一种介质换热智能控制系统及方法技术方案

本发明专利技术属于土木工程智能介质换热温控施工技术领域，提供了一种介质换热智能控制系统及方法。所述介质换热智能控制系统包括：热交换装置、热交换辅助装置和控制装置；多个所述一体流温控制装置设置于流温介质集成控制柜中；所述流温介质集成控制柜和数据采集分析反馈智能控制柜设置于所述热交换介质的回路中，所述控制装置控制所述热交换介质经所述回路及热交换辅助装置、热交换装置完成与所述目标区域的热量交换。本发明专利技术的有益效果在于：采用智能PID算法控制，通过梯度闭环智能学习控制方法进行换热过程中的最高温度控制、目标区域换热全过程空间温度变化率协调梯度控制和目标区域换热过程中异常温控工况的控制，可有效应对各种突发异常情况。

An Intelligent Control System and Method for Medium Heat Exchange

【技术实现步骤摘要】
一种介质换热智能控制系统及方法
本专利技术属于土木工程智能通水温控施工
，具体涉及一种介质换热智能控制系统及方法。
技术介绍
对于特高拱坝，施工期的防裂的重点是混凝土温度控制。拱坝混凝土的温度问题主要应从控制温度和改善约束两方面来解决。从温控角度，混凝土浇筑温度、混凝土最高温度以及最终稳定温度是三个特征温度，最高温度等于浇筑温度加上水化热温升。而最终稳定温度取决于当地气候条件和坝体结构形式，所以工程上主要控制的是浇筑温度和水化热温升。目前高拱坝的施工中温度控制主要控制3个温差：基础温差、内外温差和上下层温差。基础温差通过最高温度控制，内外温差通过表面保温和内部通水冷却温度控制，上下层温差则通过混凝土最高温度及合理的通水冷却过程控制。通水冷却第一次在工程领域中的正式应用源于上世纪30年代，1931年美国垦务局在欧瓦希(Owyhee)拱坝上进行了混凝土水管冷却的现场试验，结果令人满意。此后的两年，美国垦务局在修建胡佛水坝(Hoover)的过程中首次在混凝土仓中全面预埋冷却水管进行人工冷却，起到了较理想的温控防裂效果。随后冷却水管以其应用的灵活性、可靠性及多用性等特点，在世界各国混凝土坝的施工中被广泛采用。我国在1955年修建第一座混凝土拱坝——响洪甸拱坝时，首次采用了预埋冷却水管，建成后得到了不错的防裂效果。随后，在三峡大坝、周公宅拱坝、二滩拱坝、大潮山围堰、索风营水电站碾压混凝土坝、龙滩水电站碾压混凝土重力坝、白沙水库、锦屏一级拱坝、溪洛渡拱坝等众多的大型水利工程中得到了广泛应用，并获得了较好的温控防裂效果。从众多的大体积混凝土工程实践当中，可以看出水管冷却这种人工冷却的方法，已成为混凝土坝设计和施工中不可或缺的一项关键温控防裂措施。大量工程实践表明，在高温季节浇筑混凝土时，受入仓温度、太阳辐射和通水换热等外界条件的影响，混凝土浇筑仓温度很难完全控制不超过容许最高温度。为了使混凝土材料性能正常发展，必须使混凝土浇筑仓最高温度达到合适的温度。即混凝土浇筑仓的最高温度不能过高，也不能过低。大坝施工期温控的目的是通过人工通水换热实施温度控制，使混凝土温度保持在设计温度(按照设计的“温度-时间曲线”)附近，从而使施工程序和质量可控。简单的说，整个通水换热是一个温度目标控制，是按照设计要求，将每阶段的混凝土温度调整(降低或升温)，或控制在一定的T温度点附近。但有很多因素会直接影响温度控制效果，这些因素大致分类如下：(1)不同气温、不同浇筑温度、不同水管间距、不同施工细节(夯实程度、水管布置合理程度等)等，可能导致浇筑块的密度不同，从而导致内部发热状态不一致，要求对各浇筑块个体化换热控制；(2)不同仓水管变形程度不同，导致需要不同流量控制，最好做到每组换热支管单独温控；(3)人工调整通水流量间隔长，人工采集温度和流量数据工作量大、且受主观因素以及设备运行状况影响较大；(4)目前控制不能做到实时、在线，现有换热系统受制于工程施工传统、工程配套技术水平与施工成本的限制，难以布置足够的相关采集仪器，难以做到实时动态的反馈控制。