JP4220344B2 - Tunnel ventilation control apparatus and method - Google Patents
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Description
本発明は、トンネル内を換気する制御装置に係り、とりわけ分岐部や合流部を備えた都市型トンネルに対して、排気と送気を組み合わせて換気する横流型換気制御に関する。 The present invention relates to a control device for ventilating the inside of a tunnel, and more particularly to a cross-flow type ventilation control for ventilating a city-type tunnel having a branching section and a merging section by combining exhaust and air supply.
従来、トンネル内に送風機と排風機を備えた横流換気方式に関して以下の方式があった。特許文献1ではトンネル内の汚染状態に着目し、それほど汚染されていない場合、交通流の上流側では送風量を排風量より大きくし、交通流の下流側では排風量を送風量より大きくする。一方、トンネル内の汚染状態が悪く、トンネル出口からの汚染排出量が大きい場合には、交通流の上流側では排風量を送風量より大きくし、下流側では送風量を排風量より大きくする運転方式であった。 Conventionally, there have been the following methods with respect to a cross-flow ventilation method in which a blower and an exhaust fan are provided in a tunnel. In Patent Document 1, attention is paid to the contamination state in the tunnel, and when there is not much contamination, the air flow rate is made larger than the exhaust air amount on the upstream side of the traffic flow, and the exhaust air amount is made larger than the air flow rate on the downstream side of the traffic flow. On the other hand, when the pollution inside the tunnel is poor and the amount of pollution discharged from the tunnel exit is large, the operation is to make the exhaust air volume larger than the air flow rate upstream of the traffic flow and to make the air flow rate larger than the air exhaust air downstream. It was a method.
また特許文献2では、分岐部や合流部を有するトンネルの換気状態に関する予測演算の精度を向上させる換気方法として、トンネルをセクションに分割し、各々のセクション毎に流通する空気に関する運動方程式を立て、これらを連立して解くことでトンネル内の風速分布を演算する手法が示されている。
Moreover, in
特許文献1の手法では、送風量と排風量を個別に制御することについて示しているが、分岐部や合流部を有したトンネルへの適用を考慮していない。このため記載されている単純な送気量と排気量の決定方法を適用した場合、分岐部や合流部の直前で風速が著しく小さくなったり、出口で適切な逆風が作れない等の理由で、汚染濃度がトンネル内で部分的に悪化したり、汚染物が坑口から漏れ出す等の問題が生じる場合がある。 Although the method of Patent Document 1 shows that the air volume and the exhaust air volume are individually controlled, application to a tunnel having a branching section or a merging section is not considered. For this reason, when applying the simple method for determining the amount of air supply and exhaust volume described, the wind speed is significantly reduced immediately before the branching part and the merging part, or an appropriate headwind cannot be created at the outlet. There may be a problem that the contamination concentration partially deteriorates in the tunnel, or the contaminants leak from the wellhead.
また特許文献2の手法では、分岐合流部を有したトンネル内の風速分布を得る手法について記載しているが、送排気量の決定方法としては、予測された風速分布が望ましい範囲に納まることを条件に送排風量を修正するのみである。トンネルの規模が大きくなり、分岐合流部が増えると、計算の対象となるセクション数が増大するとともに換気所の数も増え、送気と排気の組み合わせは膨大となる。特許文献2ではこの点への考慮がなされていないため、送気と排気の多数の組み合わせについて逐一風速分布を計算して良好な解を探索するので、解を得るための計算時間が膨大になる。また送排風量の修正を繰り返す特許文献2の手法は計算時間を少なくできるが、計算結果は最初に設定した送排風量に依存したものとなり、適切な解を算出できない場合がある。
In addition, the technique of
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を克服し、分岐合流部を有する複雑なトンネルに対しても短時間に排気量と送気量を算出して換気制御を行えるトンネル換気制御方法および装置を提供することにある。また、トンネル換気制御装置のパラメータの遠隔調整サービスの方法を提供することにある。 An object of the present invention is to overcome the above-mentioned problems of the prior art, and a tunnel ventilation control method capable of performing ventilation control by calculating an exhaust amount and an air supply amount in a short time even for a complex tunnel having a branching and merging portion, and To provide an apparatus. Another object of the present invention is to provide a remote adjustment service method for parameters of a tunnel ventilation control device.
本発明では上記問題を解決するために、排気量を決定する排気量決定手段と送気量を決定する送気量決定手段を独立して備え、それぞれを異なった指針で別個に動作させる方式とした。すなわち排気量決定手段はトンネル内の煤煙濃度にしたがって排気量を決定し、送気量決定手段は決定された排気量とトンネル内風速に着目して送気量を決定する方式とした。 In the present invention, in order to solve the above problem, an exhaust amount determination means for determining an exhaust amount and an air supply amount determination means for determining an air supply amount are independently provided, and each is operated separately with different pointers. did. That is, the exhaust amount determination means determines the exhaust amount according to the smoke concentration in the tunnel, and the air supply amount determination means determines the air supply amount by paying attention to the determined exhaust amount and the wind speed in the tunnel.
