一种隧道风机智能化控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种隧道风机智能化控制系统及控制方法。系统由布置于隧道内的CO/VI检测仪，风向、风速检测仪，风机控制柜，风机和区域控制器构成；通过安装在开挖洞室掌子面的有毒有害气体浓度监测装置监控隧道气体状态，并设定有害气体的标准值，实时将监测数据反馈到后台智能分析传感模块，当大于规范规定值之后风机自动开启，并可根据有害气体浓度监测值，选定开启档位并自动换挡；采用本发明专利技术的方法和结构，实现了隧道风机智能化控制，保证地下空间开挖工作面通风排气及时和有效问题，为地下空间开挖提供机械及人员施工安全保障。本发明专利技术的隧道风机智能化控制方法及系统操作简单，可靠性高，安全性强。

【技术实现步骤摘要】
一种隧道风机智能化控制系统及控制方法
本专利技术涉及一种隧道风机智能化控制系统及控制方法，属于隧道开挖安全设计、施工技术，特别是应用于规模大、施工程序复杂的地下洞室群的施工通风的运行系统，
技术介绍
在规模大、施工程序复杂的地下洞室群开挖时，开挖工作面产生大量的有毒有害气体，危险性极大，迫切需要有效及时的通风系统，对工作面产生的大量有毒有害气体有效及时的排出，并且具备应急处理的对策，避免出现隧道控制系统主要设备发生故障以及发生火灾情况下，风机智能化控制系统失效的情况，有效的保障地下空间开挖安全。在现有隧道通风体系中，未形成整体通风结构体系，未将气体浓度进行整合分析，监测不即时，不能保障及时有效地通风。严重影响隧道工作面开挖人员安全与施工机械安全，因此，需要一种有效的隧道风机智能化监测控制方法与系统，确保工作面开挖安全。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种隧道风机智能化控制系统及控制方法，解决现今在地下结构开挖工作面产生大量的有毒有害气体，人员及机械施工安全得不到保障的问题。本专利技术的具体实现方案如下：隧道风机智能化控制系统，系统由布置于隧道内的CO/VI检测仪，风向、风速检测仪，风机控制柜，风机和区域控制器构成；所述CO/VI检测仪用于监测和获取隧道内一氧化碳和能见度基本数据，布置于隧道边墙，并与区域控制器数据信号联接；所述风向、风速检测仪用于监测和获取隧道隧道内风速及风向等基本数据，设备安装应选择具有数据代表性的区域和位置，设备一般安装于隧道边墙上及开挖洞室掌子面上，并与区域控制器数据信号联接；所述风机控制柜用于控制风机的运行状态，与风机布置在同个位置，控制风机；所述风机均匀间隔布置在隧道内，相邻风机间间距350m，由风机控制柜进行起闭控制；所述区域控制器安装在隧道保护区域现场，直接连接CO/VI检测仪、风向、风速检测仪，用于处理各种报警信息，同时还与紧急报警系统相连接。本专利技术还公开了一种隧道风机智能化控制方法，采用上述隧道风机智能化控制系统，控制方法包括以下步骤：S1.由CO/VI检测仪、风向及风速检测仪等获取有毒有害气体浓度、氧气浓度及粉尘浓度，实时将监测数据反馈到区域控制器；设定有害气体、氧气及粉尘浓度的标准值；有害气体包括CO、CO2、NO2、SO2、H2S；S2.程序或工作人员根据监测控制系统判断监测控制系统与现场控制通信是否正常，通信正常，则继续判断隧道工作面产生的有毒有害气体及粉尘浓度是否超标、氧气浓度是否达标，如是，则进入步骤S3；如否，则保持隧道内常规通风风机工作状态；如果为监测控制系统与现场控制通信异常，特别是当主要设备发生故障，报警信息会立即弹出报警对话框。若此时隧道内的环境变化达到了报警条件或需人工操作，则进入步骤S4；如否，则保持隧道常规通风风机工作状态；S3.若监测控制系统与现场控制通信正常且出现隧道工作面产生的有毒有害气体及粉尘浓度超标问题，则将检测结果通过区域控制器送入监控系统中，根据检测数据计算其变化率和平均值；按阀值回差法进行计算，实现风机运行的全自动控制；当状态值超过上限阈值时，开启执行机构，状态值小于下限阈值时，关闭执行；并根据有害气体浓度实时监测值，选定开启档位并自动换挡；S4.若监测控制系统与现场控制通信异常且出现隧道工作面产生的有毒有害气体及粉尘浓度超标问题，监控中心操作员可以根据IOServer采集的信息做出综合性的判断之后，通过控制台操作键盘控制风机控制柜，对风机的运行进行远程遥控；紧急情况下也能通过现场的风机电气控制柜手动直接控制风机的运转和停止；在人工操作下管理服务器仍然能够记录隧道内CO、VI变化曲线，以供验证效果及及时反馈。所述步骤S1中在控制系统与现场控制系统通信正常时，风机运行通过安装在开挖洞室掌子面的有毒有害气体浓度监测装置，并设定有害气体的标准值，实时将监测数据反馈到后台智能分析传感模块，当大于规范规定值之后风机自动开启；隧道工作面产生的有毒有害气体浓度：V1≤[V1](A)式中：V1-隧道工作面产生的有毒有害气体及粉尘浓度，[V1]-有毒有害气体及粉尘最高容许浓度；其中，粉尘浓度小于20g/m3、硫化氢最高容许浓度10mg/m3、一氧化碳时间加权平均容许浓度20mg/m3、短时间接触容许浓度30mg/m3。二氧化碳时间加权平均容许浓度9000mg/m3、短时间接触容许浓度18000mg/m3；V2≥[V2](B)式中：V2-隧道工作面人员所需氧气浓度，[V2]-氧气最低容许浓度为19.5vt％。所述步骤S2中区域控制器会检测到的CO、VI等环境周期实时值和风机运行状态，按阀值回差法进行计算，实现风机运行的全自动控制。当状态值超过上限阈值时，开启执行机构，状态值小于下限阈值时，关闭执行机构；有毒有害气体阀值回差值：H＝V上-V下(C)式中：H-回差值，V上-上限阈值，取值于隧道工作面产生的有毒有害气体及粉尘浓度最高容许浓度，V下-下限阈值，取值于隧道工作面产生的有毒有害气体、粉尘浓度最高容许浓度的75％。所述步骤S2，为了防止粉尘质量浓度在设定值附近时，风机频繁开关，有毒有害气体质量浓度回差值的取值尤为重要。回差值的正确取值有助于减少风机的启动频率，有助于节能环保。其中回差值根据工地实际情况进行确定，一般可默认为有毒有害气体的上限阈值的25％。其中风机的运行时间可根据回差值进行推算，进而减少运行时长，在一定程度上达到节约用电的效果。为达到该效果，需要记录每次开启风机到达下限气体浓度阈值的时间，通过至少10次以上的实际运行情况，得到当前隧道所需风机运行的平均时间，然后通过程序编程按平均运行时长的1.1倍控制风机的运行时间。所述步骤S3中通风系统通过IOServer周期性地检测隧道内的CO、VI和风速、风向的环境数据，巡检周期≤10s,并将检测结果通过区域控制器送入监控系统中，根据检测数据计算其变化率和平均值；并可根据有害气体浓度监测值，选定开启档位并自动换挡，根据有毒有害气体阀值回差值，程序或控制人员可根据系统智能化分析选定风机的运行时间。所述步骤S3中在控制系统与现场控制系统通信正常时，监控中心监控计算机网络根据CO、VI和风速、风向值信息通过软件的混合型综合计算，实现风机运行的全自动控制。监控中心操作员也可以根据IOServer采集的信息做出综合性的判断之后，通过控制台操作键盘控制风机控制柜，对风机的运行进行远程遥控；紧急情况下也能通过现场的风机电气控制柜手动直接控制风机的运转和停止。被检测到的CO、VI等环境周期实时值和风机运行状态，实时地动态显示在监控画面中。当隧道发生火灾时，系统接收到火灾报警系统的信息，软件系统将根据事先确定的风机控制预案启动风机。所述步骤S3中当隧道内的环境变化达到了报警条件以及主要设备发生故障，报警信息会立即弹出报警对话框；区域控制器能够记录隧道内CO、VI变化曲线，每天、每周、每月非正常情况下通风控制统计报表，以及手动操本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隧道风机智能化控制系统，其特征在于：系统由布置于隧道内的CO/VI检测仪，风向、风速检测仪，风机控制柜，风机和区域控制器构成；/n所述CO/VI检测仪用于监测和获取隧道内一氧化碳和能见度基本数据，布置于隧道边墙，并与区域控制器数