本發(fā)明涉及一種多通道在線式混凝土冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)自動采集裝置，用于混凝土冷卻通水的水溫、混凝土溫度和流量的自動采集和傳輸，可實(shí)現(xiàn)冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)的自動實(shí)時監(jiān)測。

背景技術(shù)：
水電工程大體積混凝土的通水冷卻降溫，是解決水電工程大壩混凝土水化熱引起的溫度應(yīng)力和達(dá)到設(shè)計要求的封拱灌漿溫度必須采取的技術(shù)措施。水電工程通水冷卻技術(shù)復(fù)雜，為工程建設(shè)設(shè)計與研究重要內(nèi)容。目前通水冷卻的監(jiān)測主要有兩種方式，一種是全手動工記錄方式，另一種是半自動的采集裝置?；炷晾鋮s通水?dāng)?shù)據(jù)主要有進(jìn)出水溫度和通水流量，進(jìn)出水溫度通常采用玻璃溫度計、電子溫度計直接在水中量測，這種測量需人工在現(xiàn)場打開水管進(jìn)行測量，并進(jìn)行現(xiàn)場記錄，也有采用激光紅外測溫儀進(jìn)行非接觸式測量，這種測量方式雖然省事，但由于是測量的管壁溫度，與水溫有一定差距，尤其是在日光照射的情況下誤差很大；而通水流量通常采用移動式水表或容積法測量，這種測量方式需要在現(xiàn)場打開水管進(jìn)行測量，也有采用超聲波流量計進(jìn)行測量，這種測量不需要打開水管，但流量計的安裝方式以及測量耦合都會影響測試精度?？傊?，目前人工測試和記錄數(shù)據(jù)的采集方式，測試手段落后，費(fèi)工費(fèi)時，且測量精度受到外界條件影響而發(fā)生波動。另外，目前有極少部分水電工程中采用了半自動采集裝置，他們在數(shù)據(jù)的采集和處理方面實(shí)現(xiàn)了半自動化，即數(shù)據(jù)的記錄和傳送不需要人工干預(yù)，采集的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性也有很大的提高，但是其仍然采用了點(diǎn)對點(diǎn)的采集方法，沒有將傳感器連接成網(wǎng)絡(luò)，采集過程需要人工攜帶采集儀到現(xiàn)場進(jìn)行逐組采集，因此數(shù)據(jù)采集過程仍然存在較大延遲，不能達(dá)到較高的實(shí)時監(jiān)測效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種多通道在線式混凝土冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)自動采集裝置，對混凝土冷卻通水的流量和水溫進(jìn)行在線實(shí)時采集和傳輸，解決人工采集記錄需要耗費(fèi)大量人工、信息反饋慢的缺點(diǎn)，達(dá)到省時省力且反饋迅速，能及時反映大壩整體冷卻通水的狀態(tài)，為制定混凝土溫控措施提供有力依據(jù)，避免混凝土裂縫、保證工程質(zhì)量和進(jìn)度。本發(fā)明的上述目的是通過這樣的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種多通道在線式混凝土冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)自動采集裝置，包括電源模塊，溫度采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊，主控模塊，接線端子板；電源模塊連接溫度采集模塊、主控模塊、數(shù)據(jù)采集模塊；主控模塊連接溫度采集模塊、數(shù)據(jù)采集模塊；所述主控模塊設(shè)有以太網(wǎng)接口模塊。以太網(wǎng)接口模塊連接WIFI模塊。所述溫度采集模塊、數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)有完整的命令集，并通過RS-232與主控模塊連接。所述主控模塊設(shè)有內(nèi)置數(shù)據(jù)存儲裝置。所述溫度采集模塊為多路單總線溫度采集模塊，所述溫度采集模塊中每三個單總線測溫元件組成一測溫單元，其中第一測溫元件監(jiān)測冷卻通水進(jìn)口水溫，第二測溫元件監(jiān)測大壩壩體溫度，第三測溫元件監(jiān)測冷卻通水出口水溫。所述數(shù)據(jù)采集模塊為多路流量數(shù)據(jù)采集模塊，分為前后兩數(shù)據(jù)采集部分，每路流量數(shù)據(jù)采集單元均設(shè)有獨(dú)立的CPU，每32路組成一個電路板。所述電源模塊、溫度采集模塊、數(shù)據(jù)采集模塊均設(shè)有指示燈。