排気量決定手段は、トンネル内の煤煙濃度が所定の範囲に納まるように排気量を決定する。この後、送気量決定手段は分岐合流部前後やトンネルの出口風速が所定の範囲となるように、送気量を決定する。さらに排気量決定手段はトンネル内で検出した煤煙濃度値を用いたフィードバック制御で排気量を決定し、送気量決定手段は予測モデルを用いたフィードフォワード制御で送気量を決定する方式とした。 The exhaust amount determining means determines the exhaust amount so that the smoke concentration in the tunnel falls within a predetermined range. Thereafter, the air supply amount determining means determines the air supply amount so that the wind speed before and after the branching / merging portion and the exit of the tunnel is within a predetermined range. Furthermore, the exhaust amount determination means determines the exhaust amount by feedback control using the smoke concentration value detected in the tunnel, and the air supply amount determination means determines the air supply amount by feedforward control using a prediction model. .
送気量と排気量をそれぞれ適切に算出する手段を備えたことで、分岐合流部を有したトンネルに対しても煤煙濃度が悪化したりすることなく換気制御を行うことができる。また排気量を算出する演算と送気量を算出する演算を別個に行うことで、送排気量を一括して演算する場合に比べ、解の組み合わせ数が大幅に低減され、計算時間が短縮できる。 By providing means for appropriately calculating the air supply amount and the exhaust amount, ventilation control can be performed without deteriorating the smoke concentration even for a tunnel having a branching / merging portion. Also, by separately performing the calculation to calculate the exhaust amount and the calculation to calculate the air supply amount, the number of solution combinations can be greatly reduced and the calculation time can be shortened compared to the case of calculating the exhaust and exhaust amount collectively. .
本発明によれば、送気量と排気量をそれぞれ適切に算出する手段を備えたことで、分岐合流部を有した複雑なトンネルに対しても煤煙濃度が悪化したりすることなく換気制御を行うことができる。また排気量を算出する演算と送気量を算出する演算を別個に行い、さらに排気量を確定してから送気量の算出を行うため、送排気量を一括して演算する場合に比べ、解の組み合わせ数が大幅に低減され、計算時間が短縮できる。 According to the present invention, by providing means for appropriately calculating the air supply amount and the exhaust amount, ventilation control can be performed without deteriorating the smoke concentration even for a complex tunnel having a branching junction. It can be carried out. In addition, the calculation to calculate the exhaust amount and the calculation to calculate the air supply amount are performed separately, and the exhaust amount is calculated after the exhaust amount is determined. The number of solution combinations is greatly reduced, and the calculation time can be shortened.
またパラメータの遠隔調整サービスを具備したことで、制御精度を長期間に渡って維持することができる。 In addition, since the parameter remote adjustment service is provided, the control accuracy can be maintained over a long period of time.
以下、本発明の実施例を図面にしたがって詳細に説明する。図1は本発明によるトンネル換気制御装置の第1の実施例を示す。制御装置100は制御対象150に備えられた各種検出器からの信号を取りこみ、トンネル151内部の空気を適切に換気するために制御対象150に備えられた排気手段170、送気手段171を制御するための信号を出力する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a first embodiment of a tunnel ventilation control apparatus according to the present invention. The
本実施例では説明を簡単にするため、制御対象150としては一方通行のトンネルに対して、横流式と呼ばれるトンネルの長手方向に排気ダクト172と送気ダクト173を備え、トンネルの長手方向と垂直に空気の流れを作り換気するシステムを例に説明する。空気の流れを作るために排気手段170と送気手段171が取り付けられており、制御装置100からの指令に従いそれぞれ排気ダクト172と送気ダクト173の空気の流れを制御する。
In the present embodiment, in order to simplify the explanation, the
本実施例でトンネル151内には、以下の検出器が取り付けられている。風向、風力を検出するAV計156、煤煙濃度を検出するVI計157である。以下風向、風力の値をAV値、煤煙濃度の値をVI値と称する場合がある。
In the present embodiment, the following detectors are mounted in the tunnel 151. An AV meter 156 that detects wind direction and wind force, and a
制御装置100は、検出器からの信号でトンネル内の現在の状態を検出しつつ、トンネルを換気するために適切な排気量と送気量を決定し、出力する。制御装置100は状態量検出手段101、排気量決定手段102、送気量決定手段103を備えている。状態量検出手段101は、制御対象150のトンネル151内部に設置されたAV計156、VI計157からの検出値を取りこみ、VI値を排気量決定手段102に、AV値を送気量決定手段103に出力する。排気量決定手段102はVI値から排気量を決定する。また送気量決定手段103は排気量決定手段102が決定した排気量とAV値とから送気量を決定する。
The
図2に排気量決定手段102が実行するアルゴリズムを示す。S2−1で状態検出手段101から出力されたVI値を取り込む。そして、(1)式にしたがって排気量A1を算出する。
A1=A0+GA(VI〜−VI0) (1)
ただし、A0:現在の排気量、VI〜:VIの目標値、VI0:状態検出手段101から取り込んだVIの実績値、GA:比例ゲインである。
FIG. 2 shows an algorithm executed by the displacement determining means 102. In step S2-1, the VI value output from the
A 1 = A 0 + G A (VI ~ -VI 0) (1)
However, A 0 : current displacement, VI ~ : target value of VI, VI 0 : actual value of VI fetched from the state detecting means 101, and G A : proportional gain.
