗干扰 92.4.1干扰的种类 92.4.2干扰的耦合途径 2.4.3堵塞干扰进入系统的方法 2.5自动化系统系统接地 2.6系统技术指标 2.7系统功能 2.7.1采集功能 2.7.2显示功能 2.7.3存储功能 2.7.4数据通讯功能 2.7.5操作功能 2.7.6管理功能 2.7.7网络浏览功能 2.7.8系统自检功能 2.7.9系统防雷抗干扰功能 2.7.10人工测量功能 2.8系统性能 2.8.1先进性 2.8.2可靠性 2.8.3兼容性 2.8.4可扩充性 2.8.5易维修性 2.8.6经济性 2.9大坝监测自动化系统的发展趋势 3DG型大坝安全监测自动化系统的设备 203.1测控装置（MCU） 203.1.1测控装置（MCU）结构 213.1.2测控装置（MCU）特点 253.1.3测控装置（MCU）功能 263.2智能数据采集模块 283.2.1数据采集模块种类 283.2.2数据采集模块工作原理 283.2.3数据采集模块功能 293.2.4数据采集模块技术指标 303.2.5数据采集模块其他技术指标 343.2.6模块接口定义 353.3仪器接口定义 363.3.1差动电阻式仪器 363.3.2钢弦式仪器 373.3.3步进式仪器 383.3.4标准信号仪器 403.3.5环境量仪器 413.3.6气象站仪器 423.3.7排水管渗流量仪器 423.4键盘显示器 433.5测控装置安装调试 443.5.1测控装置安装 443.5.2测控装置调试 443.6仪器测值定义 464中央控制装置（CCU） 484.1中央控制装置组成 484.2中央控制装置功能 484.3中央控制装置技术参数 494.4中央控制装置的安装 495便携式仪表 505.1步进式仪器检测仪 505.1.1步进式仪器检测仪工作原理 505.1.2步进式仪器检测仪技术参数 515.1.3步进式仪器检测仪功能与性能 515.1.4步进式仪器检测仪使用 525.2钢弦式仪器检测仪 525.2.1钢弦式仪器检测仪工作原理 525.2.2钢弦式仪器检测仪技术参数 535.2.3钢弦式仪器检测仪功能与性能 545.2.4钢弦式仪器检测仪使用 545.3差阻式仪器检测仪 545.3.1差阻式仪器检测仪工作原理 555.3.2差阻式仪器检测仪技术参数 555.3.3差阻式仪器检测仪功能与性能 565.3.3差阻式仪器检测仪使用 576自动化监测系统的土建 58 586.2接地 587系统维护 607.1系统故障 607.2设备故障 607.3仪器故障 617.4系统维护 627.5注意事项 62DG-2000型系统在工程中的应用 63l混凝土大坝、厂房和边坡 63l土石坝、厂房和边坡 64l供水工程 65l交通工程 66附录1：DG型系统故障信息表 67附录2：系统故障现象、原因及处理方法 68早在二十世纪60年代后期，国外已开始研先在梓川的三座坝上实现了监测数据采集自动化。二十世纪70年代后期意大利在式系统。现在发展了GPDAS分布式数据采集系统，更为广泛应用。美国在二十世纪80年代初期开始大坝监测自动化工作，1981年美国垦务局在Monticello拱坝上安装了集中式数据采集系统，总结经验后认为分布式数据采集系统从国外大坝监测自动化发展过程来看都是由集中式数据采集系统向分布式数据到80年代中期，解决了差动电阻式仪器的高精度远距离自动化集中测量问题，二十世纪80年代中期已有两种类型的遥测垂线坐标仪的大坝上使用，通过国家“七五”大坝安装了一些遥测仪器或采用集中式数据采集系监测系统并成功应用在葛洲坝水利枢纽二江泄水闸，于1996的高精度测量和步进电机式仪器的双基准、双照准变DG型分布式大坝安全监测自动化系统的技术性能和指标满2DG型分布式大坝安全自动监测系统置内的测量电路集成在一个模块内，实现了测控装置的低功耗、高速研制成功了MCU-M系列新型智能数据采集模块，可接入多种传感器管理、数据库管理、远程控制与管理等功能，包括数据的人工/自动采集、在线快速图形图象管理、报表/图形制作、辅助工具、帮助系统、远程通信与控制、教学演示2.1系统组成DG-2000型分布式大坝安全自动监测系统由大坝安全监测数据采集系统和大坝进行操作即可实现操作控制和功能调用，操DG型分布式大坝安全监测自动化系统可以安装在各种坝型2.2系统组网人员通过权限设置在监测工作站对监测自动化系统进现。