据信号联接；/n所述风向、风速检测仪用于监测和获取隧道隧道内风速及风向等基本数据，设备安装应选择具有数据代表性的区域和位置，设备一般安装于隧道边墙上及开挖洞室掌子面上，并与区域控制器数据信号联接；/n所述风机控制柜用于控制风机的运行状态，与风机布置在同一位置控制风机；/n所述风机均匀间隔布置在隧道内，相邻风机间间距350m，由风机控制柜进行起闭控制；/n所述区域控制器安装在隧道保护区域现场，直接连接CO/VI检测仪、风向、风速检测仪，用于处理各种报警信息，同时还与紧急报警系统相连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种隧道风机智能化控制系统，其特征在于：系统由布置于隧道内的CO/VI检测仪，风向、风速检测仪，风机控制柜，风机和区域控制器构成；
所述CO/VI检测仪用于监测和获取隧道内一氧化碳和能见度基本数据，布置于隧道边墙，并与区域控制器数据信号联接；
所述风向、风速检测仪用于监测和获取隧道隧道内风速及风向等基本数据，设备安装应选择具有数据代表性的区域和位置，设备一般安装于隧道边墙上及开挖洞室掌子面上，并与区域控制器数据信号联接；
所述风机控制柜用于控制风机的运行状态，与风机布置在同一位置控制风机；
所述风机均匀间隔布置在隧道内，相邻风机间间距350m，由风机控制柜进行起闭控制；
所述区域控制器安装在隧道保护区域现场，直接连接CO/VI检测仪、风向、风速检测仪，用于处理各种报警信息，同时还与紧急报警系统相连接。


2.一种隧道风机智能化控制方法，其特征在于：采用权利要求1所述的隧道风机智能化控制系统，控制方法包括以下步骤：
S1.由CO/VI检测仪、风向及风速检测仪等获取有毒有害气体浓度、氧气浓度及粉尘浓度，实时将监测数据反馈到区域控制器；设定有害气体、氧气及粉尘浓度的标准值；有害气体包括CO、CO2、NO2、SO2、H2S；
S2.程序或工作人员根据监测控制系统判断监测控制系统与现场控制通信是否正常，通信正常，则继续判断隧道工作面产生的有毒有害气体及粉尘浓度是否超标、氧气浓度是否达标，如是，则进入步骤S3；如否，则保持隧道内常规通风风机工作状态；如果为监测控制系统与现场控制通信异常，特别是当主要设备发生故障，报警信息会立即弹出报警对话框。若此时隧道内的环境变化达到了报警条件或需人工操作，则进入步骤S4；如否，则保持隧道常规通风风机工作状态；
S3.若监测控制系统与现场控制通信正常且出现隧道工作面产生的有毒有害气体及粉尘浓度超标问题，则将检测结果通过区域控制器送入监控系统中，根据检测数据计算其变化率和平均值；按阀值回差法进行计算，实现风机运行的全自动控制；当状态值超过上限阈值时，开启执行机构，状态值小于下限阈值时，关闭执行；并根据有害气体浓度实时监测值，选定开启档位并自动换挡；
S4.若监测控制系统与现场控制通信异常且出现隧道工作面产生的有毒有害气体及粉尘浓度超标问题，监控中心操作员可以根据IOServer采集的信息做出综合性的判断之后，通过控制台操作键盘控制风机控制柜，对风机的运行进行远程遥控；紧急情况下也能通过现场的风机电气控制柜手动直接控制风机的运转和停止；在人工操作下管理服务器仍然能够记录隧道内CO、VI变化曲线，以供验证效果及及时反馈。


3.根据权利要求2所述隧道风机智能化控制方法：其特征在于：步骤S1中在控制系统与现场控制系统通信正常时，风机运行通过安装在开挖洞室掌子面的有毒有害气体浓度监测装置，并设定有害气体的标准值，实时将监测数据反馈到后台智能分析传感模块，当大于规范规定值之后风机自动开启；
隧道工作面产生的有毒有...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖厚云，弋瑞，韩宝栓，易晓强，杜安朋，李军，丁世华，袁浩皓，张鹏，肖丁，曹望远，李勇，肖清华，韩翔宇，吴东宇，
申请(专利权)人：中国水利水电第七工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51