1. 研究目的与意义
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随着当今交通业的快速发展，交通安全方面的检测设备的发展也日益重要。1860年，在伦敦的帕丁顿世界上第一条6公里长的地铁开工并于1863年全线通车，开启了城市轨道交通地铁发展的时代。我国从90年代开始发展地铁，在此之前中国仅有北京、天津、香港等有城市轨道交通，现如今2020年我国将有50个城市拥有地铁轨道系统。数据显示，截至2020年底，我国城市轨道交通运营线路累计已有7978.19公里。目前在大城市中，地铁已经成为上班族首选的交通工具，备受人民的青睐，地铁集便捷、快速、安全的特点为一体，极大地提高了人民群众的出行效率。2016年2月18日晚，重庆轨道交通3号线一列车，由于乘客携带物品发生爆炸，引起了小型火灾，好在此次事件并无人员伤亡。地铁是长时间运行在地下隧道之中的交通工具，隧道属于完全封闭的空间并且人流量较大，一旦列车发生事故或发生火灾，则必须对事故处进行通风，同时，在隧道综合安全监测中，通风监控系统可以将隧道中排放的废气置换出来，否则长时间废弃的积累也可能会影响乘客健康，因此政府和社会也把关注点放在了安全监控系统上，通过对安全隐患的监控，最大化的减少伤亡甚至预防事故的发生，隧道的安全隐患问题也得到充分解决。由此可见，地铁隧道必须有通风监控系统，并对隧道风机进行实时控制。虽然通风监控系统在过去早已得到了重视，但是很多企业重视的是其监测功能，对其控制方面的重视显著不足，所以目前对于通风监控系统的控制功能难以满足实际需求。当今社会随着科技的进步和生活质量的提高，地铁的发展也越来越快，2018年至今，苏州市政府已经规划在建了5条地铁，地铁设备的功能越来越多控制越来越方便，所以通风监控系统很重要，也必须得到智能化的提升，不断发展。
隧道通风监控系统是一种控制通风方式的设备，在地铁隧道中，由于往来机车频繁，如果隧道中通风不良，有毒气体滞留空气中，乘务人员的安全无法得到保障，不仅降低了劳动效率，而且危害了身体健康，另外良好的通风能够降低隧道内的腐蚀程度，根据国家规定：“列车通过隧道15分钟以内，空中一氧化碳浓度应在30mg/L以下。”综上，隧道内运营通风要解决的基本问题便是将隧道中的有毒气体浓度降到正常值以下。因此，解决这一矛盾的基本方法便是隧道通风系统的设计。通风机的运转给空气一定的能量，造成通风压力以克服矿井通风阻力，使地面空气不断地进入井下，沿着预定路线流动，然后将污风再排出。通风监控系统中拟采用CO/VI等检测器件，实现通风的基本任务，利用传感器、信号处理等。通风监控系统通过传感检测器监测隧道中有害气体的浓度，PLC控制器对其测得的数据进行分析和处理，对可能发生的安全事故进行预警，当超过数值限额时，监控系统自动执行开启风机的程序，当低于数值限额时，则控制风机以隔组或者其他自我规定的方式运转。同时各个风机可由值班人员手动控制运转或者停止，在发生紧急特殊情况时，也可手动控制运行紧急预备的方案，从而大大提高了此系统的灵活性、适应性和可靠性。 隧道通风监控系统的普及是地铁安全运行和舒适运行的必要条件，几年来，对通风监控系统的研究也越来越多，现有的研究成果包括通风监控的各个功能已经几近完善，国内外许多学者研究员密切关注此系统的更新换代，也包括了通风排烟的学术研究，日前随着大众对生活水平的追求，通风系统的要求日益严格和功能日益丰富，我国隧道通风风机主要应用的是G4-73系列通风机，主要应用于空气流动需求量很大的场合亦可用于一般通风系统，设备主要的特点是噪声低效率高、设备用于输送高温或有害气体，是市面上应用最广泛的风机系列，该系列由于机型较小，相应电动机的容量也较小，不适用于风压较大的隧道，通风的调节性能较差。对于活塞风的研究，Ke Ming-Tsun利用SES进行数值模拟，模拟计算出隧道面积和长度对通风的影响，Catalin 发现60m以上，活塞风机冷却效果较差，在35～42m之间冷却通风效果最佳，吴嘉钰在西安地铁2号线利用活塞风节能效率在8%～33%之间，故此系统应用自然通风设备和机械通风设备相结合的方法不仅使得产品在特殊情况下更有灵活性和适应性，而且在一定程度上也比单机械通风更由节能性。