CN113110640A - 一种冬季施工大体积混凝土智能温控*** - Google Patents
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Abstract
本发明属于智能温控***技术领域，尤其为一种冬季施工大体积混凝土智能温控***，包括温度自动采集，温度自动控制和混凝土的控温，温度自动采集包括传感器的安装、传感器的选用和温度的采集，温度自动控制包括温度计算、冷却水管控温和温度异常处理，混凝土的控温包括混凝土施工和温控***，本发明能采用主动控制策略，利用预测结果提前纠偏，无线控制水箱电磁组合开关，实现冷却水管流量调节；***除具有自动采集，分析和控制的功能外，还具有采集数据纠正、异常断电处理、多策略控制等功能。***软硬件完全自行设计和开发。
Description
技术领域
本发明涉及智能温控***技术领域，具体为一种冬季施工大体积混凝土智能温控***。
背景技术
大体积混凝土温度控制是土木工程领域常见的问题。混凝土温度裂缝的出现破坏了结构的完整性，对结构的承载力和耐久性造成不利影响，导致结构长期性能快速下降。一般认为，混凝土温度裂缝主要是因为剧烈变化的温度场使结构产生的变形受结构自身或外部约束无法自由释放而产生的。混凝土早期阶段受各种条件影响，温度场的演化快速而又强烈，极易形成温度裂缝。
冬期施工给大体积混凝土温度控制提出了新的要求和挑战，一方面是混凝土水化是一种高度放热和热激活的反应，与环境温度存在极大的相关性，在较低温度下，水化反应较慢，放热速率较小；另一方面是环境温度影响大体积混凝土的散热速率，当环境温度与混凝土表面温度接近时，混凝土散热较慢，而当环境温度远低于混凝土表面温度时，混凝土散热较快。准确预测温度场是预防和控制温度裂缝的前提条件，因此对混凝土早期阶段温度场的分布规律进行实时监控和准确预测就显得特别重要。
目前采用较多的温控方法是在浇筑混凝土结构内部埋设冷却水管实施大体积混凝土内部降温，大多采用人工监控、分析和判断，调节冷能输入，智能化程度较低，不能及时预警，措施滞后，施工质量得不到有效保证。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种冬季施工大体积混凝土智能温控***，已解决上述问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：包括温度自动采集，温度自动控制和混凝土的控温，所述温度自动采集包括传感器的安装、传感器的选用和温度的采集，所述温度自动控制包括温度计算、冷却水管控温和温度异常处理，所述混凝土的控温包括混凝土施工和温控***。
优选的，所述传感器的安装包括承台温度传感器的布置，起步阶段温度传感器的布置，传感器编号和传感器集成，所述承台温度传感器的布置和起步阶段温度传感器的布置是传感器的布置情况，所述传感器编号可以知道每个传感器的编号，为方便现场接线和数据处理，承台和起步阶段混凝土内部传感器编号的约定，所述传感器集成是为了便于传感器的制作和安装，传感器采用集线式，即将处于同一平面位置处的不同高度的传感器集成于同一根引出线上，根据传感器的布置位置，单个承台及起步段共需制作三种类型十六根集线式传感器。
优选的，所述传感器的选用包括集线式传感器，灵敏度高的传感器和传感器之间比较，所述集线式传感器是为了大体积混凝土温度测量对传感器的要求较高，为减少安装工序，所述灵敏度高的传感器是为了检测的实时性和准确性，所述传感器之间比较通过传感器的不同型号进行对比选出最合适的传感器，另外选用的传感器除了满足精度、灵敏度和量程等基本要求外，还要具有结构稳定可靠，抗干扰，抗压，防水，绝缘，耐腐蚀等特点。
优选的，所述温度的采集包括实验室温度场建立，温度场预测，流量控制***和温度采集，所述实验室温度场建立，温度场预测，流量控制***和温度采集之间的相互配合可以达到检测温度的目的，通过与温度自动采集子***建立的温度场反馈信号对比，从而建立流量自动控制***的偏差信号。
