江蘇聚邦自動(dòng)化科技有限公司

一、系統(tǒng)應(yīng)用背景
河流懸移質(zhì)泥沙含量（含沙量）是重要的水文參數(shù)之一，河流含沙量監(jiān)測對于水利水電工程建設(shè)，水資源開發(fā)利用，水土流失治理，工農(nóng)業(yè)取水用水，水文預(yù)報(bào)等意義重大。目前水文上測量河流含沙量的主要方法是：人工取樣，使用烘干法測量含沙量。該方法從樣品的采集到分析，均需要大量人力，物力和時(shí)間的投入，而且測量周期長，操作過程繁瑣，勞動(dòng)強(qiáng)度大，難以實(shí)時(shí)，在線監(jiān)測河流含沙量的變化。
近年來隨著新產(chǎn)品新技術(shù)的不斷引進(jìn)，針對河流泥沙的監(jiān)測積累了一些經(jīng)驗(yàn)，取得了一些進(jìn)展。目前，由我司研發(fā)的JBNS-100型 全自動(dòng)泥沙在線監(jiān)測系統(tǒng)已正式投入使用，本套系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)了含沙量和輸沙率的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。
二、全自動(dòng)泥沙在線監(jiān)測系統(tǒng)簡介
JBNS-100型 泥沙在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由泥沙傳感器、數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)（含RTU）、供電系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理軟件和安裝支架等組成。
傳感器滿足《水利部水文儀器及巖土工程儀器質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心》水文儀器特性要求。
2.1系統(tǒng)特點(diǎn)：
?可直接輸出測點(diǎn)泥沙含量值、水深、溫度值；
?自動(dòng)計(jì)算斷面平均含沙量與輸沙率，24小時(shí)連續(xù)在線監(jiān)測；
?支持整合多個(gè)斷面泥沙傳感器數(shù)據(jù)；
?建立泥沙與水位、流量等相關(guān)的關(guān)系線；
?直接生成水文規(guī)范報(bào)表，可直接參與資料整編。
2.2測量原理
本套系統(tǒng)所使用的傳感器基于組合紅外吸收散射光線法，通過逆投影成像技術(shù)，可以連續(xù)精確測定水體中的懸移質(zhì)泥沙含量。按照紅外散射光線技術(shù)不受色度影響測定懸移質(zhì)泥沙含量，可直接輸出泥沙含量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。
2.3 JBNS-100型 泥沙在線監(jiān)測儀
JBNS-100型 測沙傳感器基于組合紅外吸收散射光線法，通過逆投影成像技術(shù)可以連續(xù)精確測定水體中的懸浮泥沙含量。按照紅外散射光線技術(shù)不受色度影響測定泥沙含量濃度值，即可直接輸出泥沙含量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。根據(jù)使用環(huán)境可以選配帶自清洗功能和保護(hù)裝置。
傳感器突出特點(diǎn)：
?傳感器采用多光束紅外散射光逆投影成像技術(shù)結(jié)合TES91算法；音叉震動(dòng)與電磁感應(yīng)技術(shù)（高量程）；
?內(nèi)設(shè)自診功能，保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確；
?可選配清潔刷自動(dòng)清洗功能，減少傳感器維護(hù)量；
?數(shù)字化傳感器，抗干擾能力強(qiáng)；
? 泥沙同質(zhì)性標(biāo)定與分析識(shí)別；
?低量程范圍：0-45 kg/m3/120kg/m3，高量程范圍：5kg-2500kg/m3，可定制型號和量程，滿足不同測驗(yàn)環(huán)境要求。
表1 JBNS-100型 泥沙傳感器規(guī)格
規(guī)格 詳細(xì)信息
尺寸 直徑90mm*長度 478mm
重量 6KG
主要材料 機(jī)身：鈦合金+POM+316L不銹鋼
O型環(huán)：氟橡膠
線纜：PVC
防水等級 IP68/NEMA6P
