专利名称：双向隧道用射流风机的隧道通风控制系统的制作方法
技术领域：
本发明是关于双向通行的道路隧道的通风设备装置，主要是关于使用了变频器驱动射流风机的纵流式通风方式的道路隧道的通风技术。
背景技术：
在道路隧道中，浮游着大量对人体有害的来自汽车发动机的排放物质或尘埃，长此以往会造成隧道内污染物质浓度变高。在此，要确保隧道内的良好环境，有必要将隧道内的污染物质排放出去。要排除隧道内污染物质，仅靠自然通风力或交通通风力来实现通风是不够的，需要使用设置在隧道内的通风设备来进行强制通风。隧道的通风方式有多种多样。在我国很多3000m以下的中小型双向通行的道路隧道都普遍采用了一种叫「纵流式换气方式」的通风方式。所谓的「纵流式通风方式」，是一种将隧道断面全体作为通风管道使用的通风方式，所使用的通风设备有、将道路隧道内的空气赶出隧道外的射流风机、可以净化道路隧道内空气的电动集尘机等设备，将上述设备进行适当的组装，对隧道入口到出口方向形成的空气流进行排气。也有在道路隧道的中央附近设置排风竖井，将道路隧道内的空气与道路隧道外的空气进行交换的集中排气的方式。传统的「纵流式通风方式」中所使用的射流风机的马达驱动器是利用起动电流达到额定电流数倍的感应马达进行驱动的。
图10示意的是传统技术中使用了普通射流风机的纵流式通风方式的双向通行的道路隧道。该图中的隧道1的类型，是交通方向为两个方向的双向通行隧道。在类似于隧道1类型的双向通行的道路隧道中，内部设置有复数台可以进行纵向通风的射流风机。在图10中的示例中，设有4台的射流风机分别是10a、10b、10c、10d。在双向通行道路隧道1 中，从图左到图右发生纵向空气流A，隧道内的污染空气从左至右的被排出。这是由通风控制装置对射流风机10的运转进行控制的。如图10的例图中，在隧道1内的入口附近、中央部附近、出口附近都分别设置了风向风速检测仪(AV)，在通风井的入口处附近设置了污染浓度检测仪的烟雾透过率检测仪 (VI)、一氧化碳浓度检测仪(CO)(图中没有标示)。在此，烟雾透过率检测仪(VI)是根据透过物质的光的比例来对污染浓度进行测量的装置，此外，一氧化碳浓度检测仪(CO)是测量一氧化碳浓度的装置。交通量测量器是对通过双向通行的道路隧道1内的车辆的交通量进行测量的装置。在使用了传统射流风机的纵流式通风方式中，通过双向通行道路隧道1内部设置的风向风速检测仪、烟雾透过率检测仪、一氧化碳浓度检测仪、交通量测量器所采集的各种环境成分数值为基础，利用通风控制装置(图中没有标示)对设置在双向通行道路隧道1 内部的射流风机IOa IOd的运转台数进行调整。也就是说在双向通行道路隧道1中设置环境成分分析仪器、对如煤烟、一氧化碳、交通量、或者风向风速等的环境数值进行测量， 根据由环境成分分析仪器采集到的测量数据，只运转所需通风量时所需的射流风机的台数IOa 10d，因此事先将污染物质浓度设定在容许值以下，从而确保隧道使用人员的安全性、舒适性。就向来的双向通行隧道的费用对效果比来看，采用对污染浓度(VI、C0)的反馈控制来决定射流风机的运转台数的方法，也有采用控制运转速度等方法。例如、通风控制装置，通过交通量测量器读入现在的交通量，然后用所读入的交通量与汽车排气量系数和道路隧道的构造系数相乘算出煤烟排放量，然后从煤烟排放量和煤烟浓度的控制目标值算出所需通风量Q。与此同时，通风控制装置通过烟雾透过率检测仪将现在道路隧道内的空气污染浓度作为反馈值读入，同上算出所需通风量Q与反馈值的偏差值，通过该偏差值进行PID控制器的(比例·积分·微分)演算，根据所取得的PID控制器的演算结果来控制、操作射流风机10。
发明内容
发明所要解决的技术问题传统纵流式通风方式存在着以下问题。第一个问题是，为确保污染浓度(VI、CO)进行反馈控制技术的纵流式通风方式中，存在着耗电量大的问题。在传统的双向通行隧道中，多采用为确保污染浓度(VI、C0)进行反馈控制来决定运转台数，为了让射流风机直接在隧道内利用强制通风力来产生风速， 主要对污染浓度进行反馈控制的话，会形成纯滞后控制导致供风过剩、或供风不足的情况的多发。通常情况下，一般只考虑以射流风机产生的机械通风力作为通风力。关于交通通风力，通常的双向通行隧道是不期待行驶车辆的产生的通风力，反而视其为通风时的阻力。 而且，以VI、CO的反馈控制为主流，出现由于没有设置交通量测量器等原因导致的无法把握交通通风量的情况较多。