1、系统方案背景

　　

　　该方案为针对水科院南水北调中线干线安全监测系统中关于数据化采集系统MCU的选型及集成方案。该工程总长470公里，共计15个监测管理站共计359个监测站点，以振弦式传感器为主，共需接入各类监测传感器16174个，24734个接入点。

　　

　　

　　2、仪器设备选型

　　

　　南水北调作为跨流域、跨区域的国家极调水工程，其安全监测系统使用的采集设备应该是世界知名的高性能和高品质的产品，能够保证建成后的安全监测系统性能稳定、运行可靠、经久耐用。

　　

　　针对以上要求，该方案中MCU系统中配置的仪器选用美国CAMPBELL SCIENTIFIC ，INC公司的CR1000数据采集器为核心的自动化采集系统设备，根据系统的要求，MCU选配的主要仪器和设备有：1、CR1000 数据采集器  2、AVW200 弦振传感器模块  3、AM16/32B  扩展板  4、NL120 网络通讯模块  5、MD485 通讯模块  6、PS100 充电控制模块 7、ENC系列数据采集箱  8、CR1000KD 手持显示器（比测时使用）（如下图）

　　

　　

　　3、 系统集成

　　

　　实时性、可靠性、可扩展性、稳定性、精确性、可维护性、可利用率、 系统安全性能。

　　

　　系统集成方案

　　标准化配置1：32 通道的MCU 由1 台CR1000、1台AVW200 、1台AM16/32 、1台MD485、1台NL120、1台PS100组成。

　　

　　标准化配置2：64 通道的MCU 由1 台CR1000、1 台AVW200 和2 台AM16/32、1台MD485、1台NL120、1台PS100组成。

　　

　　

　　4、 MCU系统集成方案整体技术性能

　　

　　²  现场数据采集单元测量一次的时间小于2min ,控制命令响应时间小于1s.

　　

　　²  整个系统的响应能力满足系统采集、人机通信、控制功能和系统通迅的时间要求。

　　

　　²  系统时钟应满足在规定的运行周期内，监测系统设备年zui大计时误差小于3min。

　　

　　²  数据采集系统及其设备能适应现场的工作环境，具有足够高的抗干扰性能，能长期稳定的运行，每周测量一次，年数据采集缺失率小于2%。

　　

　　²  系统设备的平均无故障工作时间：MTBF≥20000h 现场数据采集单元平均无故障工作时间：MTBF≥35000h 。

　　

　　²  监测系统自动采集数据的缺失率 W≤0.5% 。

　　

　　²  适应工作环境：一般要求，可达到温度：-20℃～+50℃。如果有特殊要求，温度可扩展为-55℃～+85℃  。

　　

　　²  所有单元均具备多级防雷击及强电感应荷载冲击的能力，系统防雷电感应≥1500W。

　　

　　²  系统具有优良的可扩展性和扩展灵活性，数据采集单元采用的部件为通用互换部件，可以在现场用标准模块扩充，系统节点的规模无限制。

　　

　　²  现场采集单元具有无限制的节点容量，采用的数据采集单元能够垂直叠加更多地通道数，也可自行配置数据采集单元的通道数。

　　

　　²  数据采集单元添加部件时，接口修改或部件重新定位等全部是即插即用，或可以通过软件设定。

　　

　　²  按每小时测量1次、连续监测72h的实测数据连续性、周期性好、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，系统数据采集装置连续15次内采集数据的准确度接近一次测量的准确度要求。

　　

　　²  数据采集单元采用高精度测量电路，具有工程监测高的测量范围和测量精确度。对于差动电阻式仪器，可通过采集模块直接消除电缆电阻带来的测量误差。

　　

　　²  系统设备具有故障自诊程序，可通过采集机屏幕指示具体故障部位，使系统维护人员能方便地在现场更换故障部件后即可恢复正常。

　　

　　²  有便于试验和隔离故障的断开点。

　　

　　²  配有合适的专用安装拆卸工具。

　　

　　²  无活动部件，无磨损性故障。

　　

　　²  可通过系统操作员工作站或便携式微机修改或增加软件。

　　

　　²  不可互换件具有保证措施避免错插。

　　

　　²  采集系统的设备结构全部标准模块化。

　　

　　²  系统设备采用可靠性元件构成，操作系统实用，紧凑，具有较高的可用率。

　　

　　²  整个系统的正常可利用率不小于99.5%。

　　

　　²  对系统功能和操作进行检查时，如发现操作有误会提示警告。

　　

　　²  在人机通信中设多级别操作员控制口令。

　　

　　²  保证信息传送中的错误不会导致系统关键性故障。

　　

　　²  在监测中心与现场数据采集单元通信时，对有响应情况有响应的指示。当通信失败时，可以自动或数次（软件可调）重传，重传失败会发出警报。

　　

　　²  系统的硬件和软件故障都不会危及系统的完善和人身的安全。

　　

　　5、系统供电

　　

　　采用220V交流外部电源直接供电，当外部电源消失时，后备电源能自动启动，保证数据和参数不丢

　　

　　6、 MCU系统通讯传输

　　

　　1 光纤通讯模式

　　

　　MCU系统通过NL120的网络接口(RJ45)连接到该站的光端机上，再通过一台光端机与三层交换机连接，进入通讯主干线（IP网），从而与上级计算机安全监测系统连接起来。

　　

　　2 无线通讯模式

　　

　　对于相互距离较远的MCU系统，且距主干光缆入口也较远的测站，通过GPRS无线通讯的模式，将数据传输至管理处，从管理处连接至通讯主干线（IP网），从而与上级计算机安全监测系统连接起来。

　　

　　

　　7 人工比测功能及巡测与选测

　　

　　系统在自动监测的同时可以实现人工比测，且人工比测不影响自动监测的进行。

　　

　　2）自动实测数据与同时同条件人工比测数据偏差δ保持基本稳定，无趋势性漂移。与人工比测数据对比结果满足δ≤3σ

　　

　　系统目前已在现埸全部安装完成，并进入全程调试状态，目前系统前期调试良好，软件调试也在紧张测试中，该南水北调监测项目预计于2014年9月份正式运行。