JPS63233200A

JPS63233200A - トンネルの換気制御装置

Info

Publication number: JPS63233200A
Application number: JP6426387A
Authority: JP
Inventors: 京三吉
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-03-20
Filing date: 1987-03-20
Publication date: 1988-09-28

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的コ（産業上の利用分野）この発明は、道路トンネル内の汚染濃度を自動制御づる
トンネルの換気制御装置に関する。

（従来の技術）道路トンネルにおいては、走行する自動車の排気ガス中
の有害物質によるトンネル内の汚染濃度を許容値以下に
抑える必要があり、このために排風機などにより換気が
行われている。

縮流換気式道路トンネル（以下、縦流式トンネルという
）における汚染濃度換気プロセスは、一般的に分布定数
系で表わされるが、特性が把握し難く、無駄時間が大き
い。また、汚染発生の原因となっている交通量の詳細な
把握も難しい特徴がある。さらに、換気機器についても
、台数制御を行うことが多い。

このため、長大なトンネルや交通量の多いトンネルでは
、従来から、交通量を推定し、この推定交通母にしたが
って第１次の基準値の設定を行い、以後、汚染濃度の実
測値をフィードバックして設定値の補正を行う方法が多
く用いられてきた。

この設定値の補正を行う第１の方法は、トンネル内の汚
染濃度を検出し、濃度が高くなれば換気機器の追加運転
を行い、濃度が低くなれば運転台数を減らしていく方法
である。

また、近年は、排風機や送Ｊｊａ機に動翼可変式等の操
作性のすぐれたものが使用されつつあり、ＰＩＤ制御の
ような一般的な連続制御を導入し、汚染濃度制御系を線
形フィードバックシステムに簡略化する第２の方法も用
いられている。

〈発明が解決しようとする問題点）しかしながら、一般に、トンネル内の汚染濃度分布は、
トンネル内の風速が一定の場合は、風の方向にそって濃
度が高くなり、川の出口側の坑口で最も濃度が高くなる
。しかし、実際には、交通量の動的な変化や過去の換気
制御の結果からトンネル内風速が一定せず、その為に濃
度のばらつきが生じている。また、一度に何台もの大型
車が通過すると、局部的に汚染濃度が悪化することもあ
る。

上記の第１の方法の場合、このような一時的な交通量の
変動によって換気機器の運転、停止を頻繁に繰り返すこ
とになる。ところが、換気制御の目的は、汚染濃度を許
容値以内に必要最少限のコス＋−で維持することである
から、上記の第１の方法に見られるような一時的な交通
量の変動により不必要に換気機器の運転、停止の頻度が
増大することは、ランニングコストを高めるだけでなく
、機器の寿命を短くするという問題点があった。

また、第２の方法では、応答性を上げるためにゲインを
上げるとハンチングが生じ易く、逆にゲインを下げると
プロセスの変動に追従できなくなってしまう問題点があ
った。

この発明はこのような従来の問題点を解決するためにな
されたもので、外乱に対して安定しており、しかも追従
性の良好なトンネルの換気制御手段を提供覆ることを目
的とする。

［発明の構成コ（問題点を解決するための手段）この発明のトンネルの換気制御装置は、通路］〜ンネル
内の換気を行う換気手段と、前記道路Ｉ〜ンネル内の汚
染濃度を目測する汚染濃度計測手段と、この汚染ｃＪ度
計測手段の出力をファジィ集合として評価するための制
御指標を作成する前処理３一手段と、前記前処理手段の出力を入力としてファジィ推
論を行うファジィ推論手段と、このファジィ推論手段の
出力からファジィ濃度制御出力を決定するファジィ濃度
制御出力決定手段と、このファジィ濃度制御出力決定手
段の制御出力に応じて前記換気手段の換気能力の増減を
行う換気制御手段とを備えたものである。

