T-CHES 45-2020 雷达水位计.doc
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1、 ICS 07.060N 93团体标准T/CHES 452020雷达水位计Radar stage recorder2020-12-16发布 2021-02-01实施中国水利学会发布目次前言IV引言V1范围12规范性引用文件13术语和定义、符号、代号、缩略语13.1术语和定义13.2符号、代号、缩略语34一般规定35工作原理、分类和组成35.1工作原理45.2分类45.3组成46基本参数57技术要求67.1外观67.2工作环境条件67.3测量特性67.4显示与记录77.5响应时间77.6电气性能87.7发射中心频率87.8盐雾87.9外壳防护等级87.10抗干扰87.11机械环境适应性88数据采
2、集与传输要求88.1Modbus-RTU通讯协议98.2报文传输规约129试验方法139.1试验要求139.2主要试验设备139.3试验方法的内容1310检验规则1710.1出厂检验1710.2型式检验1711标志和使用说明书1711.1标志1711.2使用说明书1812包装、运输、贮存1812.1包装1812.2运输1812.3贮存1813安装调试、运行维护1813.1安装调试1913.2运行维护2014考核与验收2014.1考核2014.2验收20附录A(资料性)Modbus-RTU通讯协议示例21附录B(资料性)雷达水位计报文传输规约示例22附录C(资料性)雷达水位计典型安装示例30参考
3、文献31 前言根据中国水利学会团体标准制修订计划安排,本文件按照GB/T 1.12020标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则的规定起草。本文件的发布机构对于专利的范围、有效性和验证资料不提出任何看法。专利持有人应向本文件的发布机构保证,他愿意同任何申请人在合理和非歧视的条款和条件下,就使用授权许可证进行谈判。自本文件发布实施之日起,专利持有人未在本文件发布机构进行专利许可备案的,因使用本文件而发生专利侵权的,本文件发布机构不应承担任何责任。本文件由中国水利学会提出并归口。本文件起草单位:河海大学、珠江水利委员会珠江水利科学研究院、水利部科技推广中心、南京全水信息科技有限公司、曲
4、靖市阿岗水库工程建设管理局、深圳市宏电技术股份有限公司、广东省水利水电科学研究院、成都万江港利科技股份有限公司、北京精波仪表有限公司、水利部淮河水利委员会水利科学研究院、深圳市华儒科技有限公司、水利部水文仪器及岩土工程仪器质量监督检验测试中心、黄河水利委员会河南水文水资源局、河南水淯水利技术咨询有限公司、江苏南水水务科技有限公司。本文件主要起草人:高玉琴、黄建明、杨跃、娄瑜、袁明道、朱鸿飞、谢文、丁胜、陈琳、黄祚继、陈淑云、徐海峰、张曦明、李刚、李建平、牛睿平、黄显峰、李聂贵、王涛、张旭辉、季国安、储华平、田月红、施克鑫、章薛栋、潘选明、范光伟、李玉梅、刘德军、张龙平、田勇、陈伟昌、徐云乾、丁
5、霞、陈佳慧、刘钺、王春林、刘云苹、冯春燕、赵晨程、杜承霖、李辉、裘劲松、张亚、庞红、孔刚、翟航、彭安帮、周昕。引言本文件遵循开放、透明、公平的编制原则,增加水利标准的有效供给,促进水利技术创新,增强水位测量技术能力,满足市场发展和创新需求。本文件的编制旨在规范雷达水位计产品市场秩序,有序引导产品市场的健康发展,保障产品质量,促进和推广产品技术发展。在编制时,采用“产品技术内容为主,必要的运维管理为辅”的技术路线,既体现了当前雷达水位计产品技术的发展现状和应用水平,又满足了市场供需双方需求。31雷达水位计1 范围本文件规定了雷达水位计的结构组成、基本参数、技术要求、数据采集与传输、试验方法、检验
6、规则以及安装、运行维护、考核与验收等。本文件提供了雷达水位计科研、设计、生产、检测和使用等各方面文件的编制指南。本文件适用于江、河、湖泊、水库、明渠、环保污水、储水池(罐)等水位监测使用的雷达水位计。2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T 42082017 外壳防护等级(IP代码)GB/T 9359 水文仪器基本环境试验条件及方法GB/T 13384 机电产品包装通用技术条件GB/T 15966 水文仪器基本参数及通用技术条
7、件GB/T 17626.52019 电磁兼容 试验和测量技术 浪涌(冲击)抗扰度试验GB/T 17626.82006 电磁兼容 试验和测量技术 工频磁场抗扰度试验GB/T 19704 水文仪器显示与记录GB/T 50095 水文基本术语和符号标准GB/T 50138 水位观测标准JJF 10012011 通用计量术语及定义SL/T 180 水文自动测报系统设备 遥测终端机SL/T 4152019 水文基础设施及技术装备管理规范SL 651 水文监测数据通信规约3 术语和定义、符号、代号、缩略语3.1 术语和定义GB/T 50095、JJF10012011界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3
