zfz01数字式自动蒸发站使用手册10211.docx

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zfz01数字式自动蒸发站使用手册10211

徐州市伟思信息系统工程研究所

徐州市伟思自动化工程有限公司

二○○六年

1概述…………………………………………………………………………………………3

2数字式水面蒸发自动站的型号……………………………………………………………3

3系统组成和原理……………………………………………………………………………3

3.1系统组成………………………………………………………………………………3

3.2系统功能………………………………………………………………………………5

3.3蒸发器的改进…………………………………………………………………………5

3.4FFZ-01型数字式水面蒸发传感器……………………………………………………5

3.5WFX-01型数字式溢流量传感器………………………………………………………6

3.6JFZ-01型数字雨量传感器……………………………………………………………7

3.7自动补水装置…………………………………………………………………………7

3.8采集控制装置…………………………………………………………………………7

4使用前注意事项……………………………………………………………………………7

4.1仪器设备检查…………………………………………………………………………7

4.2搬运……………………………………………………………………………………8

4.3储存和保管……………………………………………………………………………8

5设备安装和连接……………………………………………………………………………8

5.1安装场地的要求………………………………………………………………………8

5.2观测场内仪器设施的布置……………………………………………………………8

5.3安装前的准备工作……………………………………………………………………8

5.4蒸发桶和水圈的安装…………………………………………………………………9

5.5蒸发传感器的安装……………………………………………………………………9

5.6溢流量传感器的安装…………………………………………………………………9

5.7雨量传感器的安装……………………………………………………………………9

5.8自动补水装置的安装…………………………………………………………………9

5.9接线箱（控制箱）的安装……………………………………………………………10

5.10水路连接和电路连接………………………………………………………………10

6使用前的检查准备和初始状态设定………………………………………………………10

6.1运行前的检查和准备…………………………………………………………………10

6.2设备初始状态的设定及调整…………………………………………………………10

7使用采集控制器的系统运行………………………………………………………………11

7.1特点……………………………………………………………………………………11

7.2技术参数和性能详解…………………………………………………………………11

7.3端口接线表……………………………………………………………………………11

7.4操作使用说明…………………………………………………………………………12

7.5注意事项………………………………………………………………………………13

7.6RS485口通信协议……………………………………………………………………13

8使用计算机控制的系统运行………………………………………………………………15

8.1特点……………………………………………………………………………………15

8.2接线端子和接线………………………………………………………………………15

8.3软件安装和配置………………………………………………………………………16

8.4系统调试和参数设定…………………………………………………………………17

8.5计算机配置要求………………………………………………………………………18

9维护和检查…………………………………………………………………………………18

9.1日常检查………………………………………………………………………………18

9.2定期维护和检查………………………………………………………………………18

9.3部件更换………………………………………………………………………………19

10技术规范…………………………………………………………………………………19

10.1ZFZ-01型数字式水面蒸发自动站系统主要参数…………………………………19

10.2FFZ-01数字式水面蒸发传感器主要参数…………………………………………19

10.3JFZ-01型数字式雨量传感器主要参数……………………………………………19

10.4WFX-01型数字式溢流量传感器主要参数…………………………………………19

10.5ZFZ-01B型数字式水面蒸发自动站采集控制器主要参数…………………………19

11选购件……………………………………………………………………………………20

11.1内部选购件…………………………………………………………………………20

11.2外部选购件…………………………………………………………………………20

12附录………………………………………………………………………………………20

附录1ZFZ-01型数字式水面蒸发自动站的选型

附录2WFX-01型数字式溢流量传感器的安装

附录3水面实时蒸发量的算法

附录4系统测量误差的检定和修正方法

附录5C型自动站系统测量数据的报表

ZFZ-01型数字式水面蒸发自动站使用手册

11　概述

ZFZ-01型数字式水面蒸发自动站（以下简称ZFZ-01型自动站）是依据中华人民共和国水利电力部《水面蒸发观测规范》SD265-88和中国气象局2003年版《地面气象观测规范》相关要求制造，用于自动观测水面蒸发、降水过程。

