一种节能型混凝土恒温恒湿智能化养护箱及控制系统的制作方法

本发明涉及混凝土试件恒温恒湿养护控制，具体涉及一种节能型混凝土恒温恒湿智能化养护箱及控制系统。

背景技术：

1、混凝土试件成型后需要在受控的温度和湿度环境中进行养护，以保证水化过程在相对稳定的环境条件下进行，并为后续强度、耐久性能等检测提供状态一致的试件。恒温恒湿养护设备通常设置加热、制冷、加湿、循环送风及温湿度检测部件，通过控制器维持箱体内部环境。

2、现有养护箱已经能够利用温湿度传感器对箱体环境进行自动调节，也有方案在多个位置布置传感器或设置分区结构。不过，当养护箱采用多个上下排列的养护层并共享一套温湿度调节设备时，各养护层之间存在试件遮挡、送风路径差异和空气回流耦合，单纯依据某一层是否超出目标区间直接启停调节设备，仍难以解决多个养护层同时出现偏差时的执行资源竞争问题。

3、尤其是在采用可移动送风端依次对不同养护层进行定向调节的结构中，任一时刻只有一个主要送风位置。若按照固定层序、先检测先处理或单纯偏差最大原则切换目标层，容易出现送风端在相距较远的养护层之间往复移动、空气调节支路频繁切换以及已接近目标区间的养护层等待时间过长等情况，移动过程和设备切换本身会形成额外能耗。

4、此外，多层养护仓通常并非完全独立密封，各层之间仍可通过格栅隔板、通风口或回流通道交换空气，对一个养护层进行集中送风时，相邻养护层的温湿度也可能发生变化，如果控制逻辑把各养护层视为彼此独立，仅依据目标层的调节结果判断是否继续送风，就可能在修正目标层的同时使相邻层偏离目标区间，造成后续重复调节。

5、现有的固定时长控制或固定参数控制还难以反映不同养护层在试件装载量、气流阻挡程度和当前位置条件下的实际调节效率。同样的送风时长可能在某一层形成充分改善，在另一层则改善不足或已经产生过调节。缺少对实际改善量、能耗与邻层影响的闭环记录，会使控制器无法利用前一次调节结果优化下一次调度。

6、为此，推出一种节能型混凝土恒温恒湿智能化养护箱，在保留分层传感和移动定向送风机械基础的同时，将多养护层竞争调度、层间扰动识别以及调节响应反馈建立为同一控制闭环。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种节能型混凝土恒温恒湿智能化养护箱及控制系统。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一方面，提供一种节能型混凝土恒温恒湿智能化养护箱控制系统，包括智能控制器，所述智能控制器包括如下模块：分层状态采集模块、分层偏差解析模块、层间耦合识别模块、调节优先级决策模块、动态调节参数生成模块、执行驱动模块和反馈修正模块；分层状态采集模块用于按照控制周期获取各养护层的温度值、湿度值，获取移动送风机构的当前送风位置、循环机构的工作支路状态及各执行部件的运行时长；分层偏差解析模块用于根据各养护层的温度值、湿度值与对应目标区间的距离确定温度偏离量和湿度偏离量，并结合连续偏离控制周期数形成各养护层的分层环境偏差值；层间耦合识别模块用于在任一目标养护层接受定向调节的前后，对目标养护层的分层环境偏差值改善量与相邻养护层的分层环境偏差值不利变化量进行关联，得到对应目标养护层的层间扰动耦合系数；调节优先级决策模块用于根据各养护层的分层环境偏差值、历史调节响应效率、层间扰动耦合系数以及移动送风机构由当前位置移动至对应养护层的移动成本，确定待调节养护层的调节优先级；动态调节参数生成模块用于根据调节优先级选择目标养护层，并根据目标养护层的温湿度偏离方向、历史响应斜率和层间扰动耦合系数确定空气调节支路、单次调节时长及送风运行参数；执行驱动模块用于控制移动送风机构移动至目标养护层对应的进气位置，并驱动循环机构、排气扇及相应电磁阀执行定向温湿度调节；反馈修正模块用于在单次调节结束后重新获取目标养护层及相邻养护层的状态，计算实际改善量和本次调节能耗，并更新所述历史调节响应效率和层间扰动耦合系数后反馈至下一控制周期

4、另一方面，提供一种用于上述控制系统的节能型混凝土恒温恒湿智能化养护箱，包括箱体和养护执行组件，所述养护执行组件包括设置于箱体内的多个养护层、分别设置于各养护层的传感器组、用于对循环空气进行温度和湿度调节的循环机构，以及能够沿各养护层排列方向移动并向选定养护层定向送风的移动送风机构。

5、优选地，所述分层状态采集模块按照养护层编号建立分层状态记录，每一分层状态记录至少包括当前温度值、当前湿度值、上一控制周期温度值、上一控制周期湿度值、连续超出目标区间的控制周期数、最近一次定向调节开始时刻、最近一次定向调节结束时刻及最近一次调节模式；所述移动送风机构的当前送风位置由直线电机的当前位置指令、位置反馈值或当前对应养护层编号中的至少一种确定；所述循环机构的工作支路状态由空调、空气能热泵、加湿器及对应电磁阀的启闭状态确定；所述分层偏差解析模块分别计算当前温度值超出目标温度区间的区间距离与目标温度区间宽度之比，得到温度偏离量，计算当前湿度值超出目标湿度区间的区间距离与目标湿度区间宽度之比，得到湿度偏离量；在当前温度值或当前湿度值处于对应目标区间时，将对应偏离量记为零；根据连续超出目标区间的控制周期数与预设持续窗口周期数的比值确定偏离持续度，并将温度偏离量、湿度偏离量与偏离持续度进行耦合，得到分层环境偏差值，所述分层环境偏差值越大表示对应养护层越偏离当前养护目标。

