CN202453724U - 多通道混凝土冷却通水数据自动测控装置 - Google Patents

Abstract

多通道混凝土冷却通水数据自动测控装置，包括数据自动采集装置，所述数据自动采集装置连接多路电动阀门阀位控制模块和多路电动阀门阀位采集模块，多路电动阀门阀位控制模块和多路电动阀门阀位采集模块连接电动球阀。本实用新型提供一种多通道混凝土冷却通水数据自动测控装置，实现混凝土冷却通水流量、温度的自动化测试和流量的自动化控制，它比人工测控更精确更快速、实时性更好，可节约人工成本，降低现场冷却通水调节作业的危险性，显著提高混凝土温控的准确性。

Description

多通道混凝土冷却通水数据自动测控装置

技术领域

本实用新型涉及一种多通道混凝土冷却通水数据自动测控装置，用于混凝土冷却通水的水温、混凝土温度和冷却水流量的自动采集和控制，通过对冷却水流量的自动控制达到对混凝土温度的调节。

背景技术

水电工程大体积混凝土的通水冷却降温，是解决水电工程大坝混凝土水化热引起的温度应力和达到设计要求的封拱灌浆温度必须采取的技术措施。水电工程通水冷却技术复杂，为工程建设设计与研究重要内容。目前通水冷却的监测主要有两种方式：一种是全手动工记录方式；另一种是半自动的采集装置。 

混凝土冷却通水数据主要有进出水温度和通水流量，进出水温度通常采用玻璃温度计、电子温度计直接在水中量测，这种测量需人工在现场打开水管进行测量，并进行现场记录，也有采用激光红外测温仪进行非接触式测量，这种测量方式虽然省事，但由于是测量的管壁温度，与水温有一定差距，尤其是在日光照射的情况下误差很大；而通水流量通常采用移动式水表或容积法测量，这种测量方式需要在现场打开水管进行测量，也有采用超声波流量计进行测量，这种测量不需要打开水管，但流量计的安装方式以及测量耦合都会影响测试精度。

总之，目前人工测试和记录数据的采集方式，测试手段落后，费工费时，且测量精度受到外界条件影响而发生波动。另外，目前有极少部分水电工程中采用了半自动采集装置，他们在数据的采集和处理方面实现了半自动化，即数据的记录和传送不需要人工干预，采集的数据准确性也有很大的提高，但是其仍然采用了点对点的采集方法，没有将传感器连接成网络，采集过程需要人工携带采集仪到现场进行逐组采集，因此数据采集过程仍然存在较大延迟，不能达到较高的实时监测效果。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种多通道混凝土冷却通水数据自动测控装置，它比人工测控更精确更快速，相比半自动采集的实时性更好，可节约人工成本，降低现场冷却通水调节作业的危险性。

本实用新型的上述目的是通过这样的技术方案来实现的：多通道混凝土冷却通水数据自动测控装置，包括数据自动采集装置，所述数据自动采集装置连接多路电动阀门阀位控制模块和多路电动阀门阀位采集模块，多路电动阀门阀位控制模块和多路电动阀门阀位采集模块连接电动球阀。

所述数据自动采集装置为多通道在线式混凝土冷却通水数据自动采集装置，包括电源模块，温度采集模块，数据采集模块，主控模块，接线端子板；电源模块连接温度采集模块、主控模块、数据采集模块；主控模块连接温度采集模块、数据采集模块；所述主控模块设有以太网接口模块，所述以太网接口模块连接WIFI模块。

所述多通道在线式混凝土冷却通水数据自动采集装置的每个通道均设有电动阀门控制和反馈通道。

所述多路电动阀门阀位控制模块为56路阀位控制模块。

所述多路电动阀门阀位采集模块为56路阀位采集模块。

本实用新型一种多通道混凝土冷却通水数据自动测控装置，有益效果如下：

在多通道在线式混凝土冷却通水数据自动采集装置的基础上实现冷却水流量的计算机控制。通过在冷却水管选择带有阀门位置控制和反馈的电动球阀。在多通道在线式混凝土冷却通水数据自动采集装置的每个通道增加电动阀门控制和反馈通道。选择采用安全电压供电的带有电流环控制和反馈的无级调节电动球阀。

本实用新型使得冷却通水过程完全摆脱人工调控的方式，达到快速、精确、科学的调控，使混凝土工程的温控质量提高，避免混凝土裂缝、保证工程质量和进度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型装置系统结构示意图；

图2为本实用新型装置接口面板结构图。

具体实施方式

多通道混凝土冷却通水数据自动测控装置，包括数据自动采集装置1，所述数据自动采集装置1连接多路电动阀门阀位控制模块3和多路电动阀门阀位采集模块4，多路电动阀门阀位控制模块3和多路电动阀门阀位采集模块4连接电动球阀。

所述数据自动采集装置1为多通道在线式混凝土冷却通水数据自动采集装置，包括电源模块，温度采集模块，数据采集模块，主控模块，接线端子板2；电源模块连接温度采集模块、主控模块、数据采集模块；主控模块连接温度采集模块、数据采集模块；所述主控模块设有以太网接口模块，所述以太网接口模块连接WIFI模块。