目前采用的智能通水温控系统存在较多弊端,如中国专利CN102852145A中的温控系统，具有如下缺点：(1)线路凌乱，功能不集中，不能满足现场复杂的施工环境，且现场设备安装工作量大，接线多，设备容易损坏和被盗，不便于排除故障和维修；(2)现有系统数据精度差，数据传输效率低，采集时间间隔长，信息反馈慢，常常导致混凝土温控控制不理想；(3)回路开通不能预先批量设置，延误了施工进度；(4)数据采集设备与控制设备之间分离，设备基本没有互通互联，扩展性差，需要专网、光纤，为控制大坝混凝土的温度带来困难和诸多不便。(5)基本上采用常规的数据处理方法和手段，没有引入当前AI、深度学习的新方法。从拱坝的施工场合之外，其它大体积混凝土人工建筑物在形成过程中，也有通水换热的需求，比如大型楼房的地基、大型桥梁的承台等，目前来看多处为较为原始粗放的人工调节通水管路阀门，辅以定点温度测量的管理方法，没有成套的系统和控制方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种介质换热智能控制系统及方法，以解决现有技术中存在的技术问题。本专利技术所采用的技术手段是：一种介质换热智能控制系统，包括：热交换装置、热交换辅助装置和控制装置，所述热交换装置安装于目标区域表面或内部，用于与所述目标区域交换热量，将热量从所述目标区域导入或导出，以控制所述目标区域的温度；所述热交换辅助装置用于为热交换装置输入热交换介质和将经热交换后的介质从热交换装置中输出；其特征在于：所述热交换辅助装置包括介质流量控制装置、介质流量测量装置和介质温度测量装置，所述介质流量控制装置、介质流量测量装置和介质温度测量装置集成于一体流温控制装置中，所述一体流温控制装置为多个，每个所述一体流温控制装置对应一个所述热交换介质的回路，多个所述一体流温控制装置设置于流温介质集成控制柜中；所述控制装置包括中央处理模块、采集模块和外设模块及通过网络连接的远端云系统，所述中央处理模块、采集模块和外设模块封装设置于数据采集分析反馈智能控制柜中，所述中央处理模块采用智能PID算法对所述热交换介质的流量、温度进行梯度控制；所述云系统接收数据采集分析反馈智能控制柜上传的数据并通过运行一定的算法下发指令；所述数据采集分析反馈智能控制柜在云系统断链的情况下按照中央处理模块内的系统保持一段时间的自主工作；所述流温介质集成控制柜和数据采集分析反馈智能控制柜设置于所述热交换介质的回路中，所述控制装置控制所述热交换介质从热交换介质站中输出，经所述回路及回路中的所述热交换辅助装置、热交换装置完成与所述目标区域的热量交换。本专利技术优选实施例中，所述流温介质集成控制柜包括第一柜体，所述第一柜体包括多个分层结构；固定装置，用于固定安装多个所述热交换辅助装置；所述热交换辅助装置的接线汇集于所述柜体的第一接线装置；所述固定装置位于每个所述分层结构中，每个所述固定装置上安装有多个热交换辅助装置，多个所述热交换辅助装置集成于每个所述分层结构、输入主管道中的所述热交换介质流经所述分层结构中每个所述热交换辅助装置，与目标区域交换热量后流入输出主管道。本专利技术优选实施例中，所述热交换辅助装置中的一体流温控制装置还包括温度采集装置和流量采集装置，根据外部指令实时控制所述热交换介质流量的大小和方向，实时采集所述热交换介质的温度和传输瞬时流量或累计流量。本专利技术优选实施例中，所述一体流温控制装置具有双向电动流量控制阀、数字测温装置、双向超声波流量计和过滤装置；所述一体流温控制装置的数量依据实际所需热交换介质的回路数量、目标区域内温度计的数量进行动态匹配，同时预留一定的备用回路。本专利技术优选实施例中，所述一体流温控制装置还包括智能流温采集控制模块、人机交互装置、连接线路和温度控制装置，并通过所述连接线路与所述流量采集装置、温度采集装置、流量调节装置和温度控制装置相连。