一种大体积混凝土温度智能监测控制装置及方法与流程

文档序号:17129537发布日期:2019-03-16 00:59阅读:302来源:国知局
一种大体积混凝土温度智能监测控制装置及方法与流程

本发明涉及混凝土温控领域,特别是一种大体积混凝土温度智能监测控制装置及方法。



背景技术:

大体积混凝土温度裂缝控制是土木工程领域常见问题之一。在大体积混凝土结构的施工过程中,水泥的水化反应会产生大量的水化热,使混凝土内部温度升高,当温升达到峰值后温度下降,在升温-降温过程混凝土内部会产生一个不均匀的温度场,外部冷混凝土受到内部热混凝土的膨胀和收缩的约束,从而产生温度应力,应力超过混凝土极限抗拉强度时,混凝土会产生裂缝,导致大体积混凝土的承载能力、防水性能及耐久性能降低,影响结构安全。

目前采用较多的温控方法是在待浇筑大体积混凝土结构内部埋设水管,通过向水管输送冷却水来进行降温,降低混凝土内外温差和层间温差。但目前大多采用人工开闭冷却水进行降温,易出现降温速率太快情况,同时夜晚工作不方便,工人劳动强度大,不安全。申请公布号为107700489a的中国专利公布了一种大体积混凝土循环冷却水自动控制降温系统及方法,通过在大体积混凝土内预埋冷却管和测温元件,并设置集水箱、连接集水箱和冷却管的循环机构、与测温元件和循环机构连接的温度开关,根据测温元件测定的大体积混凝土内的温度,由温度开关控制循环机构的开闭及开启后输水量的大小来对大体积混凝土进行分区降温,减小各个区域之间的温度差,降低混凝土结构出现缝隙的风险。但该系统及方法存在不足:1、该系统只能利用冷水降温操作,无法根据混凝土内部的温度实现冷却水温度动态调节,难以控制混凝土降温速率;2、混凝土温控情况只能通过人工记录和判断,混凝土内部最大温升、里表温差、层间温差、进出水温差、表面与环境温差、降温速率等指标无法实时快速确定,不能及时预警;3、测温数据由人工记录和整理,温控过程数据容易出错或丢失。



技术实现要素:

本发明的目的在于,提供一种大体积混凝土温度智能监测控制装置及方法。本发明可稳定供水压力,动态调整各层不同进水温度和流量,使大体积混凝土内部的温度场变化按照温控的目标发展,并具有报警功能,从而解决大体积混凝土各区域温差过大、容易产生裂缝的问题。

本发明的技术方案:一种大体积混凝土温度智能监测控制装置,包括供水装置、分水装置、混凝土冷却系统和回水装置依次连接构成的循环管路,混凝土冷却系统内设有温度监测装置,还包括分别与供水装置、分水装置、混凝土冷却系统和回水装置连接的集中控制系统;所述混凝土冷却系统包括设在混凝土内的冷却水管;通过各装置间的数据传输、计算分析、反馈控制指令,自动调节大体积混凝土内各层冷却管内水的温度和流量,达到大体积混凝土施工过程中内外温差和降温速率符合规范要求,避免温度裂缝产生。

前述的一种大体积混凝土温度智能监测控制装置中,所述供水装置包括冷水箱、热水箱和稳压水泵,其中热水箱外设隔热板保温,冷水箱和热水箱分别与两台稳压水泵连接,稳压水泵上设置无线监测控制模块,接收水压设定阀值,监测并向集中控制系统反馈供水管水压,接收指令控制水泵工作,保持供水水压恒定,稳压水泵分别引出冷水供水管和热水供水管两条管道与分水装置连接。

前述的一种大体积混凝土温度智能监测控制装置中,所述分水装置包括分流控制中心、冷水分水器和热水分水器,冷水供水管和热水供水管与冷水分水器和热水分水器分别连接,冷水供水管和热水供水管上分别设有压力变送器,其中热水分水器内设加热装置,根据控制需要加热分水器内热水;冷水分水器内安装温度传感器b,读取冷水分水器内水温,热水分水器内安装温度传感器c,读取热水分水器内水温,冷水分水器和热水分水器经电子比例流量调节阀连接各层混合出水管与混凝土冷却系统相应层的进水管连接;混合出水管处安装温度传感器a,读取进水管温度,传输至分流控制中心;分流控制中心由加热装置控制模块、电子比例流量调节阀控制模块、温度监测控制模块和无线传输模块组成,根据混凝土内部温度变化,接收指令调节分水装置各层混合出水管的开闭和管内流水的温度及流量,并向集中控制系统传输监测数据。

前述的一种大体积混凝土温度智能监测控制装置中,所述温度监测装置包括温度传感器d、温度传感器e、温度传感器f、温度采集箱;温度传感器d设在大体积混凝土各区域内,监测混凝土内部各点温度,温度传感器d通过温度采集箱与集中控制系统连接;温度传感器e设在冷却系统出水管上,监测各层出水管的水温,温度传感器e通过温度采集箱与集中控制系统连接;温度传感器f设在温度采集箱外,监测施工环境温度,温度传感器f通过温度采集箱与集中控制系统连接;温度采集箱分模块收集温度传感器d、温度传感器e、温度传感器f的监测数据,并通过无线传输模块向集中控制系统反馈相关监测数据。

前述的一种大体积混凝土温度智能监测控制装置中,所述混凝土冷却系统设置在大体积混凝土构造物中,由多层冷却水管组成,冷却水管在混凝土内一般采用“弓形”绕行布置;上层冷却水管与下层冷却水管绕行方向相互垂直;每层冷却水管相互独立,并设进水管和出水管,进水管与分水装置连接,出水管与回水装置连接;根据混凝土施工情况,逐层向进水管通水。

前述的一种大体积混凝土温度智能监测控制装置中,所述回水装置包括回水管a、回水管b、回水箱、回水泵;回水管a与混凝土冷却系统出水管连接,并将冷却系统排出的热水引入至回水箱内;回水箱与回水泵连接,回水泵与回水管b连接,回水管b与供水装置热水箱连接,通过回水泵补偿压力,将排出的热水回流至热水箱内,补充施工用热水;回水泵上设置无线监测控制模块,反馈水压数据和接收集中控制系统控制指令,改变回水泵工作状态。

