一种基于PLC的隧道区域设备控制系统的制作方法

本发明属于隧道设备控制，涉及到一种基于plc的隧道区域设备控制系统。

背景技术：

1、隧道是人类为了利用地下空间而设计的埋置于地层内的工程建筑物。而交通隧道作为隧道的一种，其发展是由于社会经济和生产的发展,高速公路大量出现，对道路的修建技术也提出了更高的标准,由过去盘山绕行的方案多改为隧道方案。并且交通隧道的修建在改善公路技术状态、缩短运行距离、提高运输能力、减少事故等方面都起到重要的作用。

2、其中通风设备作为交通隧道的一个重要系统，其作用在于保持隧道区域内良好的通风效果，以防止由于尾气滞留而产生的安全事故，所以针对隧道区域的通风设备的管控具有重要意义。

3、现有方法针对隧道区域的通风设备管控能够基本满足需求，但是还存在一定的弊端：(1)现有方法针对隧道区域的通风设备管控主要监测隧道区域内的温湿度、有害气体浓度等，当隧道区域内的温湿度、有害气体浓度等超标时，对隧道区域内的通风设备进行管控，以保证隧道区域内的环境治疗，但是忽略了气流方向和气流速度对于隧道区域内通风设备的影响，如果气流方向与预期方向相反或无法产生有效通风时，风机的风门可能会完全关闭或调整到最小开度，否则可能导致逆向气流进入隧道，进而引入污染物，并且降低了通风效果。

4、(2)现有方法针对隧道区域的通风设备管控对通风设备运行中的健康状态考虑不足，通风设备的腐蚀、老化都会影响其通风的效率，并且在运行过程中如果通风设备的风机叶片出现开裂或者断裂，则可能导致通风设备突然停机，从而影响隧道区域的通风效果，在一定程度上增加了事故发生的风险，降低了隧道通行的安全性。

5、(3)现有方法针对隧道区域的通风设备管控忽略了隧道区域内通风设备的健康状态会随着使用时长的增加发生变化，并且隧道区域内的环境也会对通风设备的健康状态产生影响，从而隧道区域内通风设备的固定保养间隔时长无法契合实际情况，导致无法对其进行预防性保养，在一定程度上增加了通风设备的保养经济损失。

技术实现思路

1、鉴于此，为解决上述背景技术中所提出的问题，现提出一种基于plc的隧道区域设备控制系统。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：本发明提供一种基于plc的隧道区域设备控制系统，包括：隧道区域划分模块，用于将指定隧道区域根据预先设定的划分原则划分为各子区域。

3、隧道区域监测模块，用于对指定隧道区域各子区域环境进行实时监测，获取指定隧道区域各子区域的环境信息。

4、隧道区域分析模块，用于将指定隧道区域各设备布设点的设备记为各布设点设备，分析各布设点设备的启动符合系数。

5、设备启动需求判断模块，用于判断各布设点设备的启动需求，并统计需要启动需求的各设备布设点的编号，发送至指定隧道控制中心。

6、设备启动控制模块，用于实时监测指定隧道区域各子区域的气流情况，得到指定隧道区域各子区域的气流信息，进而对需要启动需求的各布设点设备进行启动控制。

7、设备运行监测模块，用于对运行中的各布设点各设备进行监测，获取各布设点各设备的运行数据。

8、设备运行分析模块，用于分析各布设点各设备的运行健康系数。

9、设备保养间隔时长优化模块，用于根据各布设点设备的启动符合系数和各布设点各设备的运行健康系数，分析各布设点各设备的保养间隔时长优化系数，对各布设点各设备的保养间隔时长进行优化。

10、数据库，用于存储各隧道区域内的标准氧气浓度阈值、标准一氧化碳浓度阈值、标准二氧化碳浓度阈值、标准氮氧化物浓度阈值、适宜空气温度和适宜空气湿度，存储各隧道区域设备的风机各运行档次对应转速、风机叶片标准图像和标准外观灰度图像，并存储各隧道区域设备标准保养间隔时长，并存储的标准温度数值比色卡。

11、优选地，所述指定隧道区域划分为各子区域的预先设定的划分原则具体为：以各设备布设点作为指定隧道区域各子区域的中心点，以各设备布设点之间的中心位置作为指定隧道区域各子区域的分割边界位置，将各设备布设点根据车辆行驶方向依次编号为1,2,......,i,......a，并将各设备布设点的编号作为指定隧道区域各子区域编号。

12、优选地，所述指定隧道区域各子区域的环境信息包括空气温度、空气湿度、能见度和各气体浓度。

13、其中，各气体浓度包括氧气浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度和氮氧化物浓度。

14、优选地，所述各布设点设备的启动符合系数的具体分析方式为：提取指定隧道区域各子区域的氧气浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度和氮氧化物浓度，分别记为mi氧、mi一碳、mi二碳、mi氮氧，分析指定隧道区域各子区域的气体浓度指数

15、分别为从数据库中提取的隧道区域内的标准氧气浓度阈值、标准一氧化碳浓度阈值、标准二氧化碳浓度阈值和标准氮氧化物浓度阈值。

16、提取指定隧道区域各子区域的空气温度、空气湿度、能见度和气体浓度指数，分析各布设点设备的启动符合系数

17、其中ti、hi、ni分别为指定隧道区域第i个子区域的空气温度、空气湿度和能见度，t0、h0分别为从数据库中提取的适宜空气温度和适宜空气湿度，n0为设定的允许存在的能见度，α1、α2、α3、α4分别为设定的空气温度、空气湿度、能见度和气体浓度指数对应启动符合系数的所占权重。