现场网络内通信介质可采用光缆或屏蔽双绞线（或二者混用距离较远的数据测控装置（MCU）也可通过无线通信装置或其RS232/RS485RS232/CANbusAC220VUPS监控主机485RS232/RS485RS232/CANbusAC220VUPS监控主机485总线或/CANbus50HzMCUnMCU1MCU2MCUn422总线即可；采用CANbus总线时，除了要在监控主机端配置RS232/CANbus转换光纤通讯在自动化系统中的应用已越来越普遍，由于光纤的内芯是由SiO2制成，担即接在监控主机COM口的光COM1OPT232OPT485EX2#MCUOPT4859#光路或某个光端机发生故障时，其后面所有的光端机及所带的测控装置都将通讯不如图2-4所示，即接在监控主机COM1口的光端机和各个观测房的光端机，通口发命令和各MCU通讯外，还通过COM2口从反方向和各MCU进行通讯联络，这样只有发生故障的光端机和其机和其它MCU的通讯，系统的可靠性较前一种方案得到很大提高，所以称为OPT232OPTOPT232COM1COM2OPT485EXOPT485EXOPT485EX9#2#9#1MCU1通过独立的一对光端机和独立的光路相任何一台光端机或某段光路的故障都不会对其它光端机或光路产生影响。缺点是：主机需扩展多个串口，所用光缆较前两种方案有很大增加，光端机数量也COM2OPTCOM2OPT2322#OPT2322#2#COMnOPT232n#n#MCU地形及气象因子等因数。目前我国国内已建系统的超短波频率大多在150～450MHz应用UHF/VHF频段超短波通信方式通信具有通信质量较好、设备简单、投资较少、监控主机MODEM天线485总线485总线测控装置信传输手段，通信网络结构见图2-7。其缺点是：需要系统较高，若增加发送数据间隔时间，则又不能及时实时地U485A485总线U485A监控主机测控装置GSM公网通信具有网络稳定可靠、通信费用低、不受地域限制的优点，其最大是GSM系统中提供的一种GSM手机之间及与短消息实体(ShortMessageEn之间通过业务中心(ServiceCenter)进行文字信息收发的方式，其中业务中心完成信息的存储和转发功能。短消息业务可以认为是GSM系统中最为简单和方便的数据通信方式，它不需要附加其它较为庞大的数据终端设备，仅使用手英文信息交流目的。由于作为公网的GSM网络具有覆盖面广、网络能力强的特点，维护费高，且网络监控的覆盖范围和用户数量有限的缺陷。利用GSM短消息系统进交换机485总线以太网/监控主机485转换器测控装置……2.3自动化系统的供电方式般包括电缆供电和太阳能供电，测控装置（MCU）采用交流浮充或太阳能板浮充，常工作，测控装置边增设100AH蓄电池。对于位于办公楼内的计算机系统来说一般都采用常规市电供电，但是为确保系统稳定，需设置隔离变压器、防雷器和UPS等220VAC电源防雷器UPS隔离变压器电源防雷器UPS测控装置太阳能电池板蓄电池测控装置2.4自动化系统的防雷抗干扰对大坝监测自动化系统这样的弱电系统来说，雷击发生时产生的雷电磁脉冲（LEMP）和电厂内的高电压、大电流等大功率设备都可能成为系统的干扰源。一般来说，雷电磁脉冲是干扰系统正常工作或对系既然已确定各种电缆是雷电磁脉冲的主要感应体，那么如何堵塞这些耦合通道c.从附近引电源时，通过穿钢管地埋后引至观测房，钢管可靠接地，在观测房内对电源来说，其一般通过隔离变压器和滤波器后再进入MCU。对传感器来说，防雷器件，保证系统在雷击和电源波动等情况下能正常工作。