一種大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制系統的製作方法
2023-06-08 01:06:46
一種大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制系統，其由上位計算機和/或伺服器、計算機智能控制軟體包和大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器組成。與現有技術相比，本發明採用單總線溫度採樣，用軟體倍頻的技術解決CPU內部計數器丟失脈衝的問題，採用內嵌仿人智能控制算法，採用閥門開度監測電路設計，內嵌乙太網通訊模塊、WI-FI無線通信模塊、ZigBee自組網絡無線通信模塊，採用多CPU設計，簡化了設計，節約了成本，簡化了調試；提升了該產品的實用性和技術的先進性。
【專利說明】一種大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及計算機技術、單片機嵌入技術和人工智慧控制【技術領域】，特別是一種大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制系統。
【背景技術】
[0002]水利水電工程大體積混凝土的通水冷卻降溫，是解決水利水電工程大壩混凝土水化熱引起的溫度應力和達到設計要求的封拱灌漿溫度必須採取的技術措施。水利水電工程通水冷卻技術複雜，為工程建設設計與研究重要內容，目前通水冷卻的監控為人工記錄，然後根據記錄數據進行人工調控。
【發明內容】
[0003]本發明的目的主要是針對水電站大壩建設中大壩大體積混凝土冷卻通水參數監測及程序降溫的需要，提供一種大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制系統。
[0004]為達到上述目的，本發明是按照以下技術方案實施的:
[0005]一種大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制系統，由上位計算機和/或伺服器、計算機智能控制軟體包和大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器組成。
[0006]進一步，大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器包括多個CPU組成的單總線溫度傳感器溫度採集系統、脈衝式或標準信號式流量計冷卻液體流量值採集系統、4-20MA標準信號電動閥門開度值採集系統、控制電動閥門開度的控制系統。
[0007]進一步，根據權利要求2所述的大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制系統，其特徵在於:所述多個CPU組成的單總線溫度傳感器溫度採集系統選用一個單片集成電路上集成多個1-WIRE通道的單總線驅動器器件，其次採用單總線溫度傳感器的驅動器的一個1-WIRE通道只掛一個單總線溫度傳感器；所述脈衝式或標準信號式流量計冷卻液體流量值採集系統利用軟體倍頻採集脈衝流量；所述大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器的每一個電動閥門的輸出控制通道內嵌入仿人智能控制算法；所述4-20MA標準信號電動閥門開度值採集系統是將一路420MA標準信號整型放大器與可控的模擬開關電路相結合，則輸入的8路模擬信號先通過各路的可控的模擬開關電路，再到一個共用的4-20MA標準信號整型放大器。
[0008]進一步，所述大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器包括8路大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器和單電動閥門大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器。
[0009]進一步，所述8路大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器具有24個單總線溫度傳感器的溫度採集電路、8個流量數據的採集電路、8個電動閥門開度值的採集電路、8路電動閥門開度控制輸出的電路、內嵌的乙太網和W1-FI無線模塊，8路大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器和上位計算機和/或伺服器之間通過W1-FI無線網絡通信。
[0010]進一步，所述單電動閥門大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器具有3個單總線溫度傳感器的溫度採集電路、I個流量數據的採集電路、I個電動閥門開度值的採集電路、I路電動閥門開度控制輸出的電路、內嵌的乙太網模塊或ZigBee模塊，又增加一個主控器，主控器中也內嵌ZigBee模塊和W1-FI無線模塊，主控器和上位計算機和/或伺服器之間通過W1-FI無線網絡通信。
[0011]進一步，所述每一個8路大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器內設計了 22個CPU,乙太網接口或者W1-FI網接口電路中設計了三個CPU，其中接口 CPU與主CPU、定時CPU、主控器部分的主控器主CPU連接成內部星型通信系統，主控器中的從CPU與單總線溫度採樣主CPU、閥門開度監測主CPU、流量採樣主CPU、閥門控制主CPU組成內部星型通信系統，單總線溫度採樣主CPU與它的從CPU組成點對點通信。閥門開度監測電路的兩個CPU、閥門開度控制電路的兩個CPU、同樣組成點對點通信，所有的內部CPU的通訊系統都可以使用RS232接口、SPI接口、I2C接口進行相互通信。