ZFZ-01型自动站以E601B型标准蒸发器、FFZ-01型数字式水面蒸发传感器为蒸发量观测器具，以WFX-01型数字式溢流量传感器为溢流量观测器具，以JFZ-01型数字式雨量传感器为降水量观测器具，以专用采集控制器（或计算机）采集处理蒸发、溢流、降水数据并完成蒸发器自动补水、溢流量自动控制，实现水面蒸发、降水过程的高精度实时在线测量。

本自动站的蒸发、溢流、降水传感器全部采用分辨力不大于0.1mm的信源数字编码型传感器，在高温高湿、风浪、沙尘环境下，能稳定、可靠地工作。

本自动站的采集器（或计算机）与各传感器之间完全实现了数字监控，其通信接口能与各种通信机联接实现远程自动遥测。

本型号数字自动站适于装备水文、气象、科研、军事等领域各种类型的测站。

12　数字式水面蒸发自动站的型号

ZFZ-01型数字式水面蒸发自动站型号命名方法：

ZFZ—01B

最后一个字母为“B”表示有采集控制器的标准型蒸发站。

最后一个字母为“C”表示用计算机作采集控制的标准型蒸发站。

最后一个字母为“J”表示只配有FFZ-01型数字蒸发传感器、感雨器和采集控制器有自动补排水功能的简易型蒸发站。

数字“01”表示自动站传感器的分辨率均≤0.1mm

第三个字母“Z”表示“自动站”

第二个字母“F”表示水面蒸发测量设备

第一个字母“Z”表示“数字式”，即自动站的传感器全部采用数字信源编码传感器，并且系统的数据采集、数据处理、过程控制全部数字化。

3系统组成和原理

3.1系统组成

标准型的ZFZ-01型数字式水面蒸发自动站系统由FFZ-01型数字式水面蒸发传感器（以下称蒸发传感器）、JFZ-01型数字式雨量传感器（以下称雨量传感器）、WFX-01型数字式溢流量传感器（以下称溢流传感器）、标准蒸发器（E601B型）、补水桶、采集控制装置（采集控制器或计算机）、各种联通水管和微型水泵、电缆等组成。

图1是ZFZ-01型数字式水面蒸发自动蒸发站组成原理图。

图2是ZFZ-01型数字式水面蒸发自动站平面布局图。

图3是ZFZ-01型数字式水面蒸发自动站立面展开图。

图1ZFZ-01型数字式水面蒸发自动站组成结构图

30×30×25

40×40×25

350cm

4芯信号电缆

250cm

7芯信号电缆

4芯水泵电缆

连通水管

溢流水管

100cm

150cm

350cm

40×40×25图例:

水管

信号电缆

12V直流水泵电源

图2ZFZ-01型数字式水面蒸发自动站平面布局图

图3ZFZ-01型数字式水面蒸发自动站立面展开图

3.2系统功能

•自动采集蒸发传感器、雨量传感器和溢流量传感器的各种输出信号；

•计算实时蒸发量，统计累计降雨量和蒸发量；

•控制蒸发桶的自动补水和自动溢流；

•有充分的输出接口，便于各种传输和通信；

•C型站具有极强的存储、计算、报表功能

3.3蒸发器的改进

如图2和图3所示，E-601B蒸发器由蒸发桶、水圈、人工测针等组成。

蒸发桶用白色玻璃钢制作，其口径为618mm（器口面积为3000cm2），蒸发桶高度为68.7cm，蒸发桶的安装要求与人工测站完全一样，蒸发桶器口距地面高度为30cm，器口以下7.5cm为水位标志线。

蒸发器的周围安装有4个相同的互相连通的弧形水槽组成的水圈，水圈中的水面高度与蒸发桶水面高度基本一致，其总面积约为5000cm2，水圈上缘的高度低于蒸发桶器口5～6cm。