电源和通讯线路可防2.5自动化系统系统接地所有新增传感器其电缆的保护钢管都要和接地体可靠搭焊，隔离变压器、MCU2.6系统技术指标（5）测控装置的容量：内置1～3个智能数据采集模块；（10）工作环境：温度－20℃~+50℃(-30℃~+60℃可选（11）系统平均无故障时间（MTBF20000小时，平均故障修复时间(MTTR)2.7系统功能DG型分布式系统是一个开放式的自动化监测系统，采用多型测控装置、计算机及配套软件组成，布置在现场的测控装置（MCU）能在野外恶实现大坝安全数据自动采集功能，有六种不同的数据采集运行方式，具有较大测量完毕将数据暂存，并根据命令将测量数通讯线路恢复前，采用便携式计算机或键盘显示器进行数据采集或提取自动测量数据；在测控装置发生故障时，采用便携式检测显示大坝及监测系统的全貌、测点布置平面和剖面图，各种监测数据过程线、等一系列管理功能，利用键盘调度各级显示画面及修改相应的参数等修改系统配监控主机具有监测数据监视操作、输入/输出、显示打印等览、检查、绘图、打印等，并有数据越限报警功能。可调度各级显示画面及修改/设括数据的人工/自动采集、测值的离线分析、工程档案资料、报表制作、图形制作、正常工作。电源和通讯线路可防1500W雷电感应，传感器输入口可防600自动化监测系统备有与便携式检测仪表的接口，无需改变测控装置和系统的接2.8系统性能DG型分布式系统同国际上的几种先进产品如美国的Geomation2300系统，SINCO的IDA系统，意大利的GPDAS系统是相当的，系统功能、技术性能和总体DG型分布式系统在研制和生产过程中特别注意提高系统可坝安全监测自动化系统比较，DG型分布式数据监（2）DG型分布式系统具有功能上的优越性，DG型分布式系统不仅有中央控制等，DG型分布式系统的各台测控装置仍能在一周源和通讯口可防1500W雷电感应，传感器输入口可防600W雷电感应，故具有足够耐低温、抗干扰、抗潮湿的优良性能，可保证长（6）系统设备的平均无故障工作时间(MTBF)不小于20000小时，平均故障修复①传感器和测控装置（MCU）测量通道②测控装置（MCU）和监控主机故障引起的缺失监测数据个数≤MCU和监控电感式、电容式、差动变压器式、可变电阻式、浮子式以及输出标准信号(电压、电流、频率)的传感器，基本上兼容了我国混凝土坝、土石坝和岩土工程所用的各类国器予以接入。在这一方面，DG型的监测系统兼容性又如进口振弦式仪器的激振电压为5V，而国内振弦式仪器的激振电压高达160~DG型分布式系统采用现场数据总线或其他通讯方式将各测控装置连成总线拓2.9大坝监测自动化系统的发展趋势上，一般系统中各台设备和电缆应能在水工内数据采集精度要满足一定的要求，例如：水平位移和垂直位移的精度一般要优于设备等，要尽量选用先进、可靠的设备来组3DG型大坝安全监测自动化系统的设备3.1测控装置（MCU）测控装置是大坝安全监测自动化系统的关键设备，是分布式数据采集网络的节点装置，它决定了系统的规模、MCU-M测控装置由智能数据采集模块、电源模块、人工比测模块、防雷模块、险得以进一步降低，系统的采集速度和可靠性大为提高。MCU-M系列测控装置还可MCU-1/2/3M型测控装置由进口密封机箱、智能测控装置采用进口全密封防水机箱，机箱底部采测控装置的结构示意图如图3-1所示（以MCU-2M为例）,图中采集模块1和采集模块2为智能数据采集模块，防雷模块由防雷底板和防雷器L10M组密封条直流电源人工比测盒蓄电池直流电源人工比测盒模块1模块2模块1防雷板1防雷板2智能数据采集模块安装在不锈钢盒内，由微处理器、时钟电路、数据存储电路、3-2所示。图中接口1和接口2通过防雷底板与仪器相连，电源和通讯接口分别与充电器、蓄电池、通讯线等相连，键盘显示接口与抗干扰能力强，测量精度高，可靠性好，安装、接线柱定义PEPEGNDZYBAGNDCHRGGND接II接I接II接I{测量RAMCPU键盘显示接口插1插2插3插4L10M防雷器由信号隔离电路和内置的信号防雷器件组成，传感器的每一根芯线在一些部位，不需要对传感器端设置防雷器，其底板结构则没有防雷器插座，仪器电缆经接线端子直接通过接口I和接口II与智能数据采集模块和人工比测盒相连。