所述以太網(wǎng)接口模塊采用服務(wù)器模式和TCP傳輸協(xié)議。所述采集裝置設(shè)有鋁合金機(jī)殼。本發(fā)明一種多通道在線式混凝土冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)自動采集裝置，有益效果如下：解決了超大規(guī)模的傳感器聯(lián)網(wǎng)問題，現(xiàn)場需要聯(lián)網(wǎng)的傳感器通道數(shù)可達(dá)4000個，每通道包含了進(jìn)水溫度、出水溫度、混凝土溫度和流量。實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的安全和可靠性，具有較長的無故障工作時間。同時能適應(yīng)嚴(yán)酷環(huán)境，如：現(xiàn)場存在振動、碰撞、水淋、電磁干擾嚴(yán)重、市電電壓波動大等情況。本發(fā)明裝置采用鋁合金高強(qiáng)防水機(jī)殼設(shè)計，全電磁屏蔽，抗電磁干擾能力強(qiáng)。電路板插卡設(shè)計，安裝較牢靠。在每個單獨(dú)功能模塊中采用了定時自檢和硬件看門狗電路來增強(qiáng)模塊的可靠性。所有傳感器接口進(jìn)行防雷處理。裝置采用TCP服務(wù)器模式，增加傳輸?shù)目煽啃裕稍谏衔粰C(jī)主動發(fā)起連接，實(shí)現(xiàn)自動重連接等功能。所述以太網(wǎng)接口模塊連接WIFI模塊，可通過以太網(wǎng)或WIFI兩種方式傳輸數(shù)據(jù)。主控模塊通過RS-232與溫度采集模塊、數(shù)據(jù)采集模塊連接，非常容易使用計算機(jī)來連接和調(diào)試，容易對各個模塊分別調(diào)試，有利與開發(fā)。主控模塊設(shè)有內(nèi)置數(shù)據(jù)存儲裝置，可循環(huán)存儲最近多次的數(shù)據(jù)。本發(fā)明裝置用于混凝土冷卻通水的水溫、混凝土溫度和流量的自動采集和傳輸，可實(shí)現(xiàn)冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)的實(shí)時監(jiān)測。本發(fā)明采用了多CPU協(xié)調(diào)處理技術(shù)和以太網(wǎng)服務(wù)器模式通信技術(shù)，解決了大規(guī)模傳感器聯(lián)網(wǎng)的問題，采用了分模塊分板設(shè)計達(dá)到了安全可靠性要求。本發(fā)明解決了人工采集記錄需要耗費(fèi)大量人工、信息反饋慢的缺點(diǎn)，達(dá)到節(jié)省人力、快速準(zhǔn)確測試和快速反饋的目的，比人工采集更精確更快速，相比半自動采集的實(shí)時性更好，可節(jié)約人工成本，能及時反映大壩整體冷卻通水的狀態(tài)，為制定混凝土溫控措施提供有力依據(jù)，避免混凝土裂縫、保證工程質(zhì)量和進(jìn)度。附圖說明下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：圖1為本發(fā)明裝置模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明裝置接口面板結(jié)構(gòu)圖。具體實(shí)施方式如圖1所示，一種多通道在線式混凝土冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)自動采集裝置，包括電源模塊4，溫度采集模塊1，數(shù)據(jù)采集模塊2，主控模塊3，接線端子板6；電源模塊4連接溫度采集模塊1、主控模塊3、數(shù)據(jù)采集模塊2；主控模塊3連接溫度采集模塊1、數(shù)據(jù)采集模塊2；主控模塊3設(shè)有以太網(wǎng)接口模塊7。以太網(wǎng)接口模塊7連接WIFI模塊5。所述主控模塊3通過RS-232與溫度采集模塊1、數(shù)據(jù)采集模塊2連接，各模塊都有完整的命令子集。所述主控模塊3設(shè)有內(nèi)置數(shù)據(jù)存儲裝置。本發(fā)明需要合理分配采集裝置的通道數(shù)和現(xiàn)場總線負(fù)載，如果采集裝置的通道數(shù)較少就要相應(yīng)增加現(xiàn)場總線的主機(jī)數(shù)，反之增加測控裝置的通道數(shù)可減少現(xiàn)場總線的主機(jī)數(shù)。裝置通道數(shù)的增加對裝置的體積和功耗以及傳感器連線方式等帶來問題?，F(xiàn)場總線主機(jī)數(shù)受現(xiàn)場總線類型的限制，不能隨意增加，并且也要考慮到總線的傳輸速率和總線長度等的影響。