改进后的蒸发桶壁自器口以下45cm处安装有连通管一端与蒸发桶内的“T”型消浪器连接，另一端通过窨井中的手动阀门与蒸发传感器静水桶连接，在其上10cm处高度上还安装有溢流排水管和溢流传感器连接。

人工测针装置的安装使用方法与人工测站相同。

在本系统中该设备仅作为辅助备用装备。

3.4FFZ-01数字式水面蒸发传感器

按照图2和图3所示，蒸发传感器安装在蒸发桶的东或西侧4米处，传感器的静水桶通过连通管及窨井中的手动阀与蒸发桶相连接形成连通器。

为防止水温温差的影响，蒸发传感器的静水桶采用了和蒸发桶相似的埋设方法。

当蒸发桶水面蒸发使桶内水面高度下降时，传感器的静水桶水面高度也同步下降，蒸发传感器的光电编码器可将水面下降值（蒸发量）转化为对应的编码数据输出。

蒸发传感器与蒸发桶呈连通器方式连接，在蒸发过程中，传感器静水筒中的水将流向蒸发桶，当蒸发桶水面实际蒸发量为0.1mm时（相当于从蒸发桶中向外汲水30ml），蒸发桶水位下降量仅为0.08689mm，传感器实际测量的水位变幅亦为0.08689mm，此时，传感器的读数示值为“1”，表示实际蒸发量为0.1mm。

对于同时使用人工测针的自动站，人工测针读出的数值应除以一个固定的折算系数（0.08689）方为真实蒸发量。

在冬季不使用传感器进行自动测量时，应完全关闭手动阀门，切断蒸发桶与蒸发传感器的水路联系，此时人工测量的读数为真实蒸发量。

蒸发传感器的详细资料可以参阅FFZ-01型数字式水面蒸发量传感器使用说明书。

3.5WFX-01型数字式溢流量传感器

如图2所示，溢流量传感器安装在蒸发桶和蒸发传感器中间略偏北距蒸发桶约3米处，溢流传感器的浮子筒通过溢流电磁阀DF2及连通管与蒸发桶相连接。

图4WFX01型数字溢流量传感器结构图

溢流量传感器由溢流桶（浮子桶）、浮子、测量缆、平衡锤、光电旋转编码器、溢流进水泵DF2、排水水泵DF3、调平装置、支承装置、RS485通讯接口等组成，见图4和图5。

实际上，它是一个具有受控自动进水、自动排水功能的高分辨率数字水位计。

它的浮子筒为等径不锈钢圆筒，其口径为200mm，有效容积不小于3000ml。

其工作原理为：

无溢流时，溢流进水泵DF2为“关”状态，溢流筒内的水位处于正常“底水”高度，该底水高度应在蒸发桶水位标志线以下13.5cm处。

因降雨使蒸发桶水位高于水位标志线1cm时，采集控制装置控制进水泵DF2打开，将蒸发桶中的水排入溢流桶，使溢流桶中的水位升高，溢流传感器将水位升高值自动转换为溢流量绝对值编码电信号（格雷码9bit），通RS485串行接口将溢流量数据实时地传送给采集控制装置。

当流入溢流桶的水量达到3000ml时（以溢流传感器输出计量值为准），溢流桶溢流进水泵DF2受控关闭。

在“溢流”过程结束后，采集控制装控制排水水泵DF3启闭、将溢流桶中水面高度排放至设定底水高度（起算值高度）。

图5WFX01型数字溢流量传感器内部俯视图

3.6JFZ-01型数字式雨量传感器

雨量传感器按照“规范”的要求独立安装在观测场内。

雨量传感器与蒸发传感器没有水路上的联系。

雨量传感器的工作原理和安装使用参阅JFZ-01型数字式雨量传感器使用手册。

3.7自动补水装置

如图2和图6所示，自动站的补水装置由补水桶、浮球式阀门、补水电磁阀DF1、连通管和补水分流器等组成。

补水分流器安装在蒸发桶的上缘，分流器的两个水口可分别给蒸发桶和水圈补水，两个水口的流量比为3:

