隧道通风系统的动态控制方法技术方案

本发明专利技术提供一种隧道通风系统的动态控制方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：建立隧道通风控制系统的传递函数；S2：采集目标隧道通风系统的通风参数；S3：将所述通风参数代入所述控制系统的传递函数，获得目标隧道内的气体压力与目标隧道内的风机频率的比值；S4：根据所述目标隧道内的气体压力与目标隧道内的风机频率的比值控制风机工作频率。本发明专利技术可根据隧道内交通情况及空气质量实时动态调整风机工作频率，在保障隧道内良好的空气环境的基础上，避免隧道内的风机长时间处于满负荷运行状态，实现对隧道内风机的实时动态控制。

Dynamic Control Method of Tunnel Ventilation System

The invention provides a dynamic control method for tunnel ventilation system, which is characterized by the following steps: S1: establishing the transfer function of the tunnel ventilation control system; S2: collecting the ventilation parameters of the target tunnel ventilation system; S3: substituting the ventilation parameters into the transfer function of the control system to obtain the gas pressure in the target tunnel and the fan frequency in the target tunnel. Ratio; S4: According to the ratio of the gas pressure in the target tunnel to the frequency of the fan in the target tunnel, the working frequency of the fan is controlled. According to the traffic condition and air quality in the tunnel, the working frequency of the fan can be dynamically adjusted in real time. On the basis of guaranteeing the good air environment in the tunnel, the fan in the tunnel can be prevented from running at full load for a long time, and the real-time dynamic control of the fan in the tunnel can be realized.

