一種適用於混凝土壩中後期通水的優化調控系統的製作方法
2023-09-22 11:15:45 2
一種適用於混凝土壩中後期通水的優化調控系統的製作方法
【專利摘要】一種適用於混凝土壩中後期通水的優化調控系統，包括埋設在混凝土壩內部的冷卻水管、用於測量混凝土溫度的溫度計，冷卻水管連接通水控制迴路，通水控制迴路連接控制電路系統，控制電路系統連接人機接口，以及中後期通水措施優化調控方法。本發明對中後期通水冷卻措施進行實時、自動、細緻的計算分析、方案比較、優選及調控，將優化算法引入混凝土壩中後期通水優化調控系統，從通水措施可行域空間中，優選獲得當前最優的通水措施，實時調控未來若干天的通水冷卻，從而達到對通水措施進行有效調控，避免混凝土產生裂縫。
【專利說明】一種適用於混凝土壩中後期通水的優化調控系統
【技術領域】
[0001] 本發明一種適用於混凝土壩中後期通水的優化調控系統，用於混凝土壩中後期通 水優化調控。
【背景技術】
[0002] 混凝土壩中後期水管冷卻問題是一個重要而複雜的問題。以往對混凝土水管冷 卻的安排比較簡單，控制手段單一，要麼造成通水資源浪費，要麼難以避免混凝土產生裂 縫。近年關於混凝土通水冷卻自動控制系統陸續已有一些報導，例如，《混凝土智能冷卻 通水系統》（CN201010228838.8)根據測控裝置採集的溫度、流量信號以及開度信息，然後 實施對電動控制閥的開度控制，調節通水流量和通水水溫。《通水智能溫度控制試驗系統》 (CN201220419409. 3)在新澆築倉內埋設數字溫度傳感器，在進出水管上安裝一體流溫控制 裝置，根據能量守恆和傳熱學原理確定實時通水流量，採用最高溫度、溫度變化率和異常溫 度的控溫原則，建立了大體積混凝土通水冷卻智能溫度控制方法與系統。《大體積混凝土通 水冷卻自動控制儀器設備的研製》（中國大壩協會2013學術年會暨第三屆堆石壩國際研討 會）研發了一套大壩混凝土內部溫度、冷卻水溫、冷卻水流量等信息的實時採集以及冷卻 水流量的自動控制的儀器設備，並在魯地拉水電站開展了實用研宄。《大體積混凝土冷卻通 水智能控制系統研製與應用》（三峽大學學報（自然科學版），2013)採用通斷式通水方式 進行混凝土壩通水冷卻，並在錦屏一級拱壩中開展了應用研宄，該通水方式設定通水流量 不變，當通水時間達到設定通水時間，自動停止通水。
[0003] 總的來說，相對於傳統依靠人工經驗進行通水調節，流量調節式和通水控制式通 水方式能夠有效的控制混凝土降溫過程中的指標，完成通水任務。尤其是自動通水系統設 備的研製，給混凝土壩現場通水冷卻提供了較大的方便。雖然通斷控制式通水方案原理簡 單，工作量少，具有較好的工程使用價值，但該通水方式控制手段仍顯單一，且通水流量和 通水時間的設定仍過多依靠通水經驗。由於流量調節式通水方案對混凝土溫度的控制較為 精細，降溫曲線也相對平滑，效果顯著，但是工作量偏大。而且無論是通斷式通水方式還是 流量式通水方式，在這些混凝土通水冷卻自動控制系統中均尚未引入優化算法，仍然難以 避免造成通水資源浪費以及避免降溫速率過快。
【發明內容】
[0004] 針對現有混凝土通水冷卻自動控制系統中尚未引入優化算法，難以避免造成通水 資源浪費，本發明提供一種適用於混凝土壩中後期通水的優化調控系統，將優化算法引入 混凝土壩中後期通水優化調控系統，從通水措施可行域空間中，優選獲得當前最優的通水 措施，實時調控未來若干天的通水冷卻。
[0005] 本發明採取的技術方案為：
