一种应用于港口输水管线的恒温控制系统的制作方法

本发明涉及温度控制，尤其涉及一种应用于港口输水管线的恒温控制系统。

背景技术：

1、港口输水管线的温度控制是一个重要的技术问题，因为它直接影响到港口的生产安全和效率，实际生产过程中，输水管道往往会出现冻裂等问题而影响供水。电伴热作为一种有效的管道保温及防冻方案，一直被广泛应用于工业、建筑及民用领域。其工作原理是通过伴热媒体散发一定的热量，通过直接或间接的热交换补充被伴热管道的损失，以达到升温、保温或防冻的正常工作要求。作为一种高新技术产品,电伴热具有热效率高，温度梯度小，热稳定时间较长，适合长期使用，所需的热量大大低于电加热，节约能源，设计简单，施工安装方便，环保无污染，使用寿命长，能实现遥控和自动控制等优点，是取代蒸汽，热水伴热的技术发展方向。

2、中国专利公告号：cn202469349u公开了一种港口长距离目标输水管线电伴热结构，系统包括：通过固定件固定在输水管道外壁上的多段电热带，在所述的输水管道外壁上间隔一定距离安装有一个温度传感器，在所述的输水管道外壁的电热带外依次包裹有保温层和外保护层，每4-6段电热带的电热带首端各自通过一根电源线共同与一个伴热控制箱相连，每一个温度传感器与相应段的电热带的伴热控制箱相连，在港口潮湿环境下，可以保证管道防冻并长期正常工作。

3、由此可见，所述港口长距离目标输水管线电伴热结构存在以下问题：现有技术下应用于港口输水管线的温度控制方法在温度控制和功率调节方面的自动化程度较低，在运行过程中需要人工观察温度仪表，根据仪表读数调节装置的发热功率，这种方式不仅耗时又耗费人力，而且手动调节往往受到操作人员能力的限制，无法实现高精度的连续控制，可能导致产品质量波动，影响整体的生产效率和经济效益。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种应用于港口输水管线的恒温控制系统，用以克服现有技术中应用于港口输水管线的温度控制方法在温度控制和功率调节方面的自动化程度较低，且无法实现高精度的连续控制的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种应用于港口输水管线的恒温控制系统，包括：

3、电源，用于为目标电伴热带提供电力；

4、报警单元，其与所述数据处理器相连，用于发出警报信号；

5、监控检测模块，其以预设的初始获取周期对环境温度进行检测，以得到当前实际环境温度及历史实际环境温度，并获取目标输水管线的初始温度以及获取电伴热带对所述目标输水管线加热过程中的若干实际温度，所述监控检测模块包含第一温度传感器及第二温度传感器；

6、初步处理模块，其用以获取所述当前实际环境温度，根据当前实际环境温度确定目标温度范围和目标升温时长；

7、数据处理模块，其包含数据处理器及温度控制器，用以根据所述当前实际环境温度和所述目标温度范围确定对所述目标输水管线的温度控制模式，温度控制模式分为线性升温模式和恒温调节模式；基于不同的所述温度控制模式，根据所述当前实际环境温度和历史实际环境温度确定所述电伴热带的初始功率，并根据所述初始温度和所述目标温度范围对所述初始功率进行修正，以得到实际功率；所述线性升温模式下所述温度控制器以线性速率逐步升高电伴热带的功率，并根据电伴热带功率对输水管线温度的影响对线性速率初始参数进行预调节；所述恒温调节模式下所述温度控制器以固定的功率增加目标输水管线的温度至目标温度范围，并调节参数将目标输水管线的温度稳定在目标温度范围内；

8、其中，所述目标温度范围上限临界值为目标温度最大值，下限临界值为目标温度最小值；

9、所述第一温度传感器用于对环境温度进行检测，所述第二温度传感器用于对所述目标输水管线温度进行检测。

10、进一步的，所述第一温度传感器实时检测所述当前实际环境温度，并将检测数据传输至所述数据处理器，数据处理器根据实际环境温度与所述目标温度最小值计算目标温差评价值，并根据所述目标温差评价值确定温度控制模式，

11、若目标温差评价值大于温差等级评价值，数据处理器确定温度控制模式为线性升温模式；

12、若目标温差评价值小于等于温差等级评价值，数据处理器确定温度控制模式为恒温控制模式；

13、其中，所述温差等级评价值为预设值。

14、进一步的，所述监控检测单元内设置有初始检测周期，所述第一温度传感器按照所述初始检测周期实时检测环境温度，对于任一当前实际环境温度，所述数据处理器计算其与历史环境温度的环境温差评价值，判定环境温度的波动，

15、若任一当前实际环境温度小于上一个检测周期检测的历史环境温度，则所述数据处理器判定当前检测周期内环境温度正在下降，根据环境温度的波动确定所述电伴热带的初始功率；

16、若任一当前实际环境温度大于等于上一个检测周期检测的历史环境温度，则所述数据处理器判定当前检测周期内环境温度正在上升。

17、进一步的，所述第二温度传感器检测所述目标输水管线的初始温度值，并将检测到的数据信息传输至所述数据处理器，数据处理器根据目标输水管线初始温度与目标温度范围的比例以及环境温度的波动性调节电伴热带初始功率，调节后的电伴热带功率为实际功率。

18、进一步的，所述恒温调节模式下，

19、所述温度控制器控制所述电伴热带以所述实际功率对所述目标输水管线进行加热，所述第二温度传感器实时检测目标输水管线的温度，并将检测结果传递至所述数据处理器，数据处理器在所述目标温度最小值小于等于目标输水管线温度时，判定目标输水管线温度处于目标温度范围，