因此，最后確定采用56路流量數(shù)據(jù)采集模塊和以太網(wǎng)接口模塊7作為現(xiàn)場總線，既可以滿足采集裝置的連線要求也可以充分利用以太網(wǎng)的速度、廉價和靈活性以及在有線和WIFI方式可方便轉(zhuǎn)換的優(yōu)點(diǎn)。在高采樣頻率的情況下，如每秒鐘采樣一次，網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸率要求達(dá)到768Kbps/s，采用以太網(wǎng)加上WIFI的模式可以滿足要求。針對裝置的通道數(shù)較多，要求更高的可靠性，采用了分模塊分板多CPU的設(shè)計，每個模塊為一個獨(dú)立的PCB板，每個模塊都有獨(dú)立的數(shù)據(jù)傳輸界面，即通訊命令集合，這樣可以使得模塊之間完全隔離，方便各單獨(dú)模塊的可靠性設(shè)計，以此達(dá)到整個系統(tǒng)過的可靠性。在安全性和可靠性設(shè)計方面，設(shè)備采用24V直流安全電壓供電，防止現(xiàn)場高濕度的情況下漏電傷人。實(shí)施例：本發(fā)明一種多通道在線式混凝土冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)自動采集裝置，由下列部分組成：溫度采集模塊1為168路單總線溫度采集模塊，所連接的溫度傳感器為單總線式數(shù)字溫度傳感器；數(shù)據(jù)采集模塊2為56路流量數(shù)據(jù)采集模塊，所連接的流量傳感器為脈沖信號式流量傳感器；主控模塊3；以太網(wǎng)接口模塊7；電源模塊4；WIFI模塊5；接線端子板6。除了電源模塊4外，上述每一部分都是一個獨(dú)立的功能單元，分別負(fù)責(zé)一項(xiàng)特定的任務(wù)。兩個采集模塊：168路單總線溫度采集模塊、56路流量數(shù)據(jù)采集模塊都有一個獨(dú)立的RS232輸入接口，都有一個命令子集。這個命令子集在每個功能單元系統(tǒng)獨(dú)立工作時使用。整機(jī)工作另有一個命令集，在整機(jī)命令集中可能包含某個功能單元系統(tǒng)命令子集中的某些子命令。168路單總線溫度采集模塊中采用每一個1-WIRE通道負(fù)載一個單總線溫度測量元件。省掉了輸入和匹配單總線器件特有的64BITROM碼的繁復(fù)工作，使整機(jī)使用簡單化，1-WIRE負(fù)載能力大幅度提高。168路單總線溫度采集模塊：該功能單元模塊負(fù)責(zé)采集168路單總線測溫元件DS18B20的溫度。每三個單總線測溫元件DS18B20組成一個測溫單元。在這個單元中：一個DS18B20監(jiān)測冷卻通水進(jìn)口水溫，第二個DS18B20監(jiān)測大壩壩體溫度，第三個DS18B20監(jiān)測冷卻通水出口水溫。這三個溫度參數(shù)再加上冷卻通水流量參數(shù)共同為大壩壩體溫度自動控制提供依據(jù)。據(jù)此，168路單總線測溫元件分為56個測溫單元，每個測溫單元采集三個溫度值，記為單元N溫度①，單元N溫度②和單元N溫度③。單元N溫度①是冷卻通水進(jìn)口水溫。單元N溫度②是大壩壩體溫度。單元N溫度③是冷卻通水出口水溫。168路單總線溫度采集模塊選用DS2482-800作為單總線驅(qū)動器。這個驅(qū)動器具有八個獨(dú)立的1-WIRE通道。DS2482-800有三個位地址輸入引腳，控制CPU通過三條I/O線與DS2482-800的三位地址相連接，可分別選擇八個DS2482-800驅(qū)動器。一個控制CPU最多可以驅(qū)動64路1-WIRE通道。本發(fā)明中，將168個1-WIRE通道分為三組，每組由一個控制CPU驅(qū)動56個1-WIRE通道。以實(shí)現(xiàn)168個1WIRE通道的目的。在每個1-WIRE通道上只連接一個DS18B20單總線測溫元件，因此可以省掉匹配ROM碼的繁復(fù)工作，節(jié)省了測試單總線測溫元件DS18B2064位ROM碼的工作，節(jié)省了向系統(tǒng)輸入大量ROM碼的繁重工作。另一方面，由于每個1-WIRE通道僅僅負(fù)載一個DS18B20，負(fù)載能力得到加強(qiáng)。如DS18B20工作在竊電方式下，網(wǎng)絡(luò)半徑可達(dá)150M。如DS18B20使用在有源的情況下，網(wǎng)絡(luò)半徑可達(dá)更遠(yuǎn)的距離。56路流量數(shù)據(jù)采集模塊：分為前后兩數(shù)據(jù)采集部分，每路流量數(shù)據(jù)采集單元均設(shè)有獨(dú)立的CPU，每32路組成一個電路板。在本發(fā)明中，采用的流量計是脈沖式流量計，輸出的脈沖為方波，占空比為50%。最高輸出頻率為100HZ。