變形監(jiān)測技術(shù)與應(yīng)用6章

1、,變形監(jiān)測與數(shù)據(jù)處理,第六章　自動化監(jiān)測技術(shù),1,主要內(nèi)容,概述自動化監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計通用分布式測量控制單元（MCU）原理及應(yīng)用安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)設(shè)計示例,第六章　自動化監(jiān)測技術(shù),2,§1 　概述,第九章　自動化監(jiān)測技術(shù),變形監(jiān)測與數(shù)據(jù)處理,3,概述,自動化監(jiān)測技術(shù)是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種全新的監(jiān)測技術(shù)，它是隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的。自動化監(jiān)測的三種形式：第一種是數(shù)據(jù)處理自動化，俗稱“后自動化

2、”；第二種是實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集自動化，俗稱“前自動化”；第三種是實現(xiàn)在線自動采集數(shù)據(jù)，離線資料分析，俗稱“全自動化”。自動化監(jiān)測主要包括數(shù)據(jù)采集的自動化、數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖詣踊?shù)據(jù)管理的自動化和數(shù)據(jù)分析的自動化等內(nèi)容。,第1節(jié)　概述,4,一般規(guī)定（1）,（1）數(shù)據(jù)采集功能。能自動采集各類傳感器的輸出信號，并把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量；數(shù)據(jù)采集能適應(yīng)應(yīng)答式和自報式兩種方式，能按設(shè)計的方式自動進行定時測量，能接收命令進行選點、巡回檢測和定時檢測。（2）

3、掉電保護功能。現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集裝置應(yīng)有儲存器和掉電保護模塊， 能暫存已經(jīng)采集的數(shù)據(jù)，并在掉電情況下不丟失數(shù)據(jù)。系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有備用電源，在斷電情況下，系統(tǒng)應(yīng)能自動切換，并繼續(xù)工作一段時間，具體持續(xù)工作時間應(yīng)根據(jù)工程的具體要求確定，一般應(yīng)在3天以上。（3）自檢、自診斷功能。即對儀器自身的工作性態(tài)進行檢查，對發(fā)生故障的儀器應(yīng)自動報警。,第1節(jié)　概述,5,（4）現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊和遠程通訊功能。現(xiàn)場數(shù)據(jù)通訊一般采用電纜、光纖和無線傳輸?shù)刃问?，對于遠程

4、通訊一般采用因特網(wǎng)和微波方式。（5）防雷和抗干擾功能。為保證系統(tǒng)的安全和正常運行，防止遭受雷擊和外界因素的干擾，系統(tǒng)應(yīng)具備本功能。系統(tǒng)的防雷一般應(yīng)進行專門的設(shè)計。,一般規(guī)定（2）,第1節(jié)　概述,6,（6）數(shù)據(jù)管理功能。對監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)進行有效的管理，并編制相應(yīng)的管理系統(tǒng)軟件，對監(jiān)測數(shù)據(jù)實行查詢、修改、統(tǒng)計等操作，對數(shù)據(jù)異常及故障能進行顯示和報警。另外，為保證數(shù)據(jù)的安全，系統(tǒng)應(yīng)具有數(shù)據(jù)備份功能。（7）數(shù)據(jù)分析功能。對監(jiān)測數(shù)據(jù)

5、進行及時的分析處理是自動化監(jiān)測的一個重要特征，是及時發(fā)現(xiàn)工程隱患的重要手段。一般的數(shù)據(jù)分析主要是判斷數(shù)據(jù)的正?；虍惓Ｌ卣?，并根據(jù)其異常特性作進一步的分析。,一般規(guī)定（3）,第1節(jié)　概述,7,性能要求（1）,（1）采樣時間應(yīng)有一定的限制，具體時間可根據(jù)工程實際情況確定。通常對某個項目的巡測時應(yīng)小于30分鐘，對單個測點的采樣時間應(yīng)小于3分鐘。（2）測量的周期可根據(jù)工程的實際需要調(diào)整，在特殊情況下，可實現(xiàn)加測、補測等。（3）自動化監(jiān)測系統(tǒng)