20、数据处理器根据目标输水管线温度绘制目标输水管线的温度变化曲线，求得所述温度变化曲线的导函数，并将目标输水管线温度值与目标温度范围进行对比，

21、若温度变化曲线在任一时间点的目标输水管线温度处于目标温度最小值与目标温度中间值之间，则所述数据处理器判断在目标温度范围内目标输水管线温度偏低，根据温度变化趋势对目标输水管线温度进行低温风险判定；

22、若温度变化曲线在任一时间点的目标输水管线温度处于目标温度最大值与目标温度中间值之间，则所述数据处理器判断在目标温度范围内目标输水管线温度偏高，根据温度变化趋势对目标输水管线温度进行高温风险判定。

23、进一步的，根据所述温度变化曲线的温度变化趋势对所述目标输水管线温度进行风险判定，并根据目标输水管线的温度风险等级确定温度变化曲线的温度表达参数，其中，

24、目标输水管线温度偏低时若温度变化曲线的导数值小于零，则所述数据处理器判断目标输水管线温度正在下降，目标输水管线存在低于目标温度范围的风险，处于温度第一风险等级，温度变化曲线的温度表达参数等于温度第一表达参数；

25、所述目标输水管线温度偏高时若温度变化曲线的导数值大于零，则所述数据处理器判断目标输水管线温度正在上升，目标输水管线存在超出目标温度范围的风险，处于温度第二风险等级，温度变化曲线的温度表达参数等于温度第二表达参数；

26、若温度变化曲线的导数值等于零，则判断目标输水管线温度保持稳定，所述数据处理器控制温度控制器保持电伴热带当前功率；

27、其中，温度表达参数第一预设值大于温度表达参数第二预设值。

28、进一步的，所述线性升温模式下，

29、所述温度控制器在升温过程中控制所述电伴热带的功率以初始线性参数线性升高，所述初始线性参数包括线性升高节点数量，功率增幅系数，所述数据处理器根据目标输水管线的升温时长确定所述线性升高节点的数量以及所述功率增幅系数，当所述第二温度传感器检测到目标输水管线实际温度达到目标温度范围时，数据处理器控制温度控制器减小电伴热带功率或停止加热；

30、其中，所述数据处理器根据电伴热带所述实际功率预估目标输水管线的所述升温时长。

31、进一步的，所述第二温度传感器实时检测所述目标输水管线的温度并将检测数据传递至所述数据处理器，数据处理器在减小电伴热带功率后预估目标输水管线在电伴热带余热影响下的温度最大值，

32、数据处理器将所述温度最大值与所述目标温度最大值进行对比，若温度最大值大于目标温度最大值，则判断目标输水管线的温度在电伴热带余热影响下超出目标温度范围，数据处理器对电伴热带功率进行预调节，预调节分为一级预调节模式和二级预调节模式。

33、进一步的，所述一级预调节模式下，所述数据处理器降低所述电伴热带功率的增幅系数，数据处理器根据目标输水管线的温度最大值与目标温度最大值的比值计算降低后的电伴热带功率的增幅系数；

34、所述二级预调节模式下，所述数据处理器降低所述电伴热带功率的线性升高节点数量，数据处理器根据目标输水管线的温度最大值与目标温度最大值的比值计算降低后的电伴热带功率的线性升高节点数量。

35、进一步的，所述数据处理器计算当所述电伴热带达到功率最大值时所述目标输水管线的理论温度最大值，并将所述理论温度最大值与所述目标温度最小值进行对比，

36、若理论温度最大值大于等于目标温度最小值，则判定电伴热带在最大功率下能够满足目标输水管线的加热需求；

37、若理论温度最大值小于目标温度最小值，则判定电伴热带不能够满足目标输水管线的加热需求，数据处理器控制警报单元发出报警信号。

38、与现有技术相比，本发明的有益效果在于，针对不同的温度控制应用场景，目标输水管线需要的温度控制方式不同，通过将温度控制模式分为线性升温模式和恒温调节模式，并根据环境温度与目标温度的差值大小确定温度控制模式，增加了本发明的实用性；并根据环境温度的波动性和目标温度范围与目标输水管线初始温度的比值共同调节电伴热带初始功率，增加了对于目标输水管线温度进行预测的准确性。

39、进一步地，恒温调节模式下通过根据温度变化曲线的导函数判断目标输水管线温度的变化趋势，评估温度的风险等级，设置不同的温度表达参数，增加了对于目标输水管线温度进行预测的准确性。

40、进一步地，线性升温模式下，温度控制器以初始线性参数线性升高所述电伴热带的功率，通过升高电伴热带的功率增加对于目标输水管线的加热温度，从而减小目标输水管线温度达到目标温度范围的升温时长，提高了本发明对于目标输水管线进行加热的温度加热效率。

41、进一步的，在目标输水管线的温度达到目标温度范围时，温度控制器控制电伴热带开始减小功率停止加热，但电伴热带的温度不会随着功率减小而立刻减小，目标输水管线在电伴热带的余热作用下依旧处于加热状态，目标输水管线温度持续上升，存在目标输水管线温度超出目标温度范围的风险，数据处理器将目标输水管线在电伴热带功率减小后目标输水管线温度的最大值与目标温度最大值进行对比判断目标输水管线温度在所述情况下是否超出目标温度范围，并根据对比结果对电伴热带功率进行预调节，节约了电力能源，提高了对于目标输水管线温度进行控制调节的精准性。

42、进一步地，若不计算目标输水管线的理论温度最大值，无法准确的判断电伴热带能否满足用户设置的目标温度范围需求，从而影响后续对目标输水管线的加热保温过程，电伴热单元通过计算在电伴热带功率达到最大值时的目标输水管线的理论温度最大值，量化了电伴热带的加热能力，提高了对目标输水管线进行加热保温的精准性。