CN204025120U - 一种基于模糊控制的隧道通风节能控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于模糊控制的隧道通风节能控制系统，包括依次连接的中央控制计算机、模糊智能控制器以及风机控制柜，其中，模糊智能控制器的输入端还连接有CO浓度检测仪和烟雾浓度检测仪，风机控制柜的输出端连接有至少一个现场控制器，且现场控制器的输出端均连接有至少一台风机。本实用新型的有益效果为：本实用新型所述的基于模糊控制的隧道通风节能控制系统安全可靠、人机交互页面好，操作性能优异，智能化程序较高，不受网络通风失效影响，系统能独立完成正常工况节能运营，用以最大限度的减少人工干预。除满足控制功能要求外，还可有效兼容多种通讯协议，兼容性和扩充性好。

Description

一种基于模糊控制的隧道通风节能控制系统

技术领域

本实用新型涉及隧道通风节能控制技术领域，具体涉及一种基于模糊控制的隧道通风节能控制系统。 

背景技术

随着我国高速公路不断发展，高速公路建设不断向山区扩展，高速公路，尤其是高速公路隧道越来越多、越来越长。由于隧道是一个相对封闭的区域，汽车在其中行驶时排出的废气不像在其他路段时会随自然风和交通风扩散到大气中。特别是对于距离长、交通量大的隧道，自然风和交通风对隧道内空气的置换能力差，所以必须采取机械通风方式，否则汽车排出的一氧化碳、氮氧化合物、碳氢化合物、亚硫酸气体和烟雾粉尘等有害物质将造成隧道内空气的污染。当CO质量浓度很大时，会危及人的身体；烟雾粉尘则会恶化视野，降低车辆安全行驶的视距；尤其在隧道内因交通事故而塞车、甚至发生火灾的特殊情况下，机械通风就显得越发重要。为了保证人员在隧道中的安全，需要对隧道中有害废气的质量浓度和能见度进行观测和控制，因此在隧道中建立通风监控系统非常有必要。 

同时我国公路隧道通风设计规范中，通常设计裕度较大。隧道通风设计时一般是按照最不利情况考虑的，而最不利情况出现的几率很小，为此，自适应调节范围较大。但是依然存在着控制细节规范性较差、与监控系统有机结合不够的问题；同时，对于通风系统如何避免冲击电流也做得不到位，且风机劳逸平衡控制注意不够，这些都涉及到隧道安全和相关设备使用寿命的问题，因而不容忽视。 

实用新型内容

为解决现有技术中的公路隧道通风设计还存在设计裕度较大、控制细节规范性较差、与监控系统有机结合不够并且不能有效避免冲击电流的技术缺陷，本实用新型设计出一种基于模糊控制的隧道通风节能控制系 统，实现了精确控制隧道通风节能控制的相关装置的目的，同时也减少了冲击电流、有效的延长了风机的使用寿命。 

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为： 

一种基于模糊控制的隧道通风节能控制系统，包括依次连接的中央控制计算机、模糊智能控制器以及风机控制柜，其中，模糊智能控制器的输入端还连接有CO浓度检测仪和烟雾浓度检测仪，风机控制柜的输出端连接有至少一个现场控制器，且现场控制器的输出端均连接有至少一台风机。上述模糊智能控制器为内置具有黑匣子数据记录功能的控制器，能独立自动完成节能控制的运行。该基于模糊控制的隧道通风节能控制系统实现了精确控制隧道通风节能控制的相关装置的目的，同时也减少了冲击电流、有效的延长了风机的使用寿命。 

进一步的，风机为采用放射式配电的射流风机。风机采用放射式配电，并采用就地远程控制，每台风机均由变配电所专线供电，具备电气互锁功能。所谓电气互锁就是将一个继电器的常闭触电接入另一个继电器的线圈控制回路里。这样，一个继电器得电动作，另一个继电器线圈上就不可能形成闭合回路。 

优选的，风机上均连接有变频器。在风机上连接变频器可以进行调频，控制风机转速。 

本实用新型的有益效果为：本实用新型所述的基于模糊控制的隧道通风节能控制系统安全可靠、人机交互页面好，操作性能优异，智能化程序较高，不受网络通风失效影响，系统能独立完成正常工况节能运营，用以最大限度的减少人工干预。除满足控制功能要求外，还可有效兼容多种通讯协议，兼容性和扩充性好，同时，日常调试、维护方便，克服了风机门限控制的缺点，有效缓解风机频繁起停的问题，节省了能源。且可以实现依据隧道内的CO浓度和烟雾浓度数值的分布情况进行延时顺序起动，这样可减少冲击电流，平衡各台风机的劳逸程度，从而有效地延长风机的使 用寿命。 

附图说明

图1为本实用新型所述基于模糊控制的隧道通风节能控制系统的连接关系示意图； 

图2为本实用新型所述模糊智能控制器的控制原理图。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的结构进行详细解释说明。 

如图1所示，本实用新型提供的一种基于模糊控制的隧道通风节能控制系统，包括依次连接的中央控制计算机、模糊智能控制器以及风机控制柜，其中，模糊智能控制器的输入端还连接有CO浓度检测仪和烟雾浓度检测仪，风机控制柜的输出端连接有至少一个现场控制器，且现场控制器的输出端均连接有至少一台风机。上述模糊智能控制器为内置具有黑匣子数据记录功能的控制器，能独立自动完成节能控制的运行。该基于模糊控制的隧道通风节能控制系统实现了精确控制隧道通风节能控制的相关装置的目的，同时也减少了冲击电流、有效的延长了风机的使用寿命。 

