CN103485542A - 大体积混凝土水化热温度测控系统及方法 - Google Patents
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Abstract
大体积混凝土水化热温度测控系统及方法，涉及土木工程施工自动控制系统领域，包括循环冷却水系统、中央控制器、变频器、温度传感器和计算机，所述中央控制器分别连接变频器、计算机和多个温度传感器，变频器还连接循环冷却水系统；所述多个温度传感器设置于混凝土内部，将温度信息反馈至中央控制器，中央控制器根据温度信息向变频器发出控制指令，变频器驱动循环冷却水系统变换循环冷却水的流量，同时中央控制器将实时信息传输至计算机。本发明不用人工并且能够实时测量混凝土内部温度的变化情况，提高工作效率；自动调节冷却水的通水流量，确保实施的可控性；便于数据的保存和日后分析。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程施工自动控制系统领域，具体来讲是一种大体积混凝土水化热温度测控系统及方法。
背景技术
在桥梁、水利、水电等工程建设领域，经常会遇到大体积混凝土的施工。根据建筑构件的不同尺寸，将拌制完成的混凝土浆体倾倒入预先设置好的普通混凝土模板中，待其硬化后，成为混凝土构件。但是胶结质（一般为普通硅酸盐水泥）会由于与水发生的化学反应产生大量的热量，通常称为“水化热”。水化热的产生对混凝土质量影响巨大，特别是在混凝土构件体积较大时，由于混凝土内部与表面散热存在差异，从而产生温度次应力，当混凝土内、外温差特别大时，较大的温度次拉应力可引起混凝土开裂，严重影响混凝土结构的安全。
目前降低混凝构件内部混凝土温度的主要方法，是在混凝土内部埋设冷却水管，循环通入冷却水降温。传统冷却水的控制方式主要由人工手动控制完成，对冷却水循环过程的参数控制精度较差，影响混凝土结构的安全。国内循环冷却水控制水化热温度的施工主要存在以下不足：
1.由于混凝土凝固过程时间很长，混凝土内部的温度由人工定时定点测量，增加了劳动强度，降低了工作效率。
2.当混凝土内部温度变化，需要人工调节冷却水的流量时，人工无法精确地调整冷却水的流量，由于不能实现实时测量，就无法根据混凝土内部温度的变化而实时调节冷却水的流量，增加了整个系统在控制上的不确定性。
3.现场测量的技术数据，均采用人工记录，不便于保存和日后的综合分析。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种大体积混凝土水化热温度测控系统及方法，不用人工并且能够实时测量混凝土内部温度的变化情况，提高工作效率；自动调节冷却水的通水流量，确保实施的可控性；便于数据的保存和日后分析。
为达到以上目的，本发明提供一种大体积混凝土水化热温度测控系统，包括循环冷却水系统、中央控制器、变频器、温度传感器和计算机，所述中央控制器分别连接变频器、计算机和多个温度传感器，变频器还连接循环冷却水系统；所述多个温度传感器设置于混凝土内部，将温度信息反馈至中央控制器，中央控制器根据温度信息向变频器发出控制指令，变频器驱动循环冷却水系统变换循环冷却水的流量，同时，中央控制器将实时信息传输至计算机。
在上述技术方案的基础上，所述循环冷却水系统包括变频式水泵、冷却水管和水箱，变频式水泵与所述变频器相连，冷却水管的进水口连接变频式水泵，冷却水管的出水口连接水箱，所述水箱与变频式水泵连接。
在上述技术方案的基础上，所述变频式水泵、冷却水管和水箱之间均通过外部水管相连。
在上述技术方案的基础上，所述多个温度传感器通过信号电缆均连接中央控制器，中央控制器通过通信电缆连接所述计算机，中央控制器通过控制电缆连接所述变频器，变频器通过电力电缆连接所述循环冷却水系统。
在上述技术方案的基础上，所述温度传感器为热电偶型温度传感器。
本发明还提供一种大体积混凝土水化热温度测控方法，包括步骤：S1.循环冷却水系统包括冷却水管，浇筑混凝土前，在混凝土模板里设置冷却水管；将多个温度传感器分别设置于混凝土模板内的各检测点；S2.开始浇筑混凝土，中央控制器发出开始指令给变频器，变频器驱动循环冷却水系统工作；同时中央控制器将实时信息传给计算机；S3.每个检测点的温度传感器实时检测混凝土内部的温度，并将温度信息反馈至中央处理器；S4.中央处理器处理温度信息，通过变频器调节循环冷却水系统中冷却水的流速，降低混凝土内部温度。
在上述技术方案的基础上，所述循环冷却水系统还包括变频式水泵和水箱，二者通过外接水管相连，冷却水管的进水口通过外接水管连接变频式水泵，冷却水管的出水口通过外接水管连接水箱，所述变频式水泵连接变频器。
在上述技术方案的基础上，所述中央控制器预先设定温度值，每个检测点的温度传感器将实时采集到的温度信号传递给中央控制器，中央控制器对各检测点的温度取平均值，并与设定温度值进行比较，当所述平均值和混凝土表面温度之差大于设定温度值时，中央控制器控制改变变频器的运行参数，变频器驱动变频式水泵快速运转，加大循环冷却水的流量，更快带走水化热。
在上述技术方案的基础上，当所述平均值和混凝土表面温度之差小于设定温度值时，减少循环冷却水的流量，直至循环冷却水恢复到正常流量。
本发明的有益效果在于：所述温度传感器、中央控制器和变频式水泵三者形成了一个闭环的负反馈控制系统，各检测点的温度传感器实时检测混凝土内部温度值，并输入给中央处理控制器，中央处理控制器经过比较、运算后，根据混凝土内部和表面的温度变化，通过变频器调整循环冷却水系统中冷却水的流量，增加整个系统在控制上的确定性；整个过程不通过人工测量，降低劳动强度，提高工作效率；所有结果实时传入计算机，便于保存和日后的综合分析。
附图说明
图1为本发明大体积混凝土水化热温度测控系统的示意图；
图2为本发明大体积混凝土水化热温度测控方法的流程图。
附图标记：
循环冷却水系统1，变频式水泵11，冷却水管12，水箱13；中央控制器2；温度传感器3；变频器4；计算机5。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明大体积混凝土水化热温度测控系统，包括：循环冷却水系统1、中央控制器2、变频器4、计算机5和多个温度传感器3，多个温度传感器3分别设置于混凝土内部，均通过信号电缆连接中央控制器2，中央控制器2通过通信电缆连接计算机5，中央控制器2还通过电力电缆连接变频器4，变频器4通过电力电缆连接循环冷却水系统1。所述循环冷却水系统1包括变频式水泵11、冷却水管12和水箱13，变频式水泵11与变频器4相连，水箱13通过外部水管与变频式水泵11相连，冷却水管12的进水口通过外部水管连接变频式水泵11，冷却水管12的出水口通过外部水管连接水箱13。本实施例中，所述温度传感器3优选为热电偶型温度传感器，中央控制器2和变频器4位于一个变频控制柜内。
如图1和图2所示，本发明大体积混凝土水化热温度测控方法，步骤为：
S1.浇筑混凝土之前，混凝土模板内按照普通的设计要求，设置好冷却水管12，将冷却水管12的进水口连接变频式水泵11，冷却水管12的出水口连接水箱13。同时，将多个温度传感器3分别设置于混凝土模板内的各检测点，本实施例中温度传感器3绑扎在混凝土模板内的钢筋骨架上，将多个温度传感器3的信号电缆引出到混凝土模板之外，根据不同线号顺序，分别连接到中央控制器2的输入端口。
S2.开始浇筑混凝土，中央控制器2向变频器4发出循环冷却水开始工作的指令，变频器4开始驱动变频式水泵11工作，循环冷却水由水箱13引出，在大体积混凝土中预埋的冷却水管12中流动，最终流入水箱13，带走水化热。所述变频式水泵11是通过变频电动机驱动的水泵，通过改变变频电动机转速的快慢，来实现调节水泵出水量的大小，而变频电动机由变频器4驱动，实现转速的变化。同时，由于中央控制器2与现场的计算机5相连，中央控制器2将实时信息传给计算机5。
S3.开始浇筑混凝土，在浇筑过程中，位于混凝土内部各检测点的温度传感器3实时检测温度，并将温度数值信息反馈给中央控制器2，并通过中央控制器2传入计算机内，在计算机5的屏幕上显示出整个系统的数据信息，供现场操作人员及时掌握各检测点的相关信息，并实时存储相关信息。
S4.中央控制器2事先定好设定温度值，每个检测点的温度传感器3将实时采集到的温度信号传递给中央控制器2，中央控制器2对各检测点的温度取平均值，并与设定温度值进行比较。当所述平均值和混凝土表面温度（为当时常温下的温度）之差大于设定温度值时，中央控制器2控制改变变频器4的运行参数，变频器4驱动变频式水泵11快速运转，加大循环冷却水的流量，更快带走水化热，降低混凝土内部的温度，减小混凝土构件内部和表面的温度差，防止混凝土构件开裂。当平均值和混凝土表面温度之差小于设定温度值时，表明水化热在可以接受的范围内，中央控制器2控制改变变频器4的运行参数，变频器4驱动变频式水泵11减速运转，减少变频式水泵11的冷却水的流量，直至循环冷却水恢复到正常流量，以便于更好的节能，降低生产成本。
本发明大体积混凝土水化热温度测控系统形成一个闭环的负反馈控制系统，通过中央控制器2设定好的程序实现实时检测、自动化控制，中央控制器2根据反馈来的实时温度信息，中央控制器2根据反馈来的实时温度信息，不断地比较运算，发出控制指令，驱动变频式水泵11的运转速度，来达到加快或减慢循环冷却水流量的目的，直至最后温度达到施工要求，实现控制目的。使得混凝土凝固过程中，构件的内部温度的平均值和表面温度之间的温度差控制在设定范围内，防止混凝土构件开裂。整个施工过程中，现场工作人员可以通过计算机5实时了解所有的数据、参数，掌握整个工作过程，必要时，还可以改为手动控制，便于现场及时处理突发事件。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (9)
1.一种大体积混凝土水化热温度测控系统，其特征在于：包括循环冷却水系统、中央控制器、变频器、温度传感器和计算机，所述中央控制器分别连接变频器、计算机和多个温度传感器，变频器还连接循环冷却水系统；所述多个温度传感器设置于混凝土内部，将温度信息反馈至中央控制器，中央控制器根据温度信息向变频器发出控制指令，变频器驱动循环冷却水系统变换循环冷却水的流量，同时，中央控制器将实时信息传输至计算机。
2.如权利要求1所述的大体积混凝土水化热温度测控系统，其特征在于：所述循环冷却水系统包括变频式水泵、冷却水管和水箱，变频式水泵与所述变频器相连，冷却水管的进水口连接变频式水泵，冷却水管的出水口连接水箱，所述水箱与变频式水泵连接。
3.如权利要求2所述的大体积混凝土水化热温度测控系统，其特征在于：所述变频式水泵、冷却水管和水箱之间均通过外部水管相连。
4.如权利要求1所述的大体积混凝土水化热温度测控系统，其特征在于：所述多个温度传感器通过信号电缆均连接中央控制器，中央控制器通过通信电缆连接所述计算机，中央控制器通过控制电缆连接所述变频器，变频器通过电力电缆连接所述循环冷却水系统。
5.如权利要求1所述的大体积混凝土水化热温度测控系统，其特征在于：所述温度传感器为热电偶型温度传感器。
6.基于权利要求1所述系统的大体积混凝土水化热温度测控方法，其特征在于，包括步骤：
S1.循环冷却水系统包括冷却水管，浇筑混凝土前，在混凝土模板里设置冷却水管；将多个温度传感器分别设置于混凝土模板内的各检测点；
S2.开始浇筑混凝土，中央控制器发出开始指令给变频器，变频器驱动循环冷却水系统工作；同时中央控制器将实时信息传给计算机；
S3.每个检测点的温度传感器实时检测混凝土内部的温度，并将温度信息反馈至中央处理器；
S4.中央处理器处理温度信息，通过变频器调节循环冷却水系统中冷却水的流速，降低混凝土内部温度。
7.如权利要求6所述的大体积混凝土水化热温度测控方法，其特征在于：所述循环冷却水系统还包括变频式水泵和水箱，二者通过外接水管相连，冷却水管的进水口通过外接水管连接变频式水泵，冷却水管的出水口通过外接水管连接水箱，所述变频式水泵连接变频器。
8.如权利要求7所述的大体积混凝土水化热温度测控方法，其特征在于：所述中央控制器预先设定温度值，每个检测点的温度传感器将实时采集到的温度信号传递给中央控制器，中央控制器对各检测点的温度取平均值，并与设定温度值进行比较，当所述平均值和混凝土表面温度之差大于设定温度值时，中央控制器控制改变变频器的运行参数，变频器驱动变频式水泵快速运转，加大循环冷却水的流量，更快带走水化热。
9.如权利要求8所述的大体积混凝土水化热温度测控方法，其特征在于：当所述平均值和混凝土表面温度之差小于设定温度值时，减少循环冷却水的流量，直至循环冷却水恢复到正常流量。
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