所述多通道在线式混凝土冷却通水数据自动采集装置的每个通道均设有电动阀门控制和反馈通道。

所述多路电动阀门阀位控制模块3为56路阀位控制模块。

所述多路电动阀门阀位采集模块4为56路阀位采集模块。

数据自动采集装置1为多通道在线式混凝土冷却通水数据自动采集装置，由下列部分组成：

温度采集模块为168路单总线温度采集模块，所连接的温度传感器为单总线式数字温度传感器；

数据采集模块为56路流量数据采集模块，所连接的流量传感器为脉冲信号式流量传感器；

主控模块；

以太网接口模块；

电源模块；

WIFI模块；

接线端子板2。 

除了电源模块外，上述每一部分都是一个独立的功能单元，分别负责一项特定的任务。两个采集模块：168路单总线温度采集模块、56路流量数据采集模块都有一个独立的RS232输入接口，都有一个命令子集。这个命令子集在每个功能单元系统独立工作时使用。整机工作另有一个命令集，在整机命令集中可能包含某个功能单元系统命令子集中的某些子命令。168路单总线温度采集模块中采用每一个1-WIRE通道负载一个单总线温度测量元件。省掉了输入和匹配单总线器件特有的64 BIT ROM码的繁复工作，使整机使用简单化，1-WIRE负载能力大幅度提高。

168路单总线温度采集模块：

该功能单元模块负责采集168路单总线测温元件DS18B20的温度。每三个单总线测温元件DS18B20组成一个测温单元。在这个单元中：一个DS18B20监测冷却通水进口水温，第二个DS18B20监测大坝坝体温度，第三个DS18B20监测冷却通水出口水温。这三个温度参数再加上冷却通水流量参数共同为大坝坝体温度自动控制提供依据。据此，168路单总线测温元件分为56个测温单元，每个测温单元采集三个温度值，记为单元N温度①，单元N温度②和单元N温度③。

单元N温度①是冷却通水进口水温。

单元N温度②是大坝坝体温度。

单元N温度③是冷却通水出口水温。

168路单总线温度采集模块选用DS2482-800作为单总线驱动器。这个驱动器具有八个独立的1-WIRE通道。DS2482-800有三个位地址输入引脚，控制CPU通过三条I/O线与DS2482-800的三位地址相连接，可分别选择八个DS2482-800驱动器。一个控制CPU最多可以驱动64路1-WIRE通道。本实用新型中，将168个1-WIRE通道分为三组，每组由一个控制CPU驱动56个1-WIRE通道。以实现168个1WIRE通道的目的。在每个1-WIRE通道上只连接一个DS18B20单总线测温元件，因此可以省掉匹配ROM码的繁复工作，节省了测试单总线测温元件DS18B20 64位ROM码的工作，节省了向系统输入大量ROM码的繁重工作。另一方面，由于每个1-WIRE通道仅仅负载一个DS18B20，负载能力得到加强。如DS18B20工作在窃电方式下，网络半径可达150M。如DS18B20使用在有源的情况下，网络半径可达更远的距离。

56路流量数据采集模块：

分为前后两数据采集部分，每路流量数据采集单元均设有独立的CPU，每32路组成一个电路板。在本实用新型中，采用的流量计是脉冲式流量计，输出的脉冲为方波，占空比为50%。最高输出频率为100HZ。如果采用微处理器计数器方式计量脉冲，不可避免的每秒钟内将会丢失一个或两个脉冲。本系统采用10秒钟定时，丢失脉冲最大值可达20个。这是不能接受的。所以本实用新型采用软件倍频方式，来提高计数精度。在本实用新型中，仔细调整定时精度，已达到10秒钟误差不大于3微秒。在精准10秒定时情况下本系统计数误差小56路流量数据采集模块由两块电路板组成：一块用于采集前32路流量数据，另一块负责采集后24路流量数据。每路流量数据采集使用一个独立的CPU。56个CPU在系统精准10秒定时控制下同时计数，10秒定时一旦结束，立即停止计数。由一个负责管理数据和定时的CPU逐个与56个采样的CPU通信，将56路采集到的流量数据集中起来，并存入铁电存储器。当上位计算机发布要求数据命令的时后，就由负责数据通信的CPU将数据发送给上位计算机。

设有以太网接口模块或者WIFI模块的主控模块：

该模块由4个CPU控制电路组成，采用多CPU内部通讯协调处理技术，接收从以太网发来的各种命令，解析和执行命令，或实施控制功能或通过以太网或WIFI无线网将各种采样数据传送到上位计算机。

该模块具有手动和自动两种工作状态。由自动和手动命令切换。手动状态用于使用手动命令启动168路单总线温度采集模块、56路流量数据采集模块。并使用手动命令将168路单总线温度采集模块、56路流量采集模块的数据传送到上位计算机。设制手动状态的目的，在于方便整机调试和在线检查各子系统的工作情况，不易在整机正常运行中多次使用。在自动状态下无需上位机的命令，各个子系统数据的采集、存储和传送以每分钟为周期自动进行。