6、應(yīng)建立監(jiān)控室，用于對整個系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)管理。監(jiān)控室的溫度一般應(yīng)保持在20℃～30℃，濕度保持不大于85%。,第1節(jié)　概述,8,性能要求（2）,（4）系統(tǒng)可采用交流電作為工作電源，其工作電壓為220V。（5）系統(tǒng)應(yīng)有較高的可靠性，系統(tǒng)的故障率應(yīng)低于5%，并能穩(wěn)定可靠地工作。（6）數(shù)據(jù)采集裝置的測量精度應(yīng)滿足有關(guān)規(guī)范和工程實際需要的要求，因此，應(yīng)在精度、量程、穩(wěn)定性、可靠性等方面選擇合適的數(shù)據(jù)采集裝置。,第1節(jié)　概述,9,§

7、2 　自動化監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計,第九章　自動化監(jiān)測技術(shù),變形監(jiān)測與數(shù)據(jù)處理,10,設(shè)計原則（1）,（1）適應(yīng)性 根據(jù)建筑物所處的環(huán)境條件、建筑結(jié)構(gòu)和運行工況的不同，在設(shè)計監(jiān)測自動化系統(tǒng)時應(yīng)有較強的針對性。對于重點監(jiān)測項目和重要測點應(yīng)優(yōu)先納入自動化監(jiān)測系統(tǒng)中，技術(shù)成熟的項目優(yōu)先實現(xiàn)自動化。（2）經(jīng)濟性 系統(tǒng)建設(shè)的造價應(yīng)經(jīng)濟、合理，采用性價比高的儀器設(shè)備；同時，應(yīng)盡可能考慮整套系統(tǒng)采用同一廠家的產(chǎn)品，以提高系統(tǒng)的兼容性、完整性，

8、便于管理、維護和節(jié)約經(jīng)費。,第2節(jié)　自動化監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計,11,（3）準(zhǔn)確性 系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)應(yīng)準(zhǔn)確，精度滿足相關(guān)規(guī)范的要求，在更換零部件時不影響數(shù)據(jù)的連續(xù)性。（4）可靠性 監(jiān)測設(shè)備選型應(yīng)優(yōu)先考慮選用技術(shù)先進、成熟、通過多個現(xiàn)場環(huán)境長期考核、質(zhì)量合格的產(chǎn)品，設(shè)備的故障率應(yīng)很低，長期穩(wěn)定性好，可靠性高，具有在雷電、高溫、高濕等惡劣環(huán)境下正常工作的長期可靠性，有良好的防雷、防濕、耐高溫等抗干擾能力。發(fā)生故障時能及時判斷、報警，

9、并迅速排除。為保證數(shù)據(jù)的連續(xù)可靠，系統(tǒng)應(yīng)具有備用的人工觀測手段。,設(shè)計原則（2）,第2節(jié)　自動化監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計,12,（5）開放性和通用性 系統(tǒng)應(yīng)具有良好的開放性和兼容性。開放性是針對用戶開放系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集單元的程控命令和數(shù)據(jù)格式，以及接入的任何種類標(biāo)準(zhǔn)信號傳感器。系統(tǒng)應(yīng)易于操作，人機界面友好。（6）統(tǒng)一性 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和信息管理系統(tǒng)應(yīng)相互兼容，即使采用不同的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，也應(yīng)能實現(xiàn)監(jiān)測信息的統(tǒng)一管理。,設(shè)

10、計原則（3）,第2節(jié)　自動化監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計,13,設(shè)計方案,監(jiān)測系統(tǒng)的布置設(shè)計是安全監(jiān)測設(shè)計的主要內(nèi)容，由于自動化監(jiān)測系統(tǒng)不僅測讀快，測讀及時，能夠做到相關(guān)量同步測讀，能夠勝任多測點、密測次的要求，提供在時間上和空間上更為連續(xù)的信息，而且測讀準(zhǔn)確性和可靠性高，因此，應(yīng)普遍使用監(jiān)測自動化系統(tǒng)。但是，監(jiān)測自動化系統(tǒng)較為昂貴，對環(huán)境條件要求也比較高，因此，自動化系統(tǒng)的測點設(shè)置應(yīng)以滿足監(jiān)測工程安全運行需要為主，純粹為施工服務(wù)及為科學(xué)研究而設(shè)置的

