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MCU-M型测控装置

技 术 说 明 书

水利部南京水利水文自动化研究所
大 坝 监 测 分 所

1． 概述
1．1 用途
MCU-M型测控装置是DG型分布式自动监测系统数据采集网络节点装置，它由进口密封机箱、智能数据采集模块、防雷模块、电源模块、人工比测模块等构成，用于系统中各种类型监测仪器（传感器）数据测量、存储和传播，它安装在监测仪器附近，适合于在恶劣水工环境下长期使用。
1．2 品种
MCU-M型测控装置中最核心是智能数据采集模块，既有6种类型:
（1）差动电阻式模块R16M，可接16支四芯或五芯差动电阻式仪器或温度计。
（2）钢弦式模块V16M，可接16支（4线）单线圈或双线圈钢弦式仪器。
（3）步进电机式模块S4M，可接4支步进电机式系列仪器。
（4）差动电容式模块C4M，可接4支差动电容式系列仪器。
（5）工业信号（电压、电流）模块E16M，可接输出信号为电压或电流信号各种类型传感器16支。
（6）开关电平量模块H3M，可接2支浮子式水位计和1支翻斗式雨量计。
MCU-M系列测控装置按机箱构造、智能数据采集模块数量和使用规定共分三大系列九个品种。
（1）MCU-iM型测控装置，i=1、2、3，表达该装置内有i个智能数据采集模块，它是上述六种模块任意组合，可依照现场实际状况将不同类型传感器接到同一测量控制装置内，各智能数据采集模块独立运营，互不干扰。
（2）MCU-iMB型测控装置，i=1、2、3，其构造、功能和性能同MCU-iM型测控装置，合用于较宽工作环境，工作温度为-30～60℃。
（3）MCU-iMC型测控装置，i=1、2、3，其构造、功能和性能同MCU-iMC型测控装置，合用于施工工作环境，具备双重保护机箱，防止现场施工中撞击等损害。