[0006] 一種適用於混凝土壩中後期通水的優化調控系統，包括埋設在混凝土壩內部的冷 卻水管、用於測量混凝土溫度的溫度計，冷卻水管連接通水控制迴路，通水控制迴路連接控 制電路系統，控制電路系統連接人機接口，以及中後期通水措施優化調控方法；
[0007] 所述通水控制迴路包括兩個輸入水源、兩個出水口以及帶各種電氣執行機構的雙 迴路通水結構；
[0008] 所述控制電路系統用於對通水控制迴路實時控制和測量通水迴路狀態；
[0009] 所述人機接口為帶觸控螢幕的IXD，用於輸入控制參數和回顯系統運行狀態。
[0010] 所述通水控制迴路包括分別安裝在混凝土壩進水口、出水口的溫度計Tl、溫度計 T2 ；
[0011] 混凝土壩進水口通過電磁閥K3連接出水口一；
[0012] 混凝土壩出水口通過電磁閥K6連接出水口二；
[0013] 電磁閥K3通過電磁閥K4、電磁閥K5連接電磁閥K6，電磁閥K4、電磁閥K5分別通 過流量計連接比例閥，所述比例閥分別連接電磁閥K1、電磁閥K2，電磁閥K1、電磁閥K2分別 安裝在輸入水源一、輸入水源二上。
[0014] 所述雙迴路通水結構用於進行固定流向通水和定期改變流流向通水。
[0015] 所述控制電路系統包括STM32單片機，
[0016] STM32單片機連接多個繼電器，多個繼電器分別獨立連接每一個電氣執行機構；
[0017] STM32單片機連接電流輸入AD採集模塊，AD採集模塊用於採集混凝土壩進水口、 出水口的水溫、流速和比例閥輸出的反饋信號；
[0018] STM32單片機連接恆流源模塊，恆流源模塊用於產生控制比例閥的電流信號；
[0019] STM32單片機連接用於遠距離通信的RS-485接口；
[0020] STM32 單片機連接 RS-232 接口。
[0021] 所述人機接口採用帶觸控螢幕7寸工業級PS-IXD。
[0022] 所述冷卻水管為塑料水管或者金屬水管。
[0023] 一種混凝土壩中後期通水冷卻優化調控方法，包括以下步驟：
[0024] 1)、當前溫度狀態及當前通水可行域獲得：首先獲得中期冷卻開始時或二期冷卻 開始時的典型壩段各混凝土澆築倉溫度T i;然後根據工程經驗，確定通水水溫T w、通水流量 Tq和通水時間T t等通水措施的初始值；
[0025] 其中混凝土澆築倉溫度採用埋設在混凝土內的電流輸出型熱電阻溫度計測量獲 得。
[0026] 2)、動態預測未來若干天的溫度響應：採用無熱源水管冷卻計算式，進行混凝土降 溫曲線的計算，獲得各混凝土澆築倉在通水措施取值組合下的冷卻最終溫度T imd和最大日 降溫速率^max ;
[0027] 其中，無熱源水管冷卻計算式為
[0028] T = Tw^(Ti-Twi) Φ? (6)
[0029] 式中：Twi為第i擋通水溫度，T i為第i-1擋水溫通水結束且第i擋水溫開始通水 時的混凝土溫度，Φ?為第i擋水溫通水時的水冷函數，函數中的時間τ需要從〇開始。
[0030] 3)、將計算的中冷或二冷下的最終溫度和最大日降溫速率，與中冷或二冷設計目 標溫度Ti°w和合適的降溫速率tpt的殘差平方和作為目標函數，由此建立的通水措施優化 模型為
[0031] CO
【權利要求】
1. 一種適用於混凝土壩中後期通水的優化調控系統，包括埋設在混凝土壩內部的冷卻 水管，用於測量混凝土溫度的電流輸出型熱電阻溫度計，其特徵在於，冷卻水管連接通水控 制迴路，通水控制迴路連接控制電路系統，控制電路系統連接人機接口； 所述通水控制迴路包括兩個輸入水源、兩個出水口以及帶各種電氣執行機構的雙迴路 通水結構； 所述控制電路系統用於對通水控制迴路實時控制和測量通水迴路狀態； 所述人機接口為帶觸控螢幕的LCD，用於輸入控制參數和回顯系統運行狀態。