11、測點，原則上不納入自動化系統(tǒng)。經(jīng)多年的研制和開發(fā)，自動化監(jiān)測系統(tǒng)的布置形成三大基本形式：集中式監(jiān)測系統(tǒng)、分布式監(jiān)測系統(tǒng)和混合式監(jiān)測系統(tǒng)。,第2節(jié)　自動化監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計,14,集中式（1）,集中式系統(tǒng)是將傳感器通過集線箱或直接連接到采集器的一端進行集中觀測。在這種系統(tǒng)中，不同類型的傳感器要用不同的采集器控制測量，由一條總線連接，形成一個獨立的子系統(tǒng)。系統(tǒng)中有幾種傳感器，就有幾個子系統(tǒng)和幾條總線。所有采集器都集中在主機附近，由主機存儲和

12、管理各個采集器數(shù)據(jù)。采集器通過集線箱實現(xiàn)選點，如直接選點則可靠性較差。,第2節(jié)　自動化監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計,15,集中式監(jiān)測系統(tǒng)的高技術(shù)部件均集中在機房，工作環(huán)境好，便于管理，系統(tǒng)重復(fù)部件少，相對投資也較少，但系統(tǒng)傳輸?shù)氖悄M量，易受外界干擾，系統(tǒng)風(fēng)險集中，可靠性不高，技術(shù)復(fù)雜，電纜用量大，維護不便。,集中式（2）,第2節(jié)　自動化監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計,16,集中式監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖,第2節(jié)　自動化監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計,17,分布式（1）,分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常

13、由監(jiān)測計算機、測控單元和傳感器組成；根據(jù)不同監(jiān)測任務(wù)需要而埋設(shè)的各類傳感器通過一定的通信介質(zhì)（一般為屏蔽電纜）接入布置其附近的測控單元；由測控單元按照采集程序的控制將監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、存儲并通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至遠方的監(jiān)測計算機做深入分析和處理。,第2節(jié)　自動化監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計,18,測控單元還可以接收來自監(jiān)測計算機的控制命令，將本身的工作狀況以及傳感器的工作狀況發(fā)送給監(jiān)測計算機，由操作員做出分析判斷以及時排除系統(tǒng)中硬件設(shè)備的故障。因此，雖

14、然系統(tǒng)設(shè)備的類型與集中式無大的差別，但是由于測控單元與集中式結(jié)構(gòu)中的測控單元相比有了本質(zhì)的變化，且系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸多為數(shù)字量信號，使得分布式系統(tǒng)在諸如測量精度、速度、可靠性和可擴展性上比集中式系統(tǒng)有了顯著提高。,分布式（2）,第2節(jié)　自動化監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計,19,分布式系統(tǒng)是把數(shù)據(jù)采集工作分散到靠近較多傳感器的采集站(測控單元)來完成，然后將所測數(shù)據(jù)傳送到主機。這種系統(tǒng)要求每個觀測現(xiàn)場的測控單元應(yīng)是多功能智能型儀器，能對各種類型的傳感器進行控

15、制測量。分布式監(jiān)測系統(tǒng)傳輸?shù)氖菙?shù)字量，傳輸距離長，精度高，風(fēng)險分散，可靠性高，技術(shù)簡單，電纜用量小，布置靈活，觀測速度快，但系統(tǒng)重復(fù)部件多，投資相對較大。,分布式（3）,第2節(jié)　自動化監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計,20,分布式監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖,第2節(jié)　自動化監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計,21,混合式（1）,混合式是介于集中式和分布式之間的一種采集方式。它具有分布式布置的外型，而采用集中方式進行采集的系統(tǒng)。設(shè)置在儀器附近的遙控轉(zhuǎn)換箱類似于MCU，匯集其周圍的儀器信

16、號，但不具有MCU的A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)暫存功能，故其結(jié)構(gòu)比MCU簡單。轉(zhuǎn)換箱僅是將儀器的模擬信號匯集于一條總線之中，然后傳到監(jiān)控室進行集中測量和A/D轉(zhuǎn)換，然后將數(shù)字量送入計算機進行存儲處理。,第2節(jié)　自動化監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計,22,混合式數(shù)據(jù)采集方式中轉(zhuǎn)換箱只能起匯集周圍儀器信號的作用，此種方式關(guān)鍵問題是既經(jīng)濟又可靠地解決了模擬量長距離傳輸技術(shù)；目前國內(nèi)傳輸距離一般在1000m～2000m內(nèi)，模擬量傳輸距離一般不能大于2000m，與分布式

