طراحی سیستم کنترل هوشمند در تونل های شهری با رویکرد کاهش مصرف انرژی و افزایش ایمنی

Abstract

افزایش حجم ترافیک و تشدید الزامات ایمنی در تونل‌ها، بهره‌گیری از سامانه‌های حمل‌ونقل هوشمند (ITS) و زیرساخت‌های نظارت و کنترل مبتنی بر SCADA و کنترل‌گرهای منطقی برنامه‌پذیر (PLC) را ضروری ساخته است. تونل‌ها به عنوان زیرساخت‌های حیاتی، همواره با چالش دوگانه «تأمین ایمنی» و «مصرف بهینه انرژی» مواجه هستند. تجهیزات پرمصرفی نظیر روشنایی، تهویه اصلی، تهویه مطبوع پست‌های برق و سیستم جمع‌آوری آب‌های سطحی، به طور سنتی به صورت مستمر یا با الگوهای زمانی ثابت عمل می‌کنند که نه تنها به اتلاف قابل‌توجه انرژی می‌انجامد، بلکه در شرایط بحرانی مانند حریق، فرصت بهینه‌سازی توزیع انرژی را از دست می‌دهد. در این مقاله، یک راهکار هوشمند شرطی ارائه می‌شود که از سیگنال‌های سیستم اطفای حریق به عنوان محرکی برای بازتعریف سناریوی مصرف انرژی استفاده می‌کند. در این رویکرد، هنگام وقوع حریق در یک بخش از تونل: (۱) روشنایی نواحی مجاور تا سطