Thiết kế điều khiển hệ thống thông gió hầm đường bộ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM HỌC 2022-2023 THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG THƠNG GIĨ HẦM ĐƯỜNG BỘ Sinh viên thực hiện: Lê Thị Tuyết - 201513857 Nguyễn Văn Tuấn - 201513854 Nguyễn Tuấn Phúc - 201507316 Đặng Văn Tùng – 201513855 Lớp: Trang bị điện công nghiệp giao thơng Khóa: 61 Giáo viên hướng dẫn: TS An Thị Hoài Thu Anh Hà Nội – 2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG THƠNG GIĨ HẦM ĐƯỜNG BỘ Sinh viên thực hiện: Đặng Văn Tùng, Nguyễn Tuấn Phúc, Lê Thị Tuyết, Nguyễn Văn Tuấn Lớp: Trang bị điện cơng nghiệp giao thơng Khóa: 61 Giáo viên hướng dẫn: TS An Thị Hoài Thu Anh Hà Nội – 2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: Điều khiển, giám sát hệ thống thơng gió hầm đường - Nhóm Sinh viên thực hiện: Đặng Văn Tùng Nguyễn Tuấn Phúc Lê Thị Tuyết Nguyễn Văn Tuấn - Lớp: Trang Bị Điện 2-k61 - Người hướng dẫn: TS.An Thị Hoài Thu Anh Mục tiêu đề tài: Đề tài “thiết kế hệ thống giám sát,điều khiển giám sát quạt thơng gió hầm” để giám sát, điều khiển lượng khí thải ngưỡng cho phép chống cháy nổ, đảm bảo sức khỏe cho người tham gia giao thông hầm đường Tính sáng tạo: - Kết nối hệ thống điều khiển quạt cấp, quạt thải qua internet 4.Kết nghiên cứu: - Xây dựng hệ thống điều khiển giám sát hầm đường sử dụng PLC - Điểu khiển tốc độ quạt thải quạt cấp - Xây dựng mô hệ thống điều khiển giám sát - Kết nối hệ thống điều khiển quạt cấp, quạt thải qua internet Đóng góp mặt kinh tế - xã hội, giáo dục đào tạo, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: Sản phẩm đề tài có khả triển khai thực tế, góp phần việc lưu thơng đảm bảo an tồn cho người dân việc sử dụng hầm đường Tránh gây tai nạn có hỏa hoạn xảy hầm Công bố khoa học sinh viên từ kết nghiên cứu đề tài: Ngày tháng năm Sinh viên chịu trách nhiệm thực đề tài (ký, họ tên) Nhận xét người hướng dẫn đóng góp khoa học sinh viên thực đề tài (phần người hướng dẫn ghi): Ngày tháng năm Người hướng dẫn (ký, họ tên) BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐẠO Trường Đại học GTVT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BỘ MÔN KĨ THUẬT ĐIỆN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG THƠNG GIĨ HẦM ĐƯỜNG BỘ Sinh viên: Đặng Văn Tùng Nguyễn Tuấn Phúc Lê Thị Tuyết Nguyễn Văn Tuấn Yêu cầu nội dung đề tài : Chương 1: Tổng quan công nghệ hệ thống thơng gió hầm đường Chương 2: Tính tốn thiết kế phần mạch lực Chương 3: Tính tốn Thiết kế phần điều khiển Chương 4: Xây dựng chương trình điều khiển, giám sát cho hệ thống Chương 5: Đánh giá, kiểm nghiệm mơ hình Phụ lục Chương 1: Tổng quan cơng nghệ thơng gió hầm đường 1.1 Các giải pháp thơng gió hầm đường 1.2 Các thiết bị hệ thống thơng gió hầm đường thủ thiêm Chương 2: tính tốn lựa chọn thiết bị động lực 2.1 Các động sử dụng hệ thống 2.2 Lựa chọn biến tần 2.3 Các thiết bị bảo vệ đóng cắt Chương 3: tính tốn lựa chọn thiết bị điều khiển 3.1 Tính số lượng đầu vào, đầu 3.2 Lựa chọn PLC 3.3 Lựa chọn cảm biến đầu vào 3.3.1 Thiết bị báo tầm nhìn – VI 