JP2595889B2 - トンネル換気制御方法 - Google Patents

トンネル換気制御方法

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JP2595889B2
JP2595889B2 JP6053089A JP5308994A JP2595889B2 JP 2595889 B2 JP2595889 B2 JP 2595889B2 JP 6053089 A JP6053089 A JP 6053089A JP 5308994 A JP5308994 A JP 5308994A JP 2595889 B2 JP2595889 B2 JP 2595889B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、道路トンネル内を換気
して車より発生する煤煙等による空気の汚染濃度を設定
範囲内に制御するトンネル換気制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、高速道路等の道路トンネルにお
いては、車より発生する煤煙等によってトンネル内が汚
染されるため、トンネル内に複数台のジェットファンを
配設して例えばトンネルの入口から出口に向かう空気流
を形成し、いわゆる縦流換気によって汚染状態を解消す
るようにしている。
【0003】この場合、トンネルにおける車の通行量は
時間帯や曜日によって大きく変動するため、複数台のす
べてのジェットファンを常時運転すると、通行量の少な
い時には換気過剰となり、無駄に電力を消費する不都合
を生じる。このため、トンネル内の空気の汚染濃度を車
の走行等に支障のない範囲に収めかつジェットファンの
運転台数を最小限に抑えるような制御が必要になる。
【0004】従来では、このような制御に際し、プログ
ラム制御方式あるいはフィードバック制御方式によるト
ンネル換気制御が行われている。すなわち、前者のプロ
グラム制御方式による換気制御は、予め一定時間毎に設
定された運転台数に従って複数台のジェットファンを駆
動制御するものであり、図3に示すように、トンネル外
に設置された自動制御盤1内に運転台数制御ユニット2
と運転台数設定用ピンボード3とを組み込むと共に、ト
ンネル内に設置された複数台のジェットファン4を制御
ユニット2にそれぞれケーブル5により接続して構成さ
れている。
【0005】前記ピンボード3は、例えば図4に示すよ
うに、0時から24時までの1時間毎に、その1時間に
運転すべきジェットファン台数をピン6を差し込んで設
定する構成であり、トンネル内の空気の汚染濃度が設定
範囲内に収まるような換気量を形成する台数が設定され
る。
【0006】そして、制御ユニット2は、図5のフロー
チャートに従って制御動作を実行し、まず、時計から時
刻を読み出し、1時間の変化を検出した後,次に検出し
た時刻に対応する運転台数をピンボード3より読み出
し、更にこの台数に従って駆動すべきジェットファン4
及び停止すべきジェットファン4を決定し、各ジェット
ファン4をケーブル5を介してそれぞれ運転,停止に制
御する。
【0007】この運転状態は少なくとも1時間継続さ
れ、1時間が経過すると再び前述の要領で台数制御が行
われる。又、後者のフィードバック制御方式による換気
制御は、トンネル内の空気の汚染濃度が目標濃度になる
ようジェットファンの運転台数を制御するものである。
【0008】このトンネル内の汚染濃度はトンネル内の
出口付近に設置された煙霧透過率計(以下VI計とい
う)によって計測されるが、このVI計は、投光部とこ
れからの光を受光する受光部とからなり、光の透過率に
よって設置されている区間の汚染濃度を検出する構成で
ある。
【0009】そして、フィードバック制御方式による制
御動作を説明すると、図6に示すように、トンネルプロ
セス10におけるVI計より現在の汚染濃度VIを計測
し、加算器7において予め設定された目標濃度VI*
対する汚染濃度VIの差(偏差)ΔVIを演算すると共
に、この差ΔVIに対し、制御演算部8で例えばPID
演算を行って換気に必要な風量ΔQを算出する。
【0010】更に、この風量ΔQを台数変換部9でジェ
ットファンの運転台数ΔNに変換し、これをトンネルプ
ロセス10における運転台数制御ユニットに入力して必
要台数のジェットファンを運転する。これにより、トン
ネル内では前述の汚染濃度VIが目標濃度VI* になる
ような換気効果が発揮され、以下前述の制御動作が継続
される。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】前述した従来のトンネ
ル換気制御方法にあっては、プログラム制御方式の場
合、運転台数の設定パターンと実交通量とに相異が生じ
た場合、トンネル内の汚染濃度が設定範囲より大きく逸
脱してしまい、結果的に制御が失敗するといった重大な
欠点がある。
【0012】しかも、実交通量が設定パターンとほぼ一
致していたとしても、実交通量は10〜30分といった
短時間間隔で見るとかなり変動があるため、この変動に
は追従できず、汚染濃度が設定範囲より逸脱するケース
が多くなる不都合があり、整備不良車の侵入のような外
乱に対しては全く対処できない難点がある。更に、人為
的な設定ミスにより汚染濃度が設定範囲からずれてしま
っても、容易にはわからない問題がある。