2. 根據權利要求1所述一種適用於混凝土壩中後期通水的優化調控系統，其特徵在 於，所述通水控制迴路包括分別安裝在混凝土壩進水口、出水口的溫度計Tl、溫度計T2 ; 混凝土壩進水口通過電磁閥K3連接出水口一； 混凝土壩出水口通過電磁閥K6連接出水口二； 電磁閥K3通過電磁閥K4、電磁閥K5連接電磁閥K6,電磁閥K4、電磁閥K5分別通過流 量計連接比例閥，所述比例閥分別連接電磁閥K1、電磁閥K2,電磁閥K1、電磁閥K2分別安裝 在輸入水源一、輸入水源二上。
3. 根據權利要求1所述一種適用於混凝土壩中後期通水的優化調控系統，其特徵在 於，所述控制電路系統包括STM32單片機， STM32單片機連接多個繼電器，多個繼電器分別獨立連接每一個電氣執行機構； STM32單片機連接電流輸入AD採集模塊，AD採集模塊用於採集混凝土壩進水口、出水 口的水溫、流速和比例閥輸出的反饋信號； STM32單片機連接恆流源模塊，恆流源模塊用於產生控制比例閥的電流信號； STM32單片機連接用於遠距離通信的RS-485接口； STM32單片機連接RS-232接口。
4. 根據權利要求1所述一種適用於混凝土壩中後期通水的優化調控系統，其特徵在 於，所述人機接口採用帶觸控螢幕7寸工業級PS-IXD。
5. -種適用於混凝土壩中後期通水的優化調控系統中的優化調控方法，其特徵在於包 括以下步驟： 1) 、當前溫度狀態及當前通水可行域獲得：首先獲得中期冷卻開始時或二期冷卻開始 時的典型壩段各混凝土澆築倉溫度Ti;然後根據工程經驗，確定通水水溫Tw、通水流量1和 通水時間Tt等通水措施的初始值； 其中混凝土澆築倉溫度採用埋設在混凝土內的電流輸出型熱電阻溫度計測量獲得。 2) 、動態預測未來若干天的溫度響應：採用無熱源水管冷卻計算式，進行混凝土降溫曲 線的計算，獲得各混凝土澆築倉在通水措施取值組合下的冷卻最終溫度Timd和最大日降溫 速率fmax , 其中，無熱源水管冷卻計算式為 T=Tw^(Ti-Twi) ￠, (6) 式中：Twi為第i擋通水溫度，Ti為第i-1擋水溫通水結束且第i擋水溫開始通水時的 混凝土溫度，t為第i擋水溫通水時的水冷函數，函數中的時間T需要從〇開始。 3) 、將計算的中冷或二冷下的最終溫度和最大日降溫速率，與中冷或二冷設計目標溫 度Ti^和合適的降溫速率$°pt殘差平方和作為目標函數，由此建立的通水措施優化模型為
式中分別為通水水溫1；的上下限值，！《_、巧分別為通水流量Tq的上下限值，L、 $分別為通水時間Tt的上下限值。 4) 、採用帶約束的優化算法，優選獲得各倉混凝土優化的通水方案。 5) 、對典型壩段處於中後期通水冷卻的每一個澆築倉逐一進行分析，根據工程實際情 況以及工程經驗，對優選出的通水措施略作調整，通過帶觸控螢幕的LCD人機接口輸入優選 出的通水措施，然後STM32單片機發送指令，指導中後期通水冷卻。
【文檔編號】E02D15/02GK104499486SQ201410687359
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月25日 優先權日:2014年11月25日
【發明者】黃耀英, 譚超, 白雪, 蘇超, 徐佰林 申請人:三峽大學