CN106770965B - 多目标控温水池及水温调控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多目标控温水池及水温调控方法。其中多目标控温水池，适于光温敏核不育水稻育性检测，包括冷水箱、热水箱、材料处理池和溢水池；冷水箱通过冷源对蓄水进行降温调节；热水箱通过热源对蓄水进行升温调节；冷水箱和热水箱采用管道通过三通阀门连接到材料处理池；材料处理池设有水位调控机构；材料处理池通过水位调控机构连接到溢水池；三通阀门的出口处设有温度传感器；材料处理池均匀布置多个温度传感器。本发明可以对多个材料处理池多个目标温度进行控制，实现高温或低温、恒温或变温的调控，控温精确。尤其适合新选育的或生产上大面积应用的两系光温敏核不育水稻的育性进行检测、提纯和评价。

Description

多目标控温水池及水温调控方法

技术领域

本发明涉及一种多目标控温水池及水温调控方法。

背景技术

两系杂交水稻目前是我国水稻生产的主导类型，在保障粮食安全中发挥着重要作用。但两系光温敏核不育系育性不稳的问题一直是两系法杂交水稻大面积生产应用中的一个重要问题。因为其特殊的育性转换的特性，制种期间如遇到低温天气，育性转换起点温度高的不育系会自交结实而造成杂交制种失败，给生产照成巨大损失。

任何新选育的光温敏核不育系以及通过审定或鉴定的光温敏核不育系的原种都必须准确地鉴定诱导其雄性不育的起点温度和耐受低温时间的长短才能判断它们育性质量是否达到实用标准，这是降低两系法杂交水稻制种风险的关键技术。

光温敏核不育水稻育性的定量检测，目前主要是利用人工气候箱进行检测。近年来，由于冷水池的水温稳定、容量大、耗能小，使其在水稻不育系育性的选育和育性特性的检测上得到重视，特别是在湖南有了广泛的应用。对于两系光温敏核不育水稻育性稳定性的检测，不论应用人工气候箱还是人工控温冷水池，设备和检测方法都有待进一步完善。检测设备上，人工气候箱容量小、耗能大，温度波动大，一般温度波动范围在±1～2℃左右，上下垂直方向与水平方向都存在较大温差。目前冷水池存在的主要缺陷为：

1)可设置温度范围窄，由于只能补充冷水，因此处理池水温只能实现恒定的低温冷水环境，而不能实现升高池水温度和随时改变温度，特别当外界气温条件低于设定温度时，因为缺少热水补充，根本无法维持池水原有温度。

2)采用固定温度的水源调控最终水池目标温度。当调节的冷水温度和设定的处理温度有一定差距时，靠近进水口的地方就会存在一定的温差，因此控温均匀度和精度都有待改进；

3)智能化低，不能远程调控；

4)设施建设较麻烦，主要为蓄水水箱设计复杂或采用的制冷设备太多等。

本发明即针对目前冷水池存在的上述缺陷作出进一步的改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种多目标控温水池。

本发明要解决的另外一个技术问题是提供一种多目标控温水池的水温调控方法。

对于多目标控温水池，本发明采用的技术方案是，一种多目标控温水池，适于光温敏核不育水稻育性检测，包括冷水箱、热水箱、材料处理池和控温系统；

冷水箱包括冷源，通过冷源对冷水箱中蓄水进行降温调节；

热水箱包括热源，通过热源对热水箱中蓄水进行升温调节；

冷水箱和热水箱采用管道通过一个三通阀与材料处理池连接；

控温系统包括温度传感器、数显表、温度巡检仪、可编程逻辑控制器、温度控制器、三通阀和计算机；

热水箱、冷水箱分别设置温度传感器，且热水箱和冷水箱的温度传感器分别通过数显表与计算机连接；

三通阀的出水口设置温度传感器，且三通阀出水口的温度传感器与温度控制器连接；

三通阀还分别与可编程逻辑控制器、温度控制器连接，其中温度控制器控制三通阀的冷热水开度大小而可编程逻辑控制器控制三通阀的启停通断；

材料处理池设置温度传感器，且材料处理池的温度传感器与温度巡检仪连接；

数显表、温度巡检仪、可编程逻辑控制器和温度控制器均通过远程通讯与计算机连接。

作为优选：

冷源为风冷冷水机组，风冷冷水机组通过壳管式换热器和冷水箱循环水系统对冷水箱中蓄水温度进行降温调节。

热源为太阳能热水器和/或电热水器，太阳能热水器和/或电热水器对热水箱中蓄水温度进行升温调节。

冷水箱和热水箱采用管道通过三通阀门连接到复数个材料处理池，且三通阀门与材料处理池的数量相适配。

冷水箱和热水箱中均设有水位传感器；

材料处理池设有水位调控机构；材料处理池通过水位调控机构连接到溢水池。

水位调控机构为材料处理池与溢水池之间设置不同高度的溢水口，且溢水池中设有水位传感器。

冷水箱、热水箱的底面高于处理池的底面高度。

对于多目标控温水池的水温调控方法，本发明采用的技术方案是，包括以下步骤：

(1)设置热水箱且通过热源升高热水箱中的蓄水温度，设置冷水箱且通过冷源降低冷水箱中的蓄水温度；通过与热水箱或冷水箱中设置的温度传感器相连接的数显表来分别调控热水箱或冷水箱中的蓄水温度；

