CN114002991A - 一种隧道内空气除尘装置用控制系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道内空气除尘装置用控制系统及其方法，系统包括集成电路芯片、逻辑控制单元和传感器模组，所述集成电路芯片包括高压模组和设置在高压模组下方的变频器，所述高压模组和变频器通讯连接，所述逻辑控制单元与变频器通讯连接，所述传感器模组与高压模组通讯连接。该隧道内空气除尘装置用控制系统及其方法大大提高了检测能力，有效防止了除尘效果不达标的空气排出，进而提高了除尘效果，通过逻辑控制单元分析传感器数据调节风机转速，达到了节能环保的效果，大大降低了能耗。

Description

一种隧道内空气除尘装置用控制系统及其方法

技术领域

本发明属于控制系统技术领域，具体涉及一种隧道内空气除尘装置用控制系统及其方法。

背景技术

隧道属于相对密闭的空间，汽车车流密度高，尾气排放量大。在长时间运行过程中，汽车尾气排放产生的SO₂、NO₂、O₃、VOC、PM1.0、PM2.5、PM10等有毒有害气体、粉尘也越积越多，极度影响该空间内的空气环境，并进一步与汽车乘客、隧道环境中微生物等相互影响，容易造成环境指数超标，影响车流人员和隧道检修人员身心健康。因此，有必要对隧道系统的空气进行净化除尘，对温度、湿度、压力和SO₂、NO₂、O₃、VOC、PM1.0、PM2.5、PM10等实时监测。目前市面上现有的空气除尘装置使用的控制程序逻辑判断过于简单，无法实现智能调节，具有除尘效果差以及能耗高的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种隧道内空气除尘装置用控制系统及其方法，以解决现有的空气除尘装置除尘效果差以及能耗高的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种隧道内空气除尘装置用控制系统，包括用于采集隧道内空气环境数据的传感器模组、用于进行空气环境数据比较与分析的逻辑控制单元、用于接收逻辑控制单元分析数据的远程控制服务器、用于净化空气的高压净化模组以及用于控制高压净化模组的变频器，所述传感器模组通过ARM芯片均与逻辑控制单元连接，所述高压净化模组通过变频器与逻辑控制单元连接，所述逻辑控制单元通过物联网模块连接远程控制服务器，所述逻辑控制单元还连接有故障报警装置。

优选的，所述传感器模组通过CAN总线与ARM芯片连接，所述ARM芯片通过通讯电缆与逻辑控制单元通信连接；所述传感器模组包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、二氧化硫采集传感器、二氧化氮采集传感器、臭氧采集传感器以及PM2.5采集传感器。

优选的，所述高压净化模组包括高压模组和驱风动力模组，所述驱风模组均通过变频器与逻辑控制单元连接，所述高压模组通过通讯电缆与逻辑控制单元连接。

优选的，所述驱风动力模组采用的风机机组；所述高压模组包括前过滤模组、PM2.5气溶胶去除模组和高压电器盒，所述高压电器盒设置在PM2.5气溶胶去除模组一侧面；所述前过滤模组设置在M2.5气溶胶去除模组另一侧面上。

优选的，所述逻辑控制单元采用的是PLC控制板，所述的PLC控制板上述设置有RS485通讯接口，所述ARM芯片和变频器均通过RS485通讯线缆连接RS485通讯接口。

优选的，所述传感器模组采用MODBU-RTU协议与所述逻辑控制单元通信连接。

一种隧道内空气除尘装置用控制系统的控制方法包括以下步骤：

采集隧道内空气质量数值；采用MODBU-RTU协议轮询方式采集每个站上传感器模组采集温度、湿度、VOC、PM2.5、O₃、SO₂、NO₂的空气含量数值并存储在逻辑控制单元内存中，并每隔一段时间主动上传数据到远程控制服务器；