本专利技术优选实施例中，所述智能流温采集控制模块包括传感器、测量单元、主控制器、通信接口和智能单元；所述传感器器与测量单元连接；所述测量单元与主控制器连接，用于处理接收到的超声波信号并测量超声波在流体中的传播时间以及测量的温度值；所述通信接口分别与主控制器和智能单元连接，用于发送本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种介质换热智能控制系统，包括：热交换装置、热交换辅助装置和控制装置，所述热交换装置安装于目标区域表面或内部，用于与所述目标区域交换热量，将热量从所述目标区域导入或导出，以控制所述目标区域的温度；所述热交换辅助装置用于为热交换装置输入热交换介质和将经热交换后的介质从热交换装置中输出；其特征在于：所述热交换辅助装置包括介质流量控制装置、介质流量测量装置和介质温度测量装置，所述介质流量控制装置、介质流量测量装置和介质温度测量装置集成于一体流温控制装置中，所述一体流温控制装置为多个，每个所述一体流温控制装置对应一个所述热交换介质的回路，多个所述一体流温控制装置设置于流温介质集成控制柜中；所述控制装置包括中央处理模块、采集模块和外设模块及通过网络连接的远端云系统，所述中央处理模块、采集模块和外设模块封装设置于数据采集分析反馈智能控制柜中，所述中央处理模块采用智能PID算法对所述热交换介质的流量、温度进行梯度控制；所述云系统接收数据采集分析反馈智能控制柜上传的数据并通过运行一定的算法下发指令；所述数据采集分析反馈智能控制柜在云系统断链的情况下按照中央处理模块内的系统保持一段时间的自主工作；所述流温介质集成控制柜和数据采集分析反馈智能控制柜设置于所述热交换介质的回路中，所述控制装置控制所述热交换介质从热交换介质站中输出，经所述回路及回路中的所述热交换辅助装置、热交换装置完成与所述目标区域的热量交换。...

【技术特征摘要】
1.一种介质换热智能控制系统，包括：热交换装置、热交换辅助装置和控制装置，所述热交换装置安装于目标区域表面或内部，用于与所述目标区域交换热量，将热量从所述目标区域导入或导出，以控制所述目标区域的温度；所述热交换辅助装置用于为热交换装置输入热交换介质和将经热交换后的介质从热交换装置中输出；其特征在于：所述热交换辅助装置包括介质流量控制装置、介质流量测量装置和介质温度测量装置，所述介质流量控制装置、介质流量测量装置和介质温度测量装置集成于一体流温控制装置中，所述一体流温控制装置为多个，每个所述一体流温控制装置对应一个所述热交换介质的回路，多个所述一体流温控制装置设置于流温介质集成控制柜中；所述控制装置包括中央处理模块、采集模块和外设模块及通过网络连接的远端云系统，所述中央处理模块、采集模块和外设模块封装设置于数据采集分析反馈智能控制柜中，所述中央处理模块采用智能PID算法对所述热交换介质的流量、温度进行梯度控制；所述云系统接收数据采集分析反馈智能控制柜上传的数据并通过运行一定的算法下发指令；所述数据采集分析反馈智能控制柜在云系统断链的情况下按照中央处理模块内的系统保持一段时间的自主工作；所述流温介质集成控制柜和数据采集分析反馈智能控制柜设置于所述热交换介质的回路中，所述控制装置控制所述热交换介质从热交换介质站中输出，经所述回路及回路中的所述热交换辅助装置、热交换装置完成与所述目标区域的热量交换。2.根据权利要求1所述的介质换热智能控制系统，其特征在于，所述流温介质集成控制柜包括第一柜体，所述第一柜体包括多个分层结构；固定装置，用于固定安装多个所述热交换辅助装置；所述热交换辅助装置的接线汇集于所述柜体的第一接线装置；所述固定装置位于每个所述分层结构中，每个所述固定装置上安装有多个热交换辅助装置，多个所述热交换辅助装置集成于每个所述分层结构、输入主管道中的所述热交换介质流经所述分层结构中每个所述热交换辅助装置，与目标区域交换热量后流入输出主管道。3.