混凝土智能冷卻通水系統(tǒng)

1.一種混凝土智能冷卻通水系統(tǒng)，其特征在于：
1）在混凝土中安裝溫度傳感器測量混凝土溫度；
2）在冷卻水管上安裝有電動(dòng)控制閥、流量傳感器，進(jìn)、出水端安裝有溫度傳感器；
3）在電動(dòng)控制閥附近安裝有測控裝置，測控裝置通過電纜與傳感器和電動(dòng)控制閥連接；
4）多個(gè)測控裝置通過工業(yè)總線與工控機(jī)連接；
5）根據(jù)測控裝置采集的溫度、流量信號(hào)以及電動(dòng)控制閥的開度信息，工控機(jī)內(nèi)的程序發(fā)出對(duì)電動(dòng)控制閥的控制信號(hào)，由測控裝置實(shí)施對(duì)電動(dòng)控制閥的控制以調(diào)節(jié)流量和選擇不同水溫；
所述的工控機(jī)內(nèi)的程序可實(shí)現(xiàn)定時(shí)對(duì)所有連接的測量單元的巡檢，程序?qū)⒀矙z數(shù)據(jù)與設(shè)定的控制曲線進(jìn)行比較計(jì)算，并據(jù)此向測控裝置發(fā)出調(diào)整開度指令，通過測控裝置控制開度實(shí)現(xiàn)冷卻水管的流量調(diào)節(jié)和不同水溫的選擇，從而實(shí)現(xiàn)最大限度的降低溫度梯度，降低混凝土溫度拉應(yīng)力，達(dá)到防止混凝土出現(xiàn)裂縫的效果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混凝土智能冷卻通水系統(tǒng)，其特征在于：所述的電動(dòng)控制閥安裝在冷卻水管的主管或支管上，每組水管安裝1-2個(gè)；采用一種水溫的冷卻通水系統(tǒng)安裝1個(gè)，采用兩種水溫的冷卻通水系統(tǒng)安裝2個(gè)，每個(gè)與不同溫度的主水管連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混凝土智能冷卻通水系統(tǒng)，其特征在于：溫度傳感器同時(shí)安裝在每組冷卻水管主管或支管的進(jìn)水端和出水端，溫度傳感器與測控裝置通過電纜連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混凝土智能冷卻通水系統(tǒng)，其特征在于：流量傳感器安裝在每組冷卻水管主管或支管的進(jìn)水端或出水端，流量傳感器通過電纜與測控裝置連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混凝土智能冷卻通水系統(tǒng)，其特征在于：所述的冷卻水管為多組，每組為一個(gè)測量單元，一個(gè)測控裝置同時(shí)測控多個(gè)測量單元，多個(gè)測控裝置通過工業(yè)總線與工控機(jī)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種混凝土智能冷卻通水系統(tǒng)，其特征在于：所述的控制曲線根據(jù)混凝土溫度設(shè)計(jì)要求、通水參數(shù)、混凝土特性與邊界條件以及相鄰塊混凝土溫度場確定，動(dòng)態(tài)調(diào)整。

混凝土智能冷卻通水系統(tǒng)\n技術(shù)領(lǐng)域\n[0001] 本發(fā)明涉及一種混凝土通水冷卻溫度控制系統(tǒng)。\n背景技術(shù)\n[0002] 水利水電工程大體積混凝土的通水冷卻降溫，是解決水利水電工程大壩混凝土水化熱引起的溫度應(yīng)力和達(dá)到設(shè)計(jì)要求的封拱灌漿溫度必須采取的技術(shù)措施。水利水電工程通水冷卻技術(shù)復(fù)雜，為工程建設(shè)設(shè)計(jì)與研究重要內(nèi)容，目前通水冷卻的監(jiān)控為人工記錄，然后根據(jù)記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行人工調(diào)控。