备用电的安全性和可靠性，其结构示意图如图3-4所示。图中交流进线与交流端子排交流交流进线充电（1）MCU电源系统能在市电电压变化范围达±20%的恶劣供电情况下，保证（2）MCU电源在市电因故掉电时，能保证MCU设备供电不中断并持续工作。市电市电接地=接地=33445656773344565677MCU－1M：400×60MCU－2M：600×60MCU－3M：800×60均自带CPU，形成整个测控装置多CPU并行运行的模式，智能分布式数据采集系统（6）MCU具有可靠的电源（包括电源防脉冲与备用蓄电池以保证数据测量采集选用应答式和自报式结合的方式，实现巡回检测（巡测、定时巡测、选测单酸充电电池作后备电源供电两种方式的可靠的供电措施，平时直接采用220V交流电供电（并对蓄电池充电在系统供电中断的情况下，备用电源自动启动，在每天测可存储500测次以上的数据。存储在存储器内的测量数据可保存10年以上的时间不本装置内每个智能模块配有各自的日历时钟，自动测量的起始测量时间和自动可设定正常采集周期、加速采集周期等，测量时间间隔范围为2分钟～1个月。测控装置具有人工测量接口，无需改变测控装置的接线，通过人工测量接口、旋转拨段开关，用便携式仪表即可对接入该测控级电子器件、CMOS芯片外，所有电路板进行三防处理，采用德国PH3.2智能数据采集模块序号数123456774狗电路等；测量电路包含与传感器的接口选通电路蓄电池蓄电池模块所有设置参数及自动测量数据都存储于专用的存储器模块内置RS-485、RS-232-C通讯接口，可根据实际情况进行选择，通讯媒体可和数据均通过串行口通信，通过各种通信介质十分方模块具有自诊断功能，可对中央处理器、程序存储器、数采用应答式和自报式相结合的方式，实现巡回测量、模块电源、通讯和传感器引线的入口均采取了隔离、抗雷抗干扰措施，具有抗雷击、抗干扰能力。电源、通讯接口内置1500W的防雷器、传采用全单板模块化结构，所有功能模块集成在一块电路板l测量时间：每测点5秒钢弦式仪器数据采集模块（V8/16M）用于测量各种类有测温的传感器，也可测量传感器的温度。可灵活方便地步进式仪器数据采集模块（S1/4M）用于测量各种类型的单向、双向和三向步进l测量时间：每测点5秒H3M/FRV环境量仪器数据采集模块用于测量有关环境量仪器，可同时测量浮子l测点数量：2支浮子式水位计、1支翻斗式雨量计和8M7M气象仪器数据采集模块用于测量各种类型的气象l测点数量：风速、风向、气温、气压、雨量、蒸发、湿l测量范围：风速：0.8～60m/s，风向：0～360º（64方％，排水管渗流量仪器采集模块（D4M）用于测量大坝排测量精度高、稳定性好，可靠性高。可灵活方便地组成自l测量时间视排水渗流量而定）l工作环境：温度20～60℃(-30～60℃可选）-：接电池负极-：接充电器负极BATT—CHRG+CHRG—PWR（+5VOUT）GNDZ（DTR）Y（DSR）B（TXD）A（RXD）3.3仪器接口定义0807Un：兰线，Bn：黑线，Rn：红线，Gn：绿线，Wn附：差阻式仪器芯线接法07NC：空，Bn：黑线，Rn：红线，Gn附：钢弦式仪器芯线接法————12345ABCA'B'C'——人——12345ABCA'B'C'电源信号地线可变电阻式仪器S-SGV-信号地电源地电源负电源正信号地电源地电源负电源正屏蔽线SHLD（屏蔽）L（信号低）H（信号高）12V（电源）SHLD（屏蔽）G3（信号线4）G2（信号线3）G1（信号线2）5V（电源）SHLD（屏蔽）Vi（信号）5V（电源）H（信号高）L（信号低）H（信号高）SHLD（屏蔽）F-（信号地）F+（信号）5V（电源）SHLD（屏蔽）W（白线）G（绿线）R（红线）B（黑线）排水管渗流量仪器测量模块可接四支仪器，模块上有四第n支3.4键盘显示器盘显示器有5个按键和12位段式液晶显示，其结构示意图如图3-7所示。