17、比較，造價可省約1/3左右。由于轉(zhuǎn)換箱結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，在惡劣氣候條件下，比MCU產(chǎn)生的故障路率低，所以此種方式適應(yīng)于大規(guī)模、測點數(shù)量多，相對集中的監(jiān)控系統(tǒng)。,混合式（2）,第2節(jié)　自動化監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計,23,網(wǎng)絡(luò)集成式,網(wǎng)絡(luò)集成式結(jié)構(gòu)是對分布式結(jié)構(gòu)在開放性和標(biāo)準(zhǔn)化的方向上做出本質(zhì)改變的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，它在現(xiàn)今的企業(yè)管理控制一體化的應(yīng)用需求中已經(jīng)發(fā)揮著巨大的作用。網(wǎng)絡(luò)集成式結(jié)構(gòu)突破了分布式結(jié)構(gòu)中因?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)的封閉造成的缺陷，改變了分布式結(jié)構(gòu)

18、系統(tǒng)中模擬、數(shù)字信號混合，一個簡單控制系統(tǒng)的信號傳遞需歷經(jīng)從現(xiàn)場到控制室，再從控制室到現(xiàn)場的往返專線傳遞過程。隨著網(wǎng)絡(luò)信息化和安全性的提高，接入Internet 的管理層可以為遠方的專家和上級管理部門提供遠程觀測分析建筑物安全狀況的手段，提高安全狀況分析的效率。,第2節(jié)　自動化監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計,24,網(wǎng)絡(luò)集成式監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖,第2節(jié)　自動化監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計,25,系統(tǒng)組成－電纜,監(jiān)測系統(tǒng)的不同部位和不同儀器需要聯(lián)接不同規(guī)格的電纜。電纜選

19、型和敷設(shè)是確保監(jiān)測儀器和系統(tǒng)正常運行的基礎(chǔ)，因此，必須予以足夠的重視。電纜選型要充分了解電纜結(jié)構(gòu)及信號傳輸和工作環(huán)境對電纜的要求，并根據(jù)實際情況進行試驗分析。電纜敷設(shè)要注意對每一個環(huán)節(jié)進行嚴格的質(zhì)量控制，避開不利的區(qū)域。,第2節(jié)　自動化監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計,26,傳感器是感應(yīng)建筑物變形、滲流、應(yīng)力、溫度等各種物理量的儀器設(shè)備，它將測量到的模擬量、數(shù)字量、脈沖量、狀態(tài)量等信號輸送到采集站。傳感器種類可分為：電阻式、電感式、電容式、振弦式、調(diào)

20、頻式、壓阻式、變壓器式、電位器式等。土木工程監(jiān)測中常用的傳感器包括滲壓計、滲流量計、垂線儀、傾斜儀、測縫計、錨桿應(yīng)力計、鋼筋計、應(yīng)變計、溫度計等各種儀器。應(yīng)選擇其中對監(jiān)控工程安全起重要作用且人工觀測又不能滿足要求的關(guān)鍵測點納人自動化觀測系統(tǒng)。所有納入自動化系統(tǒng)的儀器，都應(yīng)預(yù)先經(jīng)過現(xiàn)場觀測值可靠性鑒定，證明其工作性態(tài)正常。,系統(tǒng)組成－傳感器,第2節(jié)　自動化監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計,27,采集站由測控單元組成，并根據(jù)儀器分布情況決定其布置，一般設(shè)

21、在較集中的儀器測點附近。采集站根據(jù)確定的觀測參數(shù)、計劃和順序進行實際測量、計算和存儲，并有自檢、自動診斷功能和人工觀測接口。采集站除與主機通訊外，還可定期用便攜式計算機讀取數(shù)據(jù)。根據(jù)確定的記錄條件，將觀測結(jié)果及出錯信息與指定監(jiān)測分站或其他測控單元進行通信。能選配不同的測量模塊或板卡，以實現(xiàn)對各種類型傳感器的信號采集。檢測指定的報警條件，一旦報警狀態(tài)或條件改變則通知指定的監(jiān)測分站。將所有觀測結(jié)果保存在緩沖區(qū)中，直到這些信息被所有指