\n[0003] 通水冷卻需根據(jù)具體施工情況分別采取初期、中期、后期通水，而且需根據(jù)儀器監(jiān)測的溫度變化來指導(dǎo)調(diào)整冷卻通水流量，在總結(jié)得出通水降溫規(guī)律后，形成相對(duì)完善的通水流量控制辦法，同時(shí)需根據(jù)溫度監(jiān)控情況和邊界條件采取個(gè)性化通水措施。需根據(jù)具體情況，檢測每根冷卻水管的溫度與流量，檢測壩塊溫度或壩塊間灌縫張開度，控制總通水量等工作。\n[0004] 混凝土壩塊的冷卻水管與監(jiān)控儀器通常引入施工或交通廊道內(nèi)，其監(jiān)控環(huán)境惡劣，監(jiān)控調(diào)控工作量非常大，同時(shí)需根據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，然后進(jìn)行調(diào)控，導(dǎo)致調(diào)控滯后，且需人工一個(gè)一個(gè)數(shù)據(jù)的檢測，每天檢測數(shù)據(jù)有限，對(duì)溫控通水突然變化不能及時(shí)反饋，對(duì)某些混凝土塊溫度陡升陡降等不利因素不能做出及時(shí)的反饋與調(diào)控，無法對(duì)大壩空間溫度場突變做出及時(shí)有效的監(jiān)控，影響大壩通水冷卻質(zhì)量，不利于工程質(zhì)量的控制與管理。\n發(fā)明內(nèi)容\n[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種混凝土智能冷卻通水系統(tǒng)，可以使混凝土降溫更加均衡，最大限度降低混凝土溫度拉應(yīng)力，防止混凝土出現(xiàn)裂縫。\n[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種混凝土智能冷卻通水系統(tǒng)：\n[0007] 1）在混凝土中安裝溫度傳感器測量混凝土溫度；\n[0008] 2）在冷卻水管上安裝有電動(dòng)控制閥、流量傳感器，進(jìn)、出水端安裝有溫度傳感器；\n[0009] 3）在電動(dòng)控制閥附近安裝有測控裝置，測控裝置通過電纜與傳感器和電動(dòng)控制閥連接；\n[0010] 4）多個(gè)測控裝置通過工業(yè)總線與工控機(jī)連接；\n[0011] 5）根據(jù)測控裝置采集的溫度、流量信號(hào)以及電動(dòng)控制閥的開度信息，工控機(jī)內(nèi)的程序發(fā)出對(duì)電動(dòng)控制閥的控制信號(hào)，由測控裝置實(shí)施對(duì)電動(dòng)控制閥的控制以調(diào)節(jié)流量和選擇不同水溫，從而實(shí)現(xiàn)最大限度的降低溫度梯度，降低混凝土溫度拉應(yīng)力，達(dá)到防止混凝土出現(xiàn)裂縫的效果。\n[0012] 所述的電動(dòng)控制閥安裝在冷卻水管的主管或支管上，每組水管安裝1-2個(gè)；采用一種水溫的冷卻通水系統(tǒng)安裝1個(gè)，采用兩種水溫的冷卻通水系統(tǒng)安裝2個(gè)，每個(gè)與不同溫度的主水管連通。\n[0013] 溫度傳感器同時(shí)安裝在每組冷卻水管主管或支管的進(jìn)水端和出水端，溫度傳感器與測控裝置通過電纜連接。\n[0014] 流量傳感器安裝在每組冷卻水管主管或支管的進(jìn)水端或出水端，流量傳感器通過電纜與測控裝置連接。\n[0015] 所述的冷卻水管為多組，每組為一個(gè)測量單元，一個(gè)測控裝置同時(shí)測控多個(gè)測量單元，多個(gè)測控裝置通過工業(yè)總線與工控機(jī)連接。\n[0016] 所述的工控機(jī)內(nèi)的程序可實(shí)現(xiàn)定時(shí)對(duì)所有連接的測量單元的巡檢，程序?qū)⒀矙z數(shù)據(jù)與設(shè)定的控制曲線進(jìn)行比較計(jì)算，并據(jù)此向測控裝置發(fā)出調(diào)整開度指令，通過測控裝置控制開度實(shí)現(xiàn)冷卻水管的流量調(diào)節(jié)和不同水溫的選擇。