接线端子板2：

接线端子板2的主要功能是将各个功能模块的传感器接口统一排列在其上，达到标识清晰、方便接线、防止连接错误的目的，这对于具有224个传感器接口的设备尤其重要。并且在该接口板上对所有信号都进行了防雷处理，增强了设备的抗干扰能力。

56路阀位采集电路：

1、硬件结构组成：

硬件电路由下列部分组成：

①、8路4—20MA数据输入放大器电路；

②、8路模拟转换器；

③、串行12位A/D转换器；

④、7组8路共28个低阻抗模拟开关组件，每个低阻抗模拟开关组件含两路模拟开关；

⑤、多CPU控制电路；

2、工作原理：

本实用新型将输入的8路4-20MA标准信号进行差分放大，统一为0-4V电压信号。再由8路模拟信号转换器分时送往12位A/D模数转换器，转换为相应的数字量。其数字量范围为0-4095。为了减化设计，输入的56路4-20MA标准信号分为7组，每组8路。分7次送入8路A/D转换器，得到56个表征阀位开度的数字量。8路A/D转换器采用高精度设计，转换精度为千分之一。

56路电动球阀阀位控制电路：

1、硬件结构组成

每个电动球阀的控制需要提供4-20MA标准信号，4-20MA标准信号必需由D/A数模转换器产生。56路电动球阀阀位开度控制系统一共需要56个D/A数模转换器。本实用新型将56个D/A数模转换器分为7组，每组8个D/A数模转换器，由一个CPU控制。另外设计两个CPU负责接收上位计算机发布的命令，解析命令和分发命令。本实用新型合计使用9个CPU，一同完成56路电动球阀阀位开度的控制。本实用新型分为5块印制板，4块电动球阀阀位开度控制板和一块56路电动球阀电源板。

2、工作原理：

电动球阀阀位开度控制系统对电动球阀的控制方式在本实用新型中可分为两种。

①、手动控制：

手动控制方式下，系统接收上位计算机发布的单个命令，执行单个命令，控制电动阀球的开度。

使用手动控制方式，以实现上位计算机对坝体温度实行智能化管理和自动控制。因为上位计算机对坝体温度实行智能化管理和控制是使用单个命令，如同一个人手动对坝体温度实行管理和控制一样。使用单个命令可以对本系统设置控制的各种参数，也可以对各个电动阀门输出4—20MA标准信号。控制各个电动阀门的开度。对电动阀门可以单独控制一个，也可同时控制多个。

②、自动控制：

除了手动控制方式外，本机还可以实现自动控制。在自动控制方式下，本实用新型试图实现本机自主的仿人智能控制。仿人智能控制是具有我国自主知识产权的控制理论。大量的控制实践证明仿人智能控制是十分优良的。由其对大滞后对象的控制尤为理想。另外仿人智能控制不依赖被控对象的数学模型，具有很强的鲁棒性。控制参数少，易于人工调整。采用56个单回路仿人智能控制可以实现对56路坝体温度的自动控制。

本实用新型装置接口面板5示意图，如图2所示，

1、上四排航空插头为1-56路单总线输入和流量电源输出，流量值输入插头。

2、电源指示灯：(红色)接通电源亮，整机复位约1秒钟，然后常亮。

3、手动/自动指示灯(黄色)在以太网接口板设为自动时亮，在$DMAN&命令后，转手动后熄灭，重开机后进入自动状态又点亮。

4、采样指示灯(紫色)在采样时间内亮，采样完成后熄灭，采样时间约32秒，周期为1分钟。

5、单总线采样周期指示灯(绿色)，在单总线168路DS18B20采样周期完成熄灭，大约6秒熄灭半秒钟，闪动。

6、下二排航空插头为电动球阀阀位开度监测和阀位开度控制，输入/输出插头，每两个电动球阀共用一个航空插头。

Claims (5)

1.多通道混凝土冷却通水数据自动测控装置，包括数据自动采集装置（1），其特征在于：所述数据自动采集装置（1）连接多路电动阀门阀位控制模块（3）和多路电动阀门阀位采集模块（4），多路电动阀门阀位控制模块（3）和多路电动阀门阀位采集模块（4）连接电动球阀。

2.根据权利要求1所述多通道混凝土冷却通水数据自动测控装置，其特征在于：所述数据自动采集装置（1）为多通道在线式混凝土冷却通水数据自动采集装置，包括电源模块，温度采集模块，数据采集模块，主控模块，接线端子板（2）；电源模块连接温度采集模块、主控模块、数据采集模块；主控模块连接温度采集模块、数据采集模块；所述主控模块设有以太网接口模块，所述以太网接口模块连接WIFI模块。

3.根据权利要求1所述多通道混凝土冷却通水数据自动测控装置，其特征在于：所述多通道在线式混凝土冷却通水数据自动采集装置的每个通道均设有电动阀门控制和反馈通道。

4.根据权利要求1所述多通道混凝土冷却通水数据自动测控装置，其特征在于：所述多路电动阀门阀位控制模块（3）为56路阀位控制模块。

5.根据权利要求1所述多通道混凝土冷却通水数据自动测控装置，其特征在于：所述多路电动阀门阀位采集模块（4）为56路阀位采集模块。

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