8、.1.1雷达水位计radar stage recorder一种利用雷达测距原理测量水位的仪器。3.1.2一体化雷达水位计integrated radar stage recorder具有数据采集与传输等自动测报功能的雷达水位计。3.1.3脉冲式雷达水位计 pulse radar stage recorder通过发射电磁脉冲并计算发射波与回波的时差得到水位计与被测水面之间的距离,从而测量水位的雷达水位计。3.1.4调频连续波式雷达水位计 frequency modulated continuous wave radar stage recorder在扫频周期内发射频率变化的连续电磁波,通过计算差
9、频信号的频率得到水位计与被测水面的距离,从而测量水位的雷达水位计。3.1.5最大允许测量误差 maximum permissible measurement errors简称最大允许误差(maximum permissible errors),又称误差限(limit of error)对给定的测量、测量仪器或测量系统,由规范或规程所允许的,相对于已知参考量值的测量误差的极限值。注1: 通常,术语“最大允许误差”或“误差限”是用在有两个极端值的场合。注2: 不应该用术语“容差”表示“最大允许误差”。来源:JJF 10012011,7.273.1.6实验标准偏差 experimental stan
10、dard deviation对同一被测量进行次测量,表征测量结果分散性的量。用符号表示。注1: 次测量中某单个测得值的实验标准偏差可按贝赛尔公式(1)计算:(1)式中:第i次测量的测得值;测量次数;次测量所得一组测得值的算术平均值。注2: 次测量的算术平均值的实验标准偏差见公式(2):(2)来源:JJF 10012011,5.173.2 符号、代号、缩略语GB/T 50095界定的以及表1中符号、代号和缩略语适用于本文件。表1 符号、代号和缩略语说明序号符号、代号和缩略语说 明1FS满量程,Full-scale的缩写。 2ModbusModbus协议是一种已广泛应用于当今工业控制领域的通用通讯
11、协议。通过此协议,控制器相互之间、或控制器经由网络(如以太网)可以和其它设备之间进行通信。3MODBUS-RTUMODBUS协议的一种形式,串行连接,是一种紧凑的、采用二进制表示数据的方式,采用循环冗余校验的校验和。4RS-485平衡输入输出电路接口标准5RS-232C异步数据传输不平衡方式串行接口6RTU远程终端单元 (Remote Terminal Unit,RTU)4 一般规定4.1 雷达水位计的固定装置应满足下列要求:a) 固定雷达水位计的装置应有足够的机械强度和抗震措施,不应由使用环境的变化导致雷达水位计及安装部件产生损坏、震动、失效、松脱等现象;b) 雷达水位计在工作时,不应受其固
12、定装置的影响而产生测量不稳定等现象。4.2 雷达水位计应具有处理干扰等信号的能力。4.3 雷达水位计应具有野外环境适应能力强、便于现场安装和维护、检测/校准操作方便、安全可靠等使用要求,其平均无故障时间MTBF应不小于25 000 h。4.4 雷达水位计应具有时变增益功能,使远处目标信号的回波信号增益提高,有效保障大量程信号微弱时的测量稳定性。4.5 雷达水位计应具有较强的包容性:a) 能适用水位测量的各类自动化、智能化监控系统;b) 应具备RS485、RS232C中的任一种或多种通用数字信号输出接口;采用模拟量输出时,宜选用4 mA20 mA输出;c) 应具有和数据采集与传输自动化设备连接通
13、讯的性能。雷达水位计的水位测量数据由传感器传输到遥测终端机,应遵循MODBUS协议;配备有遥测终机或一体化雷达水位计的水位测量数据,由遥测终端机传输到数据采集与传输中心,应遵循SL651或水资源监测数据传输规约。4.6 雷达水位计应具有秒级测量响应时间、数据获取高效、安装维护快捷方便的功能。4.7 雷达水位计应具有姿态测试功能。4.8 雷达水位计应具有零点刻度。4.9 雷达水位计进行现场水位观测作业时,水位观测应满足GB/T 50138的要求。5 工作原理、分类和组成5.1 工作原理雷达水位计采用发射反射接收的工作模式,通过天线发射电磁波至水面,电磁波经水面反射后,由天线接收,电磁波从发射到接
14、收的时间与到水面的距离成正比,通过多次测量和计算,获取水位测量数据。工作原理示意简图见图1。图1 雷达水位计工作原理示意图5.2 分类5.2.1 工作原理按雷达水位计的工作原理划分,主要可分为脉冲式雷达水位计和调频连续波式雷达水位计两大类。5.2.2 天线外形结构按雷达水位计天线外形结构可分为喇叭式和平板式。5.3 组成雷达水位计的组成主要包括:雷达信号产生单元、雷达信号发射接收单元、信号采集处理单元、电源管理单元、外部接口单元。脉冲式雷达水位计的典型组成示意图见图2,调频连续波式雷达水位计的典型组织示意图见图3。图2 脉冲式雷达水位计组成示意图图3 调频连续波式雷达水位计组成示意图6 基本参