\n[0017] 所述的控制曲線根據(jù)混凝土溫度設(shè)計(jì)要求、通水參數(shù)、混凝土特性與邊界條件以及相鄰塊混凝土溫度場確定，動(dòng)態(tài)調(diào)整。\n[0018] 本發(fā)明提供的一種混凝土智能冷卻通水系統(tǒng)，通過傳感器采集混凝土內(nèi)的溫度、冷卻水管的進(jìn)、出水溫度和流量，測控裝置通過遙測采集上述溫度和流量信息以及電動(dòng)控制閥的開度信息，通過工業(yè)總線傳送給工控機(jī)，然后工控機(jī)通過內(nèi)置程序比較控制曲線，由程序發(fā)送控制指令給測控裝置，由測控裝置控制冷卻水管上的電動(dòng)控制閥的開度，從而實(shí)現(xiàn)冷卻水流量的控制和水溫的選擇。\n[0019] 通過測控裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)和優(yōu)化的工業(yè)總線結(jié)構(gòu)，測控的單元總數(shù)可以達(dá)到5000個(gè)左右，從而實(shí)現(xiàn)大型水電工程大體積混凝土的冷卻通水自動(dòng)化測控。\n[0020] 通過程序和程序內(nèi)部的控制參數(shù)的設(shè)定，程序除了可以控制不同冷卻水管的冷卻水流量，更可以控制電動(dòng)控制閥連通不同溫度的主水管，從而實(shí)現(xiàn)最大限度的降低溫度梯度，降低混凝土溫度拉應(yīng)力，達(dá)到防止混凝土出現(xiàn)裂縫的效果。\n附圖說明\n[0021] 圖1為本發(fā)明的流程圖。\n具體實(shí)施方式\n[0022] 實(shí)施例1：\n[0023] 以混凝土智能冷卻通水系統(tǒng)一個(gè)控制單元結(jié)構(gòu)為例：\n[0024] 1）在混凝土中安裝溫度傳感器測量混凝土實(shí)測溫度；\n[0025] 2）在冷卻水管上安裝有電動(dòng)控制閥、流量傳感器，進(jìn)、出水端安裝有溫度傳感器；\n[0026] 3）在電動(dòng)控制閥附近安裝有測控裝置，測控裝置通過電纜與傳感器和電動(dòng)控制閥連接，從而獲取混凝土的溫度信息冷卻水管的溫度、流量信息以及電動(dòng)控制閥開度信息，并給電動(dòng)控制閥發(fā)送控制信號(hào)；\n[0027] 4）多個(gè)測控裝置通過工業(yè)總線與工控機(jī)連接，每個(gè)測控裝置可控制的測控單元可達(dá)50個(gè)，總的測控單元達(dá)到5000個(gè)；\n[0028] 5）根據(jù)測控裝置采集的溫度、流量信號(hào)，工控機(jī)內(nèi)的程序經(jīng)過與預(yù)設(shè)的控制曲線計(jì)算比較后，發(fā)出對(duì)電動(dòng)控制閥的控制信號(hào)，由測控裝置實(shí)施對(duì)電動(dòng)控制閥的控制，主要是控制電動(dòng)控制閥的開度，從而實(shí)現(xiàn)流量的控制。電動(dòng)控制閥為智能型，測控裝置從工控機(jī)得到每個(gè)電動(dòng)控制閥的開度指令，開度指令通過電流大小實(shí)現(xiàn)，電流范圍4-20mA，開度指令傳送到智能電動(dòng)控制閥作為調(diào)整球閥開度的設(shè)定值，電動(dòng)控制閥的智能控制執(zhí)行器控制球閥的開度與設(shè)定值一致。并且，以電流方式輸出球閥的實(shí)際開度，測控裝置采集這個(gè)4-20mA的電流信號(hào)，并通過總線網(wǎng)絡(luò)將這個(gè)數(shù)據(jù)傳送給工控機(jī)。具體網(wǎng)絡(luò)的組件和連接在下一個(gè)實(shí)施例中進(jìn)一步說明。\n[0029] 實(shí)施例2：\n[0030] 應(yīng)該注意的是，不同的混凝土塊需要不同水溫的冷卻水進(jìn)行降溫，所以在許多工程會(huì)布置一套以上的冷卻水管體系，通常為兩種不同水溫的冷卻水管。