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浅谈高速公路隧道通风照明节能环保控制方案

导读:摘要:结合我国公路隧道通风照明技术的请求,以先进的控制和优化理论为根底,对公路隧道通风照明技术及动态控制战略进行深化研讨,树立隧道通风照明节能综合系统,并提出一些卓有成效的节能环保措施。 引言 高速公路隧道的交通安全与节能环保问题是现今我国

  摘要:结合我国公路隧道通风照明技术的请求,以先进的控制和优化理论为根底,对公路隧道通风照明技术及动态控制战略进行深化研讨,树立隧道通风照明节能综合系统,并提出一些卓有成效的节能环保措施。

  引言

  高速公路隧道的交通安全与节能环保问题是现今我国公路隧道运营管理中的一项重要内容,如何在确保行车安全的前提下,进步隧道运营效率、降低能源耗费,成为隧道科研设计、建立和运营单位急需处理的问题。公路隧道运营过程中能耗宏大,其中包括隧道通风系统和照明系统。本文充沛思索山西省的实践状况,谈谈公路隧道通风照明节能环保综合控制技术,并树立隧道通风照明系统控制计划。

  1 隧道通风节能环保控制计划

  1.1系统概述

  隧道内汽车排放的废气使得行驶时带起路面上的烟气和粉尘不易扩散,对人体十分有害,也影响行车安全,因而隧道内坚持良好的空气通风是行车安全的必要条件。隧道的通风监控分三个层次,上层是中央计算机系统(本地控制中心),中间是由各区域控制器组成的控制层,下层是风机和各种检测设备(风速风向检测器、车辆检测器、能见度检测器、CO浓度检测器、亮度检测器等)。

  图1 隧道通风监控系统

  1.2系统构成

  本系统由监控分中心工作站、隧管所管理计算机、隧道本地控制器、通风控制柜、隧道内风机软启动器、CO /VI检测器、衔接电缆、电源电缆等组成。CO /VI检测器设在隧道内,由本地控制器 采集数据,监控系统将 检测数据与规范值进行比拟,并经过隧道本地控制器微风机电子软启动器控制风机的启停。

  通风控制子系统采用在隧道变电站集中控制的方式,现场一切隧道内设置的风机软启动器经过现场设备网络连在一同,然后接入到隧管所及值班室的本地控制器(PLC 设备),对风机的控制是经过变电站的 PLC完成的。监控系统在隧管所及值班室设有监控管理计算机、本地控制器,在隧道内布设本地控制器设备,并与风机相应控制设备相连,以保证对风机的遥控。

  监控系统自动控制风机是将一个断面上的两台风机同时进行控制,由通风系统返回每组风机的状态信号,即风机的正转、反转、中止、毛病等信号,输入输出之间应该有相应的电磁隔离措施。

  1.3智能拓展

  长大隧道的隧道通风控制系统,思索到其大滞后、强非线性等特性,需求寻觅优化的控制计划,以最小的控制动作高效的完成控制目的,完成节能目的。智能控制以具有高度非线性和不肯定性的系统为研讨对象,主要用来处理传统控制办法难以处理的复杂系统的控制问题。关于中长隧道的通风控制,一方面能够从改善控制对象的建模办法动手,采用具有优秀自学习才能的模型辨识办法,以进步控制器输出的有效性。另一方面能够采用新型的控制构造和先进的优化控制算法来进步控制质量。

  隧道的通风系统是一个复杂的、多变量、非线性系统,树立准确、适宜的动态模型是对其进行性能剖析、控制及优化研讨的重要前提和根底。近年来,许多新型的建模办法和建模工具被提出,基于现场数据的神经网路建模办法就是其中之一。隧道监控系统中存储着大量的实时数据,这些数据反映了系统最真实的信息,能够应用这些数据对其进行神经网络建模。建模过程如图所示:

  图2 隧道通风系统神经网络建模过程

  2 隧道通风节能环保措施

  2.1在进行通风计划设计中,思索采用静电除尘器,滤烟除尘,以取消或减少竖(斜)井,降低土建、设备费用和运营费用。静电除尘器在日本、挪威等公路隧道中已有成熟应用。坚持隧道内环境指标在规范范围内。隧道内 CO 正常运营时允许浓度:CO浓度<250ppm,交通阻滞(隧道内各车道均以怠速行驶,均匀车速为 10Km/h)时可为 300ppm,阅历时间不超越 20min;隧道内烟雾允许浓度为 7.0×10-3(m-1) ;隧道内风速正常运营时引荐为 10m/s。

  2.2隧道风机应具有运转时间统计功用;因风机起动霎时冲击电流很大,故各台风机的启动应有短暂的延时,以减少对变电站供电的冲击。风机启动后不能马上中止,需求运转稳定后再中止。风机在运转中假如需求反转必需先中止后再启动反转;风机的启闭次数不应过频,避免风机呈现振荡现象。

  2.3在启动风机和中止一个当前工作的风机之前,下列要素需求思索:①为了在风机启动时避免浪涌功率,控制算法中引入滞后函数;②不能同时启动/中止超越两个以上的风机;③风机启动命令发出之后,风机的反应状态也将被加以检查.当风机的反应状态被确认,风机的启动完成。假如风机的反应状态不能被确认,以为风机控制命令失败。风机命令失败正告功用也将在控制器工作站开端,并且被登录到警报打印机。