5。

补水桶安装在蒸发桶的正北方向3.5米以外的地方，补水桶为浮球式自动补水桶，其容积约为40-50升，它的进水口与自来水管相连，其出水口通过微型补水水泵DF1和连通管与补水分流器相连。

补水桶的出水口高度应低于蒸发桶水位标志线0.3m以上，当蒸发桶水面因蒸发降低至水面标志线以下1cm后，补水水泵DF1在“规范”规定的时间内受控打开，给蒸发桶补水至正常水位标志线高度后关闭。

3.8采集控制装置

B型和J型测站的采集控制器可安装于现场或观测室内，C型测站的计算机安装在观测室内，现场安装接线箱。

采集控制装置组成工作原理如图1所示，其通过RS485串行总线连接蒸发传感器、溢流传感器、雨量传感器，同时通过I/O开关量接口与微型水泵DF1、DF2、DF3、相连接。

采集控制装置依照设定程序自动采集各传感器信息，判断蒸发桶、雨量桶及溢流桶水位高度及其变化量，完成溢流量测量、蒸发量计算、系统测量准确度校准及蒸发、降雨过程显示、数据传输等，并通过控制相关水泵的启、闭，完成溢流开始、溢流传感器排水和蒸发桶补水等工作，实现降雨过程、蒸发过程的实时在线监控。