作為優(yōu)化方案，相比上一個(gè)實(shí)施例，在冷卻水管的進(jìn)水口或出水口安裝2個(gè)或2個(gè)以上電動(dòng)控制閥，分別與不同水溫的主水管連通。\n[0031] 如圖1中，以一個(gè)控制單元結(jié)構(gòu)為例，需要采集的傳感器數(shù)據(jù)有流量、進(jìn)水溫度、出水溫度、混凝土溫度；需要控制的為電動(dòng)控制閥，采集和控制信號(hào)均通過測控裝置和現(xiàn)場總線與工控機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，然后通過計(jì)算分析對(duì)電動(dòng)控制閥實(shí)施開度控制，其中開度控制的設(shè)定值由工控機(jī)經(jīng)過復(fù)雜計(jì)算后給出。\n[0032] 測控裝置的采樣間隔時(shí)間小于30秒，完成一次采集最大為30分鐘，每個(gè)單元采集的物理量為三個(gè)溫度值，一個(gè)電動(dòng)控制閥閥位開度，一個(gè)流量值。\n[0033] 以50個(gè)測控單元組成為一個(gè)測控點(diǎn)，在這個(gè)測控點(diǎn)上，共有50個(gè)電動(dòng)控制閥的開度的測量(4-20mA輸入)、50個(gè)電動(dòng)控制閥開度控制(4-20mA),50個(gè)流量脈沖測量，以及\n150個(gè)溫度測量點(diǎn)，其中混凝土溫度傳感器50個(gè)，進(jìn)水溫度傳感器50個(gè)，出水溫度傳感器\n50個(gè)。需要說明的是，這個(gè)數(shù)量值并不是固定不變的，例如前面提到的冷卻水管連接不同水溫的主水管時(shí)，則一個(gè)冷卻水管需要安裝2個(gè)或2個(gè)以上的電動(dòng)控制閥，因?yàn)殚_度檢測信號(hào)和開度控制信號(hào)的數(shù)量也會(huì)相應(yīng)的發(fā)生變化。\n[0034] 具體的溫度數(shù)據(jù)采集以及流量數(shù)據(jù)的采集如下：\n[0035] A/D轉(zhuǎn)換器采用ADC7109，在采用6MHz晶振時(shí)，每秒轉(zhuǎn)換12次。最高轉(zhuǎn)換可達(dá)30次/秒。對(duì)于作為電動(dòng)控制閥的電動(dòng)控制閥開度控制輸出由50個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器組成，D/A轉(zhuǎn)換器輸出經(jīng)變換電路，變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)4-20mA輸出，作為電動(dòng)控制閥開度設(shè)定值。\n[0036] 在測控裝置中，兩個(gè)CPU共用一個(gè)鐵電存儲(chǔ)器，其容量為32kb，存貯采集的數(shù)據(jù)。\n用一個(gè)CPU與以太網(wǎng)適配器相連，由以太網(wǎng)RJ55插口連接到外部以太網(wǎng)或Wifi模塊。用于采集電動(dòng)控制閥開度數(shù)據(jù)的CPU同時(shí)與組成微型單總線網(wǎng)絡(luò)的CPU相互交換數(shù)據(jù)，所有采集的溫度數(shù)據(jù)存入鐵電存貯器，由以太網(wǎng)通訊的CPU將數(shù)據(jù)發(fā)送到工控機(jī)。\n[0037] 測控裝置中的單總線微型局域網(wǎng)是由單總線驅(qū)動(dòng)器DS18B20、單線溫度傳感器、雙絞線和電纜組成。從多個(gè)溫度傳感器不可以同時(shí)連接到一個(gè)主干線上，而是分為50個(gè)支干線，每個(gè)分支的連接控制由DS2409接口芯片來完成。在每一個(gè)時(shí)刻，切斷49個(gè)支干線，在每個(gè)分干線上連接三個(gè)單線溫度傳感器，那么對(duì)于總干線負(fù)載將大大減輕，從而保證數(shù)據(jù)采集的可靠性。由于DS2409不包含可編程存儲(chǔ)器，所以必須加入一個(gè)DS2502單線存貯器，標(biāo)識(shí)連接到單總線的支路。