[实用新型]高速公路隧道通风变频控制系统

说明书

技术领域：

本实用新型涉及一种通风变频控制系统，特别是一种高速公路隧道通风变频控制系统。

背景技术：

近年来随着高速公路建设的迅猛发展，在山区为克服地形限制、改善线型、缩短行车距离，以及保护生态、节省燃料、节省时间、提高经济效益，越来越多的高速公路选择修建隧道来解决这些问题。隧道越修越多，也越修越长，特别是我国中西部山区的公路建设，将有许多长大或特长公路隧道需要修建，正在施工的秦岭终南山公路隧道，设计长度更是长达18km。在整个隧道的建设中，通风控制方案的优劣将对通风运营效果的好坏起着决定性的影响，20多年来，国内在公路隧道通风控制方面积累了许多成功的经验，但也存在许多问题，特别是许多长大或特长公路隧道的建设和规划。通风已经成为影响和制约长大公路隧道建设的关键，因而特长隧道对通风控制系统又提出了一个新的课题。随着人们对公路隧道通风控制理念的转变，通风控制系统不但要满足隧道日常行车运营卫生、安全的要求，满足隧道火灾情况下排烟系统的有效运作以保证隧道安全运营性，而且要满足降低能源消耗和资源浪费，降低隧道运营成本的功能。本论文旨在针对长大公路隧道的通风系统进行优化，探讨特长公路隧道合理、科学、节能、经济的通风系统。

国内有关智能交通领域中机电工程项目的研发工作起步较晚，有关隧道通风系统方法的研发工作仍处于起步阶段。现阶段国内在以下几个方面有过初步的研究。系统网络结构方面，当前有两种控制模式，一种是适用于短隧道的集散式控制模式，一种是适用于长隧道的分布式现场总线控制模式。前者布线复杂，造价较高，由中控室对现场设施进行控制与管理，后者施工方便，不但造价较低，而且可靠性较高，其又可分为全分布式现场总线控制和集中式现场总线控制。全分布式现场总线控制模式，中控室对现场设施不直接进行控制，由现场各种设施的控制器进行控制。而集中式现场总线控制模式，中控室对现场总线连接的设备，统一进行设备的控制实施。在控制施行方面，普遍采用手动控制，使得隧道通风不能及时得到调节，在火灾发生时不能及时灭火，加大了火灾的危害性。在风机启动节能方面，普遍采用机械式的启动和关闭，对电网的冲击很大以及浪费了巨大无功能耗。在风机运行方面，在哪种工作模式下最节能和延长使用寿命考虑很少。伴随着几种智能控制方法：模糊控制、模式识别、人工智能逐步应用到隧道通风自动控制中，提高了系统的准确性和实时性，大大提高了隧道运行的稳定性，但在实际应用中，稳定性不是很强，抗噪声和纯滞后能力以及控制方法实时性还有待更深入的探讨。

国外高速公路由于起步较早，在公路隧道机电领域研究方面也相对较为成熟。而且建成的长大、特大隧道也相对较多，如挪威于2000年建成的莱尔隧道长度为24km，瑞士1980年正式通车的圣哥达隧道长16km，法国至意大利Mont-blanc隧道全长11km这些特长隧道的出现，以及运营过程因为通风控制不得力出现的火灾伤亡事故，都给公路隧道通风控制带来了巨大的挑战。

从控制方法看，国外公路隧道通风控制，大致经历了直接控制法、间接控制法和模糊控制法三个发展阶段。直接控制法通过各类传感器检测隧道内环境条件，直接对通风设备的运行进行控制。这种方式受环境条件的多变性、传感器安装位置的局限性、检测时间的滞后性等因素的影响，不能达到有效控制和节省能源的目的。间接控制法是在采用车辆分类检测装置检测交通量、车速和车型的基础上，通过空气动力学模型的预测分析计算，得出最佳通风量，据此对风机进行控制。1984年日本关越隧道首次采用间接控制法，实践证明效果较好，与直接控制法相比节能20％，目前被一些发达国家广泛采用。但是该方式需要建立空气动力学等模型，模型精确与否直接影响控制效果和能否达到节能的目的。随着智能控制理论和技术的发展，九十年代，日本道路公团率先开发出避开数学模型，用模糊控制技术实现风速和煤烟通过率(VI)的多输入通风反馈控制系统；随后日本日立公司又运用信息管理和模糊控制理论，成功地设计出通风控制专家系统，获得了更加稳定的VI值，在改善风机运行状态的同时，进一步降低了电能消耗。1996年我国台湾学者在日本研究的基础上，将交通量以及污染物浓度的预测值作为前馈输入量，并加入空间、时间过滤器，改进了模糊控制系统，在控制性能和节能方面进一步取得了较好的效果。但是，在长大公路隧道的通风控制方面，智能控制理论的多个融合以及考虑隧道通风系统的抗干扰性，运营通过变频器对大功率的风机节能还是考虑不多。

实用新型内容：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种高速公路隧道通风变频控制系统。