优选的，所述温度计算包括控制方程及边界条件，计算参数选取和温度值计算，所述控制方程及边界条件采用有限元方法，以15min为计算周期，将传感器采集的混凝土内部温度数据转化为初始场，外部环境数据转化为边界条件，所述计算参数选取是参考已有的数值进行调整，所述温度值计算是通过参考的数值进行温度的计算，结合混凝土自身的热学参数，提前预估混凝土内部温度分布和变化。
优选的，所述冷却水管控温包括水箱的安装，冷却水管布置和冷却水管流量调节，所述水箱的安装可以为水管提供大量的水，所述冷却水管布置是因为承台和下塔柱起步段施工过程中，主要采用冷却水管内部降温，所述冷却水管流量调节是根据水管道的流动量的大小进行调节的，有了水箱就可以给水管提供水流，从而方便水流量的调节。
优选的，所述温度异常处理包括采集数据矫正，异常断电处理和多策略控制，所述采集数据矫正和异常断电处理是防护***出现异常情况而存在的，所述多策略控制使***可以多种控制，不被一种控制策略锁死，有了采集数据矫正和异常断电处理的存在可以使***更加的完善，容错率更强。
优选的，所述混凝土施工包括混凝体制备，施工现场的开挖，混凝土的浇筑和混凝土的养护，所述混凝体制备是施工的前期准备工作，所述施工现场的开挖和混凝土的浇筑为施工的过程，所述混凝土的养护为后期的处理工作，***完成后，需要对地基进行施工，只有应用到实际中，***才可以发挥效果。
优选的，所述温控***包括供水***，环境温度采集和控制***，所述供水***可以为水管提供源源不断的水流，所述环境温度采集可以对四周的温度进行检测，所述控制***可以***整体进行控制，这些都是***必须要有的，***之间相互配合才能实现智能温控。
与现有技术相比，本发明提供了一种冬季施工大体积混凝土智能温控***，具备以下有益效果：
1、能采用主动控制策略，利用预测结果提前纠偏，无线控制水箱电磁组合开关，实现冷却水管流量调节；***除具有自动采集，分析和控制的功能外，还具有采集数据纠正、异常断电处理、多策略控制等功能。***软硬件完全自行设计和开发。
2、本发明采用的温控方案和监测方案更加科学，数据精确度高，技术更加先进，能有效避免大体积混凝土施工由于温差过大而引起的外观裂缝及强度降低。现场操作简单，投入少，经济及社会效益明显。
附图说明
图1为本发明的主要模块关系图；
图2为本发明的温度自动采集关系图；
图3为本发明的温度自动采集流程示意图；
图4为本发明温度自动控制的关系图；
图5为本发明的温度自动控制流程示意图；
图6为本发明混凝土的控温的关系图；
图7为本发明混凝土的控温的流程示意图；
图8为本发明施工全部的流程示意图。
图中：1、温度自动采集；2、温度自动控制；3、混凝土的控温；11、传感器的安装；12、传感器的选用；13、温度的采集；110、承台温度传感器的布置；111、起步阶段温度传感器的布置；112、传感器编号；113、传感器集成；120、集线式传感器；121、灵敏度高的传感器；122、传感器之间比较；130、实验室温度场建立；131、温度场预测；132、流量控制***；133、温度采集；21、温度计算；22、冷却水管控温；23、温度异常处理；210、控制方程及边界条件；211、计算参数选取；212、温度值计算；220、水箱的安装；221、冷却水管布置；222、冷却水管流量调节；230、采集数据矫正；231、异常断电处理；232、多策略控制；31、混凝土施工；32、温控***；310、混凝土制备；311、施工现场的开挖；312、混凝土的浇筑；313、混凝土的养护；320、供水***；321、环境温度采集；322、控制***。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-8，本实施方案中：包括温度自动采集1，温度自动控制2和混凝土的控温3，所述温度自动采集1包括传感器的安装11、传感器的选用12和温度的采集13，所述温度自动控制2包括温度计算21、冷却水管控温22和温度异常处理23，所述混凝土的控温3包括混凝土施工31和温控***32。