前述的一种大体积混凝土温度智能监测控制装置中,所述集中控制系统包括数据采集模块、数据设定模块、数据处理模块、信号无线传输模块和预警模块;数据采集模块负责收集储存其他各装置的监测数据,根据监测频率向其他各装置提交数据采集请求,并将各项数据在操作界面上显示;数据设定模块于施工前进行相关指标设定,主要有混凝土最大温度、混凝土内外温差、混凝土与环境温差、混凝土与进水温差、进水与出水温差、水压力、混凝土降温速率等各类阀值设定,各数据采集点的类型设定,以及监测频率设定,各项设定数据可在操作界面上显示;数据处理模块主要自动计算分析各种监测数据,并将计算结果与控制阀值进行对比,生成适合的控制指令,用以调整其他各装置的工作状态,满足施工要求,同时其他各装置的控制指令也可由人工根据实际情况进行修正,各项控制指令可在操作界面上显示;信号无线传输模块负责将数据采集请求和控制指令向其他各装置发布,并负责将集中控制系统与远程计算机连接,实现远程控制;预警模块根据数据处理结果,对超过控制阀值的监测位置启动预警提示,预警提示可在操作界面上显示;集中控制系统安装在现场监控室内。

前述的一种大体积混凝土温度智能监测控制装置中,所述温度传感器d各层测点在混凝土垂直方向上多层布置,各层测点根据混凝土平面尺寸,由中心向边界布置,且各层测点在平面上位置相同;温度传感器d测点垂直方向上与各层冷却水管交错布置,测点一般位于两层冷却水管的中间,第一层测点位于第一层冷却水管与底面中间,最后一层测点位于最后一层冷却水管与混凝土顶面中间;

前述的一种大体积混凝土温度智能监测控制装置中,所述冷水分水器和热水分水器分别与多个电子比例流量调节阀连接,每个比例流量调节阀都与温度传感器a一一对应。

前述的一种大体积混凝土温度智能监测控制装置中,所述冷水是指小于等于自然环境温度的施工用水;所述热水是指大于自然环境温度的施工用水。

前述的一种大体积混凝土温度智能监测控制装置中,供水装置的冷水箱和热水箱顶口设有横向连接水管和外部补水管;热水箱的底部设有外部排水管;各水管上均有开关阀门。

前述的一种大体积混凝土温度智能监测控制装置的使用方法,包括以下步骤:

(a)混凝土冷却系统设置步骤:在大体积混凝土内分层交错布设冷却管路,并在混凝土构造物外接出进水管和出水管;

(b)温度监测装置设置步骤:在大体积混凝土施工前,将温度传感器d设在大体积混凝土各区域内,温度传感器d与温度采集箱连接;将温度传感器e设在冷却系统出水管上,温度传感器e与温度采集箱连接;温度传感器f设在温度采集箱外并与其连接;温度采集箱安装在混凝土构造物外侧,由施工用电进行供电;

(c)分水装置设置步骤:施工前,将分水装置安装于混凝土冷却系统进水管一侧;在混合出水管与冷却系统进水管连接位置安装温度传感器a,温度传感器a与分流控制控制中心连接;冷水分水器内安装温度传感器b,热水分水器内安装温度传感器c,将温度传感器b、c和各电子比例流量调节阀与分流控制控制中心连接,各电子比例流量调节阀处于关闭状态;将热水分水器内加热装置与分流控制控制中心连接;分水装置由施工用电进行供电;

(d)供水装置设置步骤:施工前,将供水装置安装于分水装置附近;冷水箱和热水箱安装高度应高于稳压水泵安装位置,冷水箱与热水箱分别与各自稳压水泵连接;安装冷水箱和热水箱的横向连接水管、外部排水管和外部补水管,各水管上安装开关阀门;热水箱四周设置保温隔热板;两台稳压水泵分别引出冷水供水管和热水供水管,分别与分水装置的冷水分水器和热水分水器连接;稳压水泵有施工用电进行供电;

(e)回水装置设置步骤:施工前,于混凝土冷却系统出水管一侧安装回水管a和回水箱,回水管a与混凝土冷却系统出水管连接,回水箱与回水管a连接;回水箱外设置回水泵,在回水箱底部接出管道与回水泵连接,回水泵由施工用电进行供电;回水泵接出回水管b与热水箱连接;

(f)大体积混凝土施工准备步骤:施工前,将集中控制系统在现场监控室内安装完成,测试集中控制系统无线信号、数据显示、控制指令操作和预警功能;向冷水箱、热水箱、回水箱内注入一半容量的施工用水,开启各水泵和阀门,检测各水管的密水性;关闭各水泵和阀门;在集中控制系统上进行混凝土最大温度、混凝土内外温差、混凝土与环境温差、混凝土与进水温差、进水与出水温差、水压力、混凝土降温速率等阀值设定,同时设定各数据采集点数据类型和监测频率;

(g)数据采集步骤:施工时,启动所有装置,集中控制系统根据设定的监测频率通过无线信号定期向其他装置发出采集数据请求;温度监测装置接到采集数据请求后,温度传感器d-f监测各设置位置的检测点的温度,并将采集的数据通过温度采集箱无线传输至集中控制系统;稳压水泵和回水泵接到采集数据请求后,其无线监测控制模块监测供水管水压,并将水压数据无线传输至集中控制系统;分水装置接到采集数据请求后,其温度传感器a-c监测各设置位置温度,电子比例流量调节阀反馈流量控制数据,并将相关数据通过分流控制中心无线传输至集中控制系统;

(h)供水稳压步骤:施工时,稳压水泵将供水水压pw反馈给集中控制系统,与设定的供水水压阀值pw0对比计算水压差δp,根据计算结果进行操作判断:

δp=pw-pw0=0,→不进行任何操作;

δp=pw-pw0>0,→降低水泵功率,减压δp值;

δp=pw-pw0<0,→提高水泵功率,增压δp值;

回水泵将回水箱内水压ph反馈给集中控制系统,与设定的最小回水压力阀值phmin和最大回水压力阀值phmax对比,根据分析结果过进行操作判断:

phmin≤ph≤phmax,→不操作;

ph>phmax,→启动水泵,将回水箱内热水输送到热水箱内;

ph<phmin,→关闭水泵;

以上控制指令由集中控制系统无线传输至稳压水泵和回水泵,各水泵根据指令运作;供水水压pw在集中控制系统操作界面上显示;

(i)进水流量和温度控制步骤:供水过程中,根据设定的监测频率,温度传感器b、温度传感器c和温度传感器a实时向集中控制系统反馈分水管内冷水温度tl、热水温度tr和各层进水温度t(a,j)(a代表层号);温度传感器d、e、f实时向集中控制系统反馈各层混凝土温度t(a,h)、出水温度t(a,c)和环境温度te;电子比例流量调节阀向集中控制系统反馈各层调节的冷水流量l(a,l)和热水流量l(a,r);将采集到的各项温度和出水流量在集中控制系统操作界面上显示;集中控制系统对采集到的各项温度和出水流量,进行以下分析计算:

①混凝土最大温度和最小温度判断

按层号,分别筛选同层内温度传感器d各测点的混凝土最大温度t(a,max)和混凝土最小温度t(a,min);a层混凝土最大温度t(a,max)大于设定的混凝土最高温度tmax时,发布预警信息,提示“调整a层进水温度t(a,j)”;混凝土最大温度t(a,max)在集中控制系统操作界面上改变显示字体颜色进行提示;

②混凝土温度有效性判断

按层号,将各层混凝土最大温度t(a,max)与环境温度te对比,计算混凝土与环境温差δt(a,max),根据计算结果进行操作判断:

δt(a,max)=t(a,max)-te≤0,→不操作;

δt(a,max)=t(a,max)-te>0,→转入③步骤继续计算;

③混凝土施工阶段判断

按层号,将各层t(a,max)与上一时刻t’(a,max)对比计算分析施工是处于“升温阶段”,还是处于“降温阶段”,根据计算结果进行操作判断:

t(a,max)-t’(a,max)>0,→升温阶段,转入④步骤继续计算;

t(a,max)-t’(a,max)≤0,→降温阶段,转入⑤步骤继续计算;

计算结果“升温阶段”或“降温阶段”在集中控制系统操作界面上按层号显示;

④混凝土“升温阶段”控制

分别计算对比各层进水管的进水流量l(a,j)与设定进水流量阀值l(a,0)关系,根据分析结果过进行操作判断:

l(a,j)=l(a,l)+l(a,r)=0,→开通电子比例流量调节阀热水管开关,使l(a,r)=l(a,0),l(a,l)=0;

l(a,j)=l(a,l)+l(a,r)>0,→不操作;

l(a,j)=l(a,0),→不操作;

l(a,j)>l(a,0),→同比例减少a层冷水流量l(a,l)和热水流量l(a,r),使进水流量减少δl(a,j)=l(a,j)-l(a,0);

l(a,j)<l(a,0),→同比例增加a层冷水流量l(a,l)和热水流量l(a,r),使进水流量增加δl(a,j)=l(a,0)-l(a,j);

分别计算各层混凝土内外温差δt(a,mn)和层间温差δt(δa,mn),并与温差设定值阀值δt(0,mn)进行对比,根据分析结果过进行操作判断:

δt(a,mn)=|t(a,max)-t(a,min)|>δt(0,mn),→发布预警信息,提示“加强a层混凝土保温措施”,并在操作界面标识温差最大的两测点;

δt(a,mn)=|t(a,max)-t(a+1,min)|≤δt(0,mn),→不操作;

δt(δa,mn)=|t(a,max)-t(a+1,min)|>δt(0,mn),同时δt(a+1,min)>0,→发布预警信息,提示“注意混凝土浇筑均匀度”,并在操作界面标识温差最大的两测点;

δt(δa,mn)=|t(a,max)-t(a+1,min)|≤δt(0,mn),→不操作;

分别对比各层进水温度t(a,j)与环境温度te关系,根据分析结果过进行操作判断:

t(a,j)>te,→等比例增加a层冷水流量l(a,l)和减少a层热水流量l(a,r),使(l(a,l)×tl+l(a,r)×tr)/(l(a,l)+l(a,r))=te;

t(a,j)≤te,→不操作;

分别计算各层进水温度t(a,j)与出水温度t(a,c)温差值δt(a,jc),并与设定的进水与出水温差δt(0,jc)进行对比,根据分析结果过进行操作判断:

δt(a,jc)=t(a,c)-t(a,j)>δt(0,jc),→重新设定a层进水流量阀值l’(a,0)=l(a,0)×(1+δ),δ为正值,并调整a层冷却水管冷水流量l’(a,l)=l(a,l)×(1+δ),a层热水流量l’(a,r)=l(a,r)×(1+δ);

δt(a,jc)=t(a,c)-t(a,j)≤δt(0,jc),→不操作;

⑤混凝土“降温阶段”控制

分别计算对比各层进水管的进水流量l(a,j)与设定进水流量阀值l(a,0)关系,根据分析结果过进行操作判断:

l(a,j)=l(a,l)+l(a,r)=0,→开通电子比例流量调节阀热水管阀门,使l(a,r)=l(a,0),l(a,l)=0;

l(a,j)=l(a,l)+l(a,r)>0,→不操作;

l(a,j)=l(a,0),→不操作;

l(a,j)>l(a,0),→同比例减少a层冷水流量l(a,l)和热水流量l(a,r),使进水流量减少δl(a,j)=l(a,j)-l(a,0);

l(a,j)<l(a,0),→同比例增加a层冷水流量l(a,l)和热水流量l(a,r),使进水流量增加δl(a,j)=l(a,0)-l(a,j);

分别计算各层混凝土内外温差δt(a,mn)和层间温差δt(δa,mn),并与混凝土内外温差设定阀值δt(0,mn)进行对比,根据分析结果过进行操作判断:

δt(a,mn)=|t(a,max)-t(a,min)|>δt(0,mn),→发布预警信息,提示“加强a层混凝土保温措施”,并在操作界面标识温差最大的两测点;

δt(a,mn)=|t(a+1,max)-t(a,min)|≤δt(0,mn),→不操作;

δt(δa,mn)=|t(a+1,max)-t(a,min)|>δt(0,mn),→发布预警信息,提示“控制a层混凝土降温速率”,在操作界面标识温差最大的两测点,并重新设定a层混凝土与进水温差阀值δt’(a,0)=δt(a,0)+δ,δ为正整数;

δt(δa,mn)=|t(a+1,max)-t(a,min)|≤δt(0,mn),→不操作;