数值数据处理以及预警启动；当传感器模组采样到隧道内空气质量数值达到预设的上限值时，则逻辑控制单元进行对采集的空气质量数值分析后，通过变频器对高压净化模组采取相应处理方式并发送报警信息，同时逻辑控制单元将处理后的空气质量数值上传远程控制服务器；所述相应处理方式详细如下：

设置空气中的温度、湿度含量数值为一级报警参数；当传感器模组采样到隧道内空气中温度、湿度含量数值达到预设的上限值时，则逻辑控制单元进行对采集的温度、湿度含量数值分析后，通过变频器对高压净化模组采取停机报警或降速处理的安全措施，同时逻辑控制单元将处理后的温度、湿度含量数值上传远程控制服务器；

设置VOC、PM2.5、PM10的颗粒物空气含量数值作为二级报警参数，传感器模组采样到隧道内空气中VOC、PM2.5、PM10的颗粒物空气含量数值传送至逻辑控制单元，逻辑控制单元对采样VOC、PM2.5、PM10的颗粒物空气含量数值数据进行比较与分析，当VOC、PM2.5、PM10的颗粒物空气含量数值超过预设的颗粒物含量上限值时，则逻辑控制单元启动高压净化模组对空气颗粒物进行净化处理，同时采样的颗粒物含量数值并作为基数上传至远程控制服务器做出趋势图；当采样的VOC、PM2.5、PM10的颗粒物低于设置的下限值时，则高压净化模组停止对空气颗粒物进行净化处理；

设置有害气体O₃、SO₂、NO₂的浓度含量数值作为三级报警参数；当传感器模组采样到隧道内空气中有害气体O₃、SO₂、NO₂浓度含量数值超过设置预设的上限值时，则逻辑控制单元启动高压净化模组对隧道内空气中有害气体去除处理，净化空气中有害气体O₃、SO₂、NO₂，当传感器模组采样到隧道内空气中有害气体O₃、SO₂、NO₂浓度含量数值低于设置的下限值时，则高压净化模组停止进行对空气有害气体的净化。

优选的，所述传感器模组采集的隧道内空气质量数据需要经过逻辑控制单元特定指令进行数值转换，校验，比较，字符串传送到指定的寄存器，如有特殊数值（即采集的空气质量数据超出正常范围，如空气温度达到100摄氏度、SO₂浓度达到100ppm），需要经过两次判别，重新收集数据流程，进行相关的复位操作。

优选的，逻辑控制单元启动高压净化模组对隧道内空气中有害气体去除处理的方法为：逻辑控制单元根据隧道内空气中有害气体浓度含量进行动态调节高压净化模组中动力风机运行速度来提高设备去除污染物的效率，并通过高压净化模组中高压模组净化有害气体；远程控制服务器的远程组态画面经过Ethernet/IP实时收集逻辑控制单元，高压模组，传感器模组，监控现场风机的运行情况，并分析传感器数据调节风机转速，形成设备节能环保运行模式。

优选的，逻辑控制单元分析空气质量数据每隔一分钟主动上传数据到远程控制服务器；当逻辑控制单元 IO点输入手动模式信号时，设备处于本地控制，独立控制风机启停。

本发明的技术效果和优点：该隧道内空气除尘装置用控制系统及其方法，通过将温度/湿度传感器数值作为一级报警参数，VOC/PM2.5/PM10/等颗粒物传感器值作为二级报警参数，O₃/SO₂/NO₂等气体传感器值作为三级报警参数，逻辑控制单元根据不同的报警参数进行分析采取相应处理方式，另外，传感器相关数据经过滤波与CRC校验，遇到特殊数值时需经过两次判别，大大提高了检测能力，有效防止了除尘效果不达标的空气排出，进而提高了除尘效果，通过逻辑控制单元分析传感器数据调节风机转速，达到了节能环保的效果，大大降低了能耗。