22、定監(jiān)測分站明確無誤地接收完為止。管理電能消耗，在斷電、過電流引起重啟動或正常關(guān)機時，保留所有配置設(shè)定的信息。具有防雷、抗干擾、防塵、防腐，適用于惡劣溫濕度環(huán)境。采集系統(tǒng)的運行方式主要分中央控制式(應(yīng)答式)及自動控制式(自報式)，必要時也可采用任意控制式。,系統(tǒng)組成－采集站,第2節(jié)　自動化監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計,28,一般根據(jù)建筑物規(guī)模及布置情況決定，應(yīng)避免強電磁干擾。如系統(tǒng)規(guī)模較小，也可以不設(shè)分站。監(jiān)測分站的主要功能是啟動測量系統(tǒng)，自動采集

23、數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的通訊和傳輸，可對監(jiān)測數(shù)據(jù)檢查校核，包括軟硬件系統(tǒng)自身檢查、數(shù)據(jù)可靠性和準(zhǔn)確度檢查及數(shù)學(xué)模型檢查?？蛇M行測量數(shù)據(jù)的存儲、刪除、插人、記錄、顯示、換算、打印、查詢及儀器位置、參數(shù)工作狀態(tài)顯示等操作，對建筑物的安全狀況實行監(jiān)控、預(yù)報及報警。,系統(tǒng)組成－監(jiān)測分站,第2節(jié)　自動化監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計,29,一個工程設(shè)一個總站，即現(xiàn)場安全監(jiān)控中心。應(yīng)有足夠的設(shè)備和工作空間，良好的照明、通風(fēng)和溫控條件。監(jiān)測總站除監(jiān)測分站功能外，還應(yīng)具有圖

24、像顯示、工程數(shù)據(jù)庫及其數(shù)據(jù)管理功能。能將各監(jiān)測分站數(shù)據(jù)和人工監(jiān)測數(shù)據(jù)匯集到總站數(shù)據(jù)庫內(nèi)，建立安全監(jiān)控數(shù)學(xué)模型，并進行影響因素分解及綜合性的分析、預(yù)報和安全評價。,系統(tǒng)組成－監(jiān)測總站,第2節(jié)　自動化監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計,30,即需要遠傳觀測數(shù)據(jù)的上級領(lǐng)導(dǎo)單位。,系統(tǒng)組成－管理中心,第2節(jié)　自動化監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計,31,§3 　通用分布式測量控制單　　　元（MCU）原理及應(yīng)用,第九章　自動化監(jiān)測技術(shù),變形監(jiān)測與數(shù)據(jù)處理,32,工作原理,M

25、CU是分布式數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點裝置，由密封機箱、智能控制模塊CPU電路板、電源模塊電路板、各測量模塊電路板和加熱模塊電路板等構(gòu)成。電源模塊由隔離變壓器、電源板、蓄電池組、電源開關(guān)組等組成。它將交流電變換成直流電并進行穩(wěn)壓，其中的兩組充電電路，分別給12V/7.2AH和24V/7.2AH兩組蓄電池充電。在無交流電源或線路發(fā)生故障的情況下，蓄電池組將自動地投入工作。模塊設(shè)有休眠功能，故能降低功耗。,第3節(jié)　MCU原理及應(yīng)用,33,控制模

26、塊,控制模塊CPU電路板由單片微處理器80C31、時鐘電路、程序存儲器（ROM）、數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、看門狗電路、通訊接口電路、V/F轉(zhuǎn)換電路、電源控制電路以及鍵盤顯示接口電路等組成，是MCU的核心部分，主要完成對儀器的供電控制、數(shù)據(jù)測量、轉(zhuǎn)換、預(yù)處理、存儲和傳輸?shù)裙δ堋?第3節(jié)　MCU原理及應(yīng)用,34,測量模塊板的功能,把監(jiān)測儀器（傳感器）所感受到的非電量值，轉(zhuǎn)換成符合一定標(biāo)準(zhǔn)的電壓、電流、頻率或TTL電平信號，然后經(jīng)總線母板傳送給