分别计算各层混凝土的t(a,min)与上一时刻t’(a,min)在监测间隔时间δt内混凝土降温速率s(a,min),并与设定的混凝土降温速率阀值s(0,min)进行对比,根据分析结果过进行操作判断:

s(a,min)=(t(a,min)-t’(a,min))/δt>s(0,min),→发布预警信息,提示“控制a层混凝土降温速率”,在操作界面标识降温速率过大的混凝土层号,并重新设定a层混凝土与进水温差阀值δt’(a,0)=δt(a,0)+δ,δ为正整数;

s(a,min)=(t(a,min)-t’(a,min))/δt≤s(0,min),→不操作;

分别计算各层混凝土最大温度t(a,max)与进水温度t(a,j)的差值δt(a,hj),并与设定的混凝土与进水温差阀值δt(a,0)进行对比,根据分析结果过进行操作判断:

δt(a,hj)=t(a,max)-t(a,j)>δt(a,0),→等比例减少a层冷水流量l(a,l)和增加a层热水流量l(a,r),使(l(a,l)×tl+l(a,r)×tr)/(l(a,l)+l(a,r))=t(a,j)+(δt(a,hj)-δt(a,0));

δt(a,hj)=t(a,max)-t(a,j)≤δt(a,0),→不操作;

分别计算各层进水温度t(a,j)与出水温度t(a,c)的温差值δt(a,jc),并与设定的进水与出水温差阀值δt(0,jc)进行对比,根据分析结果过进行操作判断:

δt(a,jc)=t(a,c)-t(a,j)>δt(0,jc),→重新设定a层进水流量阀值l’(a,0)=l(a,0)×(1+δ),δ为正值,并调整a层冷却水管冷水流量l’(a,l)=l(a,l)×(1+δ),a层热水流量l’(a,r)=l(a,r)×(1+δ);

δt(a,jc)=t(a,c)-t(a,j)≤δt(0,jc),→不操作;

分别对比各层混凝土与环境温差δt(a,max)与设定混凝土与环境温差阀值δt(0,max)关系,根据分析结果过进行操作判断:

δt(a,max)>δt(0,max),→不操作;

δt(a,max)≤δt(0,max),→在集中控制系统操作界面上按层号显示“进入自然降温阶段”,关闭a层电子比例流量调节阀,停止通水;

以上控制指令由集中控制系统无线传输至分水装置,分水装置根据指令运作;

(j)报警步骤:在当出现混凝土最大温度、内外温差、降温速率等任一指标超过控制阀值情况,集中控制系统实时在操作界面上进行提示报警,并将数据通过邮箱或信息推送进行远程报警;

(k)热水箱排水步骤:当混凝土任意一层处于升温阶段,且热水箱水位较高时,开启外部排水管,排放热水;当混凝土各层均处于降温阶段,且热水箱水位较高时,开启横向连接水管,使热水进入到冷水箱内;

(l)冷水箱补水步骤:冷水箱水位较低时,开启外部补水管,补充冷水。

前述的方法中,所述在步骤(h)和(i)还包括分水步骤:设置冷水分水器和热水分水器,以及多个一一对应且相对独立的比例流量调节阀和温度传感器a,以实现按不同温度、不同流量为多层大体积混凝土供水。

前述的方法中,所述在步骤(i)中还包括热水分水器加热步骤:当热水分水器内热水温度不能满足进水温度调节要求时,启动热水分水器内加热装置,再次提高热水分水器内热水温度,以保障进水温度的调节要求。

与现有技术相比,本发明具有以下优点:

1、大体积混凝土结构的施工过程中,先后浇筑的混凝土各层温度是不一样的,所需混凝土温度控制要求也不一样。本发明通过设置供水装置、分水装置、温度监测装置和回水装置,可灵活调节混凝土冷却系统水温,能按不同温度、不同流量为多层大体积混凝土冷却系统供水,实现有的放矢地控制大体积混凝土各浇筑层的最大温度、内外温差和降温速率。

2、智能化程度高,集中控制系统可根据采集的各设备数据自动计算、分析和处理,控制供水装置、分水装置和回水装置工作,并具有报警功能。

本发明的装置通过设置供水装置、分水装置和回水装置构成循环管路,控制大体积混凝土最大温度、内外温差和降温速率;具体来说是通过设置冷水供水管和热水供水管将供水装置的冷水箱和热水箱与分水装置连接;通过设置混合出水管将分水装置与混凝土冷却系统的冷却水管连接;通过设置回水装置的回水管a连接冷却系统,并通过回水管b与供水装置的冷、热水箱连通从而构成循环管路;通过在冷水供水管和热水供水管上各设稳压水泵及压力变送器,测量并稳定供水水压;通过在分水装置中设置电子比例流量调节阀,用于调节进水管冷、热水的流量,并达到调整进水水温的目的;分水装置的冷水分水器和热水分水器的出水管经过电子比例流量调节阀后与混合出水管相接,混合出水管口设有温度传感器a,用于测量混合水温度,代表进水温度;通过在分水制装置内设置多个一一对应且相对独立的比例流量调节阀和温度传感器a,可实现同时按不同温度、不同流量为多层大体积混凝土供水;通过在分水装置的冷水分水器和热水分水器内设置温度传感器b、温度传感器c,用于测量冷、热水的水温;混凝土冷却系统的冷却水管用于大体积混凝土各层的热量交换,以实现降低混凝土最大温度、内外温差,控制混凝土降温速率;

温度监测装置用于采集混凝土温度、环境温度和出水温度信息并传输到集中控制系统;温度传感器d设在大体积混凝土各区域内,监测混凝土内部各点温度,温度传感器d通过温度采集箱与集中控制系统连接;温度传感器e设在冷却系统出水管上,监测各层出水管的水温,温度传感器e通过温度采集箱与集中控制系统连接;温度传感器f设在温度采集箱外,监测施工环境温度,温度传感器f通过温度采集箱与集中控制系统连接;温度采集箱分模块收集温度传感器d、温度传感器e、温度传感器f的监测数据,并通过无线传输模块于集中控制系统建立通讯,向集中控制系统反馈相关监测数据。

回水装置用于将混凝土冷却系统出水重新返回到供水装置的热水箱内,实现冷却水的循环利用,减少施工用水的浪费情况;通过回水管a与混凝土冷却系统出水管连接,并将冷却系统排出的热水引入至回水箱内;回水箱与回水泵连接,回水泵与回水管b连接,回水管b与供水装置热水箱连接,通过回水泵补偿压力,将排出的热水回流至热水箱内,补充施工用热水;回水泵上设无线监测模块,反馈水压数据,接收集中控制系统控制指令,改变水泵工作状态。

