一種隧道內環境檢測及風機聯動控制器、裝置及其方法與流程
2023-07-26 05:20:51 1
本發明屬於隧道施工安全控制領域，尤其涉及一種隧道內環境檢測及風機聯動控制器、裝置及其方法。
背景技術：
電力隧道通常每隔一段距離，會設置一套有害氣體檢測裝置、一套可燃氣體檢測裝置、一個環境溫度檢測裝置，以及1臺或多颱風機。用於監測隧道內的環境溫度、有害氣體濃度和可燃氣體濃度，必要時可啟動風機進行通風換氣和降溫，確保隧道內工程施工人員和巡檢人員的人身安全及隧道電纜的安全正常運行。
通常風機可在現場進行人工啟停，或通過在線監控平臺進行遠程人工、自動啟停控制。現場人工啟停，雖是一套必要的控制手段，但需要投入的人力成本較高，且容易因為巡檢人員的疏忽或瀆職引起事故；通過在線監控平臺進行遠程人工或自動啟停控制，雖然降低了人力成本，但受限於通信網絡的可靠性和實時性，風機啟停控制難以做到百分之百的穩定可靠，容易造成風機的長期運行或長期停運，降低了風機的使用壽命。
因此，亟待設計一種隧道內環境檢測及風機聯動控制裝置，實現隧道內環境的現場檢測及風機的本地聯動控制裝置。
技術實現要素：
為了解決現有技術的缺點，本發明提供一種隧道內環境檢測及風機聯動控制器、裝置及其方法。本發明能夠避免網絡延時及網絡傳輸故障，提高風機控制的實時性和可靠性。
為實現上述目的，本發明採用以下技術方案：
一種隧道內環境檢測及風機聯動控制器，包括：
信息接收模塊，其用於實時接收煙感狀態、風機當前運行狀態以及環境傳感器傳送來的隧道內環境信息AD值；所述隧道內環境信息AD值包括有害氣體濃度AD值、可燃氣體濃度AD值和環境溫度AD值；
實際狀態值計算模塊，其用於根據隧道內環境信息AD值來計算相應環境傳感器的實際狀態值；
風機工作模式分析模塊，其用於根據環境傳感器的實際狀態值與環境傳感器預設告警閾值的比較以及煙感狀態，確定風機當前應輸出的工作模式；
風機工作模式切換模塊，其用於將風機當前運行狀態與風機當前應輸出的工作模式所對應的運行狀態比較，最終判斷並輸出是否切換風機工作模式的指令。
本發明的隧道內環境檢測及風機聯動控制器，能夠避免網絡延時及網絡傳輸故障，提高了風機控制的實時性和可靠性。
一種隧道內環境檢測及風機聯動控制器的工作方法，包括：
步驟a：實時接收煙感狀態、風機當前運行狀態以及環境傳感器傳送來的隧道內環境信息AD值；所述隧道內環境信息AD值包括有害氣體濃度AD值、可燃氣體濃度AD值和環境溫度AD值；
步驟b：根據隧道內環境信息AD值來計算相應環境傳感器的實際狀態值；
步驟c：根據環境傳感器的實際狀態值與環境傳感器預設告警閾值的比較以及煙感狀態，確定風機當前應輸出的工作模式；
步驟d：將風機當前運行狀態與風機當前應輸出的工作模式所對應的運行狀態比較，最終判斷並輸出是否切換風機工作模式的指令。
本發明的隧道內環境檢測及風機聯動控制器的該方法，能夠避免網絡延時及網絡傳輸故障，提高了風機控制的實時性和可靠性。
所述步驟a中的環境傳感器包括氣體傳感器和溫度傳感器。
本發明的該隧道內環境檢測及風機聯動控制器可根據現場安裝的傳感器的種類和數量，進行靈活配置使用，可同時對1臺或多颱風機進行綜合分析控制，智能化程度較高。
所述步驟b中，根據相應環境傳感器的數模轉換位數以及所對應的量程範圍，計算得到環境傳感器的實際狀態值。
由於採集的狀態值為AD值，所以需要進行AD值到實際狀態值(status)的轉換。只有類型為溫度、有害/可燃氣體、煙感的傳感器上報的狀態值，才會用來作為風機控制的依據。
所述風機的工作模式包括「停止」、「低速運行」和「高速運行」三種模式。
所述步驟c中，確定風機當前應輸出的工作模式的過程為：
步驟(c1)：根據實時接收的煙感狀態，判斷是否煙感告警，若是，則風機輸出模式為「停止」，不再執行以下步驟；否則，繼續下一步；