附图说明

图1为本发明的运行流程图；

图2为本发明的高压控制回路电路图；

图3为本发明的控制原理图；

图4为本发明的程序控制流程图。

图中：1、远程控制服务器；2、逻辑控制单元；3、传感器模组；4、高压模组；5、变频器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了如图1-图4所示的一种隧道内空气除尘装置用控制系统，包括用于采集隧道内空气环境数据的传感器模组3、用于进行空气环境数据比较与分析的逻辑控制单元2、用于接收逻辑控制单元2分析数据的远程控制服务器1、用于净化空气的高压净化模组以及用于控制高压净化模组的变频器5，所述传感器模组3通过ARM芯片均与逻辑控制单元2连接，所述高压净化模组通过变频器5与与逻辑控制单元2连接，所述逻辑控制单元2通过物联网模块连接远程控制服务器1，所述逻辑控制单元2还连接有故障报警装置。

此外，所述传感器模组3通过CAN总线与ARM芯片连接，所述ARM芯片通过通讯电缆与逻辑控制单元2通信连接；所述传感器模组3包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、二氧化硫采集传感器、二氧化氮采集传感器、臭氧采集传感器以及PM2.5采集传感器，应用碳纳米管(CNT)的二维材料特性，经过先进的化学工程化后制成具有特殊高压电场的正负极板，会使得空气中的PM2.5颗粒物受高压电场影响，汇聚到碳纳米管（CNT）的极板上，高效低阻安全地完成PM2.5颗粒物的过滤，另外，挥发性有机物（VOC）及甲醛气体经过碳纳米管（CNT）高压电场时，因碳纳米管（CNT）材料强大的电子发射特性，造成挥发性有机物（VOC）和甲醛的化学键断裂，故其也具备了较好地去除挥发性有机物（VOC）及甲醛气体的能力。

同时，所述高压净化模组包括高压模组4和驱风动力模组，所述驱风模组均通过变频器5与逻辑控制单元2连接，所述高压模组4通过通讯电缆与逻辑控制单元2连接，当高压电场中每秒约1111个带电粒子经过时 ，这些高能粒子（包括电子和被电离的空气离子）直接或间接地打断微生物中化学键，使得大量细菌（包括但不限于溶血性链球菌、结核杆菌、白喉杆菌、肺炎球菌、金黄色葡萄球菌、霉菌等 菌种）、病毒中的蛋白质与RNA等被破坏，最终以达到除菌、灭活病毒的功效，另外，高压净化模组采用的是工业变频技术，将隧道污染空气强劲吸入设备，经过高压、物理滤网等有效处理形成洁净空气，储存于负压室经与窄道加速喷射出来，经过导风斜道强劲的将洁净空气送到隧道四周。并在使用安全方面十分注重，无人值守，自动分析AQI数据，自动调节负压。并不设明显的加热元器件，在紧急情况下，可以自我切断电源，确保设备运行及人身安全。

值得一提的是，所述驱风动力模组采用的风机机组；所述高压模组4包括前过滤模组、PM2.5气溶胶去除模组和高压电器盒，所述高压电器盒设置在PM2.5气溶胶去除模组一侧面；所述前过滤模组设置在M2.5气溶胶去除模组另一侧面上。所述逻辑控制单元2采用的是PLC控制板，所述的PLC控制板上述设置有RS485通讯接口，所述ARM芯片和变频器5均通过RS485通讯线缆连接RS485通讯接口。所述传感器模组3采用MODBU-RTU协议与所述逻辑控制单元2通信连接。

一种隧道内空气除尘装置用控制系统的控制方法，包括以下步骤：

采集隧道内空气质量数值；采用MODBU-RTU协议轮询方式采集每个站上传感器模组3采集温度、湿度、VOC、PM2.5、O₃、SO₂、NO₂的空气含量数值并存储在逻辑控制单元2内存中，并每隔一段时间主动上传数据到远程控制服务器1；

数值数据处理以及预警启动；当传感器模组3采样到隧道内空气质量数值达到预设的上限值时，则逻辑控制单元2进行对采集的空气质量数值分析后，通过变频器5对高压净化模组采取相应处理方式并发送报警信息，同时逻辑控制单元2将处理后的空气质量数值上传远程控制服务器1；所述相应处理方式详细如下：