集中控制系统是整个系统的指挥机构,其设置有数据采集模块、数据设定模块、数据处理模块、信号无线传输模块和预警模块,负责采集各设备监测数据,设定工作参数,对采集的信息分析处理并根据处理结果控制系统完成供水、调整进水流量和温度、回水、报警等步骤;通过采集大体积混凝土各层温度,集中控制系统根据采集到信息,计算出各层热交换适宜水温、适宜流量和所需的供水压力、回水压力,并控制水泵、电子比例流量调节阀和加热装置工作,调节冷、热水流量,使混合水达到适宜水温,并按适宜进水流量向大体积混凝土供水,从而实现热交换,降低混凝土各层的最大温度、内外温差和降温速率。同时对混凝土最大温度、内外温差、降温速率等指标进行监测和预警,以便及时采取相应措施。其优点是可动态调整混凝土各层不同进水温度和流量,使大体积混凝土内部的温度场变化按照温控的目标发展。

温度传感器a-f、压力变送器、数据采集模块、数据设定模块、数据处理模块、信号无线传输模块、预警模块、温度采集箱、水箱、水管、电子比例调节阀、水泵以及分流控制中心的加热装置控制模块、电子比例流量调节阀控制模块、温度监测控制模块和无线传输模块均为市面上可购买的常规装置。

综上所述,本发明可稳定供水压力,动态调整各层不同进水温度和流量,使大体积混凝土内部的温度场变化按照温控的目标发展,并具有报警功能,从而解决大体积混凝土各区域温差过大、容易产生裂缝的问题。

附图说明

图1是本发明的结构示意图;

图2是温度传感器d在大体积混凝土内布置示意图;

图3为本发明的控制逻辑图;

图4是图3中a部分的放大图;

图5是图3中b部分的放大图;

图6是图3中c部分的放大图;

图7是图3中d部分的放大图;

图8是图3中e部分的放大图;

图9是集中控制系统的模块关系示意图。

附图中的标记为:1-热水箱,2-冷水箱,3-分流控制中心,4-冷水分水器,5-热水分水器,6-稳压水泵,7-冷水供水管,8-热水供水管,9-比例流量阀,10-混合出水管,11-冷却水管,12-回水箱,13-回水泵,14-温度传感器a,15-温度传感器d,16-温度传感器e,17-温度传感器b,18-温度传感器c,19-温度传感器f,20-温度采集箱,21-集中控制系统。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明,但并不作为对本发明限制的依据。

实施例。一种大体积混凝土温度智能监测控制装置,如图1至图9所示,包括供水装置、分水装置、混凝土冷却系统和回水装置依次连接构成的循环管路,混凝土冷却系统内设有温度监测装置,还包括分别与供水装置、分水装置、混凝土冷却系统和回水装置连接的集中控制系统21;所述混凝土冷却系统包括设在混凝土内的冷却水管11。

所述供水装置包括冷水箱2、热水箱1和稳压水泵6,其中热水箱1外设隔热板保温,冷水箱2和热水箱1分别与两台稳压水泵6连接,稳压水泵6上设置无线监测控制模块,接收水压设定阀值,监测并向集中控制系统21反馈供水管水压,接收指令控制水泵工作,保持供水水压恒定,稳压水泵6分别引出冷水供水管7和热水供水管8两条管道与分水装置连接。

所述分水装置包括分流控制中心3、冷水分水器4和热水分水器5,冷水供水管7和热水供水管8与冷水分水器4和热水分水器5分别连接,其中热水分水器5内设加热装置,根据控制需要加热分水器内热水;冷水分水器4内安装温度传感器b17,读取冷水分水器4内水温,热水分水器5内安装温度传感器c18,读取热水分水器5内水温,冷水分水器4和热水分水器5经电子比例流量调节阀9连接各层混合出水管10与混凝土冷却系统相应层的进水管连接;混合出水管10处安装温度传感器a14,读取进水管温度,传输至分流控制中心3;分流控制中心3由加热装置控制模块、电子比例流量调节阀9控制模块、温度监测控制模块和无线传输模块组成,根据混凝土内部温度变化,接收指令调节分水装置各层混合出水管10的开闭和管内流水的温度及流量,并向集中控制系统21传输监测数据。

所述温度监测装置包括温度传感器d15、温度传感器e16、温度传感器f19、温度采集箱20;温度传感器d15设在大体积混凝土各区域内,监测混凝土内部各点温度,温度传感器d15通过温度采集箱20与集中控制系统21连接;温度传感器e16设在冷却系统出水管上,监测各层出水管的水温,温度传感器e16通过温度采集箱20与集中控制系统21连接;温度传感器f19设在温度采集箱20外,监测施工环境温度,温度传感器f19通过温度采集箱20与集中控制系统21连接;温度采集箱20分模块收集温度传感器d15、温度传感器e16、温度传感器f19的监测数据,并通过无线传输模块向集中控制系统21反馈相关监测数据。

所述混凝土冷却系统设置在大体积混凝土构造物中,由多层冷却水管11组成,冷却水管11在混凝土内一般采用“弓形”绕行布置;上层冷却水管11与下层冷却水管11绕行方向相互垂直;每层冷却水管11相互独立,并设进水管和出水管,进水管与分水装置连接,出水管与回水装置连接;根据混凝土施工情况,逐层向进水管通水。

所述回水装置包括回水管a、回水管b、回水箱12、回水泵13;回水管a与混凝土冷却系统出水管连接,并将冷却系统排出的热水引入至回水箱12内;回水箱12与回水泵13连接,回水泵13与回水管b连接,回水管b与供水装置热水箱1连接,通过回水泵13补偿压力,将排出的热水回流至热水箱1内,补充施工用热水;回水泵13上设置无线监测控制模块,反馈水压数据和接收集中控制系统21控制指令,改变回水泵13工作状态。