对于目前市场上的通风设备仍有可圈可点的方面，市面上的通风控制系统大多数应用单片机作为设备的控制器，且控制方式单一，不具备节能和灵活性的优点，故通风监控系统的设计大概围绕以下几个功能：火灾情况下通风控制、有害气体的通风控制、复杂交通流动的通风控制、通风控制的节能。 在本课题中将以客流量、烟气浓度、温度湿度作为影响通风控制的变量，控制方面，应用PLC和变频器对风机的启停和风机的转速进行控制，单片机设计虽然简单且成本较低，但其稳定性和处理速度较慢，对于应急响应的响应速度明显不及PLC，编程也较为复杂，在公共设施中，对系统稳定性和快速性要求较高的场合应用PLC是优中之选，PLC是一种具有微处理器的只能电子产品，其优点有控制精准、由逻辑运算功能、体积小速度开、性能稳定。由于可编程控制器和用CO/VI和CO2浓度检测器对其浓度进行检测后，根据其浓度的大小分析进行对风机电动机的频率调整，从而控制转速，控制进风量或排风量、控制电机的正转反转实现进风和排风。触摸屏的功能设计分为显示功能、手动控制功能以及报警记录功能，显示风机的工作状态，当需要应对特殊情况和紧急事故时，工作人员通过手动触摸屏界面进行风机控制，对浓度过高的报警和安全事故的记录也有相应的界面，系统的运行状态、工作环境以及安全事故一览无余。通过PLC以及CO/VI检测器、CO2浓度检测器和温度传感器的综合应用，使系统的控制安全性、可靠性大大提升，也降低了风机的故障的可能性，在安全保证的前提下，实现了系统的绿色节能和灵活性。通过深入的研究和严谨的思考，现拟采用PLC作为控制器，两台风机、两台变频器以及触摸屏系统进行控制设计。本课题的研究基于传感器与检测技术和PLC编程与控制，对隧道通风监控系统进行设计，以控制多样化和简便化为目的，实现对风机的自动控制和手动控制，地铁的通风监控系统的设计关系到发生险情时的人民生命问题和城市轨道交通的安全性，响应了以人民安全为宗旨的国家安全观，对保证地铁的稳定运行有着非常重大的意义。 |
2. 研究内容和预期目标
设计内容：
地下铁道是一种现代化的交通系统，具有速度快、方便快捷等特点。由于地铁客流量大，空气不流通，对乘客健康有影响，所以地铁必须有通风系统。本课题仅面向地铁隧道，同时考虑区间隧道通风系统和车站隧道通风系统设备，兼顾防排烟功能的前提下，设计一套高效运行的监控系统。
设计要求：
3. 研究的方法与步骤
地铁隧道通风监控系统硬件设计结构图如图所示。系统主要由co/vi检测器、co2浓度检测器、plc设备、监视控制器、两个排烟风机组成。plc上电初始化后，对各个器件进行相应的初始化，完成初始化后，检测器开始检测并且plc开始执行程序，在不同情况下对各个风机进行控制等一系列相关的操作，实现预期的设计要求。
研究方法、步骤：
4. 参考文献
[1]徐斌. 杭州地铁隧道通风兼排烟系统方案研究[d].浙江大学,2020.
[2]徐冠中. 带横通道的地铁区间隧道烟气控制应用研究[d].天津商业大学,2020.
[3]邓涛. 地下互通隧道组合式通风方法及其控制技术研究[d].西南交通大学,2019.
5. 计划与进度安排
（1）2022-3-01～2022-3-21（3周） 查阅课题背景及技术资料，制订具体实施计划，完成开题报告。（2）2022-3-22～2022-4-11（3周） 提出设计方案，熟悉控制器硬件资源，完成器件选型。（3）2022-4-12～2022-5-02（3周） 设计电路原理图，制订程序框图，编制控制程序。（4）2022-5-03～2022-5-23（3周） 系统调试及改进，修正程序错误，完成毕业设计初稿。（5）2022-5-24～2022-6-06（2周） 整理毕业设计文档，完善毕业设计论文。（6）2022-6-07～2022-6-13（1周） 提交毕业论文终稿，进行答辩。
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