一种隧道风机智能化信息监测与控制方法及系统与流程

本发明涉及智能控制，具体地说，涉及一种隧道风机智能化信息监测与控制方法及系统。

背景技术：

1、随着全球气候变化和环境保护意识的增强，各国政府纷纷出台相关政策法规，要求工业设施采取措施减少能耗和排放，隧道作为交通基础设施的一部分，其通风系统的能效成为关注的重点之一；

2、隧道是一个相对封闭的空间，其内部环境条件受到外部大气条件的影响较小，但同时需要通过通风系统保持空气质量，由于隧道通风系统需要长时间运行，其能耗在整个隧道运营成本中占据较大比例，因此提高通风系统的能效显得尤为重要，隧道通风系统不仅关系到节能减排，还是保障隧道内人员安全的关键因素之一，例如，在火灾等紧急情况下，有效的通风可以迅速排除烟雾和有害气体，保护人员的生命安全；

3、传统的风机控制方式往往采用固定模式或者简单的开关控制，这可能导致在不需要大风量时依然保持较高功率运行，造成能源浪费，因此，提供一种隧道风机智能化信息监测与控制方法及系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种隧道风机智能化信息监测与控制方法及系统，以解决上述背景技术中提出的现有的智能网关为静态分配，在大量数据处理的情况下，因为资源分配是固定，无法根据实时需求进行调整，导致资源浪费或者需求时资源不足的问题。

2、为实现上述目的，本发明目的在于提供了一种隧道风机智能化信息监测与控制方法，包括如下步骤：

3、s1、在隧道中安装传感器实时监测隧道内的各项数据，持续采集隧道内的各项数据，并将隧道内的各项数据传输至中央处理器，中央处理器对隧道内的各项数据进行处理和分析；

4、其中，隧道内的各项数据包括隧道结构数据、环境数据和工作状态数据；

5、s2、根据处理完成后的隧道内的各项数据，获得理想通风效果所需的总推力，同时，根据隧道内的各项数据获得实际监测的总推力，比较实际监测的总推力和理想通风效果所需的总推力；

6、s3、如果实际监测的总推力高于理想通风效果所需的总推力，则执行s4，反之，如果实际监测的总推力低于理想通风效果所需的总推力，则进行第一策略调整；

7、其中，第一策略调整为根据理想通风效果所需的总推力和实际监测的总推力的差值增加风机的转速或增加风机的数量；

8、s4、评估隧道内的空气质量，判断空气质量是否达到标准，如果空气质量未达到标准，则重复s3直至满足要求；如果空气质量达到标准，则判断是否能够进行第二策略调整；

9、其中，第二调整策略为根据实际监测的总推力和理想通风效果所需的总推力的差值降低风机的风速或降低风机的数量。

10、作为本技术方案的进一步改进，所述隧道结构数据包括隧道的长宽高；环境数据包括隧道内外的空气质量数据、风速风向数据和温湿度数据；工作状态数据包括风机转速和风机数量数据。

11、作为本技术方案的进一步改进，所述中央处理器预先设置风机的工作模式，具体为先确定高峰期和非高峰期的时间段，并且中央处理器编写程序控制风机在高峰期和非高峰期的工作模式，该程序能够读取当前时间，在高峰期增加风机的转速或增加风机的数量。

12、作为本技术方案的进一步改进，所述s2中涉及的根据处理完成后的隧道内的各项数据，获得理想通风效果所需的总推力，具体如下：

13、

14、其中，fidedl为理想通风效果所需的总推力；ρ0为空气密度；a0为隧道横截面面积；v0为所需风速；η为通风效率。

15、作为本技术方案的进一步改进，所述s2中涉及的根据隧道内的各项数据获得实际监测的总推力，具体如下：

16、确定空气密度：

17、

18、其中，ρ为空气密度；p为绝对气压；rda为干空气的气体常数；t为绝对温度：

19、确定每台风机的有效横截面积：

20、

21、其中，ai为第i台风机的有效横截面积；di为第i台风机的直径；

22、确定每台风机的质量流量：

23、mi＝ρ·ai·vi；

24、其中，mi为第i台风机的质量流量；vi为第i台风机的转速；

25、计算每台风机的推力：

26、fi＝mi·δvi；

27、其中，fi为第i台风机的推力；δvi为通过第i台风机前后的气流速度差；

28、计算总推力：

29、

30、其中，ftotal为实际监测的总推力；n为风机的数量；i＝1，2，...，n。

31、作为本技术方案的进一步改进，在所述实际监测的总推力中引入隧道的温湿度影响因素进行优化，具体如下：

32、

33、其中，ρcorrected为优化后的空气密度；α为修正系数；ptunnel为隧道内的气压；ttunnel为隧道内的温度；

34、

35、其中，ρdry，0为在基准状态下干空气的密度；ρdry为在当前状态下的干空气的密度；ρvapor，0为在基准状态下的水蒸气的密度；ρvapor为在当前状态下的水蒸气的密度；xw，0为在基准状态下的水蒸气的质量分数；xw为在当前状态下的水蒸气的质量分数；