步驟(c2)：根據有害氣體濃度和的可燃氣體濃度實際狀態值分別與預設有害氣體濃度告警閾值和預設可燃氣體濃度告警閾值的比較，判斷是否氣體告警，若是，風機輸出模式為「高速運行」，不再執行以下步驟；否則，繼續下一步；
步驟(c3)：根據環境溫度實際狀態值與相應溫度閾值比較：
若環境溫度實際狀態值不低於第一溫度閾值或低於第二溫度閾值，則風機輸出模式為「停止」；
若溫度不低於第二溫度閾值且低於第三溫度閾值，風機輸出模式為「低速運行」；
若溫度不低於第三溫度閾值且低於第一溫度閾值，風機輸出模式為「高速運行」，分析判斷結束；其中，第一溫度閾值大於第三溫度閾值，第三溫度閾值大於第二溫度閾值。
一種隧道內環境檢測及風機聯動控制裝置，包括所述的隧道內環境檢測及風機聯動控制器，所述隧道內環境檢測及風機聯動控制器與環境傳感器相連。
一種隧道內環境檢測及風機聯動控制裝置的控制方法，包括：
環境傳感器檢測隧道內環境信息，並傳送至隧道內環境檢測及風機聯動控制器；隧道內環境檢測及風機聯動控制器實時接收煙感狀態、風機當前運行狀態以及環境傳感器傳送來的隧道內環境信息AD值；所述隧道內環境信息AD值包括有害氣體濃度AD值、可燃氣體濃度AD值和環境溫度AD值；
隧道內環境檢測及風機聯動控制器根據隧道內環境信息AD值來計算相應環境傳感器的實際狀態值；
隧道內環境檢測及風機聯動控制器根據環境傳感器的實際狀態值與環境傳感器預設告警閾值的比較以及煙感狀態，確定風機當前應輸出的工作模式；
隧道內環境檢測及風機聯動控制器將風機當前運行狀態與風機當前應輸出的工作模式所對應的運行狀態比較，最終判斷並輸出是否切換風機工作模式的指令。
隧道內環境檢測及風機聯動控制器根據相應環境傳感器的數模轉換位數以及所對應的量程範圍，計算得到環境傳感器的實際狀態值。
所述風機的工作模式包括「停止」、「低速運行」和「高速運行」三種模式。
確定風機當前應輸出的工作模式的過程為：
步驟(c1)：根據實時接收的煙感狀態，判斷是否煙感告警，若是，則風機輸出模式為「停止」，不再執行以下步驟；否則，繼續下一步；
步驟(c2)：根據有害氣體濃度和的可燃氣體濃度實際狀態值分別與預設有害氣體濃度告警閾值和預設可燃氣體濃度告警閾值的比較，判斷是否氣體告警，若是，風機輸出模式為「高速運行」，不再執行以下步驟；否則，繼續下一步；
步驟(c3)：根據環境溫度實際狀態值與相應溫度閾值比較：
若環境溫度實際狀態值不低於第一溫度閾值或低於第二溫度閾值，則風機輸出模式為「停止」；
若溫度不低於第二溫度閾值且低於第三溫度閾值，風機輸出模式為「低速運行」；
若溫度不低於第三溫度閾值且低於第一溫度閾值，風機輸出模式為「高速運行」，分析判斷結束；其中，第一溫度閾值大於第三溫度閾值，第三溫度閾值大於第二溫度閾值。
本發明的有益效果為：
(1)本發明的隧道內環境檢測及風機聯動控制裝置，能夠避免網絡延時及網絡傳輸故障，提高了風機控制的實時性和可靠性。
(2)本發明的該控制裝置可根據現場安裝的傳感器的種類和數量，進行靈活配置使用，可同時對1臺或多颱風機進行綜合分析控制，智能化程度較高。
(3)本發明的該控制裝置支持標準氣體傳感器、標準環境監測傳感器、標準安防和消防設備的接入，具有廣泛的適應性。
附圖說明
圖1是本發明的隧道內環境檢測及風機聯動控制器的結構示意圖；
圖2為本發明的實際狀態值計算流程圖；
圖3為本發明的確定風機當前應輸出的工作模式流程圖；
圖4為本發明的隧道內環境檢測及風機聯動控制裝置的控制方法流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖與實施例對本發明做進一步說明：
圖1是本發明的隧道內環境檢測及風機聯動控制器的結構示意圖。如圖1所示的隧道內環境檢測及風機聯動控制器包括：