測量范圍 0.001kg/m3-120kg/m3，可根據(jù)定制量程
測量精度 誤差小于測量值的±5%
耐壓范圍 ≤0.3Mpa/0-30m水深標(biāo)配，最大到50米
流速 ≤5.0m/s
存儲(chǔ)溫度 -25到85℃
測量環(huán)境溫度 0到55℃
校準(zhǔn) 斜率校準(zhǔn)/多點(diǎn)校準(zhǔn)
傳感器線 標(biāo)準(zhǔn)整體電纜，可定制
深度傳感器 量程：0-100M，精度：0.01M
溫度傳感器 量程：-20℃-120℃，精度：0.1℃
電源 DC12V
輸出 通過6mm抗拉屏蔽線纜輸出數(shù)字信號
顯示輸出 本地觸摸屏顯示，遠(yuǎn)程WEB端顯示，手機(jī)APP查看
軟件 可實(shí)時(shí)顯示測量值并保存，可與系統(tǒng)報(bào)表對接

2.4數(shù)據(jù)采集與分析主機(jī)（含RTU功能）
系統(tǒng)主要功能如下：
（1）能自動(dòng)采集及處理測沙傳感器監(jiān)測到的泥沙數(shù)據(jù)，并根據(jù)泥沙-斷沙率定公式自動(dòng)計(jì)算斷面平均含沙量，支持導(dǎo)入斷面流量數(shù)據(jù)，自動(dòng)計(jì)算斷面輸沙率，對泥沙進(jìn)行24小時(shí)連續(xù)在線監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性、完整性、及時(shí)性和可靠性；
（2）可同時(shí)接收多個(gè)水文站（或監(jiān)測斷面）的泥沙含量數(shù)據(jù)，每個(gè)水文站（或監(jiān)測斷面）可同時(shí)支持多個(gè)JBNS-100型 傳感器；
（3）統(tǒng)計(jì)分析：實(shí)時(shí)監(jiān)測的數(shù)據(jù)可自動(dòng)傳輸并存儲(chǔ)在中心數(shù)據(jù)庫，并可進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，可生成逐日平均懸移質(zhì)輸沙率表和逐日平均含沙量表等符合《水文資料整編規(guī)范》的多種報(bào)表，與Excel無縫對接；
（4）遠(yuǎn)程控制：遠(yuǎn)程修改參數(shù)，異常數(shù)據(jù)報(bào)警等，同時(shí)可根據(jù)用戶要求定制功能。
數(shù)據(jù)處理主機(jī)參數(shù)如下：
名 稱 參 數(shù) 描述說明
主要參數(shù)
CPU AM3352BZCZD60@600MHZ ARM Cortex-A8構(gòu)架，工業(yè)級溫寬
內(nèi)存 256M DDR3 工業(yè)級溫寬：-40℃ ? +85℃
NandFlash或e.MMC 256MB SLC NandFlash/4GBe.MMC 工業(yè)級溫寬：-40℃ ? +85℃
數(shù)據(jù)接口
百兆以太網(wǎng)接口 2路 2路10/100自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)接口
3G/4G模塊接口 1路 用于擴(kuò)展3G/4G通信模塊
WIFI模塊接口 1路 2.4G WIFI
USB HOST 2路 USB2.0高速
TF卡接口 1路 支持大容量TF卡和MicrsSD卡，設(shè)計(jì)了熱拔插檢測，支持SD Memory Card協(xié)議v2.0
SIM卡接口 1路 MICRO-SIM卡
調(diào)試串口 1路 RS232
RS485接口 4路 可根據(jù)總線擴(kuò)展N個(gè)接口
RS232接口 4路 與485復(fù)用
CAN接口 2路 支持CAN2.0 Part A和2.0Part B，最高傳輸速度可達(dá)1Mbit/S
RTC時(shí)鐘 高精度時(shí)鐘芯片 采用高精度RX8025時(shí)鐘芯片，后備電池，可以再斷電時(shí)保證時(shí)間不丟失
LED指示燈 2個(gè) 1個(gè)CPU工作心跳燈，1個(gè)用戶自定義燈
用戶按鍵 1個(gè) 可自定義按鍵功能
電氣特性
輸入電壓 DC12V 9-30V
工作溫度 -40℃ ? +85℃ 工業(yè)級溫寬
工作濕度 5% ? 95%
結(jié)構(gòu)參數(shù)
機(jī)盒尺寸 159mm×105mm×33mm

2.5供電系統(tǒng)
供電模塊通過太陽能電池板和蓄電池的供電方式，配備充電控制器，可用交流電對電池進(jìn)行充電。蓄電池100AH，100W太陽能板供電。