(2)将冷水箱中的冷水和热水箱中的热水通过三通阀相兑后输送到材料处理池；

(3)在三通阀的出水管口设置一个温度传感器，用来监测冷水和热水通过三通阀相兑后的水温，即该处水温设为三通阀的出水温度；

(4)在材料处理池中均匀设置多个温度传感器，实时检测材料处理池中的温度；

(5)并通过温度巡检仪完成所有材料处理池中实际温度的采集，传送到远程控制系统如计算机；

(6)在远程控制系统中输入每个材料处理池的目标温度以及对应的延续时间曲线，远程控制系统根据材料处理池中的目标温度与实际温度的相差值，通过运算，得到三通阀的出水目标温度；

以材料处理池中的目标温度与材料处理池实际温度的相差值为依据，按以下公式来计算并控制三通阀的出水目标温度为T(℃)：

T(℃)＝B-(A-B)；

上式中，T为三通阀的出水目标温度，A为材料处理池中水的实际温度，B为材料处理池水要达到的目标温度；

(7)计算机将三通阀的出水目标温度T(℃)传送到温度控制器，并通过可编程逻辑控制器根据命令启停三通阀；

(8)温度控制器根据实时测量的三通阀出水实际温度及由计算机传送的三通阀的出水目标温度T(℃)，进行运算，将所得控制信号传送到三通调节阀，三通调节阀根据该控制信号进行冷热水相兑调节，直至三通阀出水实际温度达到要控制的三通阀的出水目标温度T(℃)；

(9)材料处理池中的水温最终达到目标温度时可关闭三通阀，另外三通阀也可以恒定的目标温度将水通入材料处理池进行循环。

作为优选：

热源为太阳能热水器或电热水器；冷源为风冷冷水机组。

在材料处理池中均匀设置多个温度传感器，且相邻温度传感器的间隔为0.8～1.2米。

本发明的有益效果是：

可以对多个材料处理池多个目标温度进行控制，实现高温或低温、恒温或变温的调控，控温精确。尤其适合新选育的或生产上大面积应用的两系光温敏核不育水稻的育性进行检测、提纯和评价，提高了两系光温敏核不育水稻选育效率，为两系杂交水稻的生产安全性奠定基础。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明多目标控温水池实施例的单个材料处理池的结构示意图。

图2是本发明多目标控温水池实施例的温控系统示意图。

图3是本发明多目标控温水池实施例连接6个材料处理池的结构示意图。

具体实施方式

图1是一种适于光温敏核不育水稻育性检测的多目标控温水池，由冷水箱、热水箱、材料处理池和溢水池组成。

冷水箱设有风冷冷水机组，风冷冷水机组通过壳管式换热器和冷水箱循环水系统对冷水箱中蓄水温度进行降温调节。

热水箱则采用太阳能热水器或电热水器对热水箱中蓄水温度进行升温调节。

冷水箱和热水箱中均设有水位传感器。冷水箱和热水箱采用管道通过三通阀门连接到材料处理池。

材料处理池通过设置不同高度的溢水口连接到溢水池，且溢水池中设有水位传感器。(溢水池图中省略没画)

具体如下：

1、材料处理池和溢水池装置：都为长方形水泥池。材料处理池是材料处理时放置的地方，长度根据场地面积定，宽度根据操作方便，深度根据处理材料的高度定。处理池中设置多个溢水口，溢水口的设定根据池子和检测材料的高度来决定，如用于水稻育性检测的溢水口高度则分别设为0cm、35cm、40cm、45cm、50cm等，约每间隔5cm处设置1个溢水口，用来控制处理池中水位高度。溢水池即处理水泥池和水箱中多余水的排放处，紧挨材料处理池，用水泵把溢水池中水泵回冷水箱。