设置空气中的温度、湿度含量数值为一级报警参数；当传感器模组3采样到隧道内空气中温度、湿度含量数值达到预设的上限值时，则逻辑控制单元2进行对采集的温度、湿度含量数值分析后，通过变频器5对高压净化模组采取停机报警或降速处理的安全措施，同时逻辑控制单元2将处理后的温度、湿度含量数值上传远程控制服务器1；

设置VOC、PM2.5、PM10的颗粒物空气含量数值作为二级报警参数，传感器模组3采样到隧道内空气中VOC、PM2.5、PM10的颗粒物空气含量数值传送至逻辑控制单元2，逻辑控制单元2对采样VOC、PM2.5、PM10的颗粒物空气含量数值数据进行比较与分析，当VOC、PM2.5、PM10的颗粒物空气含量数值超过预设的颗粒物含量上限值时，则逻辑控制单元2启动高压净化模组对空气颗粒物进行净化处理，同时采样的颗粒物含量数值并作为基数上传至远程控制服务器1做出趋势图；当采样的VOC、PM2.5、PM10的颗粒物低于设置的下限值时，则高压净化模组停止对空气颗粒物进行净化处理；

设置有害气体O₃、SO₂、NO₂的₂浓度含量数值作为三级报警参数；当传感器模组3采样到隧道内空气中有害气体O₃、SO₂、NO₂浓度含量数值超过设置设定的上限值时，则逻辑控制单元2启动高压净化模组对隧道内空气中有害气体去除处理，净化空气中有害气体O₃、SO₂、NO₂，当传感器模组3采样到隧道内空气中有害气体O₃、SO₂、NO₂浓度含量数值低于设置的下限值时，则高压净化模组停止进行对空气有害气体的净化。

此外，所述传感器模组3采集的隧道内空气质量数据需要经过逻辑控制单元2特定指令进行数值转换，校验，比较，字符串传送到指定的寄存器，如有特殊数值（即采集的空气质量数据超出正常范围，如空气温度达到100摄氏度、SO2浓度达到100ppm），需要经过两次判别，重新收集数据流程，进行相关的复位操作；

值得一提的是，逻辑控制单元2启动高压净化模组对隧道内空气中有害气体去除处理的方法为：逻辑控制单元2根据隧道内空气中有害气体浓度含量进行动态调节高压净化模组中动力风机运行速度来提高设备去除污染物的效率，并通过高压净化模组中高压模组4净化有害气体；远程控制服务器1的远程组态画面经过Ethernet/IP实时收集逻辑控制单元2，高压模组4，传感器模组3，监控现场风机的运行情况，并分析传感器数据调节风机转速，形成设备节能环保运行模式；逻辑控制单元2分析空气质量数据每隔一分钟主动上传数据到远程控制服务器1；当逻辑控制单元2的IO点输入手动模式信号时，设备处于本地控制，独立控制风机启停。

本实施例具体实施时，首先进行初始复位，主程序运行时，需要完成基本环境配置，主要是对高压模组4，传感器模组3，变频器5进行初始化配置，由不同的几个子程序通信配置，主要参数P_First_Cycle.IO程序采集，初始化运行；然后进行数据采集，采用MODBU-RTU协议轮询方式采集每个站上传感器数值并存储在逻辑控制单元2内存中；然后进行信号处理，温度/湿度/传感器数值作为一级报警参数达到限值时，逻辑控制单元2进行分析采取相应处理方式并上传至上位机；同时VOC/PM2.5/PM10/的颗粒物传感器为二级报警参数，逻辑控制单元2进行数据比较与分析，作为基数上传至上位机做出趋势图；当颗粒物传感器采集的空气中颗粒物浓度大于设定值时, 逻辑控制单元2发送指令至变频器5调节风机运行速度提高设备去除污染物的能力；另外O₃/SO₂/NO₂的气体传感器为三级报警参数，其采集的有害气体的浓度大于设定值时, 逻辑控制单元2发送指令至变频器5调节风机运行速度提高设备去除污染物的能力；当传感器模组3采集的有害气体浓度以及颗粒物浓度低于设定值时，逻辑控制单元2根据传感器模组3采集的空气中污染物的浓度进行控制变频器5用来降低或停止风机运行速度；同时,采集信号完成需要经过逻辑控制单元2特定指令进行数值转换，校验，比较，字符串传送到指定的寄存器；然后上传数据，逻辑控制单元2分析数据并每隔一分钟主动上传数据到上位机；还可以根据实际需要进行手/自动切换，逻辑控制单元2的IO点输入手动模式信号，设备处于本地控制，独立控制风机启停，方便检修维护设备；还可以设置分时启动，即可以自由设定1小时至24小时间的定时睡眠，另外，远程组态画面经过Ethernet/IP实时收集逻辑控制单元2，高压模组4，传感器模组3，监控现场风机的运行情况，并分析传感器数据调节风机转速，形成设备节能环保运行模式。