本实用新型提供的一种基于模糊控制的隧道通风节能控制系统，风机为采用放射式配电的射流风机。风机采用放射式配电，并采用就地远程控制，每台风机均由变配电所专线供电，具备电气互锁功能。所谓电气互锁就是将一个继电器的常闭触电接入另一个继电器的线圈控制回路里。这样，一个继电器得电动作，另一个继电器线圈上就不可能形成闭合回路。 

本实用新型提供的一种基于模糊控制的隧道通风节能控制系统，风机上均连接有变频器。在风机上连接变频器可以进行调频，控制风机转速。 

基于上述基于模糊控制的隧道通风节能控制系统，本实用新型同时公开了一种基于模糊控制的隧道通风节能控制方法，包括以下步骤： 

(1)、CO浓度检测仪和烟雾浓度检测仪检测隧道内的CO和烟雾的浓度； 

(2)、CO浓度检测仪和烟雾浓度检测仪分别将检测到的隧道内的CO浓度 和烟雾浓度的数据输出给模糊智能控制器和中央控制计算机； 

(3)、中央控制计算机控制模糊智能控制器计算处理接收到的CO浓度和烟雾浓度的数据； 

(4)、模糊智能控制器将计算处理后得到的控制信号输出给风机控制柜； 

(5)、风机控制柜进一步将接收到的控制信号输出给现场控制器； 

(6)、现场控制器控制射流风机启动/停止。通过上述方法可以实现精确控制射流风机启动/停止的目的，最终达到保持隧道内视野清晰和空气新鲜，确保人体健康和行车安全的目的。 

如图2所示，本实用新型提供的一种基于模糊控制的隧道通风节能控制方法，步骤(3)中模糊智能控制器的计算处理过程进一步包括以下步骤： 

(a)、数据采集及模型初始化步骤，采集隧道内的CO浓度和烟雾浓度，根据模糊控制器预先给定的CO浓度和烟雾浓度，计算出CO浓度以及烟雾浓度的偏差和偏差变化率； 

(b)、CO浓度和烟雾浓度偏差变量模糊化步骤，根据步骤(1)计算出的偏差按编制好的程序计算出CO浓度以及烟雾浓度的隶属度和模糊量； 

(c)、CO浓度和烟雾浓度偏差变化率模糊化步骤，根据步骤(1)计算出的偏差变化率按编制好的程序计算出CO浓度以及烟雾浓度的隶属度和模糊量； 

(d)、模糊推理步骤，以步骤(2)和步骤(3)计算出来的模糊量为输入参数，按编制好的程序在模糊规则库中查表计算出模糊控制量； 

(e)、去模糊化处理步骤，把步骤(4)计算出的模糊控制量，通过编制好的程序计算出来控制量。上述模糊智能控制器的计算处理过程采用了隧道通风模糊控制，将隧道通风系统看成一个“黑匣子”，制定了一套控制规则，并根据“最优规则排序无关”规则对建立的规则进行调整和优化。 

本实用新型所述的基于模糊控制的隧道通风节能控制方法是以专家的丰富实践经验和思维过程建立的以模糊规则为依据进行推理与判断的 方法，模拟人类技术专家做决策的过程来解决那些需要专家决定的复杂问题。它无需对被控对象建立精确的数学模型，只需作模糊描述即可实现控制。这样的控制更符合隧道控制的复杂性、动态性和模糊性，使控制简单化。 

下面通过例一说明步骤(3)中模糊智能控制器采集到隧道内的实时CO浓度和烟雾浓度后的计算处理过程的具体实施步骤： 

例一：步骤一、隧道通风控制中，选取CO浓度的论域为[150，300]ppm，控制期望值为200ppm。将CO浓度的值模糊化，采用的隶属函数为高斯函数，CO浓度偏差变换到离散论域为{-3，-2，-l，0，l，2，3}。 

步骤二、隧道通风控制中，选取烟雾浓度的论域为[6，9]km-1，控制期望值为7km-1。将烟雾浓度的值模糊化，采用的隶属函数为高斯函数，烟雾浓度偏差变换到离散论域为{-3，-2，-1，0，1，2，3}。 

步骤三、分别定义CO和烟雾浓度偏差的模糊语言变量为{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}，表示为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，NB表示污染物浓度最大，及对应到离散论域中的3，PB表示污染物浓度最小，及对应到离散论域中的-3。 

步骤四、选取风机的启动台数U作为模糊控制器的输出量。设定隧道内风机数量为8组16台风机，因此风机数量的变化范围为[0，16]，变换后的论域为{0，l，2，3，4，5，6}，模糊语言变量为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，NB表示启动台数最少，PB表示启动台数最多，采用重心法去模糊化，得到最终的启动台数。下表为本实用新型的模糊智能控制器的模糊规则(即模糊规则库)： 

本实用新型提供的一种基于模糊控制的隧道通风节能控制方法，所述模糊控制是通过引入模糊逻辑语言变量及它们之间构成的模糊关系进行模糊推理，从而使中央控制计算机控制进入那些基于精确模型无法控制的禁区，以便获得基于精确模型控制无法达到的精确控制效果。 

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (3)

1.一种基于模糊控制的隧道通风节能控制系统，其特征在于，包括依次连接的中央控制计算机、模糊智能控制器以及风机控制柜，其中，模糊智能控制器的输入端还连接有CO浓度检测仪和烟雾浓度检测仪，风机控制柜的输出端连接有至少一个现场控制器，且现场控制器的输出端均连接有至少一台风机。 

2.根据权利要求1所述的基于模糊控制的隧道通风节能控制系统，其特征在于，风机为采用放射式配电的射流风机。 

3.根据权利要求1所述的基于模糊控制的隧道通风节能控制系统，其特征在于，风机上均连接有变频器。