所述集中控制系统21包括数据采集模块、数据设定模块、数据处理模块、信号无线传输模块和预警模块;数据采集模块负责收集储存其他各装置的监测数据,根据监测频率向其他各装置提交数据采集请求,并将各项数据在操作界面上显示;数据设定模块于施工前进行相关指标设定,主要有混凝土最大温度、混凝土内外温差、混凝土与环境温差、混凝土与进水温差、进水与出水温差、水压力、混凝土降温速率等各类阀值设定,各数据采集点的类型设定,以及监测频率设定,各项设定数据可在操作界面上显示;数据处理模块主要自动计算分析各种监测数据,并将计算结果与控制阀值进行对比,生成适合的控制指令,用以调整其他各装置的工作状态,满足施工要求,同时其他各装置的控制指令也可由人工根据实际情况进行修正,各项控制指令可在操作界面上显示;信号无线传输模块负责将数据采集请求和控制指令向其他各装置发布,并负责将集中控制系统21与远程计算机连接,实现远程控制;预警模块根据数据处理结果,对超过控制阀值的监测位置启动预警提示,预警提示可在操作界面上显示;集中控制系统21安装在现场监控室内。

所述温度传感器d15各层测点在混凝土垂直方向上多层布置,各层测点根据混凝土平面尺寸,由中心向边界布置,且各层测点在平面上位置相同;温度传感器d15测点垂直方向上与各层冷却水管11交错布置,测点一般位于两层冷却水管11的中间,第一层测点位于第一层冷却水管11与底面中间,最后一层测点位于最后一层冷却水管11与混凝土顶面中间;

所述冷水分水器4和热水分水器5分别与多个电子比例流量调节阀9连接,每个比例流量调节阀都与温度传感器a14一一对应。

所述冷水是指小于等于自然环境温度的施工用水;所述热水是指大于自然环境温度的施工用水。

供水装置的冷水箱2和热水箱1顶口设有横向连接水管和外部补水管;热水箱1的底部设有外部排水管;各水管上均有开关阀门。

所述大体积混凝土温度智能监测控制装置的使用方法,包括以下步骤:

(a)混凝土冷却系统设置步骤:在大体积混凝土内分层交错布设冷却管路,并在混凝土构造物外接出进水管和出水管;

(b)温度监测装置设置步骤:在大体积混凝土施工前,将温度传感器d设在大体积混凝土各区域内,温度传感器d与温度采集箱连接;将温度传感器e设在冷却系统出水管上,温度传感器e与温度采集箱连接;温度传感器f设在温度采集箱外并与其连接;温度采集箱安装在混凝土构造物外侧,由施工用电进行供电;

(c)分水装置设置步骤:施工前,将分水装置安装于混凝土冷却系统进水管一侧;在混合出水管与冷却系统进水管连接位置安装温度传感器a,温度传感器a与分流控制控制中心连接;冷水分水器内安装温度传感器b,热水分水器内安装温度传感器c,将温度传感器b、c和各电子比例流量调节阀与分流控制控制中心连接,各电子比例流量调节阀处于关闭状态;将热水分水器内加热装置与分流控制控制中心连接;分水装置由施工用电进行供电;

(d)供水装置设置步骤:施工前,将供水装置安装于分水装置附近;冷水箱和热水箱安装高度应高于稳压水泵安装位置,冷水箱与热水箱分别与各自稳压水泵连接;安装冷水箱和热水箱的横向连接水管、外部排水管和外部补水管,各水管上安装开关阀门;热水箱四周设置保温隔热板;两台稳压水泵分别引出冷水供水管和热水供水管,分别与分水装置的冷水分水器和热水分水器连接;稳压水泵有施工用电进行供电;

(e)回水装置设置步骤:施工前,于混凝土冷却系统出水管一侧安装回水管a和回水箱,回水管a与混凝土冷却系统出水管连接,回水箱与回水管a连接;回水箱外设置回水泵,在回水箱底部接出管道与回水泵连接,回水泵由施工用电进行供电;回水泵接出回水管b与热水箱连接;

(f)大体积混凝土施工准备步骤:施工前,将集中控制系统在现场监控室内安装完成,测试集中控制系统无线信号、数据显示、控制指令操作和预警功能;向冷水箱、热水箱、回水箱内注入一半容量的施工用水,开启各水泵和阀门,检测各水管的密水性;关闭各水泵和阀门;在集中控制系统上进行混凝土最大温度、混凝土内外温差、混凝土与环境温差、混凝土与进水温差、进水与出水温差、水压力、混凝土降温速率等阀值设定,同时设定各数据采集点数据类型和监测频率;

(g)数据采集步骤:施工时,启动所有装置,集中控制系统根据设定的监测频率通过无线信号定期向其他装置发出采集数据请求;温度监测装置接到采集数据请求后,温度传感器d-f监测各设置位置的检测点的温度,并将采集的数据通过温度采集箱无线传输至集中控制系统;稳压水泵和回水泵接到采集数据请求后,其无线监测控制模块监测供水管水压,并将水压数据无线传输至集中控制系统;分水装置接到采集数据请求后,其温度传感器a-c监测各设置位置温度,电子比例流量调节阀反馈流量控制数据,并将相关数据通过分流控制中心无线传输至集中控制系统;

(h)供水稳压步骤:施工时,稳压水泵将供水水压pw反馈给集中控制系统,与设定的供水水压阀值pw0对比计算水压差δp,根据计算结果进行操作判断:

δp=pw-pw0=0,→不进行任何操作;

δp=pw-pw0>0,→降低水泵功率,减压δp值;

δp=pw-pw0<0,→提高水泵功率,增压δp值;

回水泵将回水箱内水压ph反馈给集中控制系统,与设定的最小回水压力阀值phmin和最大回水压力阀值phmax对比,根据分析结果过进行操作判断:

phmin≤ph≤phmax,→不操作;

ph>phmax,→启动水泵,将回水箱内热水输送到热水箱内;

ph<phmin,→关闭水泵;

以上控制指令由集中控制系统无线传输至稳压水泵和回水泵,各水泵根据指令运作;供水水压pw在集中控制系统操作界面上显示;

(i)进水流量和温度控制步骤:供水过程中,根据设定的监测频率,温度传感器b、温度传感器c和温度传感器a实时向集中控制系统反馈分水管内冷水温度tl、热水温度tr和各层进水温度t(a,j)(a代表层号);温度传感器d、e、f实时向集中控制系统反馈各层混凝土温度t(a,h)、出水温度t(a,c)和环境温度te;电子比例流量调节阀向集中控制系统反馈各层调节的冷水流量l(a,l)和热水流量l(a,r);将采集到的各项温度和出水流量在集中控制系统操作界面上显示;集中控制系统对采集到的各项温度和出水流量,进行以下分析计算:

①混凝土最大温度和最小温度判断

按层号,分别筛选同层内温度传感器d各测点的混凝土最大温度t(a,max)和混凝土最小温度t(a,min);a层混凝土最大温度t(a,max)大于设定的混凝土最高温度tmax时,发布预警信息,提示“调整a层进水温度t(a,j)”;混凝土最大温度t(a,max)在集中控制系统操作界面上改变显示字体颜色进行提示;

②混凝土温度有效性判断

按层号,将各层混凝土最大温度t(a,max)与环境温度te对比,计算混凝土与环境温差δt(a,max),根据计算结果进行操作判断:

δt(a,max)=t(a,max)-te≤0,→不操作;

δt(a,max)=t(a,max)-te>0,→转入③步骤继续计算;

③混凝土施工阶段判断

按层号,将各层t(a,max)与上一时刻t’(a,max)对比计算分析施工是处于“升温阶段”,还是处于“降温阶段”,根据计算结果进行操作判断:

t(a,max)-t’(a,max)>0,→升温阶段,转入④步骤继续计算;

t(a,max)-t’(a,max)≤0,→降温阶段,转入⑤步骤继续计算;

计算结果“升温阶段”或“降温阶段”在集中控制系统操作界面上按层号显示;

④混凝土“升温阶段”控制

分别计算对比各层进水管的进水流量l(a,j)与设定进水流量阀值l(a,0)关系,根据分析结果过进行操作判断:

l(a,j)=l(a,l)+l(a,r)=0,→开通电子比例流量调节阀热水管开关,使l(a,r)=l(a,0),l(a,l)=0;

l(a,j)=l(a,l)+l(a,r)>0,→不操作;

l(a,j)=l(a,0),→不操作;

l(a,j)>l(a,0),→同比例减少a层冷水流量l(a,l)和热水流量l(a,r),使进水流量减少δl(a,j)=l(a,j)-l(a,0);

l(a,j)<l(a,0),→同比例增加a层冷水流量l(a,l)和热水流量l(a,r),使进水流量增加δl(a,j)=l(a,0)-l(a,j);

分别计算各层混凝土内外温差δt(a,mn)和层间温差δt(δa,mn),并与温差设定值阀值δt(0,mn)进行对比,根据分析结果过进行操作判断:

δt(a,mn)=|t(a,max)-t(a,min)|>δt(0,mn),→发布预警信息,提示“加强a层混凝土保温措施”,并在操作界面标识温差最大的两测点;

δt(a,mn)=|t(a,max)-t(a+1,min)|≤δt(0,mn),→不操作;

δt(δa,mn)=|t(a,max)-t(a+1,min)|>δt(0,mn),同时δt(a+1,min)>0,→发布预警信息,提示“注意混凝土浇筑均匀度”,并在操作界面标识温差最大的两测点;

δt(δa,mn)=|t(a,max)-t(a+1,min)|≤δt(0,mn),→不操作;

分别对比各层进水温度t(a,j)与环境温度te关系,根据分析结果过进行操作判断:

t(a,j)>te,→等比例增加a层冷水流量l(a,l)和减少a层热水流量l(a,r),使(l(a,l)×tl+l(a,r)×tr)/(l(a,l)+l(a,r))=te;

t(a,j)≤te,→不操作;

分别计算各层进水温度t(a,j)与出水温度t(a,c)温差值δt(a,jc),并与设定的进水与出水温差δt(0,jc)进行对比,根据分析结果过进行操作判断:

δt(a,jc)=t(a,c)-t(a,j)>δt(0,jc),→重新设定a层进水流量阀值l’(a,0)=l(a,0)×(1+δ),δ为正值,并调整a层冷却水管冷水流量l’(a,l)=l(a,l)×(1+δ),a层热水流量l’(a,r)=l(a,r)×(1+δ);

δt(a,jc)=t(a,c)-t(a,j)≤δt(0,jc),→不操作;

⑤混凝土“降温阶段”控制

分别计算对比各层进水管的进水流量l(a,j)与设定进水流量阀值l(a,0)关系,根据分析结果过进行操作判断:

l(a,j)=l(a,l)+l(a,r)=0,→开通电子比例流量调节阀热水管阀门,使l(a,r)=l(a,0),l(a,l)=0;

l(a,j)=l(a,l)+l(a,r)>0,→不操作;

l(a,j)=l(a,0),→不操作;

l(a,j)>l(a,0),→同比例减少a层冷水流量l(a,l)和热水流量l(a,r),使进水流量减少δl(a,j)=l(a,j)-l(a,0);

l(a,j)<l(a,0),→同比例增加a层冷水流量l(a,l)和热水流量l(a,r),使进水流量增加δl(a,j)=l(a,0)-l(a,j);

分别计算各层混凝土内外温差δt(a,mn)和层间温差δt(δa,mn),并与混凝土内外温差设定阀值δt(0,mn)进行对比,根据分析结果过进行操作判断:

δt(a,mn)=|t(a,max)-t(a,min)|>δt(0,mn),→发布预警信息,提示“加强a层混凝土保温措施”,并在操作界面标识温差最大的两测点;

δt(a,mn)=|t(a+1,max)-t(a,min)|≤δt(0,mn),→不操作;

δt(δa,mn)=|t(a+1,max)-t(a,min)|>δt(0,mn),→发布预警信息,提示“控制a层混凝土降温速率”,在操作界面标识温差最大的两测点,并重新设定a层混凝土与进水温差阀值δt’(a,0)=δt(a,0)+δ,δ为正整数;

δt(δa,mn)=|t(a+1,max)-t(a,min)|≤δt(0,mn),→不操作;

分别计算各层混凝土的t(a,min)与上一时刻t’(a,min)在监测间隔时间δt内混凝土降温速率s(a,min),并与设定的混凝土降温速率阀值s(0,min)进行对比,根据分析结果过进行操作判断:

s(a,min)=(t(a,min)-t’(a,min))/δt>s(0,min),→发布预警信息,提示“控制a层混凝土降温速率”,在操作界面标识降温速率过大的混凝土层号,并重新设定a层混凝土与进水温差阀值δt’(a,0)=δt(a,0)+δ,δ为正整数;

s(a,min)=(t(a,min)-t’(a,min))/δt≤s(0,min),→不操作;