(1)式では現在の排気量に対して、取り込んだVI値が目標値より小さいときにはトンネル内の汚染が進んでいるとして排気量を増やす。またVI値が目標値より大きいときにはトンネル内が必要以上に浄化されていると判断し、効率運転の観点から排気量を小さくする操作を行う。(1)式には最も簡単な比例制御の例を示したが、比例積分制御としたり、不感帯を備えて制御を安定化させる等、改善方法は種々考えられる。 In equation (1), when the captured VI value is smaller than the target value with respect to the current exhaust amount, the exhaust amount is increased because contamination in the tunnel is proceeding. Further, when the VI value is larger than the target value, it is determined that the inside of the tunnel is more than necessary, and an operation for reducing the exhaust amount is performed from the viewpoint of efficient operation. Although the simplest example of proportional control is shown in equation (1), various improvement methods are conceivable, such as proportional-integral control or stabilization of a control with a dead zone.
図3に送気量決定手段102が実行するアルゴリズムを示す。S3−1で状態検出手段101から出力されたAV値を取り込む。S3−2で、排気量決定手段102から排気量を取り込む。S3−3で、(2)式にしたがって送気量B1を算出する。
B1=B0+(A1−A0)+GB(AV〜−AV0) (2)
ただし、B0:現在の送気量、A1:今回の排気量,A0:前回の排気量、AV〜:AVの目標値、AV0:状態検出手段101から取り込んだAVの実績値、GB:比例ゲインである。
FIG. 3 shows an algorithm executed by the air supply amount determining means 102. In step S3-1, the AV value output from the
B 1 = B 0 + (A 1 -A 0) + G B (AV ~ -AV 0) (2)
Where B 0 : current air supply amount, A 1 : current exhaust amount, A 0 : previous exhaust amount, AV ~ : target value of AV, AV 0 : actual value of AV captured from the state detection means 101, G B is a proportional gain.
(2)式では現在の送気量に対して、排気量の変化量(A1−A0)を次回の送気量に加えることで,排気量の変化が風速に与える影響を送気量でキャンセルする。その後,第3項で風速を調整するための送気量を加算する。 In equation (2), the change in the exhaust amount (A 1 -A 0 ) is added to the next air supply amount with respect to the current air supply amount, so that the effect of the change in the exhaust amount on the wind speed is shown. Cancel with. After that, the air supply amount for adjusting the wind speed is added in the third term.
取り込んだAV値が目標値より小さいときには送気量を増やし、目標値より大きいときには送気量を小さくする処理を行い、トンネル151のAV計設置点の風速を目標値に維持する。目標値は固定でも良いが、VI値等に関連して定義してもよい。 When the captured AV value is smaller than the target value, the air supply amount is increased, and when the acquired AV value is larger than the target value, the air supply amount is decreased, and the wind speed at the AV meter installation point of the tunnel 151 is maintained at the target value. The target value may be fixed, but may be defined in relation to the VI value or the like.
図4は本発明の第2の実施例の構成図で、送気量決定手段400が予測モデルを用いた予見制御で、最適な送気量を決定する場合の実施例を示す。予見制御を行うために、トンネル151にトンネル内に侵入する車両の台数、速度、大型車混入比を検出するトラフィックカウンタ462を備えている。
FIG. 4 is a block diagram of the second embodiment of the present invention, showing an embodiment in which the air supply amount determining means 400 determines the optimal air supply amount by the predictive control using the prediction model. In order to perform the preview control, a
制御装置100は送風量に関する何通りかの、次回の運転案を決定し出力する運転案生成部401を有する。この運転案生成部401の出力した運転案を採用した場合にどのような風向・風速、煤煙濃度、CO濃度になるかを予測し、さらにエネルギー消費量を予測モデル403を用いて算出する予測モデル演算部402を有する。この予測モデル演算部402の結果にしたがって運転案を評価する運転案評価部404、運転案の評価結果にしたがって次回の運転方式を決定する送気量決定部405から構成される。制御装置100は、検出器からの信号でトンネル内の現在の状態を検出しつつ、予測モデル403を用いて将来の状態を予測し、適切な送風量を決定する。
The
図5に運転案生成部401が実行するアルゴリズムを示す。まずS5−1で送気量決定部405から現在の送気量を取りこむ。次にS5−2で排気量決定手段102が算出した排気量を取り込む。そしてS5−3で次時刻の送気量の案を複数生成する。たとえば「送気量を20m3/分増加」のような案をいくつか生成する。通常は(2)式の第1項と第2項の和であるB0+(A1−A0)の近傍の送気量を運転案として生成すれば良いが、煤煙濃度が大きく変化した場合等には、広い範囲で多くの運転案を生成し、選択範囲を広げる必要性が生じる場合もある。
FIG. 5 shows an algorithm executed by the operation
図6に予測モデル演算部402が実行するアルゴリズムを示す。S6−1で制御対象150の各センサから現在の実績を取りこむ。また運転案生成部401から次回の送気量の運転案を取りこむ。運転案は通常複数生成されているが、その場合は各運転案に対して以下の処理を同じく行うことになる。
FIG. 6 shows an algorithm executed by the prediction
S6−2でトンネル内各部の風速を算出する。計算方法は、例えば「道路トンネル技術基準(換気編);同解説(社団法人日本道路境界編、昭和60年12月)」に詳しい。ここでは、トンネル内をいくつかのメッシュに分割し、トンネル内の気体流れのダイナミクスを記述した(3)式を用いることで、数値解析的に解いている。 In S6-2, the wind speed of each part in the tunnel is calculated. The calculation method is detailed in, for example, “Road Tunnel Technical Standards (Ventilation); Commentary (Japan Road Border Edition, December 1985)”. Here, the inside of the tunnel is divided into several meshes and solved numerically by using equation (3) describing the dynamics of the gas flow in the tunnel.