27、控制模塊CPU板。每一類型的測量模塊電路板聯(lián)接一定數(shù)量的相應(yīng)類型的監(jiān)測儀器。在每個測量模塊上，通過DIP開關(guān)可選擇該模塊的儀器類型和接入監(jiān)測儀器的數(shù)量，控制模塊能夠自動識別，并生成監(jiān)測儀器類型編碼和測點編碼，以便監(jiān)測數(shù)據(jù)的入庫。,第3節(jié)　MCU原理及應(yīng)用,35,特點,該裝置采用冗余、并聯(lián)、減額等措施，使用先進的測量技術(shù)，實現(xiàn)差阻式、鋼弦式儀器遠距離高精度測量，能消除4/5芯差阻式儀器的芯線電阻和長電纜電阻對測量的影響。其中紅外脈沖

28、、雙照準(zhǔn)和雙基準(zhǔn)技術(shù)實現(xiàn)了步進式儀器的高精度、高可靠測量；交流橋路不平衡測量技術(shù)實現(xiàn)了差動電容式儀器的測量。,第3節(jié)　MCU原理及應(yīng)用,36,MCU測量原理圖,第3節(jié)　MCU原理及應(yīng)用,37,通用分布式MCU結(jié)構(gòu)示意圖,第3節(jié)　MCU原理及應(yīng)用,38,主要功能（1）,（1）控制功能 MCU可接受CCU（中央控制裝置）或筆記本電腦的命令，實現(xiàn)以下功能：中央控制方式的巡測或選測；自動控制方式的巡測；在CCU出現(xiàn)故障、線路故障或斷電情

29、況下，自動利用自備電源繼續(xù)實現(xiàn)定時測量等功能。（2）測量功能 根據(jù)控制程序自動對所接入的傳感器進行巡測（逐點依次自動測量并存儲數(shù)據(jù)）或選測（對選定的某一測點進行測量）。,第3節(jié)　MCU原理及應(yīng)用,39,（3）計時和定時功能 設(shè)置的實時時鐘電路，可供用戶查詢和修改時間，或設(shè)定起始測量時間和測量時間間隔。（4）通訊功能 可與CCU中央控制裝置或筆記本電腦實現(xiàn)雙向通訊。（5）供電功能 MCU的備用電源，能

30、在外部電源中斷的情況下自動投入工作，平時則處于浮充狀態(tài)。電源電路設(shè)有過壓和欠壓保護措施，以防止電池組過充電或過放電，提高了電池組的使用壽命。,主要功能（2）,第3節(jié)　MCU原理及應(yīng)用,40,（6）雷電保護 在電源、通訊和傳感器接口的入口處均設(shè)有防雷保護電路，以防止感應(yīng)雷電流對內(nèi)部電路造成損壞，保證MCU長期可靠地工作。 另外，該裝置還具有差阻式、步進式、差動電容式和差動電磁式儀器的自校功能，可輸出自校基準(zhǔn)測值，用以檢驗這

31、類儀器測值的可靠性。,主要功能（3）,第3節(jié)　MCU原理及應(yīng)用,41,應(yīng)用實例－飛來峽（1）,飛來峽水利樞紐大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)，是目前國內(nèi)已建成的水利樞紐安全監(jiān)測項目齊全、儀器種類多、自動化程度很高的大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)。32臺MCU就地接入了400余臺（支）國內(nèi)外優(yōu)秀廠家生產(chǎn)的最先進的傳感器。高度的自動化使觀測班的4名工作人員，完成了幾十個人難以完成的工作量。,第3節(jié)　MCU原理及應(yīng)用,42,自1999年3月30日蓄水并正式

32、投入運行以來，該系統(tǒng)為管理單位取得了大量的安全監(jiān)測數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)，對于掌握大壩的運行狀況、了解各建筑物的安全性態(tài)起到了非常重要的作用；在防洪調(diào)度中，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供有力的科學(xué)依據(jù)。,應(yīng)用實例－飛來峽（2）,第3節(jié)　MCU原理及應(yīng)用,43,飛來峽大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)示意圖,第3節(jié)　MCU原理及應(yīng)用,44,§4　 安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)設(shè)計示例,45,工程概況（1）,彭水水電站位于烏江干流下游，重慶市彭水縣縣城上游11km，距烏江