18、优选地，所述各布设点设备的启动需求的具体判断方式为：提取各布设点设备的启动符合系数，将其分别与设定的启动符合系数阈值进行对比，若某布设点设备的启动符合系数大于或者等于设定的启动符合系数阈值时，则该布设点设备的启动需求为需要启动需求，反之，则该布设点设备的启动需求为无需启动需求。

19、统计启动需求为需要启动需求的各布设点设备对应的布设点编号，从中筛选得到启动需求为需要启动需求的布设点设备对应的最小布设点编号，将以该布设点设备对应的布设点作为起始点的各布设点设备的启动需求均记为需要启动需求，并将其记为需要启动需求的各布设点设备。

20、优选地，所述指定隧道区域各子区域的气流信息包括气流方向和气流速度。

21、优选地，所述需要启动需求的各布设点设备的启动控制的具体操作方式为：从指定隧道区域各子区域的气流方向和气流速度中筛选得到指定隧道需要启动需求的各设备布设点对应的布设点编号所属子区域的气流方向和气流速度，将其记为指定隧道区域各设备启动区域的气流方向和气流速度。

22、将指定隧道区域各设备启动区域的气流方向与车辆行驶方向进行对比，得到指定隧道区域各设备启动区域的气流方向与车辆行驶方向的夹角，记为θf，其中f＝1,2,......,c，f为各设备启动区域的编号，且c≤a。

23、若0°≤θf＜90°时，则说明指定隧道区域各设备启动区域的气流顺着车辆行驶方向流动，根据指定隧道区域各设备启动区域的气流速度，分析需要启动需求的各布设点设备的风机转速其中vf为指定隧道区域第f个设备启动区域的气流速度，v′为设定的指定隧道区域的最小气流速度，为从数据库中提取的设备的风机最大运行档次对应转速。

24、若90°＜θf≤180°时，则说明指定隧道区域各设备启动区域的气流逆着车辆行驶方向流动，根据指定隧道区域各设备启动区域的气流速度，分析需要启动需求的各布设点设备的风机转速其中为从数据库中提取的设备的风机最小运行档次对应转速。

25、指定隧道区域控制中心根据指定隧道区域各设备启动区域的气流方向与车辆行驶方向的夹角和需要启动需求的各布设点设备的风机转速，按照设定的程序对需要启动需求的各布设点设备的风机的风门开度和运行档次进行控制。

26、优选地，所述各布设点各设备的运行数据包括外观各锈蚀区域面积、温度、风机叶片的各裂纹面积和风机当前运行档次对应转速。

27、优选地，所述各布设点各设备的运行健康系数的具体分析方式为：提取各布设点各设备的外观各锈蚀区域面积、温度、风机叶片的各裂纹面积和风机当前运行档次对应转速，分析各布设点各设备的运行健康系数

28、

29、其中分别为第i个布设点第j个设备的外观第g个锈蚀区域面积、温度、风机叶片的第k个裂纹面积和风机当前运行档次对应转速，分别为设定的设备的外观允许存在的锈蚀区域面积、正常运行温度和风机叶片的允许存在的裂纹面积，为从数据库中提取的风机当前运行档次对应的标准转速，j＝1,2,......,b，g＝1,2,......,x，k＝1,2,......,y，j为各设备的编号，g为外观各锈蚀区域的编号，k为风机叶片各裂纹区域的编号，y为风机叶片裂纹区域的数量，μ1、μ2分别为设定的外观锈蚀区域面积和风机叶片的裂纹面积的偏差修正值，β1、β2、β3、β4分别为外观锈蚀区域面积、温度、风机叶片的裂纹面积和风机当前运行档次对应转速的权重系数，β1+β2+β3+β4＝1。

30、优选地，所述各布设点各设备的保养间隔时长的具体优化为：提取各布设点设备的启动符合系数和各布设点各设备的运行健康系数，分析各布设点各设备的保养间隔时长优化系数其中ε1、ε2分别为设定的启动符合系数和运行健康系数的影响因子。

31、优化各布设点各设备的保养间隔时长tij＝t0*ξij，其中t0为从数据库中提取的设备标准保养间隔时长。

32、相较于现有技术，本发明的有益效果如下：(1)本发明通过获取指定隧道区域各子区域的环境信息，分析各布设点设备的启动符合系数，从而判断各布设点设备的启动需求，并且根据指定隧道区域各子区域的气流信息，对需要启动需求的各布设点设备进行启动控制，从而保证了良好的通风效果，有效地防止了尾气滞留问题，提升了隧道内的空气质量，降低了事故发生的风险，提高了隧道行车的安全性。

33、(2)本发明通过对运行中的各布设点各设备进行监测，获取各布设点各设备的运行数据，分析各布设点各设备的运行健康系数，实时监测了各布设点各设备的运行健康系数，有助于提高隧道区域通风设备的可靠性，有效地避免了通风设备突发故障导致停机的状况。

34、(3)本发明通过各布设点设备的启动符合系数和各布设点各设备的运行健康系数，分析各布设点各设备的保养间隔时长优化系数，对各布设点各设备的保养间隔时长进行优化，结合通风设备的自身健康状态与环境对通风设备健康的影响，实现了各布设点各设备的预防性维护，提升了通风设备的健康状态，提高了通风设备的运行效率和性能。

35、附图说明

36、为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

37、图1为本发明的系统模块连接示意图。

38、图2为本发明的指定隧道区域各子区域划分示意图。

39、图3为本发明的指定隧道区域设备启动区域的气流方向与车辆行驶方向的夹角示意图。