CN114396799B - 一种蒸养窑温度分仓控制设备的自适应控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蒸养窑温度分仓控制设备及自适应控制方法，控制设备包括传隔热装置和自适应控制器，任意相邻的具有热量传递能力的窑室之间通过具有自动开合功能的传隔热装置分隔，所述的传隔热装置均连接至所述的自适应控制器，所述的自适应控制器控制传隔热装置的开合程度改变窑室之间的传热系数开控制各窑室的温度。自适应控制方法包括：基于窑室工作占用情况采集温度数据，优化目标总热量，计算得到各窑室之间的传热系数，再自动调节传隔热装置的开合程度，与现有技术相比，本发明能够合理分配及传递各窑室之间的热量，提高能源利用率。

Description

一种蒸养窑温度分仓控制设备的自适应控制方法

技术领域

本发明涉及土木工程建设技术领域，尤其是涉及一种蒸养窑温度分仓控制设备及自适应控制方法。

背景技术

在桥梁构件自动化流水线预制生产中，混凝土蒸养是十分重要的一个步骤。相比于尺寸较大的梁式构件，如T梁、箱梁等，板式构件尺寸较小，不适合利用单个蒸养棚对其进行混凝土蒸养。目前预制板式构件的蒸养过程多采用立体蒸养窑，将养护工位在竖直空间也进行布置，并通过码垛机将构件输送至各工位上。而预制产品进入窑室的时间相异，同一时刻所需的蒸养热量也不尽相同，仅仅利用通风热循环系统无法达到各窑室精准控温的目的。同时，在蒸养过程中，会出现一些养护工位空置的情况，导致能源浪费，如何充分利用及有效分配窑室内的热量是一个待解决问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能够合理分配及传递各窑室之间的热量，提高能源利用率的蒸养窑温度分仓控制设备及自适应控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种蒸养窑温度分仓控制设备，包括传隔热装置和自适应控制器，任意相邻的具有热量传递能力的窑室之间通过具有自动开合功能的传隔热装置分隔，所述的传隔热装置均连接至所述的自适应控制器，所述的自适应控制器控制传隔热装置的开合程度改变窑室之间的传热系数开控制各窑室的温度。

优选地，所述的传隔热装置包括多个依次排列的隔热片，相邻的两个隔热片首尾交叠且两者开合角度可调，所述的隔热片分别设置用于转动调节其开合角度的驱动结构，所述的驱动结构均连接至所述的自适应控制器。

优选地，所述的驱动结构包括链杆，所述的链杆贯穿设置在隔热片中部并固定连接，所述的链杆端部通过履带连接电机，所述的电机通过履带带动所述的链杆转动，所述的链杆带动隔热片转动调节开合角度。

优选地，所述的隔热片首尾侧边分别设有橡胶垫片，当所述的隔热片均闭合时，所述的橡胶垫片与相邻的隔热片紧贴密封。

一种蒸养窑温度分仓自适应控制方法，该方法基于所述的蒸养窑温度分仓控制设备，该方法包括：

获取蒸养窑内构件放置情况，每隔一段时间采集各窑室内的温度数据T_i,t；

根据各窑室当前采集的温度数据T_i,t与下一时刻所需的温度T_i,t+1，计算得到各窑室内的热量q_i,t+1，其中，下标i为窑室编号，下标t，t+1为时刻标号；

以蒸养窑总热量Q最小为优化目标，求解下一时刻各窑室之间的最优传热系数；

基于最优传热系数控制传隔热装置的开合程度。

优选地，通过无线定位技术多划分的窑室进行坐标标记，进而获取蒸养窑内构件放置情况时通过射频识别技术测算各构件所在窑内位置。

优选地，所述的各窑室内的热量q_i,t+1通过下式获取：

式中，ΔQ_i为两时刻间窑室i的热量变化值，c为比热容，m_i为物体质量，T_i,t、T_j,t分别为窑室i、窑室j在t时刻的采集的温度数据，T_i,t+1为窑室i在t+1时刻所需的温度，K_i,j为窑室i与相邻窑室j的传热系数，Δq_i为窑室i与外界的热量交换。

优选地，所述的蒸养窑总热量Q表示为：

优选地，通过粒子群算法优化传热系数求解目标函数的全局最优值。

优选地，所述的传隔热装置的开合程度与传热系数的比例关系通过试验测试标定。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明蒸养窑分隔成多个窑室，窑室之间通过具有自动开合功能的传隔热装置分隔，并通过自适应控制器控制传隔热装置的开合程度，实现蒸养窑内各个窑室的温度的全局调控，一方面能够满足各个窑内内的温度需求，另一方面，合理分配及传递各窑室之间的热量，提高能源利用率；