【技术实现步骤摘要】
隧道通风系统的动态控制方法
本专利技术涉及隧道通风领域，尤其涉及一种隧道通风系统的动态控制方法。
技术介绍
隧道通风即用通风设备将新鲜空气强行送入隧道，稀释污染物质并将其排出隧道，使隧道内保持良好的卫生环境，提高能见度，保证行车安全。现有的隧道通风控制系统，通常采用的方法为，在预先设定的交通高峰期时间段内，使隧道内的风机满负荷运行，在非交通高峰期时间段内，使隧道内的风机低负荷运行或直接关闭部分风机。现有的通风控制系统无法根据实时交通量及隧道内的空气质量实时控制隧道内的风机的工作频率，不利于隧道通风系统的精确控制，而且还会造成能源的浪费。因此，亟需一种能根据隧道内交通情况及空气质量实时动态调整风机工作频率，在保障隧道内良好的空气环境的基础上，避免隧道内的风机长时间处于满负荷运行状态的隧道通风系统的动态控制方法。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种隧道通风系统的动态控制方法，可根据隧道内交通情况及空气质量实时动态调整风机工作频率，在保障隧道内良好的空气环境的基础上，避免隧道内的风机长时间处于满负荷运行状态，实现对隧道内风机工作频率的实时控制。本专利技术提供一种隧道通风系统的动态控制方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：建立隧道通风控制系统的传递函数；S2：采集目标隧道通风系统的通风参数；S3：将所述通风参数代入所述控制系统的传递函数，获得目标隧道内的气体压力与目标隧道内的风机频率的比值；S4：根据所述目标隧道内的气体压力与目标隧道内的风机频率的比值控制风机工作频率。进一步，步骤S1所述的控制系统的传递函数，采用如下方法计算：其中，G(S)表示隧道通风控制系统的传递函数，P(S)表示隧道内气体压力的拉氏变换，F(S)表示隧道内风机频率的拉氏变换；K和T为中间变量，S表示复频域中的复变量；其中，K采用如下方法计算：K＝k2·R2(2)k2和R2为中间变量，其中，k2采用如下方法计算：k2＝kf·A·ρ(3)其中，kf表示隧道通风风机频率系数，A表示隧道断面面积，ρ表示隧道内空气密度，其中，R2采用如下方法计算：P0表示风机频率调整前隧道内的气压，R表示隧道通风阻力；其中，T采用如下方法计算：T＝C·R2(5)C和R2为中间变量，R2采用式子(4)的方法计算，其中，C采用如下方法计算V表示隧道净空体积，R0表示气体常数,T0表示隧道中气体的绝对温度。在本实施例中，所述隧道通风阻力R采用如下方法计算：其中，R表示隧道通风阻力，λ表示沿程阻力系数，d表示隧道断面当量直径，隧道进口局部损失系数，隧道出口局部损失系数,ρ表示隧道内空气密度，A隧道断面面积。进一步，所述通风参数包括目标隧道净空体积V、气体常数R0、目标隧道中气体的绝对温度T0、目标隧道通风风机频率调整前目标隧道内的气压P0、目标隧道通风阻力R、目标隧道通风风机频率系数kf、目标隧道断面面积A和目标隧道内空气密度ρ。本专利技术的有益效果：本专利技术通过构建隧道通风控制系统的传递函数，将所述隧道通风控制系统的传递函数输入到PLC控制系统，通过PLC控制系统实施动态控隧道内风机的工作频率，在保障隧道内良好的空气环境的基础上，避免隧道内的风机长时间处于满负荷运行状态，实现对隧道内风机工作频率的实时控制。此外，还可降低隧道风机的用电总量，提高能源利用率。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述：图1为本专利技术的隧道通风控制系统模型图。具体实施方式以下结合说明书附图对本专利技术做出进一步的说明：本专利技术提供一种隧道通风系统的动态控制方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：建立隧道通风控制系统的传递函数；S2：采集目标隧道通风系统的通风参数；S3：将所述通风参数代入所述控制系统的传递函数，获得目标隧道内的气体压力与目标隧道内的风机频率的比值；S4：根据所述目标隧道内的气体压力与目标隧道内的风机频率的比值控制风机工作频率。在本实施例中，将所述目标隧道内的气体压力与目标隧道内的风机频率的比值输入隧道通风控制系统，所述隧道通风系统采用现有的单片机或者主控机，在本实施例中选用PLC控制系统，所述PLC控制系统中预存有隧道内的气体压力与目标隧道内的风机频率的比值和风机工作频率对应关系表，PLC控制系统通过传递函数计算出隧道内的气体压力与目标隧道内的风机频率的比值，然后根据所述对应关系表，找出比值对应的工作频率，由控制器输出控制信号，并控制变频器调整隧道内风机工作频率。上述技术方案，在保障隧道内良好的空气环境的基础上，避免隧道内的风机长时间处于满负荷运行状态，实现对隧道内风机工作频率的实时控制。此外，还可降低隧道风机的用电总量，提高能源利用率。在本实施例中，步骤S1所述的控制系统的传递函数，采用如下方法计算：其中，G(S)表示隧道通风控制系统的传递函数，P(S)表示隧道内气体压力的拉氏变换，F(S)表示隧道内风机频率的拉氏变换；K和T为中间变量，S表示复频域中的复变量，其中S表示时域t经拉氏变换后的复数域S；其中，K采用如下方法计算：K＝k2·R2(2)k2和R2为中间变量，其中，k2采用如下方法计算：k2＝kf·A·ρ(3)其中，kf表示隧道通风风机频率系数，A表示隧道断面面积，ρ表示隧道内空气密度，其中，R2采用如下方法计算：P0表示风机频率调整前隧道内的气压，R表示隧道通风阻力；其中，T采用如下方法计算：T＝C·R2(5)C和R2为中间变量，R2采用式子(4)的方法计算，其中，C采用如下方法计算V表示隧道净空体积，R0表示气体常数,T0表示隧道中气体的绝对温度。其中，当隧道通风过程处于稳态(隧道中风速恒定状态)时，流入量＝流出量；当隧道通风过程处于动态(由于调节风机工作频率，或受自然风和交通风影响强烈，导致隧道中风速处于振荡状态)时，流入量≠流出量。此时，动态过程可表述为下列表达式：单位时间内物质(能量)流入量-单位时间内物质(能量)流出量＝被控过程内部物质(能量)存储量的变化率其最终表现为控制过程中某参数的变化。如图1所示的隧道通风试验系统，其气体流入量为Q1，通过调节风机的工作频率可以改变Q1的大小。其气体流出量为Q2，隧道内风机的工作频率愈高，隧道内的压力P愈大，则流出量Q2愈大，反之愈小。隧道内压力P的变化反映了Q1与Q2不等而引起隧道中的蓄能过程，即电能通过风机转换为动能，进而通过增压转换为压能。若流入量Q1作为输入量，隧道内压力P作为输出量，则隧道通风控制过程的数学模型为压力P与流入量Q1之间的数学表达式。当通风系统处于稳定状态时，根据质量守恒方程，流入隧道中的气体质量与流出隧道中的气体质量相等，隧道内流入风量与流出风量相等，即Q1＝Q2：当通风系统处于瞬态时，即处于调节隧道通风机工作频率过程中，根据质量守恒方程，可得出如下关系式：其中，Q1表示流入隧道中的气体量，为质量流量单位，Q2表示流出隧道中的气体量，为质量流量单位，V表示隧道净空体积，γ表示气体的重度。如将隧道通风中的气体近似看作理想气体，根据气体状态方程：pv＝R0T0(9)其中，P表示隧道中气体的绝对压力，ν表示气体比容，R0表示气体常数，T0表示隧道中气体的绝对温度。根据气体特性，可得出如下关系式：其中，γ表示气体的重度，ν表示气体比容，P表示隧道中气体的绝对压力，R0表示气体常数，T0表示隧道中气体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隧道通风系统的动态控制方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：建立隧道通风控制系统的传递函数；S2：采集目标隧道通风系统的通风参数；S3：将所述通风参数代入所述控制系统的传递函数，获得目标隧道内的气体压力与目标隧道内的风机频率的比值；S4：根据所述目标隧道内的气体压力与目标隧道内的风机频率的比值控制风机工作频率。

【技术特征摘要】
1.一种隧道通风系统的动态控制方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：建立隧道通风控制系统的传递函数；S2：采集目标隧道通风系统的通风参数；S3：将所述通风参数代入所述控制系统的传递函数，获得目标隧道内的气体压力与目标隧道内的风机频率的比值；S4：根据所述目标隧道内的气体压力与目标隧道内的风机频率的比值控制风机工作频率。2.根据权利要求1所述的隧道通风系统的动态控制方法，其特征在于：步骤S1所述的控制系统的传递函数，采用如下方法计算：其中，G(S)表示隧道通风控制系统的传递函数，P(S)表示隧道内气体压力的拉氏变换，F(S)表示隧道内风机频率的拉氏变换；K和T为中间变量，S表示复频域中的复变量；其中，K采用如下方法计算：K＝k2·R2(2)k2和R2为中间变量，其中，k2采用如下方法计算：k2＝kf·A·ρ(3)其中，kf表示隧道通风风机频率系数，A表示隧道断面面积，ρ表示隧道内空气密度，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢荣军，徐湃，陈豪，谭家麒，郑程元，殷杰，刘海龙，
申请(专利权)人：重庆交通大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50