2、水箱制热和制冷系统装置：用保温隔热材料分别制备一个热蓄水箱和冷蓄水箱，作为热水和冷水的蓄水处。热水箱制热系统部分配置一台太阳能热水器作为热源，热水器装在热水箱上端，通过打开热水阀，太阳能热水器中的热水自动流入热水箱的方式，来实现对热水箱的升温。冷水箱制冷系统部分配置风冷冷水机组作为冷源，通过壳管式换热器与冷水箱循环水系统换热的方式，来实现对冷水箱的降温。水箱中，装置温度和水位传感器实时测量，并将检测到的温度和水位信号接入远程监控系统。当温度高于或低于设定温度，自动开启或关闭热源或冷水机组。当水位低于最低水位时开启进水阀门进行补水，多余的水引进溢水池，从而保证冷水箱和热水箱的温度和水位始终保持在一个合理的范围内，满足材料处理池的需求。

3、水箱和水管的合理安装：冷水箱和热水箱都放在离处理池较近的高处，水箱底部要高于材料处理池面，以便形成水压。冷水箱中分出一条主冷水管，主冷水管再分别以次冷水管通向一个或多个材料处理池，同样，热水箱中分出一条主热水管，主热水管再分别以次热水管通向一个或多个材料处理池。次冷水管和次热水管在材料处理池入口处通过与三通调节阀的进水口连接，再通过三通调节阀的出水口汇成一条进入材料处理池的入水管。入水管环绕材料处理池壁布置，且布置在处理池中经常使用的水面高度以下，入水管上设有多个间隔均匀的出水口，如果入水管较长，可以对入水管采用保温措施，以保证进入材料处理池中的水温符合要求。

图2是用于多目标控温水池的温度控制系统，该温度控制系统由温度传感器、数显表、温度巡检仪、可编程逻辑控制器、温度控制器、三通阀和计算机组成。

其中在热水箱和冷水箱中分别设置温度传感器PT100，并且热水箱和冷水箱的温度传感器分别通过数显表与计算机连接。

三通阀的出水口也设置温度传感器PT100，并且三通阀出水口的温度传感器与温度控制器连接。

三通阀还分别与可编程逻辑控制器(PLC)、温度控制器连接。

所有的数显表、可编程逻辑控制器(PLC)、温度控制器温度巡检仪再通过串口服务器、光纤服务器和光缆以远程通讯方式与计算机连接。

可编程逻辑控制器(PLC)用于控制三通阀的启停通断，温度控制器用于调节三通阀的开度大小而实现调节水温的目的。

在每个材料处理池中设置多个温度传感器PT100，并且各个材料处理池中的温度传感器都与温度巡检仪连接，温度巡检仪再与计算机连接。

通过计算机可远程设置和修改设定值，使数显表温度或温度控制器按照设定曲线自动执行。

材料处理池中水温调控方法：

为了使材料处理池实际水温达到所要求的目标温度，我们可以先将热水箱的蓄水温度调节到高于目标温度，冷水箱的蓄水温度低于目标温度。利用水箱和材料处理池的高度差，当打开热水箱和冷水箱的供水阀，水便顺着管道自动流向材料处理池。在冷热两路水汇总的地方加一个三通调节阀，其两路进水管口中一路接热水管，另一路接冷水管，出水管口通过水管再接至材料处理池。

采用先导式自适应控温策略，在三通阀的出水管口，设置一个温度测点(即温度传感器)，用来监测三通阀处冷热水相兑后的温度，另外，在材料处理池中每间隔约1米均匀的布置多个温度传感器，实时检测材料处理池中的实际温度，检测到的温度都接入远程监控系统。通过控温软件命令，调节三通阀开度的大小来改变三通阀的出水温度，使三通阀的出水温度和处理池中的温度相适应，以保证处理池中水温的达到要求的目标温度。

以材料处理池中的目标温度与实际温度的相差值为依据，按以下公式来计算并控制三通阀的出水温度为T(℃)：

T(℃)＝B-(A-B)；

上式中，T为三通阀的出水温度，A为材料处理池中水的实际温度，B为材料处理池水要达到的目标温度。

例如材料处理池中的实际温度A为25(℃)，材料处理池的目标温度B为23(℃)，则(A-B)＝2℃，按以上公式计算得到T＝21(℃)，则调节三通阀，使三通阀的出水温度比目标温度低2℃，通过这样的反向调节使处理池的实际水温最终等于目标水温。实际操作时，当材料处理池中的实际温度与目标温度相差±0.1℃，即开启三通阀门，通过热水箱和冷水箱，加入合适温度的水进行调温，最终使得材料处理池中的水以恒定的目标温度。

上述数据采集和控制系统由计算机、数字仪表、传感器和控制软件构成，共同完成所有信号的采集和处理。数字仪表完成对传感器信号的采集与显示，同时通过通讯将信号传送到计算机，由控制软件进行处理，并能够实现远程监测和调控。