所述传感器的安装11包括承台温度传感器的布置110，起步阶段温度传感器的布置111，传感器编号112和传感器集成113，所述承台温度传感器的布置110和起步阶段温度传感器的布置111是传感器的布置情况，所述传感器编号112可以知道每个传感器的编号，为方便现场接线和数据处理，承台和起步阶段混凝土内部传感器编号112的约定，所述传感器集成113是为了便于传感器的制作和安装，传感器采用集线式，即将处于同一平面位置处的不同高度的传感器都集成于同一根引出线上。
所述传感器的选用12包括集线式传感器120，灵敏度高的传感器121和传感器之间比较122，所述集线式传感器120是为了大体积混凝土温度测量对传感器的要求较高，为减少安装工序，所述灵敏度高的传感器121是为了检测的实时性和准确性，所述传感器之间比较122通过传感器的不同型号进行对比选出最合适的传感器。
所述温度的采集13包括实验室温度场建立130，温度场预测131，流量控制***132和温度采集133，所述实验室温度场建立130，温度场预测131，流量控制***132和温度采集133之间的相互配合可以达到检测温度的目的。
所述温度计算21包括控制方程及边界条件210，计算参数选取211和温度值计算212，所述控制方程及边界条件210采用有限元方法，以15min为计算周期，将传感器采集的混凝土内部温度数据转化为初始场，外部环境数据转化为边界条件，所述计算参数选取211是参考已有的数值进行调整，所述温度值计算212是通过参考的数值进行温度的计算。
所述冷却水管控温22包括水箱的安装220，冷却水管布置221和冷却水管流量调节222，所述水箱的安装220可以为水管提供大量的水，所述冷却水管布置221是因为承台和下塔柱起步段施工过程中，主要采用冷却水管内部降温，所述冷却水管流量调节222是根据水管道的流动量的大小进行调节的。
所述温度异常处理23包括采集数据矫正230，异常断电处理231和多策略控制232，所述采集数据矫正230和异常断电处理231是防护***出现异常情况而存在的，所述多策略控制232使***可以多种控制，不被一种控制策略锁死。
所述混凝土施工31包括混凝土制备310，施工现场的开挖311，混凝土的浇筑312和混凝土的养护313，所述混凝土制备310是施工的前期准备工作，所述施工现场的开挖311和混凝土的浇筑312为施工的过程，所述混凝土的养护313为后期的处理工作。
所述温控***32包括供水***320，环境温度采集321和控制***322，所述供水***320可以为水管提供源源不断的水流，所述环境温度采集321可以对四周的温度进行检测，所述控制***322可以***整体进行控制。
作为本发明的一种优选技术方案，具有自主采集、自主决策和自动控制的智能化特征，采用的温控***32是一套具有全新设计理念和完全知识产权的智能温控***。***突破了传统温度监测和控制策略，利用自行设计和加工的高精度数字集线式传感器120实时采集混凝土承台内部及环境温度；将采集来的数据转化为实时初始条件和边界条件带入内嵌有限元程序计算温度场，实现温度场长期(24hr)和短期(15min)预测。
本发明的创新点在于能采用主动控制策略，利用预测结果提前纠偏，无线控制水箱电磁组合开关，实现冷却水管流量调节222；***除具有自动采集，分析和控制的功能外，还具有采集数据纠正、异常断电处理231、多策略控制232等功能。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种冬季施工大体积混凝土智能温控***，包括温度自动采集(1)，温度自动控制(2)和混凝土的控温(3)，其特征在于：所述温度自动采集(1)包括传感器的安装(11)、传感器的选用(12)和温度的采集(13)，所述温度自动控制(2)包括温度计算(21)、冷却水管控温(22)和温度异常处理(23)，所述混凝土的控温(3)包括混凝土施工(31)和温控***(32)。