信息接收模塊，其用於實時接收煙感狀態、風機當前運行狀態以及環境傳感器傳送來的隧道內環境信息AD值；所述隧道內環境信息AD值包括有害氣體濃度AD值、可燃氣體濃度AD值和環境溫度AD值；
實際狀態值計算模塊，其用於根據隧道內環境信息AD值來計算相應環境傳感器的實際狀態值；
風機工作模式分析模塊，其用於根據環境傳感器的實際狀態值與環境傳感器預設告警閾值的比較以及煙感狀態，確定風機當前應輸出的工作模式；
風機工作模式切換模塊，其用於將風機當前運行狀態與風機當前應輸出的工作模式所對應的運行狀態比較，最終判斷並輸出是否切換風機工作模式的指令。
本發明的隧道內環境檢測及風機聯動控制器，能夠避免網絡延時及網絡傳輸故障，提高了風機控制的實時性和可靠性。
本發明的隧道內環境檢測及風機聯動控制器的工作方法，包括：
步驟a：實時接收煙感狀態、風機當前運行狀態以及環境傳感器傳送來的隧道內環境信息AD值；所述隧道內環境信息AD值包括有害氣體濃度AD值、可燃氣體濃度AD值和環境溫度AD值。
其中，煙感狀態(0：正常；1：煙感報警)；風機運行狀態(0：停止；1：運行)。
步驟a中的環境傳感器包括氣體傳感器和溫度傳感器。
步驟b：根據隧道內環境信息AD值來計算相應環境傳感器的實際狀態值；
採用0-5V作為信號輸入的傳感器，控制裝置都可進行採集，由於採集的狀態值為AD值，所以需要進行AD值到實際狀態值(status)的轉換。只有類型為溫度、有害/可燃氣體、煙感的傳感器上報的狀態值，才會用來作為風機控制的依據；
如圖2所示，實際狀態值計算處理流程包括：
(2-1)設置傳感器的量程下限(rMin)、量程上限(rMax)、校正係數(adjust)、偏移係數(offset)、低告警值(aMin)、高告警值(aMax)、傳感器類型(dType，1：溫度；2：有害/可燃氣體；3：煙感；4：風機運行狀態；255：其他)；
(2-2)採集傳感器的AD值(ad)，目前控制裝置採用12位AD採集，即AD值採集範圍為[0,4095]；
(2-3)根據AD值計算實際狀態值(status)。設置校正係數和偏移係數，目的是為了對計算結果進行修正，如果校正係數設置為1，偏移係數設置為0，那麼將不會對計算結果進行修正。
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其中，ad為隧道內環境信息AD值；rMin為環境傳感器的量程下限；rMax為環境傳感器的量程上限；adjust為校正係數；offset為偏移係數；aMin為低告警值；aMax為高告警值；其中，rMin、rMax、adjust、offset、aMin和aMax均為環境傳感器相匹配預設的常量。
步驟c：根據環境傳感器的實際狀態值與環境傳感器預設告警閾值的比較以及煙感狀態，確定風機當前應輸出的工作模式；
風機的工作模式包括「停止」、「低速運行」和「高速運行」三種模式。
步驟c中，確定風機當前應輸出的工作模式的過程為：
步驟(c1)：根據實時接收的煙感狀態，判斷是否煙感告警，若是，則風機輸出模式為「停止」，不再執行以下步驟；否則，繼續下一步；
步驟(c2)：根據有害氣體濃度和的可燃氣體濃度實際狀態值分別與預設有害氣體濃度告警閾值和預設可燃氣體濃度告警閾值的比較，判斷是否氣體告警，若是，風機輸出模式為「高速運行」，不再執行以下步驟；否則，繼續下一步；
步驟(c3)：根據環境溫度實際狀態值與相應溫度閾值比較：
若環境溫度實際狀態值不低於第一溫度閾值或低於第二溫度閾值，則風機輸出模式為「停止」；
若溫度不低於第二溫度閾值且低於第三溫度閾值，風機輸出模式為「低速運行」；
若溫度不低於第三溫度閾值且低於第一溫度閾值，風機輸出模式為「高速運行」，分析判斷結束；其中，第一溫度閾值大於第三溫度閾值，第三溫度閾值大於第二溫度閾值。