36、则：

37、mi′＝ρcorrected·ai·vi；

38、其中，mi′为优化后的第i台风机的质量流量；

39、fi′＝mi′.δvi；

40、其中，fi为优化后的第i台风机的推力；

41、

42、其中，ftotal为优化后的实际监测的总推力。

43、作为本技术方案的进一步改进，所述s3中涉及的第一调整策略具体如下：

44、事先设定第一差阈值f1和第二差阈值f2，其中，f1＜f2；

45、δftotal＝fideal-ftotal′；

46、其中，δftotal为理想通风效果所需的总推力和实际监测的总推力的差值；

47、δftotal包括两种情况：

48、如果δftotal≥f1且δftotal＜f2，则增加风机的转速；判断增加转速后的总推力ftotal，new′是否高于fidedl，若高于则执行s4，反之增加转速，如果增加转速还不足以达到要求，则启动备用风机并再次增加转速，直至ftotal，new′是否高于fideal；

49、如果δftotal≥f2，则增加风机的数量，判断增加数量和转速后的总推力ftotal，new1′是否高于fideal，若高于则执行s4，反之再增加风机数量，直至ftotal，new1′是否高于fideal。

50、作为本技术方案的进一步改进，所述s4中涉及的评估隧道内的空气质量，判断空气质量是否达到标准，具体如下：

51、确定空气质量评估指标，并对于每一项指标，设定一个安全阈值；

52、持续监测隧道内的空气质量，收集监测的数据并进行分析，确定各项指标是否低于自己的安全阈值：

53、如果所有指标均在安全范围内，则空气质量达到标准，如果有任何一项指标高于自己的安全阈值，则未达到标准，采取相应的措施；其中，空气质量评估指标包括颗粒物浓度、有害气体浓度、氧气水平、二氧化碳浓度以及温湿度。

54、作为本技术方案的进一步改进，所述s4中涉及的如果低于事先设定的阈值，则判断是否能够进行第二策略调整，具体如下：

55、确定监测时间，在这段时间内持续监测隧道内的空气质量、风机运行状态以及通风效果，同时，记录这段时间内理想通风效果所需的总推力和实际监测的总推力的差值δftotal的变化趋势；

56、分析δftotal的变化趋势，判断其是否稳定或波动较大，如果δftotal波动较小且始终低于事先设定的差值阈值，则进行第二策略调整；如果δftotal的波动较大或经常超过事先设定的差值阈值，则不进行第二策略调整；

57、其中，第二策略调整具体为：

58、先选择一部分风机作为试验对象，降低其转速，观察一段时间后再次监测数据，评估理想通风效果所需的总推力和实际监测的总推力的大小和空气质量，如果实际监测的总推力大于理想通风效果所需的总推力且空气质量达到标准，则降低转速，如果降低转速后通风效果仍然满足实际监测的总推力大于理想通风效果所需的总推力且空气质量达到标准，则关闭部分风机，减少风机数量，再继续监测一段时间，评估调整后的理想通风效果所需的总推力和实际监测的总推力的大小，重复上述步骤，直到找到最佳的风机配置。

59、另一方面，本发明提供了一种隧道风机智能化信息监测与控制系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序实现上述任意一项所述的隧道风机智能化信息监测与控制方法。

60、与现有技术相比，本发明的有益效果：

61、1、该隧道风机智能化信息监测与控制方法及系统中，在实际监测的总推力中引入隧道的温湿度影响因素进行优化，能够更准确地反映真实情况下的空气密度，进而提高推力计算的准确性，更精确的推力计算有助于实现按需调控，避免不必要的能源浪费。

62、2、该隧道风机智能化信息监测与控制方法及系统中，通过逐步降低风机转速或减少风机数量，可以减少不必要的能源消耗，降低维护成本和设备折旧费用，通过优化风机配置，可以减少设备的运行成本，提高经济效益。