2.根据权利要求1所述的一种冬季施工大体积混凝土智能温控***，其特征在于：所述传感器的安装(11)包括承台温度传感器的布置(110)，起步阶段温度传感器的布置(111)，传感器编号(112)和传感器集成(113)，所述承台温度传感器的布置(110)和起步阶段温度传感器的布置(111)是传感器的布置情况，所述传感器编号(112)可以知道每个传感器的编号，为方便现场接线和数据处理，承台和起步阶段混凝土内部传感器编号(112)的约定，所述传感器集成(113)是为了便于传感器的制作和安装，传感器采用集线式，即将处于同一平面位置处的不同高度的传感器都集成于同一根引出线上。
3.根据权利要求1所述的一种冬季施工大体积混凝土智能温控***，其特征在于：所述传感器的选用(12)包括集线式传感器(120)，灵敏度高的传感器(121)和传感器之间比较(122)，所述集线式传感器(120)是为了大体积混凝土温度测量对传感器的要求较高，为减少安装工序，所述灵敏度高的传感器(121)是为了检测的实时性和准确性，所述传感器之间比较(122)通过传感器的不同型号进行对比选出最合适的传感器
4.根据权利要求1所述的一种冬季施工大体积混凝土智能温控***，其特征在于：所述温度的采集(13)包括实验室温度场建立(130)，温度场预测(131)，流量控制***(132)和温度采集(133)，所述实验室温度场建立(130)，温度场预测(131)，流量控制***(132)和温度采集(133)之间的相互配合可以达到检测温度的目的。
5.根据权利要求1所述的一种冬季施工大体积混凝土智能温控***，其特征在于：所述温度计算(21)包括控制方程及边界条件(210)，计算参数选取(211)和温度值计算(212)，所述控制方程及边界条件(210)采用有限元方法，以15min为计算周期，将传感器采集的混凝土内部温度数据转化为初始场，外部环境数据转化为边界条件，所述计算参数选取(211)是参考已有的数值进行调整，所述温度值计算(212)是通过参考的数值进行温度的计算。
6.根据权利要求1所述的一种冬季施工大体积混凝土智能温控***，其特征在于：所述冷却水管控温(22)包括水箱的安装(220)，冷却水管布置(221)和冷却水管流量调节(222)，所述水箱的安装(220)可以为水管提供大量的水，所述冷却水管布置(221)是因为承台和下塔柱起步段施工过程中，主要采用冷却水管内部降温，所述冷却水管流量调节(222)是根据水管道的流动量的大小进行调节的。
7.根据权利要求1所述的一种冬季施工大体积混凝土智能温控***，其特征在于：所述温度异常处理(23)包括采集数据矫正(230)，异常断电处理(231)和多策略控制(232)，所述采集数据矫正(230)和异常断电处理(231)是防护***出现异常情况而存在的，所述多策略控制(232)使***可以多种控制，不被一种控制策略锁死。
8.根据权利要求1所述的一种冬季施工大体积混凝土智能温控***，其特征在于：所述混凝土施工(31)包括混凝土制备(310)，施工现场的开挖(311)，混凝土的浇筑(312)和混凝土的养护(313)，所述混凝土制备(310)是施工的前期准备工作，所述施工现场的开挖(311)和混凝土的浇筑(312)为施工的过程，所述混凝土的养护(313)为后期的处理工作。
9.根据权利要求1所述的一种冬季施工大体积混凝土智能温控***，其特征在于：所述温控***(32)包括供水***(320)，环境温度采集(321)和控制***(322)，所述供水***(320)可以为水管提供源源不断的水流，所述环境温度采集(321)可以对四周的温度进行检测，所述控制***(322)可以***整体进行控制。
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