[0012]進一步，所述每一個單閥門大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器內設計了 2個CPU,兩個CPU點對點通信，且增設一個ZigBee主控器，主控器連接128個ZigBee從機，ZigBee主控器內設計了三個CPU，主控器內的接口 CPU與每一個單閥門大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器內的主CPU、主控器中的主CPU、定時CPU共同組成星型網絡系統，在主控器中，定時CPU電路採用I2C接口，接口 CPU和定時CPU以及主CPU之間的通信可以採用RS232、SPI或其它的通用接口，主CPU與上位計算機的接口採用W1-FI無線接口。
[0013]進一步，所述每一個單閥門大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器直接安裝在電動閥門上，ZigBee主控器通過ZigBee無線網絡與每一個單閥門大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器聯接。
[0014]進一步，所述計算機智能控制軟體包包括了 W1-FI無線通信系統，可以和大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器進行基於W1-FI的雙向通信。
[0015]與現有技術相比，本發明的有益效果:
[0016]1、採用單總線溫度採樣，節省了找尋ROM碼和配置ROM碼的繁複的工作量，簡化了設計，節約了使用的器件數量，提高了單總線溫度傳感器溫度採樣的可靠性；
[0017]2、用軟體倍頻的技術解決CPU內部計數器丟失脈衝的問題；
[0018]3、採用內嵌仿人智能控制算法，利用大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器的該通道的採樣數據自動計算輸出控制量，自動控制電動閥門的輸出，達到混凝土自動降溫控制的目的；
[0019]4、採用閥門開度監測電路設計，節省了 7路4-20MA標準信號整型放大器及其副加器件，還節省了 7倍的調試時間。實踐證明本發明轉換精度達到了滿度值的千分之一，減小了電路佔用面積，節約了成本，簡化了調試；
[0020]5、內嵌乙太網通訊模塊、W1-FI無線通信模塊、ZigBee自組網絡無線通信模塊，將先進的無線通信技術內嵌在產品中，提升了該產品的實用性和技術的先進性。
[0021]6、採用多CPU設計方法有利於降低設計難度，提高新產品開發速度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為本發明實施例中上位計算機和/或伺服器與8路大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器無線網絡通信示意圖；
[0023]圖2為本發明實施例中上位計算機和/或伺服器與ZigBee自組無線網絡通信示意圖；
[0024]圖3為本發明實施例中8路大體積混凝土冷卻通水智能控制器多CPU設計示意圖；
[0025]圖4為本發明實施例中單閥門大體積混凝土冷卻通水智能控制器內部多CPU設計示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖以及具體實施例對本發明作進一步描述，在此發明的示意性實施例以及說明用來解釋本發明，但並不作為對本發明的限定。
[0027]實施例1
[0028]原有技術單總線溫度採樣的用法是在一條1-WIRE總線上掛有多個單總線溫度傳感器元件，為了區分現在採集哪一個單總線溫度傳感器的溫度值，必須先發送表徵某個單總線溫度傳感器唯一性的64位ROM碼，才能正確的採集那一個單總線溫度傳感器的溫度值。
[0029]而本發明首先選用一個單片集成電路上集成多個1-WIRE通道的單總線驅動器器件，其次採用單總線溫度傳感器的驅動器的一個1-WIRE通道只掛一個單總線溫度傳感器器件的方法，那麼，在採樣溫度時就不用先將64位ROM碼發給單總線溫度傳感器的驅動器，然後才能讀出單總線溫度傳感器內存中的18位元組的溫度參數。因此也就不用先進行讀出單總線溫度傳感器的64位ROM碼，再放入產品存儲器中備用的工作。只需選中單總線驅動器的某個1-WIRE通道，直接讀取該通道上的單總線溫度傳感器的溫度值即可。本發明創新技術節省了找尋ROM碼和配置ROM碼的繁複的工作量，簡化了設計，節約了使用的器件數量，提高了單總線溫度傳感器溫度採樣的可靠性。
[0030]本發明的重要實用價值是:如果工程現場的某個單總線溫度傳感器元件損壞，需要更換一個新的元件，或者變換某個單總線溫度傳感器元件採樣的位置，採用本發明的方法，立即就可以採集該點的溫度值，而不需要處理有關ROM碼的繁複動作。
[0031]對於脈衝式流量計的採樣，原來的技術是:由CPU內部計數器通過I/O 口記錄脈衝個數，得出流量的值。這樣的技術每次計數不可避免的會丟失一個或兩個計數脈衝。如果想克服這個問題必須在硬體電路上加以改進，本發明用軟體倍頻的技術解決CPU內部計數器丟失脈衝的問題。
[0032]由於混凝土澆注現場工作環境非常惡劣，流量計或導線接插件經常進水引起短路，燒毀流量採樣電路。因此本發明中專門設計了一個專供流量計電路的過流保護電路，將流量計供電電源單獨分離出來，通過流量計的過流保護電路，限制所有的流量計的總電流為一個範圍，如:600或800MA。超過了這個範圍,立即自動斷開流量計電源，並由相應的指示燈顯示流量計電源的開或斷的狀態，指示工作人員及時處理流量計或導線接插件進水短路工況，並有效的保護了流量採樣電路。
