CN207780633U - 用于大体积混凝土内部的温度及冷却水流量数字测控装置 - Google Patents

Abstract

本新型公开了用于大体积混凝土内部的温度及冷却水流量数字测控装置，包括温度采集模块；电流输入采集模块；电流输出控制模块；微控制器模块，所述温度采集模块、电流输入采集模块和电流输出控制模块分别与微控制器连接，对采集的温度电信号、流量电信号进行处理；同时电流输出控制模块在微控制器的控制下对可调谐电动球阀的开合度进行调整；无线通讯模块，与微控制器连接，将微控制器处理的温度和流量数据以无线传输的方式发送至服务器；可实时在线同步测量大体积混凝土内部温度及冷却通水流量并能够对流量进行控制调节，有效解决了传统测控方式存在的测试记录慢、数据处理时效性差、调控误差大缺点，提高了大体积混凝土坝施工期的温控效率。

Description

用于大体积混凝土内部的温度及冷却水流量数字测控装置

技术领域

本实用新型涉及大体积混凝土内部温度冷却水流量测控技术领域，具体地，涉及用于大体积混凝土内部的温度及冷却水流量数字测控装置。

背景技术

大体积混凝土被广泛应用于水利水电工程、核电工程等基础设施建设中，尤以混凝土坝应用最为广泛。然而，大体积混凝土裂缝问题长期困扰着工程建设者。为了有效控制大体积混凝土内部温度，防止大体积混凝土结构出现危害性温度应力裂缝，施工期往往在大体积混凝土中埋设冷却水管，通过冷却通水方式，对大体积混凝土内部温度进行动态控制。现有技术中，大体积混凝土内部温度的测量以及冷却通水流量的测量和控制主要以人工和半自动化测控为主，即通过人工将监测设备采集的大坝内部温度数据及冷却水流量数据手动录入到服务器，经过整理分析后，再根据经验手动调节阀门开合度调整流量大小。该方式手段落后，冷却水流量调节受人为因素影响，调控误差大；调节的滞后性，造成温度控制实时性差，施工期即便出现异常情况也未能在第一时间发现，丧失最佳处理时机，进而无法对大体积混凝土内部温度场变化做出及时有效的监控，不利于工程质量的管控。

以上现有技术的不足，限制了大坝的快速施工，满足不了目前施工和环境条件复杂的我国高坝建设需要。因此，为了克服上述问题，研发一种能够实现诸如大体积混凝土内部温度及冷却通水流量在线实时测量和控制的智能数字温度流量测控单元是非常必要的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，针对上述问题，提出用于大体积混凝土内部的温度及冷却水流量数字测控装置，以实现能够在线实时同步采集诸如大体积混凝土内部温度及冷却通水流量数据，并将数据通过无线网络实时传输到远端服务器，由服务器上的温控软件平台计算分析得出流量调节方案后，再根据方案进行流量调节控制，保证了温度控制的动态实时性以及流量调节的精细化。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：用于大体积混凝土内部的温度及冷却水流量数字测控装置，主要包括：温度采集模块，采集测量温度传感器的温度电信号；

电流输入采集模块，采集电磁流量计的流量电信号；

电流输出控制模块，输出模拟电流信号，控制可调谐电动球阀的开合度；

微控制器模块，所述温度采集模块、电流输入采集模块和电流输出控制模块分别与微控制器模块连接，对采集的温度电信号、流量电信号进行处理；同时电流输出控制模块在微控制器的控制下对可调谐电动球阀的开合度进行调整；

