公路隧道模糊控制通风系统基于工业以太网通信
概述 系统描述 解决方案 连接示意图 适用产品型号

隧道通风就是采用各种方式使得隧道内部保持新鲜空气进入,以及将汽车排放的二氧化碳等汽车尾气之类的废气排出隧道内部空间,使得隧道内部保持卫生安全的适宜空气环境。根据公路隧道具体情况的不同,可以采用自然通风和机械通风等各种通风方式,一般而言,当隧道长度较短的时候,采用自然通风(利用外部环境的自然风或者汽车行驶带来的活塞风),而当隧道长度超过一定的距离之后,则需要采用机械通风方式,即采用通风机以及通风管道等相关设备进行送风以及排风动作,机械通风可以分为纵向通风,横向通风,半横向通风以及组合通风等模式。

系统描述

随着我国高速公路的大规模建设以及西部大开发的进程,高速公路不断的延伸至西部山区,使得我国的超长公路隧道不断涌现,而解决超长隧道的通风问题都是采用机械通风方式进行给排风,而控制通风设备的方式直接影响隧道通风的效果以及成本。国内现在大多采用直接控制法控制通风设备,该方法实施简单,但是存在一定的滞后性,不够精确以及经济成本偏高,现在开始采用模糊控制方法来控制隧道通风效率更高,也更加精确经济。

解决方案

某隧道通风系统项目中,最初设计利用直接控制法来控制通风设备的运转以及监控隧道内部空气环境,所谓的直接控制法就是单纯依赖传感器检测隧道内部的空气环境参数(比如一氧化碳浓度值,烟雾通过率等数值),相关的PLC通过传感器的相关参数依据原先设定的条件控制通风设备的运行,以及对隧道内部交通进行控制,由于传感器的分布布局以及检测时间具有一定的滞后性,而通风设备的运转以及产生效果也具有一定的滞后性,直接控制法并不能完全做到及时控制,并且在运行过程中存在一定的能源浪费的情况。

八十年代日本率先采用间接控制法实现通风设备的控制,也就是说利用检测隧道内部的车流量通行情况,汽车通行速度以及外部自然环境通风情况等各方面的参数,通过计算隧道空气动力模型进行预测分析,得出最佳通风量,并且依据计算结果对通风设备进行控制。在九十年代,日本在间接控制法的基础上,运用模糊控制理论以及管理信息,开发出相应的数学模型,利用模糊控制技术设计出通风控制系统,使得隧道内部的空气环境更加优良稳定,并进一步改善了通风设备的运行状态,进一步的降低了能耗。

施工方决定采用模糊控制技术来控制隧道通风系统的运转,但是在项目实施评估中施工方发现采用模糊控制技术,可以高效率低能耗的控制隧道通风系统,但是需要整个控制系统对隧道进行全方位的监测,采集大量的现场数据(比如隧道内部的车流量,车辆的通行速度,道路占有率,隧道外部的气候情况以及隧道内部的空气环境参数)计算机通过对现场数据进行分析计算之后才可以实施有效的控制。而隧道监控系统现在基本上采用的是现场总线技术作为通信手段,而现场总线技术并不能满足模糊控制技术的大流量的数据交换的需求。

经过各方面的评估,施工方决定采用工业以太网作为隧道监控系统的通信手段,采用深圳市鼎信鸿达科技有限公司的工业光纤交换机布设工业以太网。在此项目中,采用了NIES-5024-8F型机架式光纤交换机和NIES-605-2F-2D型导轨式工业网络交换机两种型号,采用两台NIES-5024-8F型机架式光纤交换机,该交换机提供八个百兆光纤接口,十六个10/100M以太网接口,将其分置于隧道两边的监控室,通过光纤组成冗余环网连接,监控中心服务器采用双机冗余热备份,通过工业以太网共享数据,隧道内部的相关设备通过NIES-605-2F-2D型工业网络交换机接入,该交换机采用导轨式安装方式方便安装在隧道内部的控制箱中,宽温设计模式,能够适应-40℃~85℃的严苛外部温度环境,支持两路光纤接口以及三路10/100M以太网接口,利用光纤接口与监控中心的光纤交换机组成光纤冗余环网,以太网接口与现场的以太网设备连接(比如带以太网通信接口的PLC),其自带串口服务器接口能够直接连接RS-232/485串口,将串口数据转换为以太网数据传输至监控中心。

隧道监控系统基于工业以太网运行,采用模糊控制技术应用于通风控制系统,使得整个系统易于维护以及具有相当的开放性,具有高可靠性和实时性,实现高效率低能耗的运行,实现了节能环保,有效降低隧道监控系统的维护运营费用。

连接示意图
公路隧道模糊控制通风系统基于工业以太网通信
适用产品型号
NIES-605-2F-2D型工业网络交换机 NIES-5024-8F型光纤交换机

 

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