33、口涪陵市147km，壩址以上流域面積69000km2，占烏江流域總面積的78.5%。流域多年平均降水量1160mm，壩址多年平均流量1300m3/s，年徑流量410億m3。年平均含沙量0.354kg/ m3。彭水水電站是烏江干流水電開發(fā)規(guī)劃的第10個梯級，正常蓄水位293m，死水位278m，調(diào)節(jié)庫容5.18億m3，為季調(diào)節(jié)水庫。開發(fā)任務(wù)是以發(fā)電為主，其次是航運，防洪及其它綜合利用。彭水水電站最大壩高116.5m，總裝機1750MW，具

34、有工程規(guī)模大、綜合效益顯著、技術(shù)復(fù)雜、自動化要求高等特點。,第4節(jié)　安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)設(shè)計示例,46,工程概況（2）,鑒于彭水水電站的重要性，無論在施工期、蓄水期和運行期都應(yīng)確保工程的高度安全。安全監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計，不僅要結(jié)合彭水水電站的工程特點，還要充分考慮當(dāng)前工程安全監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，力求采用先進的監(jiān)測手段，以便及時、準(zhǔn)確地掌握建筑物及其基礎(chǔ)從建設(shè)到運行全過程的性狀演變，并能向業(yè)主迅速反饋有關(guān)信息，為業(yè)主分析、評價工程安全和決策提

35、供可靠依據(jù)。監(jiān)測設(shè)計力求做到施工期與永久監(jiān)測相結(jié)合，儀表量測與人工巡查相結(jié)合，人工采集與自動化半自動化采集相結(jié)合。監(jiān)測系統(tǒng)的重點為變形和滲流。,第4節(jié)　安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)設(shè)計示例,47,設(shè)計目的,以確保各類建筑物在施工期、蓄水期和運行期的安全為主要目的，同時兼顧驗證設(shè)計、指導(dǎo)施工等需要。通過對各類建筑物整體狀態(tài)全過程持續(xù)的監(jiān)測，采集建筑物的變形、滲流、應(yīng)力、應(yīng)變、溫度的初始值、基準(zhǔn)值和各階段變化過程的數(shù)據(jù)，及時進行分析與評價。對危及

36、建筑物的不安全因素及時提出處理措施，為有關(guān)部門決策提供依據(jù)。通過安全監(jiān)測提供的有效數(shù)據(jù)，檢驗設(shè)計方案的正確性，施工質(zhì)量是否滿足設(shè)計要求。施工期的監(jiān)測，還可以檢驗施工和措施是否符合設(shè)計意圖，也可以檢驗?zāi)承┰O(shè)計是否符合實際，從而為改進和完善施工方法和措施，優(yōu)化和完善設(shè)計服務(wù) 以達到設(shè)計、施工動態(tài)結(jié)合及不斷優(yōu)化的目的。,第4節(jié)　安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)設(shè)計示例,48,設(shè)計原則,根據(jù)該工程結(jié)構(gòu)特點和地質(zhì)條件，確定安全監(jiān)測的總原則為“突出重點，兼顧全

37、面，統(tǒng)一規(guī)劃，逐步實施”。選取工程中有代表性的部位作為重要部位（斷面），其他部位為一般部位（斷面）。重要部位（斷面）觀測項目齊全，儀器布置相對集中，對重要的效應(yīng)量采取多種方法平行進行觀測。一般部位（斷面）以重要物理量為主，僅布置少量儀器和測點，以掌握工程的整體工作狀態(tài)或施工過程中出現(xiàn)的新情況。監(jiān)測系統(tǒng)作為一個有機整體，必須在工程開始施工前進行統(tǒng)一規(guī)劃。,第4節(jié)　安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)設(shè)計示例,49,監(jiān)測系統(tǒng)總體組成,該工程安全監(jiān)測系

38、統(tǒng)是一個由多類建筑物、多種監(jiān)測項目和數(shù)以千計的監(jiān)測儀器、設(shè)備和計算機硬、軟件組成的復(fù)雜而龐大的信息采集、管理、分析、評價和反饋系統(tǒng)?？傮w結(jié)構(gòu)可以概括為：“一個整體系統(tǒng)，三個子系統(tǒng)；三大環(huán)節(jié)，三級監(jiān)控；設(shè)計單位提供技術(shù)支持，業(yè)主單位決策”。,第4節(jié)　安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)設(shè)計示例,50,彭水水電站工程安全監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu),第4節(jié)　安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)設(shè)計示例,51,主要監(jiān)測項目和設(shè)施（1）,（1）變形監(jiān)測。監(jiān)測內(nèi)容包括水平位移、垂直位移、壩基傾斜