此外，所述手/自动切换步骤和分时启动步骤的顺序不受限制，可根据实际情况随时调整。另外，隧道净化设备拥有本地模式与远程模式两种模式可供选择，本地模式可供设备维护保养，远程模式基于物联网平台开发满足不同客户的控制要求。

工作原理：该隧道内空气除尘装置用控制系统及其方法，首先对高压模组4、传感器模组3、变频器5进行初始化配置，然后采用MODBU-RTU协议轮询方式采集每个站上传感器数值（温度/湿度/VOC/PM2.5/O₃/SO₂/NO₂）并存储在逻辑控制单元2内存中，逻辑控制单元2对传感器数值进行分析并上传服务器，最后通过远程组态画面Ethernet/IP实时收集逻辑控制单元2、高压模组4、传感器模组3和监控现场风机的运行情况，分析传感器数据并调节风机转速，形成设备节能环保运行模式。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种隧道内空气除尘装置用控制系统，其特征在于，包括用于采集隧道内空气环境数据的传感器模组（3）、用于进行空气环境数据比较与分析的逻辑控制单元（2）、用于接收逻辑控制单元（2）分析数据的远程控制服务器（1）、用于净化空气的高压净化模组以及用于控制高压净化模组的变频器（5），所述传感器模组（3）通过ARM芯片均与逻辑控制单元（2）连接，所述高压净化模组通过变频器（5）与逻辑控制单元（2）连接，所述逻辑控制单元（2）通过物联网模块连接远程控制服务器（1），所述逻辑控制单元（2）还连接有故障报警装置。

2.根据权利要求1所述的隧道内空气除尘装置用控制系统，其特征在于，所述传感器模组（3）通过CAN总线与ARM芯片连接，所述ARM芯片通过通讯电缆与逻辑控制单元（2）通信连接；所述传感器模组（3）包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、二氧化硫采集传感器、二氧化氮采集传感器、臭氧采集传感器以及PM2.5采集传感器。

3.根据权利要求1所述的隧道内空气除尘装置用控制系统，其特征在于，所述高压净化模组包括高压模组（4）和驱风动力模组，所述驱风动力模组均通过变频器（5）与逻辑控制单元（2）连接，所述高压模组（4）通过通讯电缆与逻辑控制单元（2）连接。

4.根据权利要求3所述的隧道内空气除尘装置用控制系统，其特征在于，所述驱风动力模组采用的风机机组；所述高压模组（4）包括前过滤模组、PM2.5气溶胶去除模组和高压电器盒，所述高压电器盒设置在PM2.5气溶胶去除模组一侧面；所述前过滤模组设置在M2.5气溶胶去除模组另一侧面上。

5.根据权利要求1所述的隧道内空气除尘装置用控制系统，其特征在于，所述逻辑控制单元（2）采用的是PLC控制板，所述的PLC控制板上设置有RS485通讯接口，所述ARM芯片和变频器（5）均通过RS485通讯线缆连接RS485通讯接口。