ここで、u:車道内風速、M:トンネル内空気の質量、f(u):外力の合計、t:時間である。 Here, u: wind speed in the roadway, M: mass of air in the tunnel, f (u): total external force, t: time.
S6−3でトンネル内部の煤煙濃度(VI値)、CO濃度(CO値)を算出する。各濃度は(4)式の対流拡散方程式に従うことが知られている。 In S6-3, the smoke concentration (VI value) and CO concentration (CO value) inside the tunnel are calculated. It is known that each concentration follows the convection diffusion equation (4).
ここで、u:車道内風速、D:拡散係数、c:煤煙または一酸化炭素濃度、q:汚染物質の排出量、t:時間、x:トンネル軸方向の位置である。 Here, u: wind speed in the roadway, D: diffusion coefficient, c: smoke or carbon monoxide concentration, q: discharge amount of pollutants, t: time, x: position in the tunnel axis direction.
同様にトンネル内をいくつかのメッシュに分割した上で、S6−2で得た風速をuに適用し、さらに境界条件としてトンネル入口と出口のVI、CO値を0とすることで、トンネル各部位のVI、CO濃度を算出できる。 Similarly, after dividing the inside of the tunnel into several meshes, the wind speed obtained in S6-2 is applied to u, and the VI and CO values at the tunnel entrance and exit are set to 0 as boundary conditions. The VI and CO concentration of the part can be calculated.
さらにS6−4で取りこんだ排気量と送気量の運転案に対して、排気手段170、送気手段171を動作させるのに必要な電力消費量を算出する。電力消費量は簡単に算出することもできるが、排気量と送気量にしたがった値を予めテーブルに蓄えておいても良い。 Furthermore, the power consumption required to operate the exhaust means 170 and the air supply means 171 is calculated for the operation plan of the exhaust amount and the air supply amount taken in S6-4. The power consumption can be easily calculated, but values according to the exhaust amount and the air supply amount may be stored in a table in advance.
また運転案に対して、排気手段170、送気手段171で運転されているファンの台数が変化するかどうかを調べ、起動停止回数を算出する。ファンの運転台数を現在の運転台数に対して1台起動もしくは停止させる必要がある場合には、起動回数を1とする等で、簡単に対応付けることができる。 In addition, for the operation plan, it is examined whether or not the number of fans operated by the exhaust means 170 and the air supply means 171 changes, and the number of start and stop is calculated. When it is necessary to start or stop the number of operating fans with respect to the current number of operating units, the number of starting operations can be easily set to 1 or the like.
以上のようにして運転案生成部401が提示した運転案について、これを採用したときの制御結果の予測値およびエネルギー消費量等を算出する。運転案は通常複数提示されるが、その場合には各運転案毎に同様の処理を繰り返し、対応した制御結果の予測値およびエネルギー消費量等を算出する必要がある。
As described above, for the driving plan presented by the driving
図7に運転案評価部が行う処理を示す。運転案評価部405では、運転案生成部401が生成した複数の運転案のそれぞれについて、実現される制御量(AV値、VI値、CO値)、エネルギー消費量等の適切性(最も適切な運転案を選ぶ)を評価し、運転案選択の基準を生成する。本実施例では予見ファジィ推論を用いて運転案を評価し、運転方式を決定する場合を示す。
FIG. 7 shows processing performed by the operation plan evaluation unit. In the operation
予見ファジィは図8、図9に示すルールとメンバシップ関数の組み合わせからなり、ルールは「IF:運転案AによりAV値が満足、THEN:運転案Aを採用」のように、予見ファジィ特有の形態となっている。 The prediction fuzzy consists of a combination of the rules and membership functions shown in FIGS. 8 and 9, and the rule is unique to the prediction fuzzy, such as “IF: AV value is satisfied by operation plan A, THEN: operation plan A is adopted”. It has a form.
まずS7−1で、各制御量やエネルギー消費量の予測値を取りこむ。次にS7−2でメンバシップ関数を用いて予測値の適合度を算出する。適合度が大きいほど望ましい制御結果が実現されたことを示している。 First, in S7-1, a predicted value of each control amount and energy consumption is captured. Next, in S7-2, the fitness of the predicted value is calculated using the membership function. It shows that the desired control result is realized as the degree of conformity is larger.
図8、図9はメンバシップ関数を用いてAVの予測値に対する適合度を算出する例を示している。図8では予測AV値が3.7(m/s)、メンバシップ関数(満足度関数)の形状として図8の形状を仮定すると、適合度は矢印のような操作で0.4となる。図9では、エネルギー消費量が60kw/h増加、メンバシップ関数(満足度関数)の形状として図9の形状を仮定すると、適合度は矢印のような操作で0.2となる。同様の操作で、他の緒量の適合度も得ることができる。 FIG. 8 and FIG. 9 show examples in which the degree of fitness for the predicted AV value is calculated using the membership function. In FIG. 8, when the predicted AV value is 3.7 (m / s) and the shape of FIG. 8 is assumed as the shape of the membership function (satisfaction function), the fitness is 0.4 by an operation like an arrow. In FIG. 9, assuming that the energy consumption amount is increased by 60 kw / h and the shape of FIG. 9 is assumed as the shape of the membership function (satisfaction function), the fitness is 0.2 by an operation like an arrow. In the same manner, other degrees of conformity can be obtained.
最後にS7−3で送気量に関する各運転案jの総合満足度Wjを算出する。総合満足度Wjは例えば(5)式で算出する。
Wj=β1AVI1+β2ACO1+β3AAV1+β4AEH+… (5)
ただし、AVI1:VI1の適合度、ACO1:CO1の適合度、AAV1:AV1の適合度、AEH:エネルギー消費量の適合度、β1、β2、β3、β4、…:各評価ファクターの適合度に乗じる重みで、各評価ファクターの重要度に対応する。
Finally, in S7-3, the overall satisfaction level Wj of each operation plan j regarding the air supply amount is calculated. The overall satisfaction level Wj is calculated by, for example, equation (5).
Wj = β1AVI1 + β2ACO1 + β3AAV1 + β4AEH + (5)
However, AVI1: VI1 fitness, ACO1: CO1 fitness, AAV1: AV1 fitness, AEH: Energy consumption fitness, β1, β2, β3, β4, etc .: Multiplied by the fitness of each evaluation factor The weight corresponds to the importance of each evaluation factor.
例えばAV値とエネルギー消費量を重要視する場合には、β1とβ4を相対的に大きくすれば良い。あるいは重要度の高いファクターのみを選択的に用いて総合満足度の評価対象にしても良い。このようにして運転案jに対応した総合満足度を算出できる。同様にして他の運転案の総合満足度を算出する。 For example, when importance is attached to the AV value and the energy consumption, β1 and β4 may be made relatively large. Alternatively, only a factor having high importance may be selectively used as an evaluation target of overall satisfaction. In this way, the total satisfaction level corresponding to the operation plan j can be calculated. In the same manner, the overall satisfaction level of other driving plans is calculated.
図10に送気量決定部406が実行する処理を示す。S10−1で各運転案について総合満足度を計算した結果から最も望ましい運転案を選択する。そしてS10−2で、選択した送気量を送気手段171に出力する。 FIG. 10 shows a process executed by the air supply amount determination unit 406. In S10-1, the most desirable operation plan is selected from the result of calculating the overall satisfaction for each operation plan. In step S10-2, the selected air supply amount is output to the air supply means 171.
図11に本発明の第3の実施例を示す。複数の合流、分岐部を有した複雑トンネルに本発明を適用した場合の実施例である。制御対象1150は上りと下りの本線が複数箇所支線でつながれた複雑トンネルであり、上り本線は上り本線入口1101から上り本線出口1102まで、下り本線は下り本線入口1104から下り本線出口1103までの区間である。
FIG. 11 shows a third embodiment of the present invention. This is an embodiment when the present invention is applied to a complex tunnel having a plurality of merging and branching portions. The
両本線はいくつかの支線でつながれており、それぞれ支線出入口1105〜1109から車の流出入がある。上り本線は例えば上り分合流部1151のような分合流部で支線とつながっており、下り本線は例えば下り分合流部1152のような分合流部で支線とつながっている。センサ1120〜1136は、VI計、CO計、AV計がまとめて設置されている。
The two main lines are connected by several branch lines, and there are vehicles flowing in and out from the branch line entrances 1105-1109. The upstream main line is connected to a branch line at a branching / merging part such as an upstream branching / merging part 1151, and the downstream main line is connected to a branching line at a branching / merging part such as a downstream branching / merging part 1152. For the
このような大規模トンネルには通常複数の換気所があり、本実施例では換気所1110〜1113が分担してトンネル内の換気制御を行っている。換気所1113を例にとると、換気所1113の排気ダクト1141からの排気および換気所1113の送気ダクト1142からの送気によりトンネルの該当部分の換気を行う。
Such a large-scale tunnel usually has a plurality of ventilation stations, and in this embodiment,
制御装置1101は第1の実施例と同様に、状態検出手段1101、排気量決定手段1102、送気量決定手段1103から構成されている。状態量検出手段101は、制御対象1150に設置された多数のAV計、VI計からの検出値を取りこみ、VI値を排気量決定手段1102に、AV値を送気量決定手段1103に出力する。排気量決定手段1102はVI値から排気量を決定する。また送気量決定手段1103は排気量決定手段1102が決定した排気量とAV値とから送気量を決定する。
As in the first embodiment, the
図12に排気量決定手段1102が実行するアルゴリズムを示す。S12−1で状態量検出手段1101からVIの検出値を取りこむ。VIの検出値が複数であることが第1の実施例と異なる。S12−2で多変数フィードバック制御で各換気所の排気量を算出する。本実施例では換気所1110〜1113の4換気所の例を示す。各換気所の時刻tにおける排気量をベクトルAtの形態で(6)式に示す。
At =(a0、a1、a2、a3) (6)
トンネル内に設置されたVI計の時刻tにおける検出値のベクトルVtを(7)式に示す。本実施例では1120〜1136の17個のセンサにVI計が備えられている例を示す。
Vt =(v0、v1、……、v16) (7)
またVIの目標値Vcを(8)式に示す。
Vc =(vc0、vc1、……、vc16) (8)
次に、VI計で検出したVIの帰還値とVの偏差に対して、操作する換気所を対応付ける多変数制御行列Fを(9)式で定義する。
FIG. 12 shows an algorithm executed by the
A t = (a 0, a 1, a 2, a 3) (6)
The detected value vector Vt at the time t of the VI meter installed in the tunnel is shown in equation (7). In this embodiment, an example in which 17
V t = (v 0 , v 1 ,..., V 16 ) (7)
Further, the target value Vc of VI is shown in equation (8).