(2)本发明传隔热装置构造简单有效，操作性能高；

(3)本发明自适应控制方法以蒸养窑总热量Q最小为优化目标进行各窑室之间的热量的传递控制，所消耗的能源达到最小，且不降低混凝土养护质量；

(4)本发明自适应控制方法中数学模型的参数量适中，优化算法成熟，较易求解到全局最优值。

附图说明

图1为本发明实施例中传隔热装置的一种结构示意图；

图2为本发明一种蒸养窑温度分仓自适应控制方法的流程框图；

图3为养护窑热传递示意图。

图中，1～20为窑室，21为构件，31为隔热片，32为链杆，33为橡胶垫片，34为空气。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本发明并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本发明并不限定于以下的实施方式。

实施例

本实施例提供一种蒸养窑温度分仓控制设备，包括传隔热装置和自适应控制器，任意相邻的具有热量传递能力的窑室之间通过具有自动开合功能的传隔热装置分隔，传隔热装置均连接至自适应控制器，自适应控制器控制传隔热装置的开合程度改变窑室之间的传热系数开控制各窑室的温度。

蒸养窑分隔成多个窑室，窑室之间通过具有自动开合功能的传隔热装置分隔，并通过自适应控制器控制传隔热装置的开合程度，实现蒸养窑内各个窑室的温度的全局调控，一方面能够满足各个窑内内的温度需求，另一方面，合理分配及传递各窑室之间的热量，提高能源利用率。

如图1所示为传隔热装置的一种具体实施示意图，传隔热装置包括多个依次排列的隔热片31，相邻的两个隔热片31首尾交叠且两者开合角度可调，隔热片31分别设置用于转动调节其开合角度的驱动结构，驱动结构均连接至自适应控制器。根据实际养护窑尺寸确定传隔热设备中隔热片31的长度、宽度及片数，隔热片31采用曲状金属板，驱动结构包括链杆32，链杆32贯穿设置在隔热片31中部并固定连接，链杆32端部通过履带连接电机，电机通过履带带动链杆32转动，链杆32带动隔热片31转动调节开合角度。当隔热片31闭合时，相邻两块金属板形成的闭合区域之间所包含的空气34起到窑室之间的隔热效果。此外，隔热片31首尾侧边分别设有橡胶垫片33，当隔热片31均闭合时，橡胶垫片33与相邻的隔热片31紧贴密封，橡胶垫片33用以缓冲闭合时所带来的冲击，起到设备保护作用，同时提高闭合密封效果，增强隔热效率。

如图2所示，基于上述蒸养窑温度分仓控制设备，本实施例还提供一种蒸养窑温度分仓自适应控制方法，该方法基于，该方法包括：

获取蒸养窑内构件21放置情况，每隔一段时间采集各窑室内的温度数据T_i,t；

根据各窑室当前采集的温度数据T_i,t与下一时刻所需的温度T_i,t+1，计算得到各窑室内的热量q_i,t+1，其中，下标i为窑室编号，下标t，t+1为时刻标号；

以蒸养窑总热量Q最小为优化目标，求解下一时刻各窑室之间的最优传热系数；

基于最优传热系数控制传隔热装置的开合程度。

以下具体说明本发明的实时过程：

参见图3，首先将蒸养窑划分为4行5列共20个窑室，采用1～20编号，某时刻窑内有6片预制板式构件21，分别放置于1-3、6-8、11-13号窑室，热量仅在这几个窑室之间内传递，每个窑室设有通风循环系统，使构件21受热均匀并且有助于热量传递。

然后，通过无线定位技术多划分的窑室进行坐标标记，进而获取蒸养窑内构件21放置情况时通过射频识别技术测算各构件21所在窑内位置，同时每隔一段时间采集各窑室内的温度数据。

根据各窑室当前采集的温度数据T_i,t与下一时刻所需的温度T_i,t+1，计算得到各窑室内的热量q_i,t+1，具体为：

式中，ΔQ_i为两时刻间窑室i的热量变化值，c为比热容，m_i为物体质量，T_i,t、T_j,t分别为窑室i、窑室j在t时刻的采集的温度数据，T_i,t+1为窑室i在t+1时刻所需的温度，K_i,j为窑室i与相邻窑室j的传热系数，Δq_i为窑室i与外界的热量交换。

