一种新型混凝土智能温控系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种新型混凝土智能温控系统及方法，该系统包括总服务器、智能监控总控室和分控站三大部分，其中系统总服务器负责整个系统的数据存储、管理、计算、分析、预警预报和指令发射，可以图、表和线的方式动态、直观显示各种温控信息，方便相关工作人员监督和管理；智能监控总控室将总服务器的指令信息直接分配到各分控站，同时可将各分控站的温控信息集中发送到总服务器；分控站将各监控设备牵引于此，方便管理和信息传输。本发明的模块化、单元化和系统和设计，实现了多种因素同时存在的真实环境影响下的混凝土真实的温度和应力，通过智能通水，减小了人为影响因素，确保了复杂环境条件下大体积混凝土的快速、高质量施工。
【专利说明】
一种新型混凝土智能温控系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水利水电工程【技术领域】，具体地说，涉及一种新型混凝土智能温控系统及方法。
【背景技术】
[0002]裂缝问题是影响混凝土结构耐久性和安全性的主要因素，尤其是大体积混凝土的温度裂缝，长期困扰着相关学者和工程建设者，甚至有“无坝不裂”的说法。工程经验表明，温度裂缝成因复杂，除材料本身特性外，施工质量和环境影响也是导致裂缝产生的主要因素。施工质量保障是防止裂缝产生的关键，但如何排除人为因素是工程界重视的问题；再加上外部环境复杂，因素众多且随机性较大，却又直接影响混凝土的温控防裂，需全方位实时考虑各种因素的影响，比如气温、水温、湿度和太阳辐射等，方能真实反映工程实际情况。
[0003]随着自动化采集、GPS、通信、网络与数据库、数值仿真和自动控制等技术的快速发展，在数字监控的基础上，发展一种大体积混凝土智能技术，实现外部环境影响因素和混凝土本身温控要素的实时跟踪、重要温控措施的自动干预，是减少人为因素和防止温度裂缝产生的重要手段。大体积混凝土智能通水是防止混凝土产生温度裂缝的重要技术措施，目前已有混凝土智能通水技术相对单一、简单。中国专利201010228838.8公开的是各组成部件机械组装，没有实现模块化、单元化和系统化；没有通水换向功能和水压监测设备，较难保证混凝土均匀降温，人为增大温度梯度；不能监测混凝土的温度梯度；没有通水冷却信息的预警预报功能，不能及时提供通水信息的整改信息；没有综合考虑施工环境的影响和仓面小气候设备，不能考虑外部气温、湿度、太阳辐射和保温效果等重要温控要素的影响，较难得到真实的外部环境边界条件；在复杂施工环境条件和大范围应用上有待进一步检验。中国专利201310716982.X公开的只是智能温控中的智能通水部分，也没有综合考虑施工环境的影响，没有考虑外部、湿度、太阳辐射和保温效果等重要温控要素对大体积混凝土温控的影响；没有预警预报功能，不能对不满足要求的通水信息进行预警发布；也没有通水换向功能和水压监测设备，较难保证混凝土均匀降温；没有仓面小气候设备，不能为仿真计算和流量预测提供必要的真实的边界条件。
【发明内容】
[0004]为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种新型混凝土智能温控系统及方法，在真实反映实际工程环境、施工条件恶劣下且需大范围应用的重大工程建设所需，从工程实际角度出发，全方位实时监测与温控相关的各种影响因素，同时对预警预报信息进行自动干预，减少人为影响因素，保证工程质量。该系统及方法具有模块化、单元化和系统化设计，具有水管通水换向功能，可以在恶劣环境条件下对整个工程建设进行智能监控。其技术方案如下:
[0005]一种新型混凝土智能温控系统，包括以下功能模块和组成设备:
[0006](I)系统总服务器负责整个系统的数据存储、管理、计算、分析、预警预报和指令发射，可以图、表和线的方式动态、直观显示各种温控信息，方便相关工作人员监督和管理；系统可根据需要，提供不同的客户端接口，业主、监理、设计和施工单位通过温控专用信号传输电缆访问该系统，实时掌握温控信息。该服务器主要由信息采模块、温控信息存储与处理模块、预分析模块、仿真计算模块、预警预报模块和自动干预模块组成。系统总服务器通过温控专用信号传输电缆与与智能监控总控室连接，进而与各分控站连接。
[0007]①通过温度传感器、数据传输电缆、温度测试记录仪、温度测控单元、通用测控单元、仓面小气候设备、水管流量测控单元和温度梯度记录仪这些设备，信息采模块负责各种温控信息的采集，包括混凝土出机口温度、入仓温度、浇筑温度、混凝土内部温度、温度梯度、通水冷却水温、水压、流量、环境湿度、气温和太阳辐射，为整个系统提供基本的数据支持。