由于自然风会由于通风设备的通风方向会产生顺风、逆风的情况，会对通风动力费用带来很大的影响，由于隧道周边的气象情况导致风向或风速总是在不断的变化，推广使用自然通风力是比较困难，最终还是以机械通风为主自然风通风为次。 即使是作为辅助使用，要掌握自然风的话，需要在隧道两坑口处设置微气压计，产生增大初期费用及保养费用的问题。传统纵流式通风方式中的第2个问题是，采用精确的预测结果进行前馈控制是比较困难的问题。随着自然通风力或交通通风力的大小在时刻发生变化，将这些变化数据正确导入射流风机无法进行控制。如果可以将自然通风力或交通通风力的大小或方向的变化准确的导入进行前馈控制的话，可以降低耗电量。传统纵流式通风方式中的的第3个问题是，进行开关切换的射流风机在运转切换时需要很大的跨距，存在着顺应性的问题、无法进行精细运转控制的问题。双向通行隧道与单向通行隧道相比起，由于交通通风力是相互在相反方向运动的，容易造成车道内的风速不稳定运动。一般情况下不论是在平时或紧急时(发生火灾时)，通过切换射流风机的运转台数来实现通风，但是高精度控制是比较困难的。可是，由于射流风机使用的驱动马达是起动电流达到额定电流数倍的感应马达，存在着一旦马达停止后30分钟左右无法再起动的问题。此外，由于感应马达的运转次数是由电源周波数决定的固定运转次数，因此纵向通风力也只能是达到固定值(最大值)。由此可知，传统的射流风机运转存在着顺应性问题和无法进行细微的运转控制的问题。
借鉴上述的问题点，本发明对反馈控制、前馈控制进行了研究，以提供一种具有省电效果的纵流式通风系统为目标。解决问题的方法为了实现以上目标，本发明所涉及的隧道通风系统，是由隧道内设置复数台的通风设备和，对上述隧道内的烟雾透过率和、污染气体浓度和、断面风速和包括隧道内车辆的交通量在内的隧道内数据进行测量和采集的感应部和，对上述隧道内流动的风所模拟的风速模型和、上述隧道内的车辆的交通量所模拟的交通模型和、上述隧道内的车辆所排放的污染物质所模拟的污染浓度模型进行存储的模型存储部和，输入上述感应部采集到的上述隧道内数据，结合上述隧道内数据的变化，对上述模型存储部中的上述风速模型和上述交通模型及上述污染浓度模型的参数进行推算和更新的模型参数推算部和，对烟雾透过率目标值和污染浓度目标值和、上述感应部采集到的上述隧道内数据和、利用上述风速模型和上述交通模型和上述污染浓度模型对自然风和交通风和污染排放量进行预测的预测部和，根据上述预测部的各个预测数据，决定断面风速目标值和通风设备的控制目标值的前馈控制部和，结合考虑上述通风设备的并联运转台数和运转次数的关系和、上述通风设备的正反运转时的自然风的自然通风方向和、双向通行的交通通风方向的关系，决定节能最适运行方案的最适运行方案决定部和，对上述断面风速目标值和上述通风设备控制目标值进行反馈修正，结合上述节能最适运行方案进行自适应控制的混合自适应控制部构成的。此外，上述各个构成最好是按照以下内容来进行。首先，上述通风设备的运转是靠变频器驱动运转，上述通风设备最好是在额定电力以下且根据上述混合适应控制部决定的最适控制量进行连续运转。接下来，上述混合自适应控制部的反馈修正包括对上述通风设备的并联运转台数和正反方向及运转次数进行控制的第1反馈控制和，对上述污染气体浓度数据和上述污染浓度目标值和、上述感应部所采集到的上述烟雾透过率数据和上述烟雾透过率数据目标值和、上述通风设备的并联运转台数和正反方向及运转次数进行控制的第2反馈控制。最好是采用将上述第1反馈控制包含在内形成的第2反馈控制组成的串级控制。然后，上述风速模型将[数1]方程式视为上述隧道内风向风速to的2次多项式， 然后将tol*、to2*作为2个平衡解，通过[数2]求出to·，根据[数2]算出的分析解，利用离散时间风速模型来实现高速化是比较里理想的。
权利要求
1.一种隧道通风控制系统，包括对上述隧道内的烟雾透过率和污染气体浓度和断面风速和包括隧道内交通量在内的隧道内数据进行测量、采集的感应部和、对上述隧道内流动风所模拟的风速模型和、上述隧道内行驶车辆所模拟的交通模型和、通过上述隧道的车辆所排放的污染物质的浓度所模拟的污染浓度模型进行模型存储的模型存储部和、输入从上述感应部采集到的上述隧道内数据，结合上述隧道内数据的变化，对存储在上述模型存储部中的上述风速模型和上述交通模型和上述污染浓度模型的参数进行推算和更新的模型参数推算部和、利用烟雾透过率目标值和污染气体浓度目标值和、上述感应部采集到的上述隧道内数据和、上述风速模型和上述交通模型和上述污染浓度模型，对自然风和交通风和污染排放量进行预测的预测部和、根据上述预测部的各个预测结果对断面风速目标值和通风设备控制目标值进行反馈控制的反馈控制部和、结合上述通风设备的并联运转台数以及运转次数的关系和上述通风设备在正反运转时的自然风的自然通风方向与双向交通的交通通风方向的关系，决定节能最适运行方案的节能最适运行方案决定部和、对上述断面风速目标值和上述通风设备控制目标值进行反馈修正，并结合上述节能最适运行方案进行控制的混合自适应控制部。