无线通讯模块，与微控制器连接，将微控制器处理的温度和流量数据以无线传输的方式发送至服务器；

和RS485总线控制模块，与控制器连接，将微控制器处理的温度和流量数据以有有线数据传输的方式发送至服务器；

进一步地，所述装置还包括固定的设备地址，所述地址为二进制编码，通过拨码开关或上位机软件对二进制编码进行设置。

进一步地，装置还包括电源管理模块和锂电池模块，所述电源管理模块与锂电池模块和微控制器模块连接，并向两者供电；所述锂电池模块在无市电时，向装置供电。

进一步地，所述温度采集模块包括两路或两路以上的温度测量通道，每路温度测量通道与多个数字温度传感器连接，进行多点温度测量。

进一步地，所述电流输入采集模块包括至少四路电流输入信号通道，对至少4支流量计的流量电信号进行测量。

进一步地，所述电流输出控制模块包括至少四路电流输出信号通道，对至少4台可调谐电动球阀的开合度进行控制。

进一步地，所述无线通讯模块为Zigbee通讯模块、Wi-Fi通讯模块、GSM/GPRS通讯模块、3G/4G通讯模块或蓝牙通讯模块。

一种包括所述装置的用于大体积混凝土内部的温度及冷却水流量数字测控系统，还包括：

数字温度传感器，设置在大体积混凝土内部，测量大体积混凝土坝内温度；

进水口水温传感器和出水口水温感器，分别设置在进水口管道和排水口管道处，分别测量冷却水的进水口水温和排口水水温；所述数字温度传感器、进水口水温传感器、出水口水温传感器分别通过电缆与所述装置连接；对混凝土坝内部温度以及冷却水进、出口水温进行实时采集；

电磁流量计和可调谐电动球阀，均安装在冷却水管上，通过电缆分别与所述装置的电流输入信号通道、电流输出信号通道连接，所述装置通过电流输入信号通道实时对冷却水流量数据进行采集；

安装在水包上的自动换向阀门，所述自动换向阀门通过电缆与装置的I/O通道连接；

以及，无线中继单元和服务器，所述装置通过无线通讯模块以及无线中继单元将微控制器模块处理的温度和流量数据传送给服务器，经服务器整理分析，得到流量调节指令信号，将流量调节指令信号发送至装置，装置根据收到的指令信号调节可调谐电动球阀的开合度，从而调整冷却水流量；

所述装置还根据服务器下发的指令控制自动换向阀门进行冷却水换向。

进一步地，所述装置的个数为一个或一个以上，且每个装置均具有固定设备地址，即二进制编码，通过拨码开关或者通过上位机进行设置，当需要调节流量时，服务器根据所述装置的设备地址，将流量调节指令信号发送给对应的装置。

进一步地，所述电磁流量计为双向涡轮流量计。

本实用新型各实施例的用于大体积混凝土内部的数字温度流量测控装置，由于主要包括：温度采集模块，采集测量温度传感器的温度电信号；电流输入采集模块，采集电磁流量计的流量电信号；电流输出控制模块，输出模拟电流信号，控制可调谐电动球阀的开合度；微控制器模块，所述温度采集模块、电流输入采集模块和电流输出控制模块分别与微控制器模块连接，对采集的温度电信号、流量电信号进行处理；同时电流输出控制模块在微控制器的控制下对可调谐电动球阀的开合度进行调整；无线通讯模块，与微控制器连接，将微控制器处理的温度和流量数据以无线传输的方式发送至服务器；和RS485总线控制模块，与控制器连接，将微控制器处理的温度和流量数据以有有线数据传输的方式发送至服务器；从而可以可实时在线同步测量诸如大体积混凝土内部温度及冷却通水流量并能够对流量进行控制调节，数据可实时无线传输、自动入库，有效解决了传统测控方式存在的测试记录慢、数据处理时效性差、调控误差大等缺点，大大提高了大体积混凝土坝施工期的温控效率，对于大体积混凝土坝的防裂具有重要意义。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为用于大体积混凝土内部的温度及冷却水流量数字测控装置结构示意图；

图2为用于大体积混凝土内部的温度及冷却水流量数字测控系统原理图。

结合附图，本实用新型实施例中附图标记如下：

1、电源管理器模块；2、锂电池模块；3、温度采集模块；4、微控制器模块；5、RS485总线控制模块；6、无线通讯模块；7、电流输入采集模块；8、电流输出控制模块；9、数字温度传感器；10、电磁流量计；11、可调谐电动球阀；12、自动换向阀门；13、进水口水温传感器；14、出水口水温传感器；15、智能数字温度流量测控单元；16、无线中继单元；17、服务器。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

具体地，包括电源管理器模块1、锂电池模块2、温度采集模块3、微控制器模块4、RS485总线控制模块5、无线通讯模块6、电流输入采集模块7、电流输出控制模块8；所述电源管理器模块1分别与锂电池模块2、微控制器模块4电连接；所述微控制器模块4分别与锂电池模块2、温度采集模块3、RS485总线控制模块5、无线通讯模块6、电流输入采集模块7、电流输出控制模块8电连接。

优选地，所述温度采集模块3有2路(温度测量通道数可根据实际情况扩展)温度测量通道，每路温度测量通道可以接入多支数字温度传感器，进行多点温度测量。

优选地，所述电流输入采集模块7可同时测量4路(电流输入信号通道数可根据实际情况扩展)4～20mA模拟电流输入信号，即：可同时测量4支流量计流量信息。

优选地，所述电流输出控制模块8可同时输出4路(电流输出信号通道数可根据实际情况扩展)4～20mA模拟电流输出信号，即：可同时控制4台可调谐电动球阀的开合度。

优选地，所述微控制器模块4为所述智能数字温度流量测控单元的核心模块，用于接收、解析和执行各种命令，能够实现温度采集、电流输入采集、电流输出控制、I/O控制及数据存储等功能；所述微控制器模块提供了4路(I/O通道数可根据实际情况扩展)I/O(输入/输出)通道，用于显示报警状态以及外部设备控制命令的下传。

所述智能数字温度流量测控单元15采用国际标准的Modbus通讯协议，规约开放，可以与各类温控反馈分析软件平台进行无缝连接。

图2为装置在水电工程混凝土坝施工期温控工程中的应用实施例。

本实施例中无线通讯模块6优选为Zigbee通讯模块；无线中继16优选为Zigbee无线通讯装置。

图2中，数字温度传感器9、进水口水温传感器13、出水口水温传感器14为单总线数字温度传感器DS18B20，其中数字温度传感器9用于测量混凝土坝内部温度；进水口水温传感器13、出水口水温传感器14用于测量冷却水进、出口水温。数字温度传感器9、进水口水温传感器13、出水口水温传感器14分别通过电缆与智能数字温度流量测控单元15连接。智能数字温度流量测控单元15可以对混凝土坝内部温度以及冷却水进、出口水温进行实时采集。电磁流量计10、可调谐电动球阀11安装在冷却水管上，通过电缆分别与智能数字温度流量测控单元15的电流输入信号通道、电流输出信号通道连接，智能数字温度流量测控单元15通过电流输入信号通道实时对冷却水流量数据进行采集，其中，电磁流量计10可以为双向涡轮流量计。自动换向阀门12安装在水包上，通过电缆与智能数字温度流量测控单元15的I/O通道连接。

实施中，智能数字温度流量测控单元15将采集的温度、流量数据可通过无线通讯装置16或者RS485总线传送给数据服务器17，经数据服务器17整理、分析，得出流量调节方案后反馈给智能数字温度流量测控单元15，智能数字温度流量测控单元15根据收到的指令调节可调谐电动球阀11的开合度，以调整冷却水流量。此外，智能数字温度流量测控单元15根据数据服务器17下发的指令控制自动换向阀门12进行冷却水换向，以保证冷却效率。

实际上，大型水电工程混凝土坝施工现场往往是数百台智能数字温度流量测控单元15同时投入工作，为了方便现场服务器识别和管理智能数字温度流量测控单元15工作，智能数字温度流量测控单元15具有固定设备地址，地址为二进制编码，可以通过拨码开关或者通过上位机软件进行设置，需要调节流量时，数据服务器18便根据智能数字温度流量测控单元15的设备地址，将流量调节指令发送给相应的智能数字温度流量测控单元15。

本实用新型也可以用于其它领域不同温控场合。

至少可以达到以下有益效果：

(1)可实时在线同步测量诸如大体积混凝土内部温度及冷却通水流量并能够对流量进行控制调节，数据可实时无线传输、自动入库，有效解决了传统测控方式存在的测试记录慢、数据处理时效性差、调控误差大等缺点，大大提高了大体积混凝土坝施工期的温控效率，对于大体积混凝土坝的防裂具有重要意义。

采用标准的接口和通讯协议，体积小巧、智能化程度高、操作方便、实用性强、成本低廉，可应用于多领域的温控场合。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.用于大体积混凝土内部的温度及冷却水流量数字测控装置，其特征在于，包括

温度采集模块，采集测量温度传感器的温度电信号；

电流输入采集模块，采集电磁流量计的流量电信号；

电流输出控制模块，输出模拟电流信号，控制可调谐电动球阀的开合度；

微控制器模块，所述温度采集模块、电流输入采集模块和电流输出控制模块分别与微控制器模块连接，对采集的温度电信号、流量电信号进行处理；同时电流输出控制模块在微控制器的控制下对可调谐电动球阀的开合度进行调整；

无线通讯模块，与微控制器连接，将微控制器处理的温度和流量数据以无线传输的方式发送至服务器；

和RS485总线控制模块，与控制器连接，将微控制器处理的温度和流量数据以有线数据传输的方式发送至服务器。

2.根据权利要求1所述的用于大体积混凝土内部的温度及冷却水流量数字测控装置，其特征在于，所述装置还包括固定的设备地址，所述地址为二进制编码，通过拨码开关或上位机软件对二进制编码进行设置。

3.根据权利要求2所述的用于大体积混凝土内部的温度及冷却水流量数字测控装置，其特征在于，装置还包括电源管理模块和锂电池模块，所述电源管理模块与锂电池模块和微控制器模块连接，并向两者供电；所述锂电池模块在无市电时，向装置供电。

4.根据权利要求2所述的用于大体积混凝土内部的温度及冷却水流量数字测控装置，其特征在于，所述温度采集模块包括两路或两路以上的温度测量通道，每路温度测量通道与多个数字温度传感器连接，进行多点温度测量。

5.根据权利要求4所述的用于大体积混凝土内部的温度及冷却水流量数字测控装置，其特征在于，所述电流输入采集模块包括至少四路电流输入信号通道，对至少4支流量计的流量电信号进行测量。

6.根据权利要求5所述的用于大体积混凝土内部的温度及冷却水流量数字测控装置，其特征在于，所述电流输出控制模块包括至少四路电流输出信号通道，对至少4台可调谐电动球阀的开合度进行控制。

7.根据权利要求6所述的用于大体积混凝土内部的温度及冷却水流量数字测控装置，其特征在于，所述无线通讯模块为Zigbee通讯模块、Wi-Fi通讯模块、GSM/GPRS通讯模块、3G/4G通讯模块或蓝牙通讯模块。

8.根据权利要求1所述的用于大体积混凝土内部的温度及冷却水流量数字测控装置，其特征在于，还包括：

数字温度传感器，设置在大体积混凝土内部，测量大体积混凝土坝内温度；

进水口水温传感器和出水口水温传感器，分别设置在进水口管道和排水口管道处，分别测量冷却水的进水口水温和排口水水温；所述数字温度传感器、进水口水温传感器、出水口水温传感器分别通过电缆与所述装置连接；对混凝土坝内部温度以及冷却水进、出口水温进行实时采集；

电磁流量计和可调谐电动球阀，均安装在冷却水管上，通过电缆分别与所述装置的电流输入信号通道、电流输出信号通道连接，所述装置通过电流输入信号通道实时对冷却水流量数据进行采集；

安装在水包上的自动换向阀门，所述自动换向阀门通过电缆与装置的I/O通道连接；

以及，无线中继单元和服务器，所述装置通过无线通讯模块以及无线中继单元将微控制器模块处理的温度和流量数据传送给服务器，经服务器整理分析，得到流量调节指令信号，将流量调节指令信号发送至装置，装置根据收到的指令信号调节可调谐电动球阀的开合度，从而调整冷却水流量；

所述装置还根据服务器下发的指令控制自动换向阀门进行冷却水换向。

9.根据权利要求8所述的用于大体积混凝土内部的温度及冷却水流量数字测控装置，其特征在于，所述装置的个数为一个或一个以上，且每个装置均具有固定设备地址，即二进制编码，通过拨码开关或者通过上位机进行设置，当需要调节流量时，服务器根据所述装置的设备地址，将流量调节指令信号发送给对应的装置。

10.根据权利要求9所述的用于大体积混凝土内部的温度及冷却水流量数字测控装置，其特征在于，所述电磁流量计为双向涡轮流量计。