[0033]本發明為了解決大體積混凝土溫度控制中的控制方法和解決相臨的大體積混凝土溫度控制對象的藕合問題，特將仿人智能控制算法嵌入大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器的每一個電動閥門的輸出控制通道。利用大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器的該通道的採樣數據自動計算輸出控制量，自動控制電動閥門的輸出，達到混凝土自動降溫控制的目的。
[0034]本發明將一路4-20MA標準信號整型放大器與可控的模擬開關電路相結合,則輸入的8路模擬信號先通過各路的可控的模擬開關電路，再到一個共用的4-20MA標準信號整型放大器。這樣設計節省了 7路4-20MA標準信號整型放大器及其副加器件，還節省了 7倍的調試時間。實踐證明本發明轉換精度達到了滿度值的千分之一，減小了電路佔用面積，節約了成本，簡化了調試。
[0035]本發明的大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制系統中除了 8路大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器和單電動閥門大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器之外還有一個重要的組成部分就是計算機智能控制軟體包。
[0036]這個大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制系統的計算機智能控制軟體包使用當前最先進的WPF開發工具，所開發的用戶界面豐富多彩，並且非常實用。計算機智能控制軟體包包括了 W1-FI無線通信系統，可以和大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器進行基於W1-FI的雙向通信。在自動的狀態下，定時發出數據採集命令，接收採集到的數據，保存到資料庫。在計算機顯示屏目上根據用戶的要求顯示各種數據圖表、報表。並根據對採樣數據的分析和控制算法對現場的電動閥門進行控制。從而達到對冷卻液體流量的控制，實現大體積澆注混凝土冷卻降溫的目的。
[0037]在手動的狀態下，可以查詢系統各部分的工作狀況，便於及時對設備進行維護。
[0038]另外該計算機智能控制軟體包還可以與dndroid平板電腦移動數據終端通過W1-FI無線網絡通信，使用戶在現場使用dndroid平板電腦操控總控室的電腦，達到用戶在現場監視採樣數據和控制電動閥門的目的。給用戶帶來現場監控的極大方便。
[0039]實施例2
[0040]如圖1所示，8路大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器和上位計算機之間通過W1-FI無線網絡通信，8路大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器內嵌入了乙太網通訊模塊和W1-FI無線通信模塊。上位計算機可以使用W1-FI無線網絡與8路大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器通信；發布各項命令；採集大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器採集的多種大量數據；自主控制各個電動閥門的輸出。
[0041]如圖2所示，單電動閥門大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器內嵌入了 W1-FI無線通信模塊或者ZigBee模塊，附加的一個主控器內嵌ZigBee主模塊，主控器與單電動閥門大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器組成ZigBee自組網絡通信系統。上位計算機可以使用W1-FI無線網絡與主控制器通信。發布各項命令；採集各個單電動閥門大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器採集的多種大量數據；自主控制各個電動閥門的輸出。
[0042]如圖3所示，8路大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器內有一個W1-FI無線網接口模塊電路、和主控器電路及24個單總線溫度傳感器的溫度採集電路、8個流量數據的採集電路、8個電動閥門開度值的採集電路、還有8路電動閥門開度控制輸出的電路。
[0043]主控器電路及24個單總線溫度傳感器的溫度採集電路、8個流量數據的採集電路、8個電動閥門開度值的採集電路、還有8路電動閥門開度控制輸出的電路組成了 8路大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器的主體。W1-FI無線網接口模塊電路是8路大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器的主體和上位計算機W1-FI無線網通信接口。除此之外，還具有自動定時發送採集命令，收集所有採樣值的功能。當這個W1-FI無線網接口模塊電路和一個8路大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器的主體連接的時後組成的產品就是8路大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器。當這個W1-FI無線網接口模塊電路和多個8路大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器的主體連接，就可以組成16路、24路、32路、48路、56路、64路大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器產品。