图中K1和K2键分别对应点号的十位和个位，换值键用来进行测值交换显示，3.5测控装置安装调试构安装测控装置采用悬挂安装的测控装置，也可记录仪器接入前后人工和自动化的测值，同时记录仪器编对于接入16支传感器的数据采集模块，每个通道只含一个接线端子，通道号与接线端子的编号一致，例如数据采集模块内的测通道号123456789接线端子号1234567891234123456789在MCU处先用小键盘对每一支仪器进行测量，确定仪器测量正常，记录测量数在中央控制装置（监控主机）上，利用数据采集软件控制在完成MCU的调试工作后，应对接入MCU的每一根电缆做好标记好；拧紧MCU接线通道的密封端子，对3.6仪器测值定义测值一11M2234155647586998M7M4中央控制装置（CCU）4.1中央控制装置组成全汉化显示，可独立运行，也可受控于主机工作。在系统中CCU为主机，测控装置4.2中央控制装置功能a本装置具有与主机双向通讯功能，接受主机控制命令，并向主机反馈信息，b本装置具有与系统中各台测控装置的双向通讯功能，向测控装置下达控制命c根据用户选择，可配置网卡联网，实现资将原始监测数据储存在监控主机的数据库中，可按要求对存储数据进行初步处本装置具有对系统运行状态进行自检的功能，如各测本装置可为系统提供稳定的工作电源和温控电阻加热电源，且具有防雷保护功4.3中央控制装置技术参数（1）二个用于通讯的串行口，定义为COM1和COM2，通过相应的信号转换（6）工作环境：温度10-+30℃4.4中央控制装置的安装中央控制装置安装在大坝监控机房内，室内有良好接地线（点要求接地电阻小于5Ω,周围无剧烈振动和强电磁场干扰，室内5便携式仪表5.1步进式仪器检测仪 蓄电池蓄电池垂线或引张线的照准信号转换成标准的TTL信号，并送给控制电路识别控制，同时l通讯功能具有RS-232-C接口，利用本仪表附带的软件和通讯线，直接将测量插头，只要一端与测量仪器相连，一端与本仪表相连，即可仪内存储的数据传输到计算机中，可进行数据5.2钢弦式仪器检测仪PSM-V型钢弦式仪器检测仪用于测量各种类型国产或进口钢弦式传感器，给出传感器的读数f2/1000（f为频率对有测温的传感器，也可测量传感器的温度。该检测仪已取得国家质量技术监督局颁发的生产产品许可证，生产许可证号为：其驱动器、带掉电保护的数据存储器和测量 蓄电池蓄电池温度50~+150℃l存储功能能自动存储被测仪器的编号测值，测量日期和故障信息等，能存储l通讯功能具有RS-232接口，利用本仪表附带的软件和通讯线直接将测量数据PSM-V型钢弦式仪器检测仪有四个接线柱，标记为黑、红、绿、白，黑红与传PSM-V型钢弦式仪器检测仪随机配有专用通讯线和采集软件，通讯线一端与计测仪内存储的数据传输到计算机中，可进行PSM-V型钢弦式仪器检测仪随机配有专用5.3差阻式仪器检测仪比、芯线电阻及埋入式铜电阻温度计的温度电阻。也可控制RSU-60R型差动电阻式蓄电池蓄电池测量范围：电阻值R：10.00-120.00稳定性：在传感器的电阻值和电阻比保持不变的条件下连续运行，本装置的稳定检查测量时，可同时给出八个参数，除给出仪器的电阻、电阻比和白芯线电及两分线电阻即R2+r黑和R1+r白。对于温度计除给出温度电阻外判断，可自动显示以下故障信息：电源电压不足、数据l供电功能内置蓄电池和充电电路，可以使用220V交流电工作，可以通过自备PSM--R型差阻式仪器检测仪有五个接线柱，标记为兰、黑、红、绿、白，根据用随机带的通讯控制线（一端为9针插头，一端为10芯插切换装置连接，9针一端与本仪表9针插座相连，10芯一端与RUS型自动切换装置的插座连接，将该装置的信号线按芯线颜色与本仪表PSM-V型钢弦式仪器检测仪随机配有专用通讯线和采集软件，通讯线一端与计