B型J型测站的采集控制装置通过标准接口与GPRS通讯设备或其他设备连接，将测量数据实时传送至上位处理设备。

4使用注意事项

4.1仪器设备检查

4.1.1按照包装运输清单，核对数量及包装内容，检查包装是否有破损和缺漏。

4.2.2打开包装箱，按装箱单核对装箱物品并检查仪器的外观及装箱零件，有无损伤。

4.1.3阅读各设备使用说明书或使用手册，了解仪器性能、结构、安装方法和使用、检定方法。

4.2搬运

4.2.1产品搬运时一般应连包装一起进行。

应尽量使用原包装。

4.2.2已经拆除包装的产品，特别是各测量传感器，应当托住底板垂直向上进行搬运和放置，切忌睡倒和颠倒搬运。

4.2.3安装过程中，需要打开各传感器的外筒，此时挪动传感器时同样应当托住底盘进行，切不可拿住传感器内部零件来回摇动。

4.2.4各传感器内部极其精密，未做好减震包装之前，应避免使用颠簸过大的运输工具运输，运输车辆在途径路面较差的路段时应减速慢行（＜20Km/h）。

4.3储存和保管

4.3.1产品储存时最好连包装进行。

4.3.2产品储存应当放置在通风干燥的仓库内，环境温度和湿度应当遵循技术规范的要求。

4.3.3已经拆除包装的仪器设备，或是不在测量季节收回室内保养的仪器设备，应当搁置在距地面60cm以上的架子上。

4.3.4产品长期储存时应定期检查其外观和功能，并至少每年通电一次，防止意外损坏。

5安装和连接

5.1安装场地的要求

根据“观测规范”，蒸发自动站的场地应满足以下要求：

5.1.1观测场一般为25m×25m的平整场地，确因条件限制，也可取16m（东西向）×20m（南北向），高山站、海岛站、无人站不受此限。

场地内应有良好的排水设施，保证在大暴雨情况下场地内的积水不得高于地面以上5cm。

5.1.2观测场四周一般设置约1.2m高的稀疏围栏，围栏不宜采用反光太强的材料。

观测场围栏的门一般开在北面。

场地应平整，保持有均匀草层（不长草的地区例外），草高不能超过20厘米。

对草层的养护，不能对观测记录造成影响。

场内不准种植作物。

5.1.3为保持观测场地自然状态，场内铺设0.3-0.5m宽的小路（不得用沥青铺面），人员只准在小路上行走。

有积雪时，除小路上的积雪可以清除外，应保护场地积雪的自然状态。

5.1.4根据场内仪器布设位置和线缆铺设需要，在小路下修建电缆沟（管），电缆沟（管）应做到防水、防鼠，便于维护。

5.1.5观测场的防雷设施必须符合气象行业规定的防雷技术标准的要求。

5.2观测场内仪器设施的布置 

观测场内仪器设施的布置要注意互不影响，便于观测操作。

具体要求：

5.2.1高的仪器设施安置在北边，低的仪器设施安置在南边； 

5.2.2各仪器设施东西排列成行，南北布设成列，相互间东西间隔不小于4m，南北间隔不小于3m，仪器距观测场边缘护栏不小于3m； 

5.2.3仪器安置在紧靠东西向小路南面，观测员应从北面接近仪器；

5.3设备安装前的准备工作

25.3.1预制混凝土基座3个，要求尺寸为：

雨量传感器安装基座35×35×20厘米一个，溢流传感器安装基座40×40×20厘米一个，百叶箱支架基座40×40×25厘米一个。

35.3.2混凝土基座凝固结实后分别将其埋在相应的位置上，参看图2和图3。

并按照各仪器给出的地脚螺栓固定孔位和螺栓长度打好膨胀螺栓。

45.3.3挖好观测场内的管路和电路地沟，应当尽量选择路边不种植作物的土地，开挖深大于40厘米、宽30厘米的沟槽（也可用砖砌电缆沟），电缆用塑料管作保护套管，穿线后测试确保各条线路畅通后填土埋实。

沟槽如果必须经过草皮，应当重新铺好草皮。

55.3.4要求自来水管路铺设到观测场内补水桶处。

5.4蒸发桶和水圈的安装

请参阅FFZ-01型数字式水面蒸发量传感器使用说明书的附录部分。

5.5蒸发传感器的安装

请参阅FFZ-01型数字式水面蒸发量传感器使用说明书。

5.6溢流量传感器的安装

请参阅附录1WFX-01型数字式溢流量传感器的安装

5.7雨量传感器的安装

请参阅JFZ-01型数字式雨量传感器使用手册。

5.8自动补水装置的安装

5.8.1参考图2所示仪器底座安装固定尺寸要求，制作混凝土基座，埋设地脚螺钉（或膨胀螺栓）。

混凝土基座表面应平整，上平面呈水平态。

图6百叶箱和仪器箱安装支架装置

5.8.2如图6所示，将百叶箱支架安装在混凝土基座上，将支架上板套在支柱上，将三颗固定螺丝旋紧。

注意使上板保持水平，同时将保护柱装好。

5.8.3将百叶箱放置在上板上，注意百叶箱门朝北安放,百叶箱底板开口应对准上板上预留的孔位，并将不锈钢仪器箱放置在百叶箱内，直流电源（或蓄电池）一并安放在百叶箱内。

5.8.4将组装好的太阳能电池板支架和太阳能电池用抱箍固定在支柱上，如图6所示，在上板下方约85mm处。

旋转抱箍固定位置，使太阳能电池板的光照面朝向正南方。

5.8.5如选用交流对电瓶充电方式供电,可将交流电源用防水电缆引入百叶箱,然后将交流充电控制器和免维护蓄电池连接好放置在百叶箱内.

5.9接线箱（控制箱）的安装

5.9.1B型和J型自动站的采集控制器、太阳能电池充电控制器（或交流充电控制器）、充电电池，甚至GPRS设备等都安装在控制箱（接线箱）内，C型自动站的接线箱内只安装有电磁阀的中间控制继电器和现场接线端子。

5.9.2如图6所示，接线箱（控制箱）安装在百叶箱内。

5.9.3接线箱（控制箱）的方向应和太阳能电池板的方向相反

5.10水路连接和电路连接

5.10.1蒸发传感器和蒸发桶的水路连接

蒸发传感器的静水桶和蒸发桶的水路连接使用Ф32的PPR管材和接头。

在窨井位置安装手动阀门。

5.10.2蒸发传感器和溢流量传感器的水路连接:

蒸发传感器和溢流量传感器的水路连接使用直流水泵的专用接头和12/16规格的铝塑管直接连接。

5.10.3蒸发传感器和补水桶的水路连接

蒸发传感器和补水桶的水路连接使用12/16规格的铝塑管和相应接头直接连接。

在蒸发桶和水圈接合部位，在安装分流器（三通），使得补水桶能同时向蒸发桶和水圈补水。

5.10.4降雨量传感器的电路连接

降雨量传感器控制盒连接至控制箱（接线箱）的电缆采用4芯屏蔽电缆，单芯截面积不小于0.5mm2。

沿电缆沟槽铺设。

5.10.5溢流量传感器和蒸发量传感器的电路连接

首先从蒸发量传感器的485盒接线端子用4芯屏蔽电缆连接至溢流量传感器485盒接线端子上，然后使用单芯截面积不小于0.5mm2的8芯屏蔽电缆，从溢流量传感器的485盒接线端子上连接至控制箱（接线箱）。

5.10.6自动补水装置的电路连接

自动补水装置的补水桶下方有排水直流水泵，用截面积不小于0.5mm2的2芯电缆（为减少电缆规格亦可用4芯电缆）从接线端子处连接至控制箱（接线箱）。

5.10.7控制箱（接线箱）的电路连接

请参阅第7、第8章。

6使用前的检查准备和初始状态设定

6.1运行前的检查和准备

6.1.1各设备运行调整前检查手动阀为关闭状态。

6.1.2所有设备的水路和电路连接完成后，应当仔细检查各水管接头是否有渗漏水现象，仔细核对电器接线的正确性。

6.1.3检查供电电源的情况，应当符合技术规范的要求。

6.2设备初始状态的设定及调整

6.2.1补水桶加水

开启自来水阀门，补水桶应自动加水至浮球限定的水位高度。

6.2.2蒸发桶和蒸发传感器人工加水

打开窨井中的手动阀，使之处于全开状态，使蒸发桶与蒸发传感器静水桶形成连通器，这时蒸发桶中的水能够自动流入蒸发传感器静水桶，按照采集控制装置控制说明启动补水水泵DF1，给蒸发桶、水圈和蒸发传感器补水，直至蒸发桶中水位至水位标志线高度，然后关闭DF1。

6.2.3蒸发传感器起算点的调整

在采集控制器（或计算机）显示屏幕上观测蒸发传感器输出值，旋转蒸发传感器的测轮，将其输出值调整为起算点高度（显示值应为500±10）。

注意：

由于蒸发桶内的水位上升或下降的变化和蒸发量大或小的表示正好相反，因此蒸发传感器中浮子下降代表了蒸发量增加，而有降雨时，蒸发桶内水位上升，浮子也上升，此时编码器数值反而减小。

6.2.4溢流传感器人工加水及底水高度（起算点）调整

按照采集控制装置控制说明启动溢流进水水泵DF2，使蒸发桶中的水流入溢流桶，一边加水，一边在采集控制器（或计算机）显示屏幕上观测溢流传感器输出数值，直至输出值为60±10时，关闭DF2。

此时从透明观察管中可以看到溢流桶内水位大约距地面9cm左右。

6.2.5雨量传感器的人工加水及底水高度（起算点）的调整

雨量传感器的安装使用参阅JFZ-01型数字式雨量传感器使用手册。

7使用采集控制器的系统运行

7.1特点

ZFZ-01B型数字式水面蒸发自动站的采集控制器采用超低功耗16位MCU设计而成，可以实现蒸发量、雨量、溢流量的自动采集、控制和数据上传，采用中文液晶显示，具有良好的人机接口性能。

7.2技术参数和性能详解

7.2.1RS485输入接口：

该控制器和蒸发、雨量、溢