[0044]計算機智能控制軟體包可以按照不同的系列產品進行設置。
[0045]每一個8路大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器內設計了 22個CPU。
[0046]I)、乙太網接口或者W1-FI網接口電路中設計了三個CPU。其中接口 CPU與主CPU、定時CPU、圖3中主控器部分的主控器主CPU連接成內部星型通信系統。發布上位計算機命令、收集主控器主CPU發回的所有數據、修改時鐘時間、按定時時間發出相應的命令等。
[0047]2)、主控器中的從CPU與單總線溫度採樣主CPU、閥門開度監測主CPU、流量採樣主CPU、閥門控制主CPU組成內部星型通信系統發布上位計算機和乙太網接口或者W1-FI網接口電路命令、收集單總線溫度採樣主CPU、閥門開度監測主CPU、流量採樣主CPU、閥門控制主CPU發回的所有數據。
[0048]3)、單總線溫度採樣主CPU與它的從CPU組成點對點通信。閥門開度監測電路的兩個CPU、閥門開度控制電路的兩個CPU、同樣組成點對點通信。流量採樣電路的從CPU與直接記錄流量脈衝數量的8個CPU、定時從CPU組成星型通信網絡。發布流量採樣命令；回收返回數據。
[0049]4)、所有的內部CPU的通訊系統都可以使用RS232接口、SPI接口、I2C接口進行相互通信。例如:流量採樣電路星型通信網絡和定時CPU通信網絡就採用I2C通信網絡，其它的通信系統可以使用RS232接口、SPI接口，也可以使用I2C通信網絡進行相互通信。
[0050]如圖4所示，每一個單閥門大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器內設計了 2個CPU。每一個單閥門大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器內嵌ZigBee自組網絡從模塊。另外，增設了一個ZigBee主控器。在這個主控器中內嵌ZigBee主模塊。當主控器和所有的單閥門大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器上電後，由主控器發起對ZigBee從機模塊進行搜索。主控器將搜索到的從機模塊地址組成路由表。自主發起對所有從機的雙向ZigBee無線網絡通信。
[0051]I)、ZigBee主控器內設計了三個CPU。主控器內的接口 CPU與每一個單閥門大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器內的主CPU、主控器中的主CPU、定時CPU共同組成星型網絡系統。發布上位計算機或主控器發出的命令、接收從每一個單閥門大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器發回的數據。修改時鐘時間、按定時時間發出相應的命令等。
[0052]2)、每一個單閥門大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器內部設計了兩個CPU。
[0053]這兩個CPU點對點通信。由主CPU發布命令，接收從CPU返回的數據。並將接收到的數據返回到主控器的接口 CPU。
[0054]3)、一個主控器在理論上可以連接65536個ZigBee從機，接合本設計的需求，一個主控器可以連接128個ZigBee從機。
[0055]4)、在主控器中，定時CPU電路採用I2C接口，接口 CPU和定時CPU以及主CPU之間的通信可以採用RS232、SPI或其它的通用接口。主CPU與上位計算機的接口採用W1-FI無線接口。
[0056]本發明已成功的用於大壩大體積混凝土冷卻通水智能降溫工程中，效果良好。但是此項發明的應用不止於大壩，在大型橋墩的混凝土澆注中也有需求，在一些目前我們未知的領域，也許還能找到它的用途。
[0057]本發明的技術方案不限於上述具體實施例的限制，凡是根據本發明的技術方案做出的技術變形，均落入本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制系統，其特徵在於:其由上位計算機和/或伺服器、計算機智能控制軟體包和大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器組成。
2.根據權利要求1所述的大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制系統，其特徵在於--大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器包括多個CPU組成的單總線溫度傳感器溫度採集系統、脈衝式或標準信號式流量計冷卻液體流量值採集系統、4-20MA標準信號電動閥門開度值採集系統、控制電動閥門開度的控制系統。