15、数雷达水位计的基本参数选用应满足表2的规定。表2 雷达水位计基本参数量程/m波束角/发射中心频率/GHz发射功率/dBm3824,26,60,77,1201010142530142570824,26257 技术要求7.1 外观雷达水位计产品表面应无裂痕、划痕、缺损等缺陷,各部分连接应牢固,紧固件应无松动、缺损。外观各类标识应清晰完整。7.2 工作环境条件选择使用雷达水位计时,应充分考虑雷达水位计工作区域的气候环境。雷达水位计工作环境适应性应符合表3的规定。注1: 雷达水位计在高寒地区(如东北、西北等地)使用时,其低温环境适应性应达到40的要求。注2: 雷达水位计在酷热地区(如南方、西部等地)使
16、用时,其高温环境适应性应达到70的要求。表3 雷达水位计工作环境适应性环境类别环境条件单位参数值气候环境室内温度低温10高温45相对湿度%9340室外温度低温25高温55相对湿度%9540(凝露)化学环境盐雾温度:35 2 ;盐溶液浓度4%6%(质量百分比);盐溶液pH值(雾化前):6.57.2。盐溶液雾化时间不少于16 h。防护环境淋水符合GB/T 42082017表3防护等级为7的规定。砂(粉)尘符合GB/T 42082017第5章防护等级为6的规定。7.3 测量特性7.3.1 最大允许误差雷达水位计的最大允许误差应符合表4的规定。应根据水位变幅、涨落率等测量的不同要求,选用适宜量程的雷达
17、水位计。表4 雷达水位计最大允许误差序号量程/m测量误差13-3 mm3 mm210-10 mm10 mm330-20 mm20 mm470-0.1% FS0.1%FS7.3.2 分辨力雷达水位计的分辨力应符合表5的规定,应根据雷达水位计的量程选用。表5 水位计的分辨力序号量程/m分辨力/mm130.52101.03301.0470107.3.3 盲区雷达水位计的盲区应符合表6的规定,应根据雷达水位计的量程选用。表6 盲区序号量程/m盲区1315cm21030cm33050cm4701%FS7.3.4 重复性雷达水位计的重复性以实验标准偏差表示,应小于其规定最大允许误差的0.5倍。实验标准偏差
18、按3.1.6中公式(1)计算,其中6。7.4 显示与记录雷达水位计显示与记录装置的要求应符合GB/T 19704的规定。7.5 响应时间雷达水位计启动响应至稳定输出正确结果的时间应不大于3s。7.6 电气性能7.6.1 电源雷达水位计正常工作的供电电源应采用直流电源,电压范围应在6 V24 V之间,其额定输出电压的允许偏差应在15%20%内。宜使用12 V直流电源。7.6.2 工作电流(功耗)雷达水位计使用12 V直流电源供电时,静态值守电流和工作电流应符合表7的规定。表7 12V DC供电下水位计静态值守电流和工作电流序号量程/m静态值守电流/ mA工作电流/ mA130.230210121
19、0033012100470121007.6.3 绝缘性雷达水位计的电源与外壳之间的绝缘电阻应不小于5 M。7.7 发射中心频率雷达水位计的发射中心频率的选用应符合表2的规定。7.8 盐雾雷达水位计应具有在盐雾环境下的抗蚀性能,环境参数能满足表3的要求。7.9 外壳防护等级雷达水位计的外壳防护等级(IP防护)应符合表3的规定。7.10 抗干扰雷达水位计在工作时应有抗干扰能力,其工频抗扰度应符合GB/T 17626.82006表1中等级3的要求。7.11 机械环境适应性7.11.1 振动包装好的雷达水位计应能在10Hz150Hz10Hz、扫频速度为1倍频程/min、加速度为2g的扫频振动环境条件下
20、正常工作。7.11.2 自由跌落包装好的雷达水位计从垂直高度为100 cm的环境条件下自由跌落后,应能正常工作。8 数据采集与传输要求8.1 Modbus-RTU通讯协议8.1.1 通信速率和字节帧结构8.1.1.1 通信接口:RS485接口插头插座引脚定义见表8。表8 RS485接口插头插座引脚定义引脚号1234符 号ABGNDE+定 义差分信号+差分信号地直流电源8.1.1.2 波特率应在1 200 bps、2 400 bps、4 800 bps、9 600 bps、19 200 bps中进行选择,宜采用9 600 bps。8.1.1.3 字节帧结构应为1个起始位“0”,8个数据位,1停止
21、位“1”,1位偶校验位;低位在前,高位在后。 8.1.2 数据帧8.1.2.1 基本格式数据帧基本格式应符合表9的规定。除了校验值外,其他数据传输顺序为高位字节在前,低位字节在后。表9 数据帧基本格式地址功能码数据校验1个字节1个字节不定长2个字节8.1.2.2 地址地址域在帧的开始部分,应由一个字节组成,范围为0255。8.1.2.3 功能码通信协议功能码分为三类:公共功能码,用户定义功能码和保留功能码,分配表应符合表10的规定。常见公共功能码应符合表11的规定。表10 Modbus-RTU通信协议功能码分配表功能码区域功能码类别164公共功能码6572用户定义功能码73119非法功能码12
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