根据权利要求2所述的介质换热智能控制系统，其特征在于，所述热交换辅助装置中的一体流温控制装置还包括温度采集装置和流量采集装置，根据外部指令实时控制所述热交换介质流量的大小和方向，实时采集所述热交换介质的温度和传输瞬时流量或累计流量。4.根据权利要求3所述的介质换热智能控制系统，其特征在于，所述一体流温控制装置具有双向电动流量控制阀、数字测温装置、双向超声波流量计和过滤装置；所述一体流温控制装置的数量依据实际所需热交换介质的回路数量、目标区域内温度计的数量进行动态匹配，同时预留一定的备用回路。5.根据权利要求4所述的介质换热智能控制系统，其特征在于，所述一体流温控制装置还包括智能流温采集控制模块、人机交互装置、连接线路和温度控制装置，并通过所述连接线路与所述流量采集装置、温度采集装置、流量调节装置和温度控制装置相连。6.根据权利要求5所述的介质换热智能控制系统，其特征在于，所述智能流温采集控制模块包括传感器、测量单元、主控制器、通信接口和智能单元；所述传感器器与测量单元连接；所述测量单元与主控制器连接，用于处理接收到的超声波信号并测量超声波在流体中的传播时间以及测量的温度值；所述通信接口分别与主控制器和智能单元连接，用于发送测量到的流温数据以及实现智能单元与云系统的通信；所述智能单元与主控制器连接，用于存储并实时执行从云系统的大数据分析库下载的流量校正算法；所述主控制器用于接收测量单元所测量的时间值以及温度值，并根据公式计算当前瞬时流速进而得到流量值，控制与其连接的通信接口、智能单元进行工作。7.根据权利要求6所述的介质换热智能控制系统，其特征在于，所述智能流温采集控制模块还包括电源管理单元，所述电源管理单元与其他各单元连接，用于其他各单元的供电管理。8.根据权利要求7所述的介质换热智能控制系统，其特征在于：所述装置还包括人机接口，所述人机接口与所述智能单元连接，用于输入所述智能流温采集控制模块的各参数，并且通过显示屏或者电信号按照协议格式对外输出测量值。9.根据权利要求8所述的介质换热智能控制系统，其特征在于：所述传感器的数量是两个以上。10.根据权利要求2所述的介质换热智能控制系统，其特征在于，所述热交换辅助装置的输入管道连通所述输入主管道，所述热交换辅助装置的输出管道将所述热交换介质传输至所述目标区域进行温度控制；所述热交换辅助装置包括多个管道回路，每个所述管道回路为不同的所述目标区域输入所述热交换介质；所述管道回路依系统在介质换热所在的目标区域蛇形布置。11.根据权利要求10所述的介质换热智能控制系统，其特征在于，多个所述分层结构为一体式封装结构；多个所述分层结构可拆卸连接，相邻的所述分层结构之间通过连接件成为封装结构；所述第一柜体顶部设有吊装装置，底部设有排水装置，所述排水装置为每层所述柜体的底板和两侧第一接线装置的底板角落打孔。12.根据权利要求11所述的介质换热智能控制系统，其特征在于，所述介质换热智能控制系统所述接线连接每个所述热交换辅助装置后汇集于所述第一接线装置中；所述第一柜体的一侧设置有用于安装所述第一接线装置的内凹或外凸，所述第一柜体的接线进出口处防水处理，所述防水处理为：所述第一柜体的接线孔处全部采用航空插头辅以防水盖板的设计，所述盖板为翻盖式设计。13.根据权利要求1所述的介质换热智能控制系统，其特征在于，所述数据采集分析反馈智能控制柜还包括：第二柜体、第二接线装置；其中，所述第二接线装置设置于所述第二柜体的内侧壁上，用于安装所述采集模块、中央处理模块和外设模块；所述采集模块用于采集热交换介质的流量、热交换介质温度和目标区域的温度；所述中央处理模块对所述采集模块采集的数据进行数据处理并将处理后的所述数据上传至云系统进行数据交互，同时，多个所述数据采集分析反馈智能控制柜之间组成局...

【专利技术属性】
技术研发人员：林鹏，樊启祥，汪志林，陈文夫，杨宗立，周绍武，
申请(专利权)人：清华大学，中国三峡建设管理有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11