[0008]②温控信息存储与处理模块根据信息采模块的数据，对其进行存储、分类、计算和共享，进行高效管理；同时，这些数据信息可以以图、表和线的方式动态、直观显示各种温控信息，供参建单位参考。
[0009]③预分析模块，基于存储的温控信息，对数据进行预分析，判断采集数据的合理性和有效性，避免不合理或不正确数据的干扰而影响计算、判断、评估和决策；
[0010]④仿真计算模块，根据采集的温控信息，经过信息存储与处理模块的处理，得出仿真计算所需的边界条件，如浇筑温度、环境气温、水管水温和流量，进而计算出在当前温控条件下的混凝土内部温度和应力，为预警预报和自动干预提供数据支持。
[0011]⑤预警预报模块，该模块是依据采集的温控信息、预分析信息和仿真计算结果，对照温控技术要求和温控标准，对不满足要求或者超出技术要求的温控信息进行预警预报，提醒相关工作人员进行措施整改，保证温控措施的圆满落实。
[0012]⑥自动干预模块，根据预分析模块、仿真计算模块和预警预报模块的计算和分析，在不满足温控要求时，启动自动干预模块，对通水冷却温控措施进行自动干预，使其满足混凝土的降温要求。
[0013](2)智能监控总控室，将总服务器的指令信息直接分配到各分控站，同时可将各分控站的温控信息集中发送到总服务器，总服务器与智能监控总控室、智能监控总控室与分控站之间是经过温控专用信号传输电缆相连。
[0014](3)分控站，各监控设备连接于此，方便管理和信息传输，包含有:①内部温度测控单元，数字温度传感器通过温控专用电缆和总线连接器与该测控单元相连，采集混凝土内部温度；②水管流量测控单元，数字温度传感器通过温控专用电缆与该测控单元相连，采集水管水温、流量和水管开度，同时可接收总服务器的指令，调节水管开度；③通用测控单元，数字温度传感器通过温控专用电缆，与该测控单元相连，监测环境气温，水温，水压和湿度温度梯度仪，数字温度传感器通过温控专用电缆该仪器相连，采集混凝土温度梯度；⑤太阳辐射仪，用于监测当地的太阳辐射热，为仿真计算提供边界条件；⑥仓面小气候设备，用于监测混凝土浇筑仓面的仓面温度、湿度，为仿真计算提供边界条件；⑦该分控站里面还配备温控专用配电箱、无线发射装置和通水换向装置，方便供电、信息传输和冷却通水。
[0015]一种新型混凝土智能温控方法，包括以下步骤:
[0016](I)利用温度测试记录仪，对出机口温度、入仓温度、浇筑温度进行实时监测，自动输入温控信息存储与处理模块，为温控效果评估、预警预报、仿真计算和自动干预提供必需的数据准备。
[0017](2)启动内部温度测控单元，对混凝土内部温度进行监测，自动输入温控信息存储与处理模块，实时掌握大坝的实际温度状况，为温控效果评估、预警预报和自动干预提供数据支持。
[0018](3)根据通用测控单元，对环境气温，水温，水压和湿度等进行监测，自动输入温控信息存储与处理模块，为仿真计算和流量预测提供必要的真实的边界条件。
[0019](4)采用仓面小气候设备，监测仓面的温度、湿度等信息，自动输入温控信息存储与处理模块，为仿真计算和流量预测提供必要的真实的边界条件。
[0020](5)启动水管流量测控单元，利用温控信息存储与处理模块、预测分析模块和自动干预模块，依据实测温度、预测温度和实测流量，得出下一阶段的通水流量，进而自动调节流量满足通水降温的需求。
[0021](6)开启通水换向装置，利用水管流量测控单元和自动干预模块信息，对通水冷却水管进行换向，保证混凝土均匀降温，避免由于单向通水冷却导致的混凝土温度梯度。
[0022](7)启动仿真计算模块，依据前面各模块和单元提供的实测温控信息、相应边界条件和实际水管通水信息，仿真计算混凝土的温度和温度应力，评估混凝土开裂风险。
[0023](8)启动温度梯度记录仪，实际监测混凝土的温度梯度，是温控效果评价指标之
O
[0024](9)启动保温效果监测设备，实际监测混凝土的表面保温效果，是温控效果评价指标之一 O
[0025](10)启动预警预报模块，依据各模块或单元的监测数据，自动对照温控技术要求和标准，对不满足要求进行预警发布，自动通知温控措施整改信息。
[0026]本发明的有益效果:
[0027]本发明能实时掌握周围气温、水温、湿度和太阳辐射等周围环境因素，也能准确掌握出机口温度、入仓温度、浇筑温度、混凝土内部温度、通水流量及温度、温度梯度和保温效果等混凝土工程的实时温控信息，在此基础上可全面仿真混凝土的温度和应力，评估混凝土抗裂安全性，进而根据预警预报模块和自动干预模块，实现对温控措施的监督和改进，特别是冷却通水的智能化，确保了混凝土抗裂安全性。