6、优选地，所述层间耦合识别模块以被定向送风的目标养护层为中心确定相邻养护层集合，记录单次调节前后的各分层环境偏差值；将目标养护层的分层环境偏差值下降量作为目标改善量，将相邻养护层中分层环境偏差值上升的部分按照层间距离权重进行汇总作为相邻不利变化量，并根据相邻不利变化量与目标改善量的比值确定层间扰动耦合系数；当目标改善量小于预设有效改善下限时，将本次调节标记为无效调节并限制对应层间扰动耦合系数进入正常更新。

7、优选地，所述反馈修正模块根据空调、空气能热泵、加湿器、排气扇、直线电机和驱动电机在单次调节窗口内的额定功率与实际运行时长计算本次调节能耗；根据目标改善量与本次调节能耗的比值确定本次调节响应效率，并采用对应养护层的历史有效调节记录对所述本次调节响应效率进行递推更新，形成历史调节响应效率；当缺少历史有效调节记录时，采用养护箱调试阶段获得的初始响应效率或预设中性响应效率作为初值。

8、优选地，所述调节优先级决策模块根据目标养护层对应进气位置与移动送风机构当前位置之间的竖向距离确定移动距离分量，根据下一调节模式与当前调节模式是否需要切换空气调节支路确定支路切换分量，并由所述移动距离分量和支路切换分量得到移动成本；所述移动成本随竖向移动距离增大而增大，并在需要切换空气调节支路时增加，使养护箱在多个养护层同时偏离目标区间时对移动行程和支路切换造成的额外能耗进行约束。

9、优选地，所述调节优先级决策模块以分层环境偏差值作为基础优先量，以历史调节响应效率作为增益量，以层间扰动耦合系数和移动成本作为抑制量，计算各待调节养护层的调节优先级；在存在分层环境偏差值超过预设强制调节阈值的养护层时，优先从超过所述预设强制调节阈值的养护层中进行排序，以避免移动成本或历史响应效率使严重偏离层长期等待；当多个养护层的调节优先级差值小于预设并列阈值时，优先选择与当前送风位置距离较近的养护层。

10、优选地，所述动态调节参数生成模块根据目标养护层的温度偏离方向和湿度偏离方向确定制冷、加热、加湿或除湿调节模式，并根据对应养护层最近有效调节窗口内的分层环境偏差值下降量与调节时长确定历史响应斜率；根据当前分层环境偏差值、预设停止偏差值和历史响应斜率确定预测调节时长，并将预测调节时长限制在预设最小调节时长与预设最大调节时长之间；当层间扰动耦合系数超过预设耦合限制值时，缩短单次调节时长或降低排气扇运行参数，在完成缩短后的调节窗口后重新采集各养护层状态。

11、优选地，所述反馈修正模块在任一传感器组的温度值或湿度值缺失、超出传感器有效量程或者相邻控制周期变化幅度超过预设有效变化上限时，将对应数据标记为异常数据；当目标养护层存在异常数据但相邻有效数据满足替代条件时，仅采用相邻有效数据的插值结果参与调节优先级计算，不将插值结果作为结束强制调节的唯一依据；当无法形成有效替代数据时，暂停对对应养护层的定向调节并输出传感器异常提示。

12、优选地，所述箱体内部设有相邻布置的养护仓和温控仓，多个隔板沿竖向间隔设置于养护仓内并形成多个养护层，养护仓与温控仓之间沿竖向间隔设置与多个养护层一一对应的进气槽；所述移动送风机构包括竖向设置的直线电机、滑轨以及安装于直线电机滑台和滑轨滑块之间的安装框架，安装框架内设置排气扇，循环机构的排气端通过能够随安装框架竖向移动而伸缩的加筋软管与安装框架的进风端连通；每一进气槽的槽口设置由柔性挡风膜、第一磁板和第二磁板形成的启闭机构，所述柔性挡风膜在目标养护层送风时受气流推动打开对应进气槽，并在停止送风后由第一磁板与第二磁板重新吸合而覆盖对应进气槽。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

14、1、本发明通过把分层环境偏差、历史调节响应效率、层间扰动耦合和移动成本放入同一调度链，使移动送风机构不再只根据单层是否超限进行机械切换，而是从调节必要程度、本层可改善程度、对邻层的潜在影响与执行切换代价四个方面确定目标层，能够直接约束单一移动送风通道在多养护层之间的无效往复和支路频繁切换；

15、2、本发明利用每次定向调节前后的目标层改善量和相邻层不利变化量形成层间扰动耦合系数，并在耦合程度较高时缩短调节窗口或降低送风运行参数。若省略该反馈，相邻养护层受气流交换影响后的偏差不会进入当前控制决策，养护箱容易在修正一个养护层后再反向修正另一个养护层；引入耦合反馈后，可以降低由分层非完全密封造成的重复调节；

16、3、本发明以实际改善量与实际运行能耗形成历史调节响应效率，并根据对应养护层的历史响应斜率预测调节时长，使各养护层能够按自身装载、气流阻挡和位置条件形成不同的调节参数。该机制与原有移动送风结构形成闭环，可在不增加多套独立温控设备的情况下提高定向调节的有效性和空气调节能量利用率。