2.6數(shù)據(jù)管理軟件
自動(dòng)化接收處理軟件可安裝于中心站服務(wù)器、現(xiàn)場控制服務(wù)器，軟件系統(tǒng)采用架構(gòu)為C/S和B/S兩種模式，能接收測站發(fā)來的各項(xiàng)有關(guān)信息，并能遠(yuǎn)程下載數(shù)據(jù)和設(shè)置測站工作參數(shù)。在非測流時(shí)間，能人工控制增加測次。根據(jù)測站實(shí)測數(shù)據(jù)生成《河流流量測驗(yàn)規(guī)范》（GB50179-2015）、《水文資料整編規(guī)范》（SL247-2012）等現(xiàn)行水文規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)所需報(bào)表。
2、能實(shí)現(xiàn)在線測流功能，嚴(yán)格依據(jù)水文測驗(yàn)規(guī)范及《水文資料整編規(guī)范》（SL247-2012）等現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)要求，建立各相關(guān)要素?cái)?shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)，并提供數(shù)據(jù)庫訪問權(quán)限及訪問技術(shù)支持。
3、管理要求：軟件管理上進(jìn)行權(quán)限分級，不同權(quán)限的管理者對其進(jìn)行不同程度的操作。



三、安裝設(shè)計(jì)（現(xiàn)場照片）
JBNS-100型 安裝的目的是根據(jù)單點(diǎn)泥沙-斷沙率定關(guān)系計(jì)算出斷面平均含沙量，因此必須按規(guī)范布設(shè)在測驗(yàn)河道斷面具有代表性的一點(diǎn)或具有代表性的垂線的多點(diǎn)上。JBNS-100型 為側(cè)視測量，安裝時(shí)需將儀器橫立式固定（傳感器面向下游），為使JBNS-100型 在低水時(shí)仍然能實(shí)時(shí)測量，安裝深度應(yīng)該低于最低水位。儀器將在固定位置測量河流含沙量，安裝時(shí)應(yīng)該考慮漂浮物對儀器的造成的影響。
1、固定式安裝，采用不銹鋼支架制作，根據(jù)現(xiàn)場情況定做支架，保證支架的強(qiáng)度。
2、浮標(biāo)式安裝，浮體直徑1.0-2.0米不等，浮力500-800公斤，堅(jiān)固的構(gòu)造：
1）高分子聚合材料浮體
2）熱浸鍍鋅鋼板和鋁合金框架
3）所有金屬的保護(hù)與防銹采用環(huán)氧樹脂涂料
3、水密間隔保護(hù)：
1）密封防水電控室，保護(hù)數(shù)據(jù)采集控制器與電池系統(tǒng)
2）密封O形環(huán)
3）不銹鋼艙口蓋
4、全面的配置：
a)太陽能電池板；
b)水密天線
c)防撞擊警示燈和雷達(dá)反射器；
d)具有很強(qiáng)的固著能力的錨系統(tǒng)；
1）GPS全球定位系統(tǒng)
可通過程序設(shè)定浮標(biāo)經(jīng)緯度范圍（定位精度在15米以下，實(shí)時(shí)監(jiān)測浮標(biāo)的經(jīng)緯度），一旦浮標(biāo)漂離規(guī)定范圍，GPS測定后立即向預(yù)設(shè)電話報(bào)警，及時(shí)追回，有效的防止偷盜、錨纜斷裂等意外事件。接收衛(wèi)星信號，定位浮標(biāo)的位置，同時(shí)，位置數(shù)據(jù)也會(huì)被數(shù)采器采集，與監(jiān)測數(shù)據(jù)一起發(fā)送至數(shù)據(jù)服務(wù)中心。通過位置數(shù)據(jù)，可以使監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)合地圖來顯示，使結(jié)果顯示更加形象具體。
2）系留系統(tǒng)
配套固定及回收系統(tǒng)，并可根據(jù)水下不同的情況選擇不同形式的錨和不同的拋錨方式，以雙錨雙纜錨泊系留系統(tǒng)為例，每個(gè)菱形錨重達(dá)百公斤，具有極佳的固著力并便于回收，雙鏈為鋼纜和尼龍繩。穩(wěn)定錘裝有鋅保護(hù)陽極，保護(hù)儀器設(shè)備不受電化學(xué)腐蝕。該套系統(tǒng)具有耐久、維護(hù)少、便于回收的優(yōu)點(diǎn)，并且能極大的提高安全度，不易被偷盜。