【0013】又、フィードバック制御方式の場合、汚染
濃度に応じた制御を実施してもこの制御による効果が現
れるまでに遅れ(効果待ち時間)を生じ、特にこのよう
な換気系ではこの遅れが大きいため、交通現象を後追い
する結果となる欠点がある。しかも、交通現象に対する
追従性を上げようとするとハンチングを起こしやすくな
り、反対にハンチングを避けようとすると応答性が悪く
なる。
【0014】このため、最適な制御パラメータの設定が
非常に困難になり、仮りに、適当なパラメータの設定を
行ったとしても、これとは違った状況が発生した場合に
は、制御外れが出現しやすくなる不都合を生じる。更
に、前記した効果待ち時間によって時間的に粗い制御と
ならざるを得ず、この時間中,交通現象に大きな変動等
が生じても対処できず、制御上ブラインドとなる欠点が
ある。本発明は、従来の技術の有するこのような問題点
に留意してなされたものであり、その目的とするところ
は、トンネル内の実交通量や短期的な変動に対しても、
トンネル内の空気の汚染濃度を設定範囲内により精度良
く制御できるトンネル換気制御方法を提供しようとする
ものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明のトンネル換気制御方法においては、道路ト
ンネル内の汚染濃度が目標濃度を含む設定範囲内のとき
は、プログラム制御方式の換気制御により、予め一定時
間毎に設定された台数の前記ファンを駆動し、前記汚染
濃度が前記設定範囲外のときは、フィードバック制御方
式の換気制御により、前記目標濃度に対する前記汚染濃
度の偏差に基いて算出された台数の前記ファンを駆動す
ることを特徴とするものである。
【0016】
【作用】前述のように構成されたトンネル換気制御方法
にあっては、VI計等によって計測された道路トンネル
内の汚染濃度が設定範囲内のときは、一定時間毎に、予
め設定された台数,すなわち交通現象に応じた台数のフ
ァンが駆動されて換気制御されることになり、フィード
バック制御を行った場合のような交通現象を後追いする
といった不都合がなくなる。
【0017】
【0018】しかも、設定パターンと実交通量とに相異
が生じたり、整備不良車の侵入のような外乱等による短
期的な変動や、設定ミスにより、計測された汚染濃度が
設定範囲より逸脱すると、換気制御が、汚染濃度を設定
範囲内の目標濃度にするようなフィードバック制御方式
に移行し、フィードバック制御方式の換気制御で汚染濃
度が設定範囲内に戻れば、プログラム制御方式の換気制
御に戻るため、フィードバック制御方式のハンチング現
象等なく、汚染濃度が速やかに設定範囲内に制御され
る。
【0019】
【実施例】1実施例につき、図1及び図2を用いて説明
する。図1はブロック構成を示し、11はシーケンサを
使用したプログラム制御器であり、前記従来技術で説明
したようなピンボードを有し、1時間毎にその1時間で
運転すべきジェットファン台数,すなわちトンネル内の
空気の汚染濃度が設定範囲内に収まるような換気量を形
成する台数の信号を出力する。
【0020】この設定範囲は、トンネル内の空気の汚染
が車の走行等に支障を生じずしかもジェットファンの運
転台数を最少限に抑え得るような目標濃度VI* に対
し、これに上下に幅を持たせた範囲であり、図2に示す
ような汚染濃度の下限値VIdから上限値VIuまでの
範囲である。
【0021】12は切換スイッチ、13は運転台数制御
ユニットであり、入力された台数の信号に応じ、トンネ
ルプロセス14内の複数台のジェットファンのうち運転
すべきジェットファン及び停止すべきジェットファンを
それぞれ決定して駆動制御する。前記トンネルプロセス
14には、トンネル内の空気の汚染濃度を計測するVI
計及び風向風速計(以下WS計という)が設けられてい
る。
【0022】15及び16はVI計からの汚染濃度VI
及びWS計からの風速WSをそれぞれ平均化して出力す
る平均化処理部、17は目標濃度VI* に対する汚染濃
度VIの偏差ΔVI(=VI* −VI)を演算する第1
加算器、18はこの偏差ΔVIに対して必要換気量増分
ΔQ1 を例えばPID演算によって算出する制御演算部
である。
【0023】19はトンネル内の風速WSに比率演算を
行う比率演算部であり、現在風量に対する必要風量ΔQ
2 を算出する。20は必要換気量増分ΔQ1 と必要風量
ΔQ2 とを加算してジェットファン風量ΔQを算出する
第2加算器、21は風量ΔQをジェットファン台数に変
換する台数変換部である。
【0024】ここで、目標濃度VI* に対する偏差ΔV
Iだけでジェットファン風量を決定しようとすると、目
標濃度VI* が高い場合と低い場合とで偏差ΔVIが同
一であれば同一風量を設定してしまうが、実際には、偏
差ΔVIが同一であっても、目標濃度VI* の高い場合
の方が実交通量が多く、より多くの風量を設定しないと
目標濃度VI* に制御できなくなることがある。
【0025】一方、トンネル内の風速は、ジェットファ
ンの運転と車の通行とによって生じ、トンネル内の交通
量が多くなればなるほどその風速が高まる。従って、ト
ンネル内の風速WSから実交通量に応じた必要風量ΔQ
2 を算出し、これを偏差ΔVIから算出された必要換気
量増分ΔQ1 に加算して重み付けすることにより、実交
通量に対応したジェットファン風量ΔQを設定できるこ