（作用）この発明の１〜ンネルの換気制御装置では、汚染濃度計
測手段からの汚染濃度計測値をファジィ集合として評価
し、ファジィ推論によりファジィ濃度制御出力を算出し
、このファジィ濃度制御出力により換気手段の換気能力
の増減を制御する（実施例）以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説する。第２
図は排気用立坑１を中心とした左右のトンネル長さが異
なり、トンネル長さの長い側にジェットファン２が設置
されている道路トンネル３の換気制御装置４の全体を示
している。この道路トンネル３の中を自動車５が通行す
る。立坑１＝４− には、排風機６が設置されている。排１！１機６とジェ
ットファン２との運転は、入出力装置７を介して演算制
御装置８により制御される。

１〜ンネル３内の一酸化炭素淵度（以下、ＣＯ値とよぶ
）は、−酸化炭素検出計（以下、ＣＯｉｌとよぶ）９．
１０によって検出され、煙霧透過率（以下、ＶＩ値とよ
ぶ）は、煙霧透過率計（以下、■■計とよぶ）１１〜１
４によって検出される。

また、トンネル３内の風向及び風速は、風向風速計１５
．１６によって５４測される。

これらの各検出器からの計測値は、入出力装置７を介し
て演算制御装置８に入力され、ここで汚染濃度制御のた
めに必要なジェットファン２と排風機６の制御比ノ）ｎ
ｊ、ｎｂが決定される。

第３図に詳しく示されているように演算制御装置８は、
風速フィードバック制御装置１７、フィードフォワード
制御装置１８、ファジィ濃度制御装置１９、非常値制御
・全停止制御装置２０により構成されている。各■■計
１１〜１４、ＣＯ計９．１０から入出力装置７を介して
入力されてくる信号は、演算制御装置８内の風速フィー
ドバック制御装置１７、フィードフォワード制御装置１
８、ファジィ濃度制御装置１９および非常値制御全停止
制御装置２０に与えられる。

風速フィードバック制御装置１７は、風速フィードバッ
ク制御を行うためのもので、立坑１を境どして両区間に
１台ずつ設置されている風向風速計１５．１６の計測値
ｗｓ１．ｗｓ２に基づき、両坑口から侵入してくる換気
風がうまく立坑１から排気されるようにジェットファン
２の運転台数を調整するものである。

フィードフォワード制御装置１８は、フィードフォワー
ド制御を行うために備えられているものであり、現在及
び過去のＶＩ値をもとに将来の汚染発生量を予測し、こ
の予測値に基づいてジェットファン２の運転台数の基準
値および排風機６の１′！ｌ最の基準値を設定するもの
である。

ファジィ濃度制御装置１９は、この発明の実施例の特徴
部分であり、ファジィ濃度制御をここで行う。つまり、
現在のＶＩ値にもとづき制御指標を作成し、それをファ
ジィ集合として評価し、ファジィ推論を行うことにより
、汚染濃度を許容範囲内に維持しつつ、無駄な換気動作
を行わないように排風機６のｆｆ１ｆｉの基準値に対す
る補正を行うものである。

非常値制御・全停止制御装置２０は、非常値制御と全停
止制御を行うもので、非常値制御とは通常の制御を行っ
ている最中に、所定の許容値等を用いて設定した非常値
よりもいずれかのＶＩ値またはＣＯ値が悪化した場合、
強制的に風量の増加や台数の追加を行い、汚染濃度を回
復させることである。また、全停止制御とは、汚染濃度
が安定していて非常に小さいのにかかわらず換気機器２
゜６が運転されている場合に、強制的に風量の減少や運
転台数の減少を行うことである。

前記風速フィードバック制御装置１７の指令出力、フィ
ードフォワード制御装置１８の指令出力により、ジェッ
トファン台数制御出力装置２１が所定の台数のジェット
ファン２を運転し、または停止させるための指令信号を
出力する。排風機用量制御出力装置２２は、前記フィー
ドフォワード制御装置１８、ファジィ濃度制御装置１９
、非常値制御・全停止制御装置２０の指令信号に応じて
、排風機６の風量の制御指令信号を出力する。