  3 隧道照明节能环保控制计划

  3.1系统构成

  隧道照明控制系统由监控分中心控制工作站、隧道管理所及值班室控制工作站、隧道管理所及值班室本地控制器、箱式变电站内本地控制器、光强检测器、照明控制柜、隧道内灯具、衔接电缆等组成。监控分中心计算机、隧道本地控制器都可进行照明控制,在隧道至隧道管理所及值班室的通讯呈现毛病时,可直接在本地控制器上操作,以保证隧道正常运营。

  照明系统设计将在隧道变电站设照明控制柜等设备,能完本钱地的人工控制,并且预留监控安装遥控、遥信的条件,提供控制通讯接口,监控系统在隧道管理所及值班室设有工作站、本地控制器等设备。

  照明系统应具有洞内灯泡亮度缺乏的报警功用,即可以经过洞内光强仪采集数据与设定值比拟后提示维护部门改换灯具。关于中长隧道可设置光强检测器,分别装置在左右线隧道进口外的门架上,检测器镜头朝向洞口装置,模仿司乘人员的视角,检测洞口外亮度值,光强检测器的输出经过 PLC 的模仿量输入通道进行数据采集,经过以太网(EtherNetIP)衔接及软件的IOServer与计算机通讯,采集工作状态,并上传到中心控制系统,由中心控制系统依据光强控制参数进行隧道照明控制,到达对隧道的实时监视。

  通常,车行横洞内的照明灯处于熄灭状态,以便节约能源。当发作火灾或者检修隧道时,可由隧道管理站远程控制开启或者本地手动开启。其与车行横洞卷帘门处于互联状态,状态信息和控制命令经本地控制器传至隧道管理站。

  3.2控制算法

  隧道照明最基本目的是满足司机视觉请求。隧道照明节能控制主要包含两方面:最优化计算照明需求;实时准确的输出照明控制。影响照明控制的输入要素复杂,主要有:交通量、洞外亮度、时间要素、外部事情等。交通量越大,照明需求越大;洞外亮度越大,形成洞内洞外亮度比越大,照明需求越大。外部事情主要包含交通事故、隧道维护、人工外部指令等。

  照明节能控制算法具有灵敏强健的构造,不同的应用状况调用不同的算法构件,每个算法构件都有本人独立响应及触发条件。

  表1 照明控制算法构造表

  序号 构件 功用及响应条件 优先级 备注

  1 手动控制 手动功用 3 最高

  2 事情响应 事故等紧急照明预案输出 2

  3 自动控制 根据洞外照度及交通量等 1

  4 时序控制 传感器信号毛病 0

  普通地,手动控制方式主要用于公路等级低、隧道长度短的隧道,由人工开关不同的照明回路。时序控制方式采用时序控制器控制隧道照明的各个回路,多见于照明回路较少的短隧道。自动控制方式是应用光照度计分别采集隧道内外的亮度参数,由计算机系统或照明控制器自动控制各个照明回路的开关。

  4 隧道照明安全节能措施

  目前大多数隧道均思索了照明系统的设计,多采用传统照明方式,偏于激进。迫于运营和维护本钱过高,不少隧道仅开启其中的1/2到1/4左右的灯具,形成隧道内光线较暗、亮暗交织不平均,使行车者的视觉极不舒适。另外,一些隧道经过改动布灯方式、实行集中调光控制等办法,虽有一定的节能效果,但在实践运转中还是存在着电能的糜费、新技术应用率较低等问题。主要表如今照明灯具能耗高、控制方式智能化程度低、无视照明显色性与照度之间的关系、未定量思索隧道照明的全寿命周期本钱[1]等方面。

  4.1隧道照明光源的选择

  照明光源普通分为白炽灯、气体放电灯和其他电光源三大类。目前较为环保的照明光源主要有高压钠灯、金属卤化物灯、高压汞灯、电磁感应灯和LED灯等。LED灯作为一种新型的半导体光源,是公认的当今最具开展潜力的节能环保技术,具有响应快速、高光效、高显色性、构造结实、不怕震动、工作电压低、电流小、方向性好、运转本钱低等优点。特别是其运用寿命能够长达十万小时,传统的光源在这方面无法与之相比,因而,在一些维护和换灯艰难的场所,运用LED作为光源,可大大降低人工费用。

  4.2新能源供电方式的运用

  若隧道无常规供配电电网系统,特别是偏僻山区的短隧道,可采用太阳能光伏发电技术进行供电,这样也可大大节约常规供配电电网建立费用。采用太阳能光伏发电系统作隧道交通安全诱导系统的供电来源,其输电投资本钱主要包括太阳能电池组、储能安装(蓄电池组)、直流—交流逆变器、控制安装、衔接安装和输电隧道诱导设备等的置办与装置费用。风力发电作为一种环保、经济且可持续开展的新能源消费方式,应用前景非常宽广,对其合理应用也可给隧道供电。若将两者结合起来,使隧道的照明采用太阳能微风能发电互补离网供电系统,不只俭省电能,还可相对进步照明灯的运用寿命。

  5 完毕语

  安全、环保、经济、节能是当前公路建立追求的目的,在公路隧道运营管理中尤显突出。近年来,在计算机和人工智能等技术的推进下,各种新颖智能优化战略被相继提出,为处理复杂问题提供了新的思绪和手腕。将先进的智能控制办法与快速、稳定且有效的优化技术相结合曾经成为智能控制系统的一个重要开展方向。