39、、洞室收斂、基巖變形和壩體撓度等，主要監(jiān)測設(shè)施包括外觀變形測點、正垂線、倒垂線、靜力水準(zhǔn)、基巖變形計、多點位移計、測斜管、傾斜儀等。 （2）滲流監(jiān)測。監(jiān)測內(nèi)容包括滲流量、揚壓力、壩體滲壓、繞壩滲流和水質(zhì)分析等。主要監(jiān)測設(shè)施包括測壓管、滲壓計、量水堰、水質(zhì)分析設(shè)備等。 （3）應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測。監(jiān)測內(nèi)容包括壩踵、壩趾應(yīng)力、混凝土自身體積變化、鋼筋應(yīng)力、預(yù)應(yīng)力、接合縫開度、裂縫發(fā)展及溫度分布等。主要監(jiān)測設(shè)施包括應(yīng)變計、無應(yīng)力計、鋼

40、筋計、溫度計、測縫計、位錯計、裂縫計、錨桿應(yīng)力計、錨索測力計等。,第4節(jié)　安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)設(shè)計示例,52,（4）水力學(xué)監(jiān)測。監(jiān)測內(nèi)容包括水位、流態(tài)、動水壓力、流速、泄流量、空蝕空化、水面線、水舌、沖坑及下游沖刷情況、下游霧化等。主要監(jiān)測設(shè)施包括水尺、壓力傳感器、流速儀、水聽器等。 （5）動力監(jiān)測。監(jiān)測內(nèi)容包括動荷載作用下建筑物的動力反應(yīng)及動態(tài)特性的時空變化。主要監(jiān)測儀器為強震儀及配套設(shè)施。 （6）其它監(jiān)測項目。監(jiān)測內(nèi)容包括上下

41、游水位、氣溫、變形監(jiān)測網(wǎng)、巖體爆破振動高邊坡等監(jiān)測項目。主要監(jiān)測設(shè)施包括遙測水位計、氣溫計、變形監(jiān)測網(wǎng)點、聲波監(jiān)測設(shè)備等。,主要監(jiān)測項目和設(shè)施（2）,第4節(jié)　安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)設(shè)計示例,53,自動化系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)（1）,該工程自動化監(jiān)測系統(tǒng)是一個很大的信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，采用3級監(jiān)控、一級決策和技術(shù)支持的分級結(jié)構(gòu)模式，系統(tǒng)層次分明，各級任務(wù)明確，便于進行操作、管理和統(tǒng)一調(diào)控。整個系統(tǒng)由大壩監(jiān)測子系統(tǒng)、地下電站監(jiān)測子系統(tǒng)、通航建筑物子系統(tǒng)和

42、強震監(jiān)測子系統(tǒng)組成，采用開放型分層分布式智能化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；,第4節(jié)　安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)設(shè)計示例,54,整個系統(tǒng)分為3個監(jiān)控層次；第1層監(jiān)控是將分布于大壩、地下電站和通航建筑物的各類傳感器就近引入相應(yīng)的MCU（測量控制單元），由測量控制單元進行第1級監(jiān)控；第2層監(jiān)控是將分布于各部位的MCU及強震監(jiān)測子系統(tǒng)接入建筑物監(jiān)控站，由建筑物監(jiān)控站進行第2級監(jiān)控；第3層監(jiān)控是將各建筑物監(jiān)控站接入彭水水電站辦公大樓內(nèi)的安全監(jiān)控中心，由安全監(jiān)控中心進

43、行第3級監(jiān)控。,自動化系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)（2）,第4節(jié)　安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)設(shè)計示例,55,彭水水電站安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu),第4節(jié)　安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)設(shè)計示例,56,系統(tǒng)運行方式,（1）中央控制方式（應(yīng)答式）。按建筑物監(jiān)控站或安全監(jiān)控中心監(jiān)控主機命令，所有MCU同時巡測或指定單臺單點測量（選測），測量完畢將數(shù)據(jù)存于MCU或計算機中。 （2）自動控制方式（自報式）。由各臺MCU按設(shè)定時間自動進行巡測、存儲，并將所測數(shù)據(jù)送到監(jiān)控主機。