前記ファジィ濃度制御装置１９の詳細な構成を第１図及
び第４図以下の図面をもとに説明する。

ファジィ濃度制御装置１９は、トンネル３内の汚染物質
の濃度を計測するＶｌ計１１〜１４から煙霧透過率の計
測値ＶＴ１〜ＶＩ４を得、前処理装置２３において、フ
ァジィ集合の評価のための制御指標値を作成する。ファ
ジィ推論装置２４は、この前処理装置２３からの制御指
標値を入力としてファジィ推論を行う。このファジィ推
論装置２４からの出力は、ファジィ濃度制御出力の決定
装置２５に与えられ、ここでファジィ濃度制御装置１９
の出力としてのファジィ濃度制御出力が決定される。

ファジィ濃度制御装置１９からの出力は、通路トンネル
３内の汚染濃度制御基準値を決定する制御出力基準決定
手段としてのフィードフォワード制御装置１８の出力を
補正し、換気制御手段としての排風機風量制御出力装置
２２に与えられる。

そして、この排風機風量制御出力装置２２が、トンネル
３内の換気能力を増減し、トンネル内の汚染濃度を許容
値内に維持するのである。

上記の構成の１ヘンネルの換気制御装置の動作について
、次に説明する。

第２図および第３図に示すＪ：うに、風向風速計１５．
１６からのトンネル３内の風速ＷＳ１．ＷＳ２が風速フ
ィードバック制御装置１７に入力され、ここで実際の風
速が指令値と比較され、その差により風速フィードバッ
ク値がジェットファン台数制御出力装置２１に出力され
る。

フィードフォワード制御装置１８では、Ｖｌη１１１〜
１４から得られた現在および過去のＶＩ値をもとにして
将来の汚染発生量を予測し、この値に基づいてジェット
ファンの運転台数の基準値および排風機の風量の基準値
が設定される。

さらに、非常値制御・全停止制御装置２０は、ＶＩ尉１
１〜１４とＣＯ計９，１０とからのＶｌ値Ｖ　Ｔ　１〜
Ｖ　Ｉ　４　トＣ０ｆｉｉＣＯ１、Ｃｏ　２とを監視し
、通常の制御を行っている時に許容値を超えてトンネル
内汚染濃度が悪化したことが検出された場合、強制的に
風量の増加や運転台数の増加を行う指令を排風機風量制
御出力装置２２に与え、１〜ンネル３内の汚染濃度を適
度のものに回復する非常値制御を行う。また、逆に、汚
染濃度が安定していて非常に低いのにもかかわらず、換
気機器としての排風機６やジェットファン２が必要以上
に多くまたは強く運転されている場合、必要数まで台数
の削減をしたり、風力を弱めたりする全停止制御を行う
。

ファジィ濃度制御装置１９では、第４図に示すように、
ＶＩ計１２．１３のＶＩ値ＶＩ２、Ｖ１３を入力とし、
制御指標を前処理装置２３によって作成する〈ステップ
３１．３２）。この制御指標は、第５図に示すように、
ファジィ濃度制御しきい値ＢとＶＩ値ＶＩ２、ＶＦ３と
の差△Ｖｌｉ（ｉ＝２．３）と、このしきい値Ｂを割っ
てから、または超してからの経過時間ｔ１ｖｉ、ｔ２ｖ
ｉ（ｉ＝２．３＞とする。なお、この第５図において、
しきい値Ａは、例えばフィードフォワード制御のための
汚染濃度設定値となる。

前記制御指標△Ｖｌｉ、ｔｉｖｉ、ｔ２ｖｉ（ｉ＝２．
３）は、それぞれファジィ集合で表わし、例えばｔｉｖ
２．ΔＶＩ２のメンバーシップ関数は、第６図および第
７図に示すものが用いられる。ここで、ＮＢ：負で大きいＮＭ：負で普通の大きさＮＳ：負で小さいＺ：はぼゼロＰＳ：正で小さいＰＭ：正で普通ＰＢ：正で大きいを表わしている。

そして、用いる制御規則は、２つに分けられ、第８図お
よび第９図に示すように決定される。

ファジィ推論装置２４によるファジィ推論の方法は、一
般的に行われている条件部のメンバーシップ関数、結論
部のメンバーシップ関数および入力値を用いて制御規則
に沿ってファジィ演算を行い、合成あいまい集合を演算
し、この合成あいまい集合の最大値を出力合成関数とし
、この出力合成関数の重心をファジィ推論の出力とする
方法を用いる（ステップ３３，３４．）。