3.根據權利要求2所述的大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制系統，其特徵在於:所述多個CPU組成的單總線溫度傳感器溫度採集系統選用一個單片集成電路上集成多個1-WIRE通道的單總線驅動器器件，其次採用單總線溫度傳感器的驅動器的一個1-WIRE通道只掛一個單總線溫度傳感器；所述脈衝式或標準信號式流量計冷卻液體流量值採集系統利用軟體倍頻採集脈衝流量；所述大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器的每一個電動閥門的輸出控制通道內嵌入仿人智能控制算法；所述4-20MA標準信號電動閥門開度值採集系統是將一路4-20MA標準信號整型放大器與可控的模擬開關電路相結合，則輸入的8路模擬信號先通過各路的可控的模擬開關電路，再到一個共用的4-20MA標準信號整型放大器。
4.根據權利要求1所述的大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制系統，其特徵在於:所述大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器包括8路大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器和單電動閥門大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器。
5.根據權利要求4所述的大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制系統，其特徵在於:所述8路大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器具有24個單總線溫度傳感器的溫度採集電路、8個流量數據的採集電路、8個電動閥門開度值的採集電路、8路電動閥門開度控制輸出的電路、內嵌的乙太網和W1-FI無線模塊，8路大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器和上位計算機和/或伺服器之間通過W1-FI無線網絡通信。
6.根據權利要求4所述的大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制系統，其特徵在於:所述單電動閥門大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器具有3個單總線溫度傳感器的溫度採集電路、I個流量數據的採集電路、I個電動閥門開度值的採集電路、I路電動閥門開度控制輸出的電路、內嵌的乙太網模塊或ZigBee模塊，又增加一個主控器，主控器中也內嵌ZigBee模塊和W1-FI無線模塊，主控器和上位計算機和/或伺服器之間通過W1-FI無線網絡通信。
7.根據權利要求5所述的大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制系統，其特徵在於:所述每一個8路大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器內設計了 22個CPU，乙太網接口或者W1-FI網接口電路中設計了三個CPU，其中接口 CPU與主CPU、定時CPU、主控器部分的主控器主CPU連接成內部星型通信系統，主控器中的從CPU與單總線溫度採樣主CPU、閥門開度監測主CPU、流量採樣主CPU、閥門控制主CPU組成內部星型通信系統，單總線溫度採樣主CPU與它的從CPU組成點對點通信，閥門開度監測電路的兩個CPU、閥門開度控制電路的兩個CPU、同樣組成點對點通信，所有的內部CPU的通訊系統都可以使用RS232接口、SPI接口、I2C接口進行相互通信。
8.根據權利要求6所述的大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制系統，其特徵在於:所述每一個單閥門大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器內設計了 2個CPU，兩個CPU點對點通信，且增設一個ZigBee主控器，主控器連接128個ZigBee從機，ZigBee主控器內設計了三個CPU，主控器內的接口 CPU與每一個單閥門大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器內的主CPU、主控器中的主CPU、定時CPU共同組成星型網絡系統，在主控器中，定時CPU電路採用I2C接口，接口 CPU和定時CPU以及主CPU之間的通信可以採用RS232、SPI或其它的通用接口，主CPU與上位計算機的接口採用W1-FI無線接口。
9.根據權利要求6或8所述的大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制系統，其特徵在於:所述每一個單閥門大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器直接安裝在電動閥門上，ZigBee主控器通過ZigBee無線網絡與每一個單閥門大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器聯接。
10.根據 權利要求1所述的大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制系統，其特徵在於:所述計算機智能控制軟體包包括了 W1-FI無線通信系統，可以和大體積澆注混凝土冷卻通水智能控制器進行基於W1-FI的雙向通信。
【文檔編號】G05B19/418GK103970076SQ201310034998
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年1月30日 優先權日:2013年1月30日
【發明者】張永生, 黃偉 申請人:張永生