V c = (vc 0 , vc 1 ,..., Vc 16 ) (8)
Next, a multivariable control matrix F that associates the ventilator to be operated with the feedback value of VI detected by the VI meter and the deviation of V is defined by equation (9).
ここでfijはi番目のVI計からの帰還値と目標値との偏差に対してj番目の換気所の排気手段が施す制御操作の集合で、(10)式で表される。
fij=(Gij、Dpij、Dnij、Lpij、Lnij) (10)
ただし、Gij:制御ゲイン、Dpij:下限不感帯、Dnij:上限不感帯、Lpij:風量変化上限リミッタ、Lnij:風量変化下限リミッタである。このとき多変数フィードバック制御の制御則は(11)式で表される。
(At+1)t=(At)t+ΔA
=(At)t+F*( [Vc−Vt] )t (11)
ここで、*はΔAを算出するためのオペレーションで、(12)式で表される。
Here, f ij is a set of control operations performed by the exhaust means of the j-th ventilator with respect to the deviation between the feedback value from the i-th VI meter and the target value, and is expressed by the equation (10).
f ij = (G ij , D pij , D nij , L pij , L nij ) (10)
Where G ij is a control gain, D pij is a lower dead zone, D nij is an upper dead zone, L pij is an air flow change upper limiter, and L nij is an air flow change lower limiter. At this time, the control law of the multivariable feedback control is expressed by equation (11).
(A t + 1 ) t = (A t ) t + ΔA
= (A t ) t + F * ([V c −V t ]) t (11)
Here, * is an operation for calculating ΔA, and is expressed by equation (12).
このような一括演算の結果、最終的には(11)式の(At+1)tの要素として各換気所の排気手段の排気量が決定される。 As a result of such collective calculation, the exhaust amount of the exhaust means of each ventilation station is finally determined as an element of (A t + 1 ) t in the equation (11).
図13に送気量決定手段1103が実行するアルゴリズムを示す。S13−1で状態量検出手段1101からトンネル内の風速値を取り込む。同様にAV値は複数である。S13−2で排気量決定手段1102から排気量としてAt+1とAtを取り込む。S13−3で同様に多変数フィードバック制御で送気量を算出する。
FIG. 13 shows an algorithm executed by the air supply
換気所は1110〜1113の4換気所とし、各換気所の時刻tにおける送気量をベクトルBtの形態で(13)式に示す。
Bt =(b0、b1、b2、b3) (13)
トンネル内に設置されたAV計の時刻tにおける検出値のベクトルAVtを(14)式に示す。1120〜1136の17個のセンサにAV計が備えられている例を示す。
AVt =(av0、av1、……、av16) (14)
またAVの目標値AVcを(15)式に示す。
AVc =(vc0、vc1、……、vc16) (15)
次に、AV計で検出したAVの帰還値とAVの偏差に対して、操作する換気所を対応付ける多変数制御行列Hを(16)式で定義する。
Ventilation plants and 4
B t = (b 0 , b 1 , b 2 , b 3 ) (13)
The detected value vector AV t at time t of the AV meter installed in the tunnel is shown in equation (14). An example in which an AV meter is provided in 17
AV t = (av 0 , av 1 ,..., Av 16 ) (14)
The AV target value AVc is shown in equation (15).
AV c = (vc 0 , vc 1 ,..., Vc 16 ) (15)
Next, a multivariable control matrix H for associating the ventilator to be operated with the AV feedback value detected by the AV meter and the AV deviation is defined by equation (16).
ここでhijはi番目のAV計からの帰還値と目標値との偏差に対して、j番目の換気所の送気手段が施す制御操作の集合で、(17)式で表される。
Hij=(Jij、Kpij、Knij、Ppij、Pnij) (17)
ただし、Jij:制御ゲイン、Kpij:下限不感帯、Knij:上限不感帯、Ppij:風量変化上限リミッタ、Pnij:風量変化下限リミッタである。このとき多変数フィードバック制御の制御則は(18)式で表される。
(Bt+1)t=(Bt)t+(A1−A0)t+ΔB
=(Bt)t+(A1−A0)t+H*( [AVc−AVt] )t (18)
(18)式では現在の送気量に対して、右辺第2項で排気量の変化分を相殺した後、取り込んだAV値が目標値より小さいときには送気量を増やし、目標値より大きいときには送気量を小さくする処理を行い、トンネル内のAV計設置点の各風速を目標値に維持する。*はΔBを算出するためのオペレーションで、(19)式で表される。
Here, h ij is a set of control operations performed by the air supply means of the j-th ventilator with respect to the deviation between the feedback value from the i-th AV meter and the target value, and is expressed by the equation (17).
H ij = (J ij , K pij , K nij , P pij , P nij ) (17)
However, J ij : Control gain, K pij : Lower limit dead zone, K nij : Upper limit dead zone, P pij : Air volume change upper limiter, P nij : Air volume change lower limiter. At this time, the control law of the multivariable feedback control is expressed by equation (18).
(B t + 1 ) t = (B t ) t + (A 1 −A 0 ) t + ΔB
= (B t) t + ( A 1 -A 0) t + H * ([AV c -AV t]) t (18)
In equation (18), after offsetting the change in the exhaust amount in the second term on the right side of the current air supply amount, the air supply amount is increased when the captured AV value is smaller than the target value, and when it is larger than the target value. Processing to reduce the amount of air supply is performed, and each wind speed at the AV meter installation point in the tunnel is maintained at the target value. * Is an operation for calculating ΔB, and is expressed by equation (19).
このような一括演算の結果、最終的には(18)式の(Bt+1)tの要素として各換気所の送気手段の送気量が決定される。 As a result of such collective calculation, the air supply amount of the air supply means of each ventilation station is finally determined as an element of (B t + 1 ) t in the equation (18).
図14は本発明の第4の実施例を示す。制御対象1150に示す複雑トンネルを対象に、送気量決定手段1403が予測モデル1403を用いた予見制御で、最適な送気量を決定する場合の実施例である。
FIG. 14 shows a fourth embodiment of the present invention. This is an embodiment in the case where the air supply amount determining means 1403 determines the optimum air supply amount by the predictive control using the prediction model 1403 for the complex tunnel shown in the
送気量決定手段1403の動作は第2の実施例と同様である。予測モデル1403の構成は多少複雑になるが、例えば文献「グラフ理論による分岐・合流などを持つトンネル内の非定常換気解析(高速道路と自動車第45巻第9号、2002年9月)」記載の手法を適用すれば実現できる。 The operation of the air supply determining means 1403 is the same as in the second embodiment. Although the structure of the prediction model 1403 is somewhat complicated, for example, the document “Unsteady ventilation analysis in tunnels with branching and confluence by graph theory (highway and automobile Vol. 45, No. 9, September 2002)” This can be realized by applying the above method.
運転方式決定部405では、多数の地点の風速に着目して送気量を決定する必要がある。図15はこのようなルールとメンバシップ関数の例を示す。各ルールでは風速を評価するいくつかのポイントについて、望ましい値の範囲を定義している。各ルールに対応してメンバシップ関数が定義されており、各ルールの適合度の度合いにしたがって最終的な運転方法を決定し、各換気所の排気量として出力する。
The operation
次に、トンネル換気制御装置の制御精度を長期間に渡って一定水準に維持するためのパラメータ調整サービスを行う実施例を示す。 Next, an embodiment for performing a parameter adjustment service for maintaining the control accuracy of the tunnel ventilation control device at a constant level over a long period of time will be described.
図16にサービスセンターの構成を示す。サービスセンター1600では、制御装置100の制御実績を監視し、必要に応じて排気量決定手段1102と送気量決定手段1103の多変数制御パラメータを調整するトンネル換気制御装置のパラメータ調整サービスを行う。
Fig. 16 shows the configuration of the service center. The
本実施例ではサービスセンター1600からインターネット等を用いて制御の良否を遠隔監視し、(9)式、(16)式で示したF、Hを、インターネットを利用して遠隔調整する例を示す。サービスの形態は制御装置100に対して直接パラメータをローディングする方法等、種々考えられる。
In this embodiment, an example is shown in which the control center is remotely monitored from the
本実施例で制御装置100は実績収集手段1610、収集した実績を蓄積する実績蓄積手段1611、実績蓄積手段1611の内容を公衆回線網1620を介してサービスセンター1600へ送信する実績送信手段1612を備えている。またサービスセンター1600には、各箇所の制御状態が好ましくないときにF、Hのどの項目をどのように調整すればよいかを記述した調整データベース1604が備えられている。たとえば、「IF:下り分合流部1152直前で風速1m/s程度不十分、THEN:換気所h3,0〜h3,16のG(ゲイン)を10%大きくする」のようなルールで調整方策が記述されている。
In the present embodiment, the
さらに制御装置100から送信された実績を受信する実績受信手段1601、制御状態の良否や、サービスセンター1600からのパラメータ調整が良好に働いているかどうかを評価する実績評価手段1602を備えている。
Furthermore, a performance receiving means 1601 for receiving the results transmitted from the
また、実績評価手段1602の評価結果と情報データベース1604を参照した結果からパラメータ調整の必要性を判断し、必要な場合には実績受信手段1601から調整に必要な実績を取り込み、パラメータ値を算出するパラメータ調整手段1603を備えている。 Further, the necessity of parameter adjustment is judged from the evaluation result of the result evaluation means 1602 and the result of referring to the information database 1604, and if necessary, the result necessary for adjustment is fetched from the result reception means 1601 and the parameter value is calculated. Parameter adjustment means 1603 is provided.