如圖3所示，確定風機當前應輸出的工作模式的過程為：
以風機可運行在「停止」、「低速運行」、「高速運行」三種模式下，目前，控制裝置可同時控制4颱風機為例，第一溫度閾值為40℃，第二溫度閾值為28℃，第三溫度閾值為35℃。
風機工作模式分析確定，處理流程包括：
(3-1)煙感告警，風機輸出模式為「停止」，分析判斷結束，否則繼續按步驟執行。因為煙感產生告警，說明可能發生了火災，如果控制風機運行，將可能導致火災的快速蔓延。煙感狀態(0：正常；1：煙感報警)可直接從煙感傳感器中讀取；
(3-2)氣體告警，風機輸出模式為「高速運行」，分析判斷結束，否則繼續按步驟執行。因為有害氣體或可燃氣體超標，可能危及人身安全，為儘快消除隱患，需儘快將有害氣體或可燃氣體排出，達到換氣的目的。當經過計算的實際狀態值(status)低於低告警值或高於高告警值，則氣體為告警狀態；
(3-3)溫度大於等於40℃或低於28℃，風機輸出模式為「停止」；溫度大於等於28℃且低於35℃，風機輸出模式為「低速運行」，溫度大於等於35℃且低於40℃，風機輸出模式為「高速運行」，分析判斷結束。由於隧道內安裝有多迴路電纜，電纜運行發熱導致隧道內溫度升高，根據溫度值控制風機運行狀態，可調節隧道內環境溫度，起到降溫的目的。上述40℃、35℃、32℃、28℃為預設值，實際使用過程中可進行根據現場情況進行調整設定。
步驟d：將風機當前運行狀態與風機當前應輸出的工作模式所對應的運行狀態比較，最終判斷並輸出是否切換風機工作模式的指令。
本發明的隧道內環境檢測及風機聯動控制器的該方法，能夠避免網絡延時及網絡傳輸故障，提高了風機控制的實時性和可靠性。
本發明的該隧道內環境檢測及風機聯動控制器可根據現場安裝的傳感器的種類和數量，進行靈活配置使用，可同時對1臺或多颱風機進行綜合分析控制，智能化程度較高。
本發明還提供了中隧道內環境檢測及風機聯動控制裝置，包括所述的隧道內環境檢測及風機聯動控制器，所述隧道內環境檢測及風機聯動控制器與環境傳感器相連。
本發明的隧道內環境檢測及風機聯動控制裝置的控制方法，包括：
環境傳感器檢測隧道內環境信息，並傳送至隧道內環境檢測及風機聯動控制器；隧道內環境檢測及風機聯動控制器實時接收煙感狀態、風機當前運行狀態以及環境傳感器傳送來的隧道內環境信息AD值；所述隧道內環境信息AD值包括有害氣體濃度AD值、可燃氣體濃度AD值和環境溫度AD值；
隧道內環境檢測及風機聯動控制器根據隧道內環境信息AD值來計算相應環境傳感器的實際狀態值；
隧道內環境檢測及風機聯動控制器根據環境傳感器的實際狀態值與環境傳感器預設告警閾值的比較以及煙感狀態，確定風機當前應輸出的工作模式；
隧道內環境檢測及風機聯動控制器將風機當前運行狀態與風機當前應輸出的工作模式所對應的運行狀態比較，最終判斷並輸出是否切換風機工作模式的指令。
如圖4所示，本發明的隧道內環境檢測及風機聯動控制裝置的控制方法，包括AD值採集、實際狀態值計算、風機工作模式分析、風機工作模式切換4個步驟：
(1)AD值採集。控制裝置採集隧道內環境信息。採用0-5V作為信號輸入的傳感器，控制裝置都可進行採集，由於採集的狀態值為AD值，所以需要進行AD值到實際狀態值(status)的轉換。只有類型為溫度、有害/可燃氣體、煙感的傳感器上報的狀態值，才會用來作為風機控制的依據；
(2)實際狀態值計算。控制裝置根據採集的傳感器的AD值，計算實際狀態值。實際狀態值計算依據每個傳感器預先設定的量程下限、量程上限、校正係數、偏移係數進行計算；
採用0-5V作為信號輸入的傳感器，控制裝置都可進行採集，由於採集的狀態值為AD值，所以需要進行AD值到實際狀態值(status)的轉換。只有類型為溫度、有害/可燃氣體、煙感的傳感器上報的狀態值，才會用來作為風機控制的依據；
如圖2所示，實際狀態值計算處理流程包括：