然后，以养护窑总热量Q最小为优化目标，求解下一状态各窑室之间的最优传热系数，蒸养窑总热量Q表示为：

求解最优传热系数时，通过粒子群算法优化传热系数求解目标函数的全局最优值。

最后，将计算得到的传热系数归一化，并通过控制系统传输指令，自动开合窑室之间的传隔热设备到相应程度，开合程度范围0～1，各窑室之间的开合程度与传热系数的比例关系由试验进行标定。当接收到控制信号，电机运作拖动履带使相应隔热板开合到指定程度。

上述自适应控制方法以蒸养窑总热量Q最小为优化目标进行各窑室之间的热量的传递控制，所消耗的能源达到最小，且不降低混凝土养护质量；同时，自适应控制方法中数学模型的参数量适中，优化算法成熟，较易求解到全局最优值。

上述实施方式仅为例举，不表示对本发明范围的限定。这些实施方式还能以其它各种方式来实施，且能在不脱离本发明技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。

Claims (8)

1.一种蒸养窑温度分仓控制设备的自适应控制方法，其特征在于，所述蒸养窑温度分仓控制设备包括传隔热装置和自适应控制器，任意相邻的具有热量传递能力的窑室之间通过具有自动开合功能的传隔热装置分隔，所述的传隔热装置均连接至所述的自适应控制器，所述的自适应控制器控制传隔热装置的开合程度改变窑室之间的传热系数来控制各窑室的温度；

所述的传隔热装置包括多个依次排列的隔热片(31)，相邻的两个隔热片(31)首尾交叠且两者开合角度可调，所述的隔热片(31)分别设置用于转动调节其开合角度的驱动结构，所述的驱动结构均连接至所述的自适应控制器；

所述方法包括：

获取蒸养窑内构件放置情况，每隔一段时间采集各窑室内的温度数据T_i,t；

根据各窑室当前采集的温度数据T_i,t与下一时刻所需的温度T_i,t+1，计算得到各窑室内的热量q_i,t+1，其中，下标i为窑室编号，下标t，t+1为时刻标号；

以蒸养窑总热量Q最小为优化目标，求解下一时刻各窑室之间的最优传热系数；

基于最优传热系数控制传隔热装置的开合程度。

2.根据权利要求1所述的一种蒸养窑温度分仓控制设备的自适应控制方法，其特征在于，所述的驱动结构包括链杆(32)，所述的链杆(32)贯穿设置在隔热片(31)中部并固定连接，所述的链杆(32)端部通过履带连接电机，所述的电机通过履带带动所述的链杆(32)转动，所述的链杆(32)带动隔热片(31)转动调节开合角度。

3.根据权利要求1所述的一种蒸养窑温度分仓控制设备的自适应控制方法，其特征在于，所述的隔热片(31)首尾侧边分别设有橡胶垫片(33)，当所述的隔热片(31)均闭合时，所述的橡胶垫片(33)与相邻的隔热片(31)紧贴密封。

4.根据权利要求1所述的一种蒸养窑温度分仓控制设备的自适应控制方法，其特征在于，通过无线定位技术对划分的窑室进行坐标标记，进而获取蒸养窑内构件放置情况时通过射频识别技术测算各构件所在窑内位置。

5.根据权利要求1所述的一种蒸养窑温度分仓控制设备的自适应控制方法，其特征在于，所述的各窑室内的热量q_i,t+1通过下式获取：

式中，ΔQ_i为两时刻间窑室i的热量变化值，c为比热容，m_i为物体质量，T_i,t、T_j,t分别为窑室i、窑室j在t时刻的采集的温度数据，T_i,t+1为窑室i在t+1时刻所需的温度，K_i,j为窑室i与相邻窑室j的传热系数，Δq_i为窑室i与外界的热量交换。

6.根据权利要求5所述的一种蒸养窑温度分仓控制设备的自适应控制方法，其特征在于，所述的蒸养窑总热量Q表示为：

7.根据权利要求1所述的一种蒸养窑温度分仓控制设备的自适应控制方法，其特征在于，通过粒子群算法优化传热系数求解目标函数的全局最优值。

8.根据权利要求1所述的一种蒸养窑温度分仓控制设备的自适应控制方法，其特征在于，所述的传隔热装置的开合程度与传热系数的比例关系通过试验测试标定。