そこで、ファジィ濃度制御出力決定装置２５は、上記の
推論方法にしたがって、ＶＦ６．ＶＦ３について得られ
た出力ΔＮＦ２．ΔＮＦ３を入力として、汚染濃度がフ
ァジィ濃度制御しきい値Ｂより悪化している場合は大き
い方を、また汚染濃度がファジィ濃度制御しきい値Ｂよ
り回復している場合は絶対値の小さい方をファジィ濃度
ｆｌｉ１７ｆｌｌ出力とする（ステップ３５）。

このようにして得られたファジィ濃度制御出力ΔＮＦが
補正値としてフィードフォワード制御装置１８の出力に
加えられ、これらの合成出力により排風機風量制御出力
装置２２が排風量の制御指令出力を算出し、入出力装置
７を介して排風機６の風聞の増減を行うのである。

以上のようにして、制御指標を汚染濃度のファジィ濃度
制御しきい値との差およびその経過時間に選ぶことによ
り、濃度が悪化中または回復中などの現在の汚染濃度の
変化の情況を考慮した制御を行うことができ、制御出力
が頻繁に変化し過ぎて不安定な情況を引き起こすことな
く汚染濃度制御ができる。また、制御指標のファジィ集
合を調整することにより、所望のファジィ濃度制御出力
が得られるようにファジィ温度制御装置を調整すること
ができる。

なお、この発明は上記の実施例に限定されるものではな
く、次のような変化態様も可能である。

（１）　上記の実施例では、ある程度交通量の多い、も
しくは長さの長いトンネルを対象として、換気制御の機
能としてフィードフォワード制御を付加し、予め制御出
力の基準値を算出し、ファジィ濃度制御により基準値の
補正を行うこととしたが、この発明の特徴は汚染濃度計
測手段の出力をファジィ集合として評価し、ファジィ推
論により制御出力を決定することにあるので、フイード
フＡワード制御その他の機能はこの発明に特に必須のも
のではない。また、制御出力の決定方法も実施例のもの
に限定されることはなく、制御出力の基準値がゼロであ
っても構わない。

（２）　ファジィ推論の方法は、特に限定されるもので
はなく、採用されている制御手法に応じて、種々の方法
が用いられる。

（３）　トンネルの換気方式として、本実施例では集中
排気式を示したが、この発明は送排気式等においても容
易に利用できる。

（４）　排風量の調整は、排風機の風量を電気的あるい
は機械的に連続可変風量にすることができる排Ｊ［に限
定して適用されるものではなく、ある程度の分解能があ
れば、ノツチ制御、ダンパー開度制御、台数制御等を利
用することも可能である。

［発明の効果］以上のようにこの発明によれば、制御対象である汚染１
度計測値の出力をファジィ集合として評価し、ファジィ
推論によって制御出力を決定しているため、外乱に対し
て安定し、追従性の良い道路トンネルの換気制御ができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第２図
は上記実施例の全体図、第３図は上記実施例の演算制御
装置の詳細ブロック図、第４図は上記実施例のファジィ
濃度制御装置の動作を示すフローチャート、第５図は上
記実施例のファジィ集合の制御指標を説明する説明図、
第６図、第７図はそれぞれ制御指標のメンバーシップ関
数の例を示す説明図、第８図、第９図はそれぞれ制御規
則の一例を示す説明図である。３・・・道路トンネル　　６・・・排風機１１〜１４・
・・煙霧透過率計９・・・ファジィｍ麿制御装置

Claims

【特許請求の範囲】

道路トンネル内の換気を行う換気手段と、前記道路トン
ネル内の汚染濃度を計測する汚染濃度計測手段と、この
汚染濃度計測手段の出力をファジィ集合として評価する
ための制御指標を作成する前処理手段と、前記前処理手
段の出力を入力としてファジィ推論を行うファジィ推論
手段と、このファジィ推論手段の出力からファジィ濃度
制御出力を決定するファジィ濃度制御出力決定手段と、
このファジィ濃度制御出力決定手段の制御出力に応じて
前記換気手段の換気能力の増減を行う換気制御手段とを
備えて成るトンネルの換気制御装置。