さらにパラメータを公衆回線網1620を介して制御装置100に送信するパラメータ送信手段1605、パラメータ送信手段1605がパラメータを送信した回数をカウントするパラメータ調整回数カウント手段1606を備えている。
Furthermore, parameter transmission means 1605 for transmitting parameters to the
まず制御装置100の動作を説明する。実績収集手段1610は、運転方式と対応する制御実績(VI値、AV値等)の組み合わせからなる制御実績を収集し、実績蓄積手段1611に蓄積する。制御実績としてはこの他にトンネル出口からの煤煙や一酸化炭素の漏れ出し量等も考えられる。実績送信手段1612はこれらをサービスセンター1600に送信するが、送信は新たな制御実績が実績蓄積手段1611に蓄積されたタイミングで行っても良いし、一定量蓄積された後に行っても良い。
First, the operation of the
次にサービスセンター1600の動作を説明する。実績受信手段1601は送信された実績を受信して蓄積し、実績評価手段1602はこれらを基に制御状況を監視し、制御結果の良否を判定する。制御結果の良否は(5)式に示したのと同様の演算を行うことで、制御の満足度を総合した値Wを算出し、Wの時系列遷移を評価することで簡単に判定できる。具体的には、(20)式を計算し、この大きさが初期調整時から低下していないことで評価すれば良い。
Wj=β1AVI1+β2ACO1+β3AAV1+β4AEH+… (20)
ただし、AVI1:VI1の適合度、ACO1:CO1の適合度、AAV1:AV1の適合度、AEH:エネルギー消費量の適合度、β1、β2、β3、β4、…:各評価ファクターに対応した定数である。
Next, the operation of the
Wj = β1AVI1 + β2ACO1 + β3AAV1 + β4AEH + (20)
However, AVI1: VI1 fitness, ACO1: CO1 fitness, AAV1: AV1 fitness, AEH: Energy consumption fitness, β1, β2, β3, β4, etc .: Constants corresponding to each evaluation factor is there.
図17にパラメータ調整手段1603が実行する処理を示す。パラメータ調整手段1603はS17−1でパラメータ調整の必要性を判定する。必要性は実績評価手段1602で評価した総合満足度Wの低下の有無による。この判断結果から制御装置100で現在用いられている制御パラメータ調整の必要性を判定する。S17−2で判定結果が「調整必要」の場合、S17−3で前述した調整ルールにしたがってパラメータ調整を行う。S17−4で算出したパラメータを制御装置100に送信する。パラメータ調整回数カウント手段1606は、パラメータ調整回数をカウントし、記憶しておく。
FIG. 17 shows processing executed by the
サービスセンター1600の作業に対する制御装置管理者への課金は、制御実績の監視業務、パラメータ調整回数カウント手段1606が計数したパラメータ調整回数、実績評価手段1602が評価した制御実績の少なくとも一つに対して行われる。
The charge to the control device manager for the work of the
100…制御装置、101…状態量検出手段、102…排気量決定手段、103…送気量決定手段、150…制御対象、151…トンネル、156…AV計、157…VI計、170…排気手段、171…送気手段、172…排気ダクト、173…送気ダクト、400…送気量決定手段、401…運転案生成部、402…予測モデル演算部、403…予測モデル、404…運転案評価部、405…送気量決定部、1600…サービスセンター、1601…実績受信手段、1602…実績評価手段、1603…パラメータ調整手段、1604…調整データベース、1605…パラメータ送信手段、1606…パラメータ調整回数カウント手段、1610…実績収集手段、1611…実績蓄積手段、1612…実績送信手段、1620…公衆回線網。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
トンネル内の煤煙濃度を基に排気ダクトからの排気量を決定する排気量決定手段と、トンネル内の風速を基に送気ダクトからの送気量を決定する送気量決定手段を備えたことを特徴とするトンネル換気制御装置。 In a tunnel ventilation control device that has an exhaust duct and an air supply duct and exhausts contaminated air in the tunnel from the exhaust duct and ventilates the tunnel by sending air from the air supply duct into the tunnel,
Equipped with an exhaust volume determination means that determines the exhaust volume from the exhaust duct based on the smoke concentration in the tunnel, and an air supply volume determination means that determines the air volume from the air duct based on the wind speed in the tunnel Tunnel ventilation control device characterized by.
排気ダクトからの排気量を決定する演算を行った後、送気ダクトからの送気量を決定する演算を行うことを特徴とするトンネル換気制御方法。 In a ventilation control method that has an exhaust duct and an air supply duct and exhausts contaminated air in the tunnel from the exhaust duct and ventilates the tunnel by sending air into the tunnel from the air supply duct,
A tunnel ventilation control method, comprising: calculating an exhaust amount from an exhaust duct, and then performing an operation determining an air supply amount from the air duct.
前記トンネル換気制御装置は請求項1−8のいずれかに記載のトンネル換気制御装置であって、サービスセンターはトンネルから検出した煤煙濃度や風速等の実績値と排風量や送風量の運転実績を受信すると、前記煤煙濃度や風速等から実施されている制御の良好性を評価し、制御の良好性が損なわれていると判断した場合には煤煙濃度と排気量および風速と送気量の関係を変更するように制御パラメータを求めて送信し、前記トンネル換気制御装置の制御パラメータを調整することを特徴とするトンネル換気制御装置のパラメータ調整サービス方法。 Parameters of a tunnel ventilation control device that calculates the amount of air discharged from the exhaust duct based on the smoke concentration in the tunnel and then calculates the amount of air supplied from the air duct based on the wind speed in the tunnel In the adjustment service method,
The tunnel ventilation control device is the tunnel ventilation control device according to any one of claims 1 to 8, wherein the service center provides actual values such as smoke concentration and wind speed detected from the tunnel and operation results of exhaust air volume and air flow rate. When received, the goodness of the control carried out is evaluated from the smoke concentration, the wind speed, etc., and if it is judged that the good control is impaired, the relationship between the smoke concentration and the displacement, the wind speed and the air supply amount A parameter adjustment service method for a tunnel ventilation control device, wherein the control parameter of the tunnel ventilation control device is adjusted by transmitting and obtaining a control parameter so as to change the control parameter.
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