[發明專利]一種隧道施工通風自動監測系統

有效

• 申請號: 201610426935.5
• 申請日: 2016-06-14
• 公開（公告）號: CN105867262B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 王棟;崔立志;劉全貴;劉石磊;張文新;趙希望;吳元金;卜旭輝;楊立新;趙軍喜;羅占夫;李永生;尹龍;茍紅松;馬國棟
• 申請（專利權）人: 中鐵隧道集團有限公司;河南理工大學
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 鄭州金成知識產權事務所(普通合伙)41121
• 代理人: 郭增欣

技術領域

本發明涉及一種隧道施工通風監測系統，尤其是涉及一種基于SCALANCE W700的隧道施工通風自動監測系統。

背景技術

我國已建、在建和規劃的隧道工程量穩居世界首位，其中隧道施工通風系統是隧道工程的重要組成部分，具有以下幾個方面的特點：施工面不斷推進，需風量動態變化；隧道工程的流動性給通風系統的安裝、調試和維護帶來了不便；長距離通風能夠減少多頭掘進的規模，降低隧道施工的成本；尚無柔性風管出風口風壓、風速的自動檢測技術；通風距離長，風管維護難度大；通風耗電量大；目前大多采用人工方式進行風量調節等。目前，隧道施工通風自動控制系統研究滯后于隧道運營通風和煤礦通風，并沒有形成完整的研究體系與技術框架。

從國內外工程實例和研究成果來看，公路隧道運營期間的數值模擬、通風系統設計、風機自動控制技術等方面研究比較成熟。然而相關成果無法移植到隧道施工通風領域。主要原因表現在：隧道施工通風多為長距離獨頭掘進，不能形成有效貫穿風流。Tuck M A從通風自動控制的角度，提出了一個智能型通風控制系統的構想框架；周心權提出了通風和救災系統的構想框架。雖然這兩種系統的內容有較大的差別，但他們都包括了通風控制的三個主要組成部分：通風網絡狀態的監測與模擬；控制方案的決策；控制方案的實施。對通風控制的大量研究也都可以歸結為對這三個方面的研究。

國外早已實現巷道風量、粉塵、有害氣體、溫度、濕度的自動檢測，并已形成微機管理系統。瑞典布里登礦產公司(Boliden Mineral AB)在其萊斯瓦爾(Laiswall)鉛鋅礦，安裝一套PowerVent計算機輔助全礦通風控制系統，并使風機的運轉工況復合日常通風的需要，還可降低礦井電耗1/3。相比之下，我國通風系統的自動化水平是較低的。目前，我國大多數通風控制仍主要采用人工控制，風機的調節也主要靠人工完成。

掘進通風的全自動化控制是科學技術發展的目標。但在以往的研究中，由于自動控制系統的高昂代價和技術上還有許多問題沒有解決，因此，通風自動控制系統在實際中獲得應用存在很大困難。一方面，進行全自動控制，應具備三個條件：完善的風流狀態監測系統；性能完善的通風控制方案決策軟件和計算機系統；可自動控制的調節設施及控制執行系統。由于生產條件復雜，作業地點分散，情況變化頻繁，使通風系統不斷變化，其控制系統也要隨之改變。這樣復雜的一個系統，不僅設備的安裝、維護和管理部很費錢、費力，而且系統的可靠性也難于保證。

發明內容

本發明針對現有技術不足，提出了一種基于光纖和無線局域網相結合的隧道施工通風自動監控系統，實現了隧道施工通風的自動化控制。

本發明所采用的技術方案：

一種隧道施工通風自動監測系統，由監控柜、現場控制柜和傳感器柜組成；傳感器柜通過傳感器采集現場的環境參數，并通過無線傳輸技術傳送至現場控制柜，監控柜與現場控制柜之間通過光纖進行連接；監控柜與變頻器之間通過485總線相連，以modbus協議進行通信；現場控制柜與傳感器柜之間通過無線局域網進行通信；風機風壓、風速傳感器的0-10V電壓信號直接接入監控柜；風管風壓、風速傳感器電壓信號直接接入現場控制柜，溫度傳感器、粉塵濃度傳感器、CO濃度傳感器、NO₂濃度傳感器和含氧量傳感器采集現場的環境參數輸入傳感器柜中；現場控制柜一方面通過觸摸屏顯示傳感器參數，另一方面將現場的控制命令和傳感器參數通過光纖傳送至監控柜，監控柜一方面接收現場環境參數并顯示；另一方面通過決策算法控制變頻器的頻率，從而調節風機的送風量。

所述的隧道施工通風自動監測系統，監控柜中的主要設備包括：工控機，觸摸顯示器，實現風機風壓、風速信號采集的PLC CPU，光電交換機，PLC電源，485通信模塊；光電交換機具有4個RJ45接口和一個SC光纖接口，實現多臺網絡設備的互聯，485通信模塊實現PLC CPU與變頻器之間的通信。

所述的隧道施工通風自動監測系統，監控系統采用WinCC編寫并運行于工控機上，WinCC通過網絡設備互聯形成的工業以太網數據通道讀取現場各傳感器參數，監控系統采用PLC作為各個網絡節點的控制器，PLC對傳感器的信號進行采集并轉換，各控制器通過Profinet接口與其他網絡設備進行互聯，形成監控系統的數據網絡通道；光電交換機、無線熱點和無線客戶端將工控機、PLC CPU連接在一個局域網內。