分别计算各层混凝土最大温度t(a,max)与进水温度t(a,j)的差值δt(a,hj),并与设定的混凝土与进水温差阀值δt(a,0)进行对比,根据分析结果过进行操作判断:

δt(a,hj)=t(a,max)-t(a,j)>δt(a,0),→等比例减少a层冷水流量l(a,l)和增加a层热水流量l(a,r),使(l(a,l)×tl+l(a,r)×tr)/(l(a,l)+l(a,r))=t(a,j)+(δt(a,hj)-δt(a,0));

δt(a,hj)=t(a,max)-t(a,j)≤δt(a,0),→不操作;

分别计算各层进水温度t(a,j)与出水温度t(a,c)的温差值δt(a,jc),并与设定的进水与出水温差阀值δt(0,jc)进行对比,根据分析结果过进行操作判断:

δt(a,jc)=t(a,c)-t(a,j)>δt(0,jc),→重新设定a层进水流量阀值l’(a,0)=l(a,0)×(1+δ),δ为正值,并调整a层冷却水管冷水流量l(a,l)=l(a,l)×(1+δ),a层热水流量l’(a,r)=l(a,r)×(1+δ);

δt(a,jc)=t(a,c)-t(a,j)≤δt(0,jc),→不操作;

分别对比各层混凝土与环境温差δt(a,max)与设定混凝土与环境温差阀值δt(0,max)关系,根据分析结果过进行操作判断:

δt(a,max)>δt(0,max),→不操作;

δt(a,max)≤δt(0,max),→在集中控制系统操作界面上按层号显示“进入自然降温阶段”,关闭a层电子比例流量调节阀,停止通水;

以上控制指令由集中控制系统无线传输至分水装置,分水装置根据指令运作;

(j)报警步骤:在当出现混凝土最大温度、内外温差、降温速率等任一指标超过控制阀值情况,集中控制系统实时在操作界面上进行提示报警,并将数据通过邮箱或信息推送进行远程报警;

(k)热水箱排水步骤:当混凝土任意一层处于升温阶段,且热水箱水位较高时,开启外部排水管,排放热水;当混凝土各层均处于降温阶段,且热水箱水位较高时,开启横向连接水管,使热水进入到冷水箱内;

(l)冷水箱补水步骤:冷水箱水位较低时,开启外部补水管,补充冷水。

所述在步骤(h)和(i)还包括分水步骤:设置冷水分水器和热水分水器,以及多个一一对应且相对独立的比例流量调节阀和温度传感器a,以实现按不同温度、不同流量为多层大体积混凝土供水。

所述在步骤(i)中还包括热水分水器加热步骤:当热水分水器内热水温度不能满足进水温度调节要求时,启动热水分水器内加热装置,再次提高热水分水器内热水温度,以保障进水温度的调节要求。

工作原理:本发明的装置通过设置供水装置、分水装置和回水装置构成循环管路,控制大体积混凝土最大温度、内外温差和降温速率;具体来说是通过设置冷水供水管和热水供水管将供水装置的冷水箱和热水箱与分水装置连接;通过设置混合出水管将分水装置与混凝土冷却系统的冷却水管连接;通过设置回水装置的回水管a连接冷却系统,并通过回水管b与供水装置的冷、热水箱连通从而构成循环管路;通过在冷水供水管和热水供水管上各设稳压水泵及压力变送器,测量并稳定供水水压;通过在分水装置中设置电子比例流量调节阀,用于调节进水管冷、热水的流量,并达到调整进水水温的目的;分水装置的冷水分水器和热水分水器的出水管经过电子比例流量调节阀后与混合出水管相接,混合出水管口设有温度传感器a,用于测量混合水温度,代表进水温度;通过在分水制装置内设置多个一一对应且相对独立的比例流量调节阀和温度传感器a,可实现同时按不同温度、不同流量为多层大体积混凝土供水;通过在分水装置的冷水分水器和热水分水器内设置温度传感器b、温度传感器c,用于测量冷、热水的水温;混凝土冷却系统的冷却水管用于大体积混凝土各层的热量交换,以实现降低混凝土最大温度、内外温差,控制混凝土降温速率;

温度监测装置用于采集混凝土温度、环境温度和出水温度信息并传输到集中控制系统;温度传感器d设在大体积混凝土各区域内,监测混凝土内部各点温度,温度传感器d通过温度采集箱与集中控制系统连接;温度传感器e设在冷却系统出水管上,监测各层出水管的水温,温度传感器e通过温度采集箱与集中控制系统连接;温度传感器f设在温度采集箱外,监测施工环境温度,温度传感器f通过温度采集箱与集中控制系统连接;温度采集箱分模块收集温度传感器d、温度传感器e、温度传感器f的监测数据,并通过无线传输模块于集中控制系统建立通讯,向集中控制系统反馈相关监测数据。

回水装置用于将混凝土冷却系统出水重新返回到供水装置的热水箱内,实现冷却水的循环利用,减少施工用水的浪费情况;通过回水管a与混凝土冷却系统出水管连接,并将冷却系统排出的热水引入至回水箱内;回水箱与回水泵连接,回水泵与回水管b连接,回水管b与供水装置热水箱连接,通过回水泵补偿压力,将排出的热水回流至热水箱内,补充施工用热水;回水泵上设无线监测模块,反馈水压数据,接收集中控制系统控制指令,改变水泵工作状态。

集中控制系统是整个系统的指挥机构,其设置有数据采集模块、数据设定模块、数据处理模块、信号无线传输模块和预警模块,负责采集各设备监测数据,设定工作参数,对采集的信息分析处理并根据处理结果控制系统完成供水、调整进水流量和温度、回水、报警等步骤;通过采集大体积混凝土各层温度,集中控制系统根据采集到信息,计算出各层热交换适宜水温、适宜流量和所需的供水压力、回水压力,并控制水泵、电子比例流量调节阀和加热装置工作,调节冷、热水流量,使混合水达到适宜水温,并按适宜进水流量向大体积混凝土供水,从而实现热交换,降低混凝土各层的最大温度、内外温差和降温速率。同时对混凝土最大温度、内外温差、降温速率等指标进行监测和预警,以便及时采取相应措施。其优点是可动态调整混凝土各层不同进水温度和流量,使大体积混凝土内部的温度场变化按照温控的目标发展。

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