專利名稱：多通道混凝土冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)自動測控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種多通道混凝土冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)自動測控裝置，用于混凝土冷卻通水的水溫、混凝土溫度和冷卻水流量的自動采集和控制，通過對冷卻水流量的自動控制達(dá)到對混凝土溫度的調(diào)節(jié)。
背景技術(shù)：
水電工程大體積混凝土的通水冷卻降溫，是解決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)測主要有兩種方式一種是全手動工記錄方式；另一種是半自動的采集裝置。混凝土冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)主要有進(jìn)出水溫度和通水流量，進(jìn)出水溫度通常采用玻璃溫度計(jì)、電子溫度計(jì)直接在水中量測，這種測量需人工在現(xiàn)場打開水管進(jìn)行測量，并進(jìn)行現(xiàn)場記錄，也有采用激光紅外測溫儀進(jìn)行非接觸式測量，這種測量方式雖然省事，但由于是測量的管壁溫度，與水溫有一定差距，尤其是在日光照射的情況下誤差很大；而通水流量通常采用移動式水表或容積法測量，這種測量方式需要在現(xiàn)場打開水管進(jìn)行測量，也有采用超聲波流量計(jì)進(jìn)行測量，這種測量不需要打開水管，但流量計(jì)的安裝方式以及測量耦合都會影響測試精度?？傊?，目前人工測試和記錄數(shù)據(jù)的采集方式，測試手段落后，費(fèi)工費(fèi)時，且測量精度受到外界條件影響而發(fā)生波動。另外，目前有極少部分水電工程中采用了半自動采集裝置，他們在數(shù)據(jù)的采集和處理方面實(shí)現(xiàn)了半自動化，即數(shù)據(jù)的記錄和傳送不需要人工干預(yù)，采集的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性也有很大的提高，但是其仍然采用了點(diǎn)對點(diǎn)的采集方法，沒有將傳感器連接成網(wǎng)絡(luò)，采集過程需要人工攜帶采集儀到現(xiàn)場進(jìn)行逐組采集，因此數(shù)據(jù)采集過程仍然存在較大延遲，不能達(dá)到較高的實(shí)時監(jiān)測效果。
發(fā)明內(nèi)容為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種多通道混凝土冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)自動測控裝置，它比人工測控更精確更快速，相比半自動采集的實(shí)時性更好，可節(jié)約人工成本，降低現(xiàn)場冷卻通水調(diào)節(jié)作業(yè)的危險(xiǎn)性。本實(shí)用新型的上述目的是通過這樣的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的多通道混凝土冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)自動測控裝置，包括數(shù)據(jù)自動采集裝置，所述數(shù)據(jù)自動采集裝置連接多路電動閥門閥位控制模塊和多路電動閥門閥位采集模塊，多路電動閥門閥位控制模塊和多路電動閥門閥位采集模塊連接電動球閥。所述數(shù)據(jù)自動采集裝置為多通道在線式混凝土冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)自動采集裝置，包括電源模塊，溫度采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊，主控模塊，接線端子板；電源模塊連接溫度采集模塊、主控模塊、數(shù)據(jù)采集模塊；主控模塊連接溫度采集模塊、數(shù)據(jù)采集模塊；所述主控模塊設(shè)有以太網(wǎng)接口模塊，所述以太網(wǎng)接口模塊連接WIFI模塊。[0008]所述多通道在線式混凝土冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)自動采集裝置的每個通道均設(shè)有電動閥門控制和反饋通道。所述多路電動閥門閥位控制模塊為56路閥位控制模塊。所述多路電動閥門閥位采集模塊為56路閥位采集模塊。本實(shí)用新型一種多通道混凝土冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)自動測控裝置，有益效果如下在多通道在線式混凝土冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)自動采集裝置的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)冷卻水流量的計(jì)算機(jī)控制。通過在冷卻水管選擇帶有閥門位置控制和反饋的電動球閥。在多通道在線式混凝土冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)自動采集裝置的每個通道增加電動閥門控制和反饋通道。選擇采用安全電壓供電的帶有電流環(huán)控制和反饋的無級調(diào)節(jié)電動球閥。本實(shí)用新型使得冷卻通水過程完全擺脫人工調(diào)控的方式，達(dá)到快速、精確、科學(xué)的 調(diào)控，使混凝土工程的溫控質(zhì)量提高，避免混凝土裂縫、保證工程質(zhì)量和進(jìn)度。
以下結(jié)合附圖
和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明圖I為本實(shí)用新型裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型裝置接口面板結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
多通道混凝土冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)自動測控裝置，包括數(shù)據(jù)自動采集裝置1，所述數(shù)據(jù)自動采集裝置I連接多路電動閥門閥位控制模塊3和多路電動閥門閥位采集模塊4，多路電動閥門閥位控制模塊3和多路電動閥門閥位采集模塊4連接電動球閥。所述數(shù)據(jù)自動采集裝置I為多通道在線式混凝土冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)自動采集裝置，包括電源模塊，溫度采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊，主控模塊，接線端子板2 ;電源模塊連接溫度采集模塊、主控模塊、數(shù)據(jù)采集模塊；主控模塊連接溫度采集模塊、數(shù)據(jù)采集模塊；所述主控模塊設(shè)有以太網(wǎng)接口模塊，所述以太網(wǎng)接口模塊連接WIFI模塊。所述多通道在線式混凝土冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)自動采集裝置的每個通道均設(shè)有電動閥門控制和反饋通道。所述多路電動閥門閥位控制模塊3為56路閥位控制模塊。 所述多路電動閥門閥位采集模塊4為56路閥位采集模塊。數(shù)據(jù)自動采集裝置I為多通道在線式混凝土冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)自動采集裝置，由下列部分組成溫度采集模塊為168路單總線溫度采集模塊，所連接的溫度傳感器為單總線式數(shù)字溫度傳感器；數(shù)據(jù)采集模塊為56路流量數(shù)據(jù)采集模塊，所連接的流量傳感器為脈沖信號式流量傳感器；主控模塊；以太網(wǎng)接口模塊；電源模塊；WIFI 模塊；[0029]接線端子板2。除了電源模塊外，上述每一部分都是一個獨(dú)立的功能單元，分別負(fù)責(zé)一項(xiàng)特定的任務(wù)。兩個采集模塊168路單總線溫度采集模塊、56路流量數(shù)據(jù)采集模塊都有一個獨(dú)立的RS232輸入接口，都有一個命令子集。這個命令子集在每個功能單元系統(tǒng)獨(dú)立工作時使用。整機(jī)工作另有一個命令集，在整機(jī)命令集中可能包含某個功能單元系統(tǒng)命令子集中的某些子命令。168路單總線溫度采集模塊中采用每一個I-WIRE通道負(fù)載一個單總線溫度測量元件。省掉了輸入和匹配單總線器件特有的64 BIT ROM碼的繁復(fù)工作，使整機(jī)使用簡單化，I-WIRE負(fù)載能力大幅度提高。168路單總線溫度采集模塊該功能單元模塊負(fù)責(zé)采集168路單總線測溫元件DS18B20的溫度。每三個單總線 測溫元件DS18B20組成一個測溫單元。在這個單元中一個DS18B20監(jiān)測冷卻通水進(jìn)口水溫，第二個DS18B20監(jiān)測大壩壩體溫度，第三個DS18B20監(jiān)測冷卻通水出口水溫。這三個溫度參數(shù)再加上冷卻通水流量參數(shù)共同為大壩壩體溫度自動控制提供依據(jù)。據(jù)此，168路單總線測溫元件分為56個測溫單元，每個測溫單元采集三個溫度值，記為單元N溫度①，單元N溫度②和單元N溫度③。單元N溫度①是冷卻通水進(jìn)口水溫。單元N溫度②是大壩壩體溫度。單元N溫度③是冷卻通水出口水溫。168路單總線溫度采集模塊選用DS2482-800作為單總線驅(qū)動器。這個驅(qū)動器具有八個獨(dú)立的I-WIRE通道。DS2482-800有三個位地址輸入引腳，控制CPU通過三條I/O線與DS2482-800的三位地址相連接，可分別選擇八個DS2482-800驅(qū)動器。一個控制CPU最多可以驅(qū)動64路I-WIRE通道。本實(shí)用新型中，將168個I-WIRE通道分為三組，每組由一個控制CPU驅(qū)動56個I-WIRE通道。以實(shí)現(xiàn)168個IWIRE通道的目的。在每個I-WIRE通道上只連接一個DS18B20單總線測溫元件，因此可以省掉匹配ROM碼的繁復(fù)工作，節(jié)省了測試單總線測溫元件DS18B20 64位ROM碼的工作，節(jié)省了向系統(tǒng)輸入大量ROM碼的繁重工作。另一方面，由于每個I-WIRE通道僅僅負(fù)載一個DS18B20，負(fù)載能力得到加強(qiáng)。如DS18B20工作在竊電方式下，網(wǎng)絡(luò)半徑可達(dá)150M。如DS18B20使用在有源的情況下，網(wǎng)絡(luò)半徑可達(dá)更遠(yuǎn)的距離。56路流量數(shù)據(jù)采集模塊分為前后兩數(shù)據(jù)采集部分，每路流量數(shù)據(jù)采集單元均設(shè)有獨(dú)立的CPU，每32路組成一個電路板。在本實(shí)用新型中，采用的流量計(jì)是脈沖式流量計(jì)，輸出的脈沖為方波，占空比為50%。最高輸出頻率為100HZ。如果采用微處理器計(jì)數(shù)器方式計(jì)量脈沖，不可避免的每秒鐘內(nèi)將會丟失一個或兩個脈沖。本系統(tǒng)采用10秒鐘定時，丟失脈沖最大值可達(dá)20個。這是不能接受的。所以本實(shí)用新型采用軟件倍頻方式，來提高計(jì)數(shù)精度。在本實(shí)用新型中，仔細(xì)調(diào)整定時精度，已達(dá)到10秒鐘誤差不大于3微秒。在精準(zhǔn)10秒定時情況下本系統(tǒng)計(jì)數(shù)誤差小56路流量數(shù)據(jù)采集模塊由兩塊電路板組成一塊用于采集前32路流量數(shù)據(jù)，另一塊負(fù)責(zé)采集后24路流量數(shù)據(jù)。每路流量數(shù)據(jù)采集使用一個獨(dú)立的CPU。56個CPU在系統(tǒng)精準(zhǔn)10秒定時控制下同時計(jì)數(shù)，10秒定時一旦結(jié)束，立即停止計(jì)數(shù)。由一個負(fù)責(zé)管理數(shù)據(jù)和定時的CPU逐個與56個采樣的CPU通信，將56路采集到的流量數(shù)據(jù)集中起來，并存入鐵電存儲器。當(dāng)上位計(jì)算機(jī)發(fā)布要求數(shù)據(jù)命令的時后，就由負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)通信的CPU將數(shù)據(jù)發(fā)送給上位計(jì)算機(jī)。設(shè)有以太網(wǎng)接口模塊或者WIFI模塊的主控模塊該模塊由4個CPU控制電路組成，采用多CPU內(nèi)部通訊協(xié)調(diào)處理技術(shù)，接收從以太網(wǎng)發(fā)來的各種命令，解析和執(zhí)行命令，或?qū)嵤┛刂乒δ芑蛲ㄟ^以太網(wǎng)或WIFI無線網(wǎng)將各種采樣數(shù)據(jù)傳送到上位計(jì)算機(jī)。該模塊具有手動和自動兩種工作狀態(tài)。由自動和手動命令切換。手動狀態(tài)用于使用手動命令啟動168路單總線溫度采集模塊、56路流量數(shù)據(jù)采集模塊。并使用手動命令將168路單總線溫度采集模塊、56路流量采集模塊的數(shù)據(jù)傳送到上位計(jì)算機(jī)。設(shè)制手動狀態(tài)的目的，在于方便整機(jī)調(diào)試和在線檢查各子系統(tǒng)的工作情況，不易在整機(jī)正常運(yùn)行中多次使用。在自動狀態(tài)下無需上位機(jī)的命令，各個子系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集、存儲和傳送以每分鐘為周期自動進(jìn)行。接線端子板2 ·接線端子板2的主要功能是將各個功能模塊的傳感器接口統(tǒng)一排列在其上，達(dá)到標(biāo)識清晰、方便接線、防止連接錯誤的目的，這對于具有224個傳感器接口的設(shè)備尤其重要。并且在該接口板上對所有信號都進(jìn)行了防雷處理，增強(qiáng)了設(shè)備的抗干擾能力。56路閥位采集電路I、硬件結(jié)構(gòu)組成硬件電路由下列部分組成①、8路4一20MA數(shù)據(jù)輸入放大器電路；②、8路模擬轉(zhuǎn)換器；③、串行12位A/D轉(zhuǎn)換器；④、7組8路共28個低阻抗模擬開關(guān)組件，每個低阻抗模擬開關(guān)組件含兩路模擬開關(guān);⑤、多CPU控制電路；2、工作原理本實(shí)用新型將輸入的8路4-20MA標(biāo)準(zhǔn)信號進(jìn)行差分放大，統(tǒng)一為0_4V電壓信號。再由8路模擬信號轉(zhuǎn)換器分時送往12位A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量。其數(shù)字量范圍為0-4095。為了減化設(shè)計(jì)，輸入的56路4-20MA標(biāo)準(zhǔn)信號分為7組，每組8路。分7次送入8路A/D轉(zhuǎn)換器，得到56個表征閥位開度的數(shù)字量。8路A/D轉(zhuǎn)換器采用高精度設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)換精度為千分之一。56路電動球閥閥位控制電路I、硬件結(jié)構(gòu)組成每個電動球閥的控制需要提供4-20MA標(biāo)準(zhǔn)信號，4-20MA標(biāo)準(zhǔn)信號必需由D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生。56路電動球閥閥位開度控制系統(tǒng)一共需要56個D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器。本實(shí)用新型將56個D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器分為7組，每組8個D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器，由一個CPU控制。另外設(shè)計(jì)兩個CPU負(fù)責(zé)接收上位計(jì)算機(jī)發(fā)布的命令，解析命令和分發(fā)命令。本實(shí)用新型合計(jì)使用9個CPU，一同完成56路電動球閥閥位開度的控制。本實(shí)用新型分為5塊印制板，4塊電動球閥閥位開度控制板和一塊56路電動球閥電源板。[0057]2、工作原理電動球閥閥位開度控制系統(tǒng)對電動球閥的控制方式在本實(shí)用新型中可分為兩種。①、手動控制手動控制方式下，系統(tǒng)接收上位計(jì)算機(jī)發(fā)布的單個命令，執(zhí)行單個命令，控制電動閥球的開度。使用手動控制方式，以實(shí)現(xiàn)上位計(jì)算機(jī)對壩體溫度實(shí)行智能化管理和自動控制。因?yàn)樯衔挥?jì)算機(jī)對壩體溫度實(shí)行智能化管理和控制是使用單個命令，如同一個人手動對壩體溫度實(shí)行管理和控制一樣。使用單個命令可以對本系統(tǒng)設(shè)置控制的各種參數(shù)，也可以對各個電動閥門輸出4一20MA標(biāo)準(zhǔn)信號?？刂聘鱾€電動閥門的開度。對電動閥門可以單獨(dú)控 制一個，也可同時控制多個。②、自動控制除了手動控制方式外，本機(jī)還可以實(shí)現(xiàn)自動控制。在自動控制方式下，本實(shí)用新型試圖實(shí)現(xiàn)本機(jī)自主的仿人智能控制。仿人智能控制是具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的控制理論。大量的控制實(shí)踐證明仿人智能控制是十分優(yōu)良的。由其對大滯后對象的控制尤為理想。另外仿人智能控制不依賴被控對象的數(shù)學(xué)模型，具有很強(qiáng)的魯棒性?？刂茀?shù)少，易于人工調(diào)整。采用56個單回路仿人智能控制可以實(shí)現(xiàn)對56路壩體溫度的自動控制。本實(shí)用新型裝置接口面板5示意圖，如圖2所示，I、上四排航空插頭為1-56路單總線輸入和流量電源輸出，流量值輸入插頭。2、電源指示燈(紅色)接通電源亮，整機(jī)復(fù)位約I秒鐘，然后常亮。3、手動/自動指示燈(黃色)在以太網(wǎng)接口板設(shè)為自動時亮，在$DMAN&命令后，轉(zhuǎn)手動后熄滅，重開機(jī)后進(jìn)入自動狀態(tài)又點(diǎn)亮。4、采樣指示燈(紫色)在采樣時間內(nèi)亮，采樣完成后熄滅，采樣時間約32秒，周期為I分鐘。5、單總線采樣周期指示燈(綠色)，在單總線168路DS18B20采樣周期完成熄滅，大約6秒熄滅半秒鐘，閃動。6、下二排航空插頭為電動球閥閥位開度監(jiān)測和閥位開度控制，輸入/輸出插頭，每兩個電動球閥共用一個航空插頭。
權(quán)利要求1.多通道混凝土冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)自動測控裝置，包括數(shù)據(jù)自動采集裝置(I)，其特征在于所述數(shù)據(jù)自動采集裝置(I)連接多路電動閥門閥位控制模塊(3 )和多路電動閥門閥位采集模塊(4)，多路電動閥門閥位控制模塊(3)和多路電動閥門閥位采集模塊(4)連接電動球閥。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述多通道混凝土冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)自動測控裝置，其特征在于所述數(shù)據(jù)自動采集裝置(I)為多通道在線式混凝土冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)自動采集裝置，包括電源模塊，溫度采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊，主控模塊，接線端子板(2);電源模塊連接溫度采集模塊、主控模塊、數(shù)據(jù)采集模塊；主控模塊連接溫度采集模塊、數(shù)據(jù)采集模塊；所述主控模塊設(shè)有以太網(wǎng)接口模塊，所述以太網(wǎng)接口模塊連接WIFI模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述多通道混凝土冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)自動測控裝置，其特征在于所述多通道在線式混凝土冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)自動采集裝置的每個通道均設(shè)有電動閥門控制和反饋通道。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述多通道混凝土冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)自動測控裝置，其特征在于所述多路電動閥門閥位控制模塊(3)為56路閥位控制模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述多通道混凝土冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)自動測控裝置，其特征在于所述多路電動閥門閥位采集模塊(4)為56路閥位采集模塊。
專利摘要多通道混凝土冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)自動測控裝置，包括數(shù)據(jù)自動采集裝置，所述數(shù)據(jù)自動采集裝置連接多路電動閥門閥位控制模塊和多路電動閥門閥位采集模塊，多路電動閥門閥位控制模塊和多路電動閥門閥位采集模塊連接電動球閥。本實(shí)用新型提供一種多通道混凝土冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)自動測控裝置，實(shí)現(xiàn)混凝土冷卻通水流量、溫度的自動化測試和流量的自動化控制，它比人工測控更精確更快速、實(shí)時性更好，可節(jié)約人工成本，降低現(xiàn)場冷卻通水調(diào)節(jié)作業(yè)的危險(xiǎn)性，顯著提高混凝土溫控的準(zhǔn)確性。
文檔編號G05B19/418GK202453724SQ20122004771
公開日2012年9月26日 申請日期2012年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月15日
發(fā)明者周厚貴, 張治奎, 曹永輝, 譚愷炎, 鄢江平, 陳軍琪, 馬金剛 申請人:葛洲壩集團(tuán)試驗(yàn)檢測有限公司