2、功能
MCU-M型测控装置具备如下功能。
2.1控制功能
本装置可接受CCU型中央控制装置或笔记本电脑命令实现如下控制功能。
(a)按中央控制方式进行巡测或选测。
(b)按自动控制方式进行巡测，起始测量时间和测量时间间隔可由运营人员设立。
(c)按特殊自控方式进行巡测，这是在中央控制装置故障、线路故障或断电状况下，自动运用自备电源继续实现定期巡测，测量数据自动存储。
2.2测量功能
本装置依照控制程序自动对所接传感器进行高精度测量。
(a)巡测，逐点依次自动测量，采集监测数据，例如差阻式仪器电阻RT，电阻比Z，白芯线电阻r白。
(b)选测,对选定某一测点进行测量。
2.3计时和定期功能
本装置具备内部实时时钟电路，顾客可查询或修改时间，可按顾客设定起始测量时间和测量时间间隔，实现定期自动巡测。
2.4储存功能
本装置具备128KB存储容量，每次测量监测数据将自动储存，存储容量用完后自动覆盖，对存储数据具备掉电保护功能。
2.5通讯功能
(a)本装置具备RS-422/485接口可与CCU-1/2型中央控制装置实现双向通讯，通讯距离1200m ，更长距离可加装总线驱动器实现。
(b)本装置具备RS-232接口可与笔记本电脑直接连接，实现两者双向通讯。
(c)依照顾客需要，可加装硬软件、通讯接口，实现超短波、微波、光纤、电话线等通讯。
2.6自检自校功能
本装置具备自检功能，可对供电状况、电池电压、测量模块类型、所接仪器数量进行检查，并将其状态信息输出，在显示终端上显示。
本装置具备差阻式、步进式、电容式仪器自校功能，可输出自校基准测值用以检查此类仪器测值可靠性。
2.7供电功能
本装置具备备用电源，在外部电源中断状况下自动投入工作，寻常处在浮充状态，电源电路具备过压和欠压保护办法，防止电池过充电或过放电，提高电池寿命。普通状况下，如每天巡测2次，自动供电可自动巡测一周以上。
2.8防雷保护
具备防雷办法，在电源、通讯和传感器接口入口处设立防雷器件，防止感应雷电流对内部电路导致损坏，保证智能数据采集模块长期可靠工作。
3.性能和特点
3.1智能数据采集模块由单片微解决器、时钟电路、数据存储电路、通讯接口电路以及测量电路等构成，采用单板构造设计，CMOS集成芯片，具备智能化限度高，功耗低，抗干扰能力强，测量精度高，可靠性好，安装、运营、维护以便等特点。
3.2电源模块由防浪涌保护、电源隔离、蓄电池浮充电路、供电及控制电路等构成，对来自外部电源雷击及干扰采用多级保护办法，优化系统供电，提高设备用电安全性和可靠性。
3.3防雷模块由可插拨式信号防雷器件构成，每组信号防雷器件有10个通道，用于传感器电缆接口防雷，提高测量电路防雷抗干扰能力。同步在电源和通讯接口可设立专用防雷器。
3.4具备人工比测接口，运用便携式仪表十分以便地实现人工测量，互相校核，互为备用。
3.5机箱采用进口密封塑料机箱，防水性能好，所有电路板均通过三防解决，机箱内有温控加热驱潮器件，可保证在水工环境下长期稳定地运营。
3.6机箱构造紧凑、轻巧，安装灵活以便，可放置在廊道、电缆沟、观测站等狭小空间。
4.技术参数
4.1各智能数据采集模块重要技术指标
4.1.1差动电阻式模块R16M
① 测点数量：16支五芯或四芯差动电阻式仪器。
② 测量范畴：电阻值：0～120Ω
电阻比：0.8000～1.
③ 测量精确度：电阻值：±0.02Ω
电阻比：±0.0002
④ 辨别率：电阻值：0.01Ω
电阻比：0.0001
⑤ 测量时间：4秒/支
4.1.2钢弦式模块V16M
①测点数量：16支（频率+温度）
②测量范畴：频率：400～6000Hz
温度：-50～150℃
③测量精确度：频率：±０.０5%F·S
温度：±０.５℃
④辨别率：频率：0.01Hz
温度：0.1℃
⑤测量时间：４秒／支（频率＋温度）
4．1．3步进电机式模块S4M
①测点数量：4支
②测量范畴：X：50，100mm
Y：30，50mm
③测量精确度：±0.1mm
④辨别率：0.01mm
⑤测量时间：1分钟／支
4．1．4差动电容式模块C4M
①测点数量：4通道
②测量范畴：±0.4999
③测量精确度：±0.5% F·S
④辨别率：0.02% F·S
⑤测量时间：４秒／通道
4．1．5工业信号（电压、电流）模块E16M
①测点数量：16通道
②测量范畴 a、±10V b、±5V c、±2V
　　　　　 d、4～20mA e、±10mA等
③测量精确度：±0.１% F·S
④辨别率：0.0１% F·S
⑤测量时间：５秒/通道
4.1.6开关电平量模块Ｈ３Ｍ
①测点数量：２支浮子式水位计＋１支雨量计
②测量范畴：水位计：0～10Ｍ；10～15Ｍ；>15Ｍ
③测量精准度：水位计：2cm； ΔZ×2‰；3cm
雨量计：基本误差≤±1mm；计量误差：<±4%
④辨别率：水位计：1cm
雨量计：0.1mm 0.2mm 0.5mm 1.0mm
⑤测量速度：１秒／支
4.2防雷器Ｌ１０Ｍ
①通道数：１０
②工作电压：１８VＤＣ
③漏电流：≤200uA
④放电电流（8/2uS）： 1.5kA/5kA
4.3通讯接口
4.3.1 RS-485(两线或四线制可选)
4.3.2 ＲＳ－２３２－Ｃ
4.3.3 无线、光纤、微波、电话线等备用方式可选
4.4 通讯波特率：1200bps
4.5 存储容量：128KB带掉电保护
4.6 工作电源：220VAC±15%,50Hz或太阳能电源可选
4.7 蓄电池6V4AH
4.8 工作环境：
温度：－１０～５０℃（－30～６０℃可选）
湿度：≤85%Rh
4.9接地电阻：≤4Ω
4.10 平均无端障工作时间（MTBF） 10000小时
4.11 尺寸：
MCU－１Ｍ：　　　４００×６００×２１０
　 　 MCU－２Ｍ：　　　６００×６００×２１０
　　　 MCU－３Ｍ：　　　８００×６００×２１０
5. MCU-M型测控装置构造
5.1 MCU-2M型测控装置构造
本装置采用全密封防水塑料机箱，机箱底部采用塑料密封接头，所有部件固定在机箱安装钢板上，测控装置构造示意图如图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，防雷模块由防雷器底板和防雷器L10M构成。
5.2智能数据采集模块构造
　智能数据采集模块安装在不锈钢盒内，其构造示意图如图2所示

图１ 测控装置构造示意图

测 量
电 路
CPU
接
口
电
路
RAM
时 钟
键盘显
示接口
通 讯
模 块
电 源
模 块
接
口
2
接
口
1
接RS422

接充电器
接地
接蓄电池

图2 智能数据采集模块构造示意图
　图中，接口1和接口2与防雷器底板相连，电源和通讯接口分别与充电器、蓄电池、通讯线等相连，键盘、显示接口与专用键盘显示屏KD12相连。
5.3防雷器底板构造
防雷器底板安装在不锈钢盒内，下部与传感器电缆直接相连，上部与智能数据采集模块和人工比测盒相连，中部为四个防雷器L10M插座，其构造示意图如图3所示，图中接口1和接口2与智能数据采集模块相连，接口3、接口4与人工比测盒相连，插座1至插座4用于安装防雷器L10M，传感器接线端子与传感器电缆相连。
5.4充电器构造
充电器由R型变压器、充电电路等构成，其构造示意图如图4所示。图中交流进线与交流端子排相连，充电电源与智能数据采集模块充电电源相连。