图3是一套冷热蓄水箱连接6个材料处理池的实施例。

冷水箱和热水箱采用管道通过三通阀门连接到6个材料处理池，且三通阀门与材料处理池的数量相适配，也是采用了6个三通阀门。

本实施例采用先导式自适应控温策略，使三通阀的出水温度T(℃)与处理池中的目标温度B(℃)的相差值与处理池中的实际温度A(℃)与目标温度B的相差值相等且相反，在这样的方法实现将处理池中实际温度A(℃)调节为符合目标温度B(℃)。

本实施例的优点和达到的技术效果：

1、一套冷热蓄水箱可同时对多个材料处理池的多个温度目标进行控制。通过配备一套包含冷水和热水的冷热蓄水箱，同时连接一个或多个材料处理池，调控冷水和热水交汇后的进入池中的入水温度和电子数据采集处理系统等，可对一个或多个材料处理池中的水温进行任意控制，同时节约了其他配套措施如制冷机和水泵等。

2、可设定的温度范围更广，高温或低温、变温或恒温都能实现。通过太阳能电热水器的热水源和制冷设备制冷的冷水源，光温敏核不育水稻育性检测常用温度20～28℃能轻易达到，而且理论上，更高或更低的温度，如10～100℃度，通过此设备都能实现，因而完全能满足检测对象水稻温度的实验条件要求，且能够模拟自然环境，在一天内实现多次变温。

3、控温更精准。控温的精确度主要体现在两个方面：

1)采用先导式自适应控温策略，使下水温度能够随处理池中目标温度改变，使入水温度接近目标温度，减少了入水口处的温差；

2)特别是当材料处理池中水温已达到稳定时，入水温度和目标温度相同，并通过材料处理池中水的不断循环，使其始终维持在恒定的温度，能够随时调节或排除外界环境对目标温度降低或和升高的影响。

另外，材料处理池为宽度较窄的长方形，不但便于人工操作，而且有利于处理池中水温的加速稳定，材料处理池中入水管布置在常用的处理水面下，也可有效减少外界环境对水管中水温的影响，有利于材料处理池中水温的稳定。

本实施例是一种光温敏核不育稻育性检测过程中多目标水温调控新方法，可以对多个材料处理池多个目标温度进行控制，实现高温或低温、恒温或变温的调控，控温精确，而且材料处理池中的水位能够维持在恒定水平。通过这种较先进的设施对新选育的或生产上大面积应用的两系光温敏核不育水稻的育性进行检测、提纯和评价，是基于物联网的智能化技术在水稻育种上的应用，提高了两系光温敏核不育水稻选育效率，为两系杂交水稻的生产安全性奠定基础。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种水温调控方法，适用于多目标控温水池，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)设置热水箱且通过热源升高热水箱中的蓄水温度，设置冷水箱且通过冷源降低冷水箱中的蓄水温度；通过与热水箱或冷水箱中设置的温度传感器相连接的数显表来分别调控热水箱或冷水箱中的蓄水温度；

(2)将冷水箱中的冷水和热水箱中的热水通过三通阀相兑后输送到材料处理池；

(3)在三通阀的出水管口设置一个温度传感器，用来监测冷水和热水通过三通阀相兑后的水温，即该处水温设为三通阀的出水温度；

(4)在材料处理池中均匀设置多个温度传感器，实时检测材料处理池中的温度；

(5)并通过温度巡检仪完成所有材料处理池中实际温度的采集，传送到远程控制系统如计算机；

(6)在远程控制系统中输入每个材料处理池的目标温度以及对应的延续时间曲线，远程控制系统根据材料处理池中的目标温度与实际温度的相差值，通过运算，得到三通阀的出水目标温度；

以材料处理池中的目标温度与材料处理池实际温度的相差值为依据，按以下公式来计算并控制三通阀的出水目标温度为T(℃)：

T(℃)＝B-(A-B)；

上式中，T为三通阀的出水目标温度，A为材料处理池中水的实际温度，B为材料处理池水要达到的目标温度；

(7)计算机将三通阀的出水目标温度T(℃)传送到温度控制器，并通过可编程逻辑控制器根据命令启停三通阀；

(8)温度控制器根据实时测量的三通阀出水实际温度及由计算机传送的三通阀的出水目标温度T(℃)，进行运算，将所得控制信号传送到三通调节阀，三通调节阀根据该控制信号进行冷热水相兑调节，直至三通阀出水实际温度达到要控制的三通阀的出水目标温度T(℃)；

(9)材料处理池中的水温最终达到目标温度时关闭三通阀，另外三通阀以恒定的目标温度将水通入材料处理池进行循环。

2.如权利要求1所述的水温调控方法，其特征在于：所述热源为太阳能热水器或电热水器；所述冷源为风冷冷水机组。

3.如权利要求1所述的水温调控方法，其特征在于：在材料处理池中均匀设置多个温度传感器，且相邻温度传感器的间隔为0.8～1.2米。