とになる。
【0026】22はVI計からの汚染濃度VIを常時監
視するVI監視部であり、汚染濃度VIが設定範囲内の
ときに切換スイッチ12を制御器11側に,設定範囲外
のときに切換スイッチ12を変換部21側にそれぞれ切
り換える。尚、15〜22は例えばマイクロコンピュー
タ(以下CPUユニットという)によって構成されてい
る。
【0027】次に、実施例のトンネル換気制御動作を説
明する。図2に示す期間Aは、プログラム制御器11に
よる換気制御時を示しており、トンネル内の汚染濃度V
Iが設定範囲内に収まっているため、切換スイッチ12
が制御器11側に切り換えられ、制御器11で設定され
た台数のジェットファンが駆動されてトンネル換気が行
われている。
【0028】この制御時、実交通量に変動が生じて設定
パターンからずれ、t1 時、汚染濃度VIが下限値VI
dより低下すると、これを検出した監視部22により切
換スイッチ12が変換部21側に切り換えられ、フィー
ドバック制御が開始される。
【0029】すなわち、監視部22で汚染濃度VIの設
定範囲からの逸脱が検出されると、CPUユニットは、
汚染濃度VIを平均化処理したのち,目標濃度VI*
対する偏差ΔVIに対してPID演算を行い、必要換気
量増分ΔQ1 を算出すると共に、WS計からの風速WS
を平均化処理したのち,比率演算を行って現在風量に対
する必要風量ΔQ2 を算出する。更に、必要換気量増分
ΔQ1 と必要風量ΔQ2 とによりジェットファン風量Δ
Qを算出し、これをジェットファンの運転台数に変換す
る。
【0030】そして、CPUユニットは切換スイッチ1
2を切り換え、前述のようにして得られた台数を切換ス
イッチ12を介して制御ユニット13に出力する。その
後も、CPUユニットは汚染濃度VIの監視とともに汚
染濃度VIと風速WSとの計測値に基づく台数制御を逐
次実行し、これにより、図2に示すように、フィードバ
ック制御期間Bの汚染濃度VIが時間遅れ(効果待ち時
間)の後,設定範囲に近づいていく。
【0031】次に、t2 時、汚染濃度VIが設定範囲の
下限値VIdにまで回復した場合、この後もフィードバ
ック制御を継続すると、制御の時間遅れによって図2に
破線で示すように汚染濃度VIが設定範囲の上限値VI
uを逸脱してしまうため、設定範囲内への回復を検出し
た監視部22によって切換スイッチ12が制御器11側
に切り換えられ、再び制御器11によるプログラム制御
が行われる(期間C)。
【0032】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているため、次に記載する効果を奏する。トンネル内の
空気の汚染濃度が目標濃度を含む設定範囲内のとき
ログラム制御方式により,設定範囲外のときフィード
バック制御方式によりそれぞれトンネル内の複数台のフ
ァンを駆動して換気制御するようにしたため、プログラ
ム制御方式の換気制御だけでは対応できなかった外乱等
による交通現象の短期的な変動やプログラム設定ミスに
対しても、フィードバック制御方式の換気制御に移行す
ることによって十分対応でき、又、フィードバック制御
方式の換気制御で汚染濃度が設定範囲内に戻れば、プロ
グラム制御方式の換気制御に戻るため、フィードバック
制御のもつ後追い制御になり易く、ハンチング現象が生
じ易いといった弱点をプログラム制御によって補完で
き、トンネル内をより精度良く換気制御できるものであ
る。
【0033】その上、トンネル内の交通量が顕しく低下
していく場合には、フィードバック制御によってファン
の運転台数を減少させていくことになるため、大幅な消
費電力の削減が図れる効果得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるトンネル換気制御方法の1実施例
のブロック構成図である。
【図2】図1の動作説明用の汚染濃度特性図である。
【図3】従来のトンネル換気制御方法の一例の概略構成
図である。
【図4】ピンボードの正面図である。
【図5】動作説明用のフローチャートである。
【図6】従来の他のトンネル換気制御方法の一例を示す
ブロック構成図である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 道路トンネル内に設置された複数台のフ
    ァンを用いて前記トンネル内を縦流換気し、前記トンネ
    ル内の空気の汚染濃度を目標濃度を含む設定範囲内に制
    御するトンネル換気制御方法において、 前記汚染濃度が前記設定範囲内のときは、プログラム制
    御方式の換気制御により、予め一定時間毎に設定された
    台数の前記ファンを駆動し 記汚染濃度が前記設定範囲外のときは、フィードバッ
    ク制御方式の換気制御により、前記目標濃度に対する前
    記汚染濃度の偏差に基いて算出された台数の前記ファン
    を駆動することを特徴とするトンネル換気制御方法。
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CN105652784B (zh) * 2016-03-24 2019-07-02 中矿金业股份有限公司 控制矿山采空区漏风的方法及控制矿山采空区漏风的装置

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