接 口3
接 口1
接 口4
接 口2
插
座
1
插
座
3
插
座
2
插
座
4

1 2 3

图3 防雷器底板构造示意图

R型变压器

充 电
电 路

交流
进线

充电
电压

图4 充电器构造示意图

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
14
15
16
13
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
14
15
16
13

Ⅰ

多路拔动开关

五芯航空插座
Ⅱ

图5 人工比测盒构造示意图
5.5人工比测盒构造
人工比测盒进线与防雷器底板相连，其构造示意图如图5所示。图中，Ⅰ与模块1相相应，Ⅱ与模块2相相应，5芯航空插座与便携式仪表相连，多路拔动开关用于选取被测仪器，实现被选仪器人工测量。
6.测控装置外部连接
6.1差动电阻式仪器

① 五芯差动电阻式仪器

蓝 黑 红 绿 白
② 四芯差动电阻式仪器

黑 红 绿 白
③ 四芯温度计

白
兰
红
黑

④三芯温度计

蓝 红 白

6.2钢弦式仪器

黑 红 绿 白 屏蔽

7．运营与维护
　　7.1 运营
MCU-M型测控装置内各智能数据采集模块独立运营，互不干扰，可以通过CCU型中央控制装置、笔记本电脑或小键盘控制，实现所有动能。
　　7.1.1设立及自检
各智能数据采集模块可通过DG型数据采集软件或小键盘进行设立，可设立该模块地址、类型、测点数、时间、起始测量时间和测量时间间隔等，所有信息均存储在内部RAM中，不丢失。
在自检中所有模块均对RAM，充电电压、蓄电池电压以及该模块类型，测点数等进行检查，理解该模块运营状况。差动电阻式模块R16M还具备测量电路检查功能。
　　7.1.2中央控制运营方式
各智能数据采集模块依照采集软件命令，实现选测和巡测功能将测量成果存储在RAM中，测量完毕后、返回数据，数据格式为：
仪器编号
类型
测值
故障信息
　　7.1.3自动控制运营方式
各智能数据采集模块依照设立起测量时间和测量时间间隔自动定期巡回测量，并存储测量数据。按照采集软件命令返回自动测量数据，数据格式为：
测量时间
仪器编号
类型
测值
故障信息
　　7.1.4键盘控制运营
　　智能数据采集模块有键盘显示接口，显示屏为12位段式液晶显示。按键有5个，其构造示意图如图6所示
12位段式液晶显示

K1 K2 换值 测量 复位

　 　图6 键盘显示屏构造示意图
图中K1和K2键分别相应点号十位和个位，换值键用来进行测值互换显示，测量键用来对所选测点进行测量，并显示测量数据，复位键用来对智能数据采集模块进行复位。键盘控制MCU详细定义见表1。
表1：键盘控制定义：
点 号
功 能
使用按键
01～16
测量该测点
K1、K2 测量
88
测量原则电阻（R16M）
K1、K2 测量
89
测量充电电压和电池电压
K1、K2 测量
90
查看/修改地址、类型、测点数
K1、K2 换值
94
清RAM
K1、K2 测量
95
查看存储在RAM组数
K1、K2 测量
96
查看/修改日期（年月日）
K1、K2 换值
97
查看/修改时间（时分秒）
K1、K2 测量
98
查看/修改测量时间间隔（日时分）
K1、K2 测量
99
查看/修改下次测量时间（日时分）
K1、K2 测量

　　7．2．维护
智能数据采集模块独立运营，安装维护以便，故障信息可以在显示终端上显示，便于检查维护，常用故障，因素及排除办法见表2。

表2：常用故障、因素及排除办法一览表
故　障　现　象
故　障　原　因
排　除　方　法
显示屏无显示
①未上电
②接口未插好
③智能模块坏
①上电
②插好接口
③更换新模块
通讯故障
①未上电
②接口未接好
③模块地址不对的
④智能模块坏
①上电
②对的接好通讯线
③重新设立地址
④更换新模块
充电电压为零
①无交流电
②充电器坏
③测量电路坏
①接上交流电
②更换充电器
③更换新模块
仪器故障
①传感器接线未接好
②防雷器L10M坏
③智能模块接口未接好
④测量电路坏
⑤传感器坏
①重新接线
②更换防雷器
③重新插好接口
④更换新模块
⑤更换传感器