\n[0038] 為了保證單總線不受外界強(qiáng)電場干擾，在總線或分支干線上加裝DS9502ESD保護(hù)極管。干線、分支線、溫度傳感器的連接采用5類非屏蔽雙絞線。單總線溫度傳感器安裝距離可達(dá)150m-200m。\n[0039] 測控裝置安裝于大壩內(nèi)部，工作環(huán)境惡劣，易受高溫、高濕、低溫等環(huán)境因素影響。\n測控裝置需防強(qiáng)電磁干擾和雷擊，所以機(jī)箱設(shè)計(jì)為全密封設(shè)計(jì)，全部引出線采用防水航空插頭座，引入、引出數(shù)為200-250線左右。設(shè)計(jì)線數(shù)為250線。\n[0040] 電源設(shè)計(jì)為采用AC/DC將220V交流變換為+12V直流，在每個(gè)測控裝置機(jī)箱內(nèi)采用DC/DC變換器使整個(gè)電源系統(tǒng)整齊劃一，可靠性高，電源的平均無故障時(shí)間為20000小時(shí)。\n[0041] 測控裝置設(shè)計(jì)原則是高可靠性，元器件全部采用工業(yè)級(jí)或軍品級(jí)產(chǎn)品，印制板設(shè)計(jì)采用高可靠性設(shè)計(jì)。后備電源采用UPS。可支持?jǐn)嚯妰尚r(shí)。\n[0042] 5000個(gè)控制單元需要100臺(tái)測控裝置，共需要32口HUB 4臺(tái)，一個(gè)8口交換機(jī)，就可以完成單總線測控與以太網(wǎng)接口，組成一個(gè)以太網(wǎng)為主干網(wǎng)，單總線微型局域網(wǎng)為分支網(wǎng)的測控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，微型局域網(wǎng)是使用一根數(shù)據(jù)線與一根返回線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的主從式網(wǎng)絡(luò)，其最大的特點(diǎn)是使用一對(duì)雙絞線，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信、尋址和控制，是一種低開銷的數(shù)字局域網(wǎng)方案。\n[0043] 本方案同時(shí)實(shí)現(xiàn)了基于Wifi無線局域網(wǎng)和以太網(wǎng)混合的主干網(wǎng)，通過Wifi模塊和Wifi路由器將各個(gè)測控裝置聯(lián)網(wǎng)，節(jié)省大量布線成本和工作量。\n[0044] 工控機(jī)內(nèi)的程序根據(jù)一組冷卻水管控制的混凝土溫度與相鄰塊混凝土溫度差和/或混凝土溫度設(shè)計(jì)要求確定電動(dòng)控制閥開度的控制曲線，并按控制曲線不斷調(diào)整電動(dòng)控制閥開度實(shí)現(xiàn)不同通水流量，和/或連通不同水溫的主水管使混凝土溫度均衡下降，最大限度降低溫度梯度，降低混凝土溫度拉應(yīng)力，防止混凝土出現(xiàn)裂縫。\n[0045] 控制程序應(yīng)具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)存取的能力，建議采用sql server數(shù)據(jù)庫。具有將數(shù)據(jù)發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)上的能力。控制程序可方便地查看指定壩塊的溫度時(shí)間曲線等各種數(shù)據(jù)，并按照一定的報(bào)表格式預(yù)覽和打印報(bào)表。\n[0046] 智能控制算法，要求能根據(jù)設(shè)計(jì)的要求和采集到的混凝土內(nèi)部溫度和冷卻水的溫度和歷史流量等計(jì)算出下一步冷卻水流量，并執(zhí)行冷卻水流量調(diào)節(jié)。最終實(shí)現(xiàn)混凝土溫度平穩(wěn)變化，并滿足設(shè)計(jì)要求。