2.权利要求1中所记载的一种隧道通风控制系统，上述通风设备的运转是依靠变频器驱动运转的，上述通风设备可在额定电流以下、根据混合自适应控制部所决定的最适控制量进行连续运转。
3.一种隧道通风控制系统，具有以下特征 上述混合自适应控制部的反馈修正、具有根据上述断面风速目标值和上述感应部采集到的上述断面风速的数据、对上述通风设备的并联运转台数和正反运转方向及其运转次数进行控制的第1反馈控制和、根据上述污染气体浓度数据以及上述污染气体浓度目标值和、上述感应部采集到的上述烟雾透过率数据以及烟雾透过率目标值、对上述通风设备的并联运转台数和正反运转方向及其运转次数进行控制的第2反馈控制，以上述第1反馈电路包含在内形成的上述第2反馈电路的串级控制为特征。
4.权利要求1到权利要求3中的任意1个权利要求项中所记载的一种隧道通风控制系统，还具有以下特征作为上述风速模型，将[数23]的方程式当作是关于上述隧道内风向风速to的2次多项式，将tol*、to2*作为2个定态解，经过整理得出的方程式[数24]的to解析解，利用离散时间风速模型，实现上述预测部进行高速预测处理为特征， d U r1-—-(Δ P r+ Δ P t+ 矗 P η+ Δ P j )[数 23]d t A r L jo
5.权利要求1到权利要求4中的任意1个权利要求项中所记载的一种隧道通风控制系统，还具有以下特征作为上述污染浓度模型，利用移流扩散方程式[数25]求出C(t，x)的解析解[数沈]， 根据[数26]的解析解，利用离散时间污染浓度模型，实现上述预测部进行高速预测处理为特征，
6.权利要求1到权利要求4中的任意1个权利要求项中所记载的一种隧道通风控制系统，还具有以下特征上述混合自适应控制部，对上述通风设备的运转结果包括上述感应部采集到的上述实际测量数据和、上述预测部所预测到的上述预测数据进行偏差的修正时，上述参数推算部，利用[数27]和[数28]经过整理得出的[数四]，代入将大型汽车等价阻力面积P1、小型汽车等价阻力面积P2、自然风风速P3作为参数整理得出的[数30]中，将P1, P2, P3相关的[数31]的线性是当作是成立的，作为离散时间概率系统的卡尔曼滤波的问题，对参数P1,P2, P3进行推算处理的特征，
7.在权利要求1到权利要求4中的任意1个权利要求项中所记载的一种隧道通风控制系统，还具有以下特征上述混合自适应控制部，对作为上述通风设备的运转结果包括上述感应部所采集到的上述实际测量数据和、上述预测部所预测到的上述预测数据的偏差进行修正时，上述参数推算部，在大型汽车煤烟排放量P4、小型汽车煤烟排放量P5作为参数对[数25]进行整理得出的[数32]中，将P4，P5的线性当作是成立的，作为[数33]和离散时间概率系统的卡尔曼滤波的问题，对参数Ρ4，Ρ5进行推算处理的特征， e(t) = f(t)P4(t)+g(t)P5(t)+e e [数 32] 式中的P4(t)相当于Co(H)、P5(t)相当
全文摘要
提供一种有效利用反馈控制、前馈控制来实现省电节能的隧道通风控制系统。前馈控制部140通过烟雾透过率目标值和CO浓度目标值和、感应部110实际采集到的关于隧道内的各种数据和、利用模型存储部120的风速模型和交通模型以及污染浓度模型对自然风和交通风和污染发生量进行预测，决定断面风速目标值和通风设备的控制目标值。最适运行方案决定部160，结合考虑通风设备10的并联运转台数及其运转次数之间的关系和、正反运转时自然风的自然通风方向与双向交通的交通通风方向之间的关系，决定节能最适运行方案。对断面风速目标值进行的第1反馈修正和、对通风设备的控制目标值进行的第2反馈修正进行串级控制，混合自适应控制部180将反馈修正结合节能最适运行方案决定部进行适应控制。
文档编号F24F7/007GK102472105SQ20098016026
公开日2012年5月23日 申请日期2009年10月5日 优先权日2009年10月5日
发明者三谷敦史, 中堀一郎, 前田和男 申请人:株式会社创发系统研究所