如果采用微處理器計數(shù)器方式計量脈沖，不可避免的每秒鐘內(nèi)將會丟失一個或兩個脈沖。本系統(tǒng)采用10秒鐘定時，丟失脈沖最大值可達(dá)20個。這是不能接受的。所以本發(fā)明采用軟件倍頻方式，來提高計數(shù)精度。在本發(fā)明中，仔細(xì)調(diào)整定時精度，已達(dá)到10秒鐘誤差不大于3微秒。在精準(zhǔn)10秒定時情況下本系統(tǒng)計數(shù)誤差小56路流量數(shù)據(jù)采集模塊由兩塊電路板組成：一塊用于采集前32路流量數(shù)據(jù)，另一塊負(fù)責(zé)采集后24路流量數(shù)據(jù)。每路流量數(shù)據(jù)采集使用一個獨(dú)立的CPU。56個CPU在系統(tǒng)精準(zhǔn)10秒定時控制下同時計數(shù)，10秒定時一旦結(jié)束，立即停止計數(shù)。由一個負(fù)責(zé)管理數(shù)據(jù)和定時的CPU逐個與56個采樣的CPU通信，將56路采集到的流量數(shù)據(jù)集中起來，并存入鐵電存儲器。當(dāng)上位計算機(jī)發(fā)布要求數(shù)據(jù)命令的時后，就由負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)通信的CPU將數(shù)據(jù)發(fā)送給上位計算機(jī)。設(shè)有以太網(wǎng)接口模塊7或者WIFI模塊5的主控模塊3：該模塊由4個CPU控制電路組成，采用多CPU內(nèi)部通訊協(xié)調(diào)處理技術(shù)，接收從以太網(wǎng)發(fā)來的各種命令，解析和執(zhí)行命令，或?qū)嵤┛刂乒δ芑蛲ㄟ^以太網(wǎng)或WIFI無線網(wǎng)將各種采樣數(shù)據(jù)傳送到上位計算機(jī)。該模塊具有手動和自動兩種工作狀態(tài)。由自動和手動命令切換。手動狀態(tài)用于使用手動命令啟動168路單總線溫度采集模塊、56路流量數(shù)據(jù)采集模塊。并使用手動命令將168路單總線溫度采集模塊、56路流量采集模塊的數(shù)據(jù)傳送到上位計算機(jī)。設(shè)制手動狀態(tài)的目的，在于方便整機(jī)調(diào)試和在線檢查各子系統(tǒng)的工作情況，不易在整機(jī)正常運(yùn)行中多次使用。在自動狀態(tài)下無需上位機(jī)的命令，各個子系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集、存儲和傳送以每分鐘為周期自動進(jìn)行。接線端子板6：接線端子板6的主要功能是將各個功能模塊的傳感器接口統(tǒng)一排列在其上，達(dá)到標(biāo)識清晰、方便接線、防止連接錯誤的目的，這對于具有224個傳感器接口的設(shè)備尤其重要。并且在該接口板上對所有信號都進(jìn)行了防雷處理，增強(qiáng)了設(shè)備的抗干擾能力。指示燈信號輸出：1）、電源模塊4的指示燈，為紅色，通電時點(diǎn)亮。2）、手動/自動指示燈，為黃色，當(dāng)以太網(wǎng)接口模塊7處于手動狀態(tài)時點(diǎn)亮，處于自動狀態(tài)時熄滅。3）、56路流量數(shù)據(jù)采集模塊指示燈，為蘭色，流量數(shù)據(jù)采集和內(nèi)部數(shù)據(jù)傳送時點(diǎn)亮。其余時間熄滅。4）、單總線溫度采集模塊指示燈，為綠色，單總線數(shù)據(jù)采集處于自動狀態(tài)時閃亮，處于手動狀態(tài)時長亮。本發(fā)明裝置的接口面板8示意圖，如圖3所示，1）、上四排航空插頭為1-56路單總線輸入和流量電源輸出，流量值輸入插頭。2）、電源指示燈：紅色，接通電源亮，整機(jī)復(fù)位約1秒鐘，然后常亮。3）、手動/自動指示燈，黃色，在以太網(wǎng)接口模塊7設(shè)為自動時亮，轉(zhuǎn)手動后熄滅，重開機(jī)后進(jìn)入自動狀態(tài)又點(diǎn)亮。4）、56路流量數(shù)據(jù)采集模塊指示燈，為蘭色，在采樣時間內(nèi)亮，采樣完成后熄滅，采樣時間約32秒，周期為1分鐘。5）、單總線溫度采集模塊指示燈，綠色，在168路單總線溫度采集模塊采樣周期完成熄滅，大約6秒熄滅半秒鐘，閃動。本發(fā)明裝置性能指標(biāo)：供電電壓：24VDC，額定功率40W。流量測量精確度：±（0.03+5%）m3/h，范圍（0～10）m3/h，分辨率0.01m3/h。溫度測量精確度：±0.5℃，范圍（－10～85）℃，分辨率0.1℃。流量傳感器連接距離：≥100m。溫度傳感器連接距離：≥150m。數(shù)據(jù)存儲深度：每1h存儲一次，可存儲24h。最小采樣周期：1S。以太網(wǎng)通信距離：≥120m。無線距離：≥200m。