[0028]本系统的模块化、单元化和系统和设计，实现了多种因素同时存在的真实环境影响下的混凝土真实的温度和应力，通过智能通水，减小了人为影响因素，确保了复杂环境条件下大体积混凝土的快速、高质量施工。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1为本发明新型混凝土智能温控系统的结构图；
[0030]图2为本发明新型混凝土智能温控系统的原理图。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
[0032]本发明由数字温度传感器、温控专用电缆、内部温度测控单元、温度测试记录仪、温控专用信号传输电缆、水管流量测控单元、通水换向装置、温控专用配电箱、总线连接器
(9)、无线发射装置、通用测控单元、温度梯度仪、太阳辐射仪和仓面小气候设备(等硬件组成，智能通水系统包括温控信息采集模块、温控信息存储与处理模块、预测分析模块、预警预报模型、仿真计算模块和自动干预模块。首先将数值温度传感器施工前埋入混凝土中，通过温控专用电缆和总线连接器与内部温度测控单元相连，根据温控信息采集模块将温度信息实时输入温控信息存储与处理模块进行存储与管理；利用温度测试记录仪，通过无线发射装置，实时记录出机口温度、入仓温度和浇筑温度，并自动输入温控信息存储与处理模块和预警预报模块，为温控效果评估、仿真计算、预警预报和自动干预提供必需的数据准备；利用太阳辐射仪和仓面小气候设备和通用测控单元，通过无线发射装置或者温控专用信号传输电缆，监测太阳辐射、仓面温度和湿度、气温和水温等信息，为仿真计算提供真实的边界数据；根据温控信息存储与处理模块和预测分析模块信息，启动自动干预模块，通过温控专用信号传输电缆、通水换向装置和温控专用配电箱与水管流量测控单元相连，调节水管通水流量和方向，实现混凝土理想降温；通过温度梯度仪和保温效果监测设备，调用预警预报模型，对温控效果进行预警预报，并反馈到自动干预模块，再启动水管流量测控单元，反馈、干预控温。
[0033]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种新型混凝土智能温控系统，其特征在于，主要包括总服务器、智能监控总控室和分控站三大部分组成，其中系统总服务器负责整个系统的数据存储、管理、计算、分析、预警预报和指令发射，以图、表和线的方式动态、直观显示各种温控信息，方便相关工作人员监督和管理，智能监控总控室，将总服务器的指令信息直接分配到各分控站，同时将各分控站的温控信息集中发送到总服务器；分控站将各监控设备牵引于此，方便管理和信息传输。
2.一种新型混凝土智能温控方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)利用温度测试记录仪，对出机口温度、入仓温度、浇筑温度进行实时监测，自动输入温控信息存储与处理模块，为温控效果评估、预警预报、仿真计算和自动干预提供必需的数据准备； (2)启动内部温度测控单元，对混凝土内部温度进行监测，自动输入温控信息存储与处理模块，实时掌握大坝的实际温度状况，为温控效果评估、预警预报和自动干预提供数据支持； (3)根据通用测控单元，对环境气温，水温，水压和湿度等进行监测，自动输入温控信息存储与处理模块，为仿真计算和流量预测提供必要的真实的边界条件； (4)采用仓面小气候设备，监测仓面的温度、湿度等信息，自动输入温控信息存储与处理模块，为仿真计算和流量预测提供必要的真实的边界条件； (5)启动水管流量测控单元，利用温控信息存储与处理模块、预测分析模块和自动干预模块，依据实测温度、预测温度和实测流量，得出下一阶段的通水流量，进而自动调节流量满足通水降温的需求； (6)开启通水换向装置，利用水管流量测控单元和自动干预模块信息，对通水冷却水管进行换向，保证混凝土均匀降温，避免由于单向通水冷却导致的混凝土温度梯度； (7)启动仿真计算模块，依据前面各模块和单元提供的实测温控信息、相应边界条件和实际水管通水信息，仿真计算混凝土的温度和温度应力，评估混凝土开裂风险； (8)启动温度梯度记录仪，实际监测混凝土的温度梯度，是温控效果评价指标之一； (9)启动保温效果监测设备，实际监测混凝土的表面保温效果，是温控效果评价指标之 (10)启动预警预报模块，依据各模块或单元的监测数据，自动对照温控技术要求和标准，对不满足要求进行预警发布，自动通知温控措施整改信息。
【文档编号】G05D23/19GK104298272SQ201410563386
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月21日 优先权日:2014年10月21日
【发明者】张国新, 刘毅, 王振红, 李松辉, 张磊, 刘有志, 黄涛, 李玥 申请人:中国水利水电科学研究院