3.3.2 Thiết bị đo nồng độ CO 3.3.3 Thiết bị báo tốc độ gió hướng gió - AV 3.4 Bảng phân bố địa vào, đầu Chương 4: xây dựng chương trình điều khiển, giám sát cho hệ thống 4.1 Xây dựng thuật tốn chương trình điều khiển 4.1.1 Chế độ làm việc, chế độ điều khiển Chương 5: Đánh giá, kiểm nghiệm mơ hình thơng gió hầm đường KẾT LUẬN CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN CƠNG NGHỆ THƠNG GIĨ HẦM ĐƯỜNG BỘ 1.1 CÁC GIẢI PHÁP THƠNG GIĨ HẦM ĐƯỜNG BỘ 1.1.1 Tầm quan trọng việc thơng gió hầm Để trì sống hoạt động binh thường người cần có đủ lượng khơng khí để thở Khơng khí khơng khí có tỷ lệ định chất khí, có bụi tỷ lệ chất khí độc mức cho phép Khi phương tiện giao thông qua lại hầm nhiên liệu bị đốt cháy thải vào hầm nhiều loại khí độc bụi, khói, nước, nhiệt độ cao, làm cho khơng khí hầm nhiễm bẩn Khơng khí bẩn gây nguy hại cho sức khỏe hành khách công nhân lưu thông hầm Mặt khác địa tầng tồn nhiều loại chất khí độc CO2, CH4, H2S trình phân hủy sinh vật phân giải hóa học nước đất Muốn khơng khí hầm ln cần phải đưa vào hầm lượng không khí cần thiết để hịa lỗng đẩy khí độc ngồi Q trình gọi thơng gió 1.1.2 Các giải pháp thơng gió hầm đường 1.1.2.1 Thơng gió tự nhiên Để đưa lưu lượng khí vào hầm có nhiều giải pháp, có việc khơng khí tự lưu thơng qua hầm tác động điều kiện tự nhiên, gọi thơng gió tự nhiên Các điều kiện tự nhiên tác động làm khơng khí lưu thơng qua hầm bao gồm: Chênh lệch áp suất khơng khí chênh lệch cao độ cửa hầm Ta biết lên cao áp lực khơng khí giảm Khi cửa hầm có chênh lệch độ cao H chiều cao cột thủy ngân ( cửa khí áp kế) có chênh lệch độ cao ∆h Phía cửa hầm thấp có áp suất lớn khơng khí chuyển động qua hầm để lên cửa hầm cao, nơi có áp suất nhỏ Chênh lệch áp suất chênh lệch nhiệt độ ngồi hầm TRANG BỊ ĐIỆN CƠNG NGHIỆP VÀ GIAO THƠNG Về mùa hè, khơng khí bên ngồi hầm bị đốt nóng nên nhiệt độ cao hầm nhiệt độ cửa hầm cao nhiệt độ khơng khí cửa hầm Do khơng khí hầm lạnh nên áp suất khơng khí hầm lớn áp suất khơng khí phía cửa hầm nên có chuyển động khơng khí từ hầm xuống cửa hầm thấp Về mùa đông nhiệt độ khơng khí bên ngồi thấp nhiệt độ hầm nên có chuyển động khơng khí từ cửa hầm thấp qua hầm cửa hầm cao Chênh lệch áp suất chuyển động gió thiên nhiên bên ngồi hầm Khi bên ngồi hầm có gió thiên nhiên chuyển động , khơng khí thổi vào hầm Áp suất gió thiên nhiên tùy thuộc vào tốc độ chuyển động chúng hướng gió so với cửa hầm Nếu cửa hầm thẳng với hướng gió áp suất lớn luồng khơng khí vào hầm nhiều, cịn cửa hầm vng góc với hướng gió gió lướt qua mà khơng vào hầm 1.1.2.2 Thơng gió nhân tạo Khi lưu lượng khơng khí vào hầm khỏi hầm thơng gió tự nhiên khơng đảm bảo lưu lượng u cầu cần phải thơng gió nhân tạo Thơng gió nhân tạo thực quạt đẩy gió vào hầm hay hút gió bẩn hầm ngồi thiết bị quạt gió dẫn gió Các phương pháp thơng gió nhân tạo dựa phương pháp dẫn gió hầm Có thể phân làm thơng gió dọc, thơng gió ngang thơng gió hỗn hợp 1.1.2.2.1 Thơng gió dọc Thơng gió dọc làm cho khơng khí chuyển động dọc theo chiều dài hầm Khi đường dẫn gió chinh lịng hầm Với hầm dài, lực cản lớn nên sử dụng giếng đứng để chia hầm làm nhiều đoạn, đoạn có khí chuyển động dọc theo hầm Các giếng đứng bố trí cấp gió xen kẽ nhau, chọn giếng sâu để gió TRANG BỊ ĐIỆN CƠNG NGHIỆP VÀ GIAO THƠNG 2 Hình 1: Hệ thống thơng gió dọc Các nhóm thơng gió dọc: - - Nhóm 1: Thơng gió dọc đơn giản Dọc theo hầu hết chiều dài luồng hầm tơ chạy, dịng khơng khí chuyển động chiều, khơng có thay đổi đột biến động thành phần biện pháp thơng gió phụ trợ ( cửa gió, quạt, máy điều hịa khơng khí, máy lọc bụi…) Trên thực tế, phương pháp thơng gió dọc đơn giản nên áp dụng để thơng gió đường hầm tơ có độ dài L ≤1000 m Trong đó, đường hầm tơ có độ dài L ≤ 400 m thơng gió tự nhiên Nhóm 2: Thơng gió dọc có đổi sức Tồn chiều dài luồng hầm ô tô chạy chia làm hai hay nhiều đoạn, đoạn chừng 100- 300m Tại vị trí chuyển tiếp đoạn với nhau, nhờ hoạt động thiết bị thơng gió hỗ trợ để thay đổi hạ áp ( thường quạt hướng trục treo trần luồng hầm ô tô chạy), dông khơng khí luồng hầm tơ chạy khơng có thay đổi thành phần đáng kể có đột biến lượng ( bổ xung tiêu thụ bớt động ) theo u cầu thơng gió phịng chống cháy Trên thực tế hầm đường tơ có độ dài L 550m phối hợp thơng gió dọc tự nhiên với thơng gió dọc cưỡng nhờ quạt gió trung gian Cịn hầm đường tơ có độ dài L 1200m phối hợp thơng gió dọc cưỡng nhờ TRANG BỊ ĐIỆN CÔNG NGHIỆP VÀ GIAO THÔNG quạt trạm (quạt) cửa hầm với thơng gió dọc cưỡng nhờ quạt hướng trục trung gian treo hầm - Nhóm 3: Thơng gió dọc đoạn Tồn chiều dài luồng hầm ô tô chạy chia làm hai hay nhiều đoạn, với đoạn chừng 200-400m Tại bị trí chuyển tiếp đoạn với nhờ hoạt động dịng khơng khí từ cơng trình thiết bị thơng gió hỗn hợp (cửa cấp gió, cửa hút gió, máy lọc gió, quạt hỗ trợ…) làm cho dịng khơng khí đoạn liên tiếp với luồng hầm tơ chạy có khác nhau: hạ áp, lưu lượng chiều gió thành phần chất lượng gió + Thơng gió dọc đoạn, chiều gió khơng đổi + Thơng gió dọc đoạn, chiều gió đối + Thơng gió dọc đoạn, chiều gió hỗn hợp đoạn không đổi với đoạn đối Mỗi đoạn luồng hầm tơ chạy nằm hai cửa gió, hai máy lọc gió cửa gió với máy lọc gió cịn phân chia thành hai hay nhiều phân đoạn có mặt thiết bị thơng gió hỗn hợp, để thay đổi hạ áp tạo đột biến động dịng khơng khí theo u cầu thơng gió phịng chống cháy/ Trong điều kiện thơng gió bình thường, chất lượng gió đoạn luồng hầm tơ chạy thơng gió dọc đoạn (nhóm 3), gần chất lượng gió luồng hầm tơ chạy thơng gió đơn giản (nhóm 1) có độ dài tương đương Nhưng gặp cố thơng gió, ví dụ xe cháy gần vị trí chuyển tiếp đoạn với tác hại luồng hầm ô tô dài chia đoạn lại lớn nhiều so với tác hại luồng hầm ô tô có đoạn Cho nên phương pháp thơng gió dọc đoạn khơng có quạt trung gian đổi sức gió nên áp dụng cho đường hầm ô tô có độ dài L 1500m Cịn phương pháp thơng gió dọc đoạn có quạt trung gian đổi sức gió nên áp dụng cho đường hầm ô tô có độ dài L 2000m Riêng trường hợp luồng hầm dài cho phép hoạt động đồng thời xe ô tô chạy ngược chiều nhau, nói chung cần tránh sử dụng quạt gió trung gian (treo hầm) vào mục đích tăng sức gió TRANG BỊ ĐIỆN CƠNG NGHIỆP VÀ GIAO THƠNG