(2-1)設置傳感器的量程下限(rMin)、量程上限(rMax)、校正係數(adjust)、偏移係數(offset)、低告警值(aMin)、高告警值(aMax)、傳感器類型(dType，1：溫度；2：有害/可燃氣體；3：煙感；4：風機運行狀態；255：其他)；
(2-2)採集傳感器的AD值(ad)，目前控制裝置採用12位AD採集，即AD值採集範圍為[0,4095]；
(2-3)根據AD值計算實際狀態值(status)。設置校正係數和偏移係數，目的是為了對計算結果進行修正，如果校正係數設置為1，偏移係數設置為0，那麼將不會對計算結果進行修正。
s t a t u s = a d 4096 * ( r M a x - r M i n ) + r M i n * a d j u s t + o f f s e t ]]>
其中，ad為隧道內環境信息AD值；rMin為環境傳感器的量程下限；rMax為環境傳感器的量程上限；adjust為校正係數；offset為偏移係數；aMin為低告警值；aMax為高告警值；其中，rMin、rMax、adjust、offset、aMin和aMax均為環境傳感器相匹配預設的常量。
(3)風機工作模式分析。控制裝置進行綜合分析判斷，確定風機當前應輸出的工作模式。控制裝置可工作在自動控制模式和遠程控制模式，控制裝置只有配置為自動控制模式，才會對本裝置連接的風機進行自動控制。
以風機可運行在「停止」、「低速運行」、「高速運行」三種模式下，目前，控制裝置可同時控制4颱風機為例，第一溫度閾值為40℃，第二溫度閾值為28℃，第三溫度閾值為35℃。
風機工作模式分析確定，處理流程包括：
(3-1)煙感告警，風機輸出模式為「停止」，分析判斷結束，否則繼續按步驟執行。因為煙感產生告警，說明可能發生了火災，如果控制風機運行，將可能導致火災的快速蔓延。煙感狀態(0：正常；1：煙感報警)可直接從煙感傳感器中讀取；
(3-2)氣體告警，風機輸出模式為「高速運行」，分析判斷結束，否則繼續按步驟執行。因為有害氣體或可燃氣體超標，可能危及人身安全，為儘快消除隱患，需儘快將有害氣體或可燃氣體排出，達到換氣的目的。當經過計算的實際狀態值(status)低於低告警值或高於高告警值，則氣體為告警狀態；
(3-3)溫度大於等於40℃或低於28℃，風機輸出模式為「停止」；溫度大於等於28℃且低於35℃，風機輸出模式為「低速運行」，溫度大於等於35℃且低於40℃，風機輸出模式為「高速運行」，分析判斷結束。由於隧道內安裝有多迴路電纜，電纜運行發熱導致隧道內溫度升高，根據溫度值控制風機運行狀態，可調節隧道內環境溫度，起到降溫的目的。上述40℃、35℃、32℃、28℃為預設值，實際使用過程中可進行根據現場情況進行調整設定。
(4)風機工作模式切換。控制裝置採集風機運行狀態，並進行風機工作模式切換。控制裝置在進行風機本地自動控制過程中，會進行防抖動處理，避免風機的頻繁啟停，因為大功率設備進行頻繁啟停，容易導致設備故障。
控制裝置採集隧道內環境信息。包括：有害氣體濃度AD值、可燃氣體濃度AD值、環境溫度AD值、煙感狀態(0：正常；1：煙感報警)；所述步驟(1)中，採用0-5V作為信號輸入的傳感器，控制裝置都可進行接入，如：氧氣、一氧化碳、甲烷、硫化氫等氣體傳感器，溫度傳感器等。作為開關量輸入的傳感器，控制裝置都可進行接入，如：煙感狀態(0：正常；1：煙感報警)、風機運行狀態(0：停止；1：運行)。
隧道內環境檢測及風機聯動控制器根據相應環境傳感器的數模轉換位數以及所對應的量程範圍，計算得到環境傳感器的實際狀態值。
上述雖然結合附圖對本發明的具體實施方式進行了描述，但並非對本發明保護範圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護範圍以內。