6.根据权利要求1所述的隧道内空气除尘装置用控制系统，其特征在于，所述传感器模组（3）采用MODBU-RTU协议与所述逻辑控制单元（2）通信连接。

7.基于权利要求1-6任意一项所述的隧道内空气除尘装置用控制系统的控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1）采集隧道内空气质量数值；采用MODBU-RTU协议轮询方式采集每个站上传感器模组（3）采集温度、湿度、VOC、PM2.5、O₃、SO₂、NO₂的空气含量数值并存储在逻辑控制单元（2）内存中，并每隔一段时间主动上传数据到远程控制服务器（1）；

2）数值数据处理以及预警启动；当传感器模组（3）采样到隧道内空气质量数值达到预设上限值时，则逻辑控制单元（2）对采集的空气质量数值分析后，通过变频器（5）对高压净化模组采取相应处理方式并发送报警信息，同时逻辑控制单元（2）将处理后的空气质量数值上传远程控制服务器（1）；所述相应处理方式详细如下：

21）设置空气中的温度、湿度含量数值为一级报警参数；当传感器模组（3）采样到隧道内空气中温度、湿度含量数值达到预设的上限值时，则逻辑控制单元（2）对采集的温度、湿度含量数值分析后，通过变频器（5）对高压净化模组采取停机报警或降速处理的安全措施，同时逻辑控制单元（2）将处理后的温度、湿度含量数值上传远程控制服务器（1）；

22）设置VOC、PM2.5、PM10的颗粒物空气含量数值作为二级报警参数，传感器模组（3）采样到隧道内空气中VOC、PM2.5、PM10的颗粒物空气含量数值传送至逻辑控制单元（2），逻辑控制单元（2）对采样VOC、PM2.5、PM10的颗粒物空气含量数值数据进行比较与分析，当VOC、PM2.5、PM10的颗粒物空气含量数值超过预设颗粒物含量上限值时，则逻辑控制单元（2）启动高压净化模组对空气颗粒物进行净化处理，同时采样的颗粒物含量数值并作为基数上传至远程控制服务器（1）做出趋势图；当采样的VOC、PM2.5、PM10的颗粒物低于设置的下限值时，则高压净化模组停止对空气颗粒物进行净化处理；

23）设置有害气体O₃、SO₂、NO₂的浓度含量数值作为三级报警参数；当传感器模组（3）采样到隧道内空气中有害气体O₃、SO₂、NO₂浓度含量数值超过预设的上限值时，则逻辑控制单元（2）启动高压净化模组对隧道内空气中有害气体进行去除处理，净化空气中有害气体O₃、SO₂、NO₂，当传感器模组（3）采样到隧道内空气中有害气体O₃、SO₂、NO₂浓度含量数值低于设置的下限值时，则高压净化模组停止进行对空气有害气体的净化。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，步骤2）中，所述传感器模组（3）采集的隧道内空气质量数据需要经过逻辑控制单元（2）预设指令进行数值转换，校验，比较，字符串传送到预设的寄存器，当采集的空气温度达到100摄氏度，SO2浓度达到100ppm，需要经过两次判别，重新收集数据流程，进行相关的复位操作。

9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，步骤23）中，所述逻辑控制单元（2）启动高压净化模组对隧道内空气中有害气体去除处理的方法为：逻辑控制单元（2）根据隧道内空气中有害气体浓度含量，动态调节高压净化模组中动力风机运行速度来提高设备去除污染物的效率，并通过高压净化模组中高压模组（4）净化有害气体；远程控制服务器（1）的远程组态画面经过Ethernet/IP实时收集逻辑控制单元（2）、高压模组（4）、传感器模组（3）和监控现场风机的运行情况，并分析传感器数据调节风机转速，形成设备节能环保运行模式。

10.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，步骤2）中，所述逻辑控制单元（2）分析空气质量数据每隔一分钟主动上传数据到远程控制服务器（1）；当逻辑控制单元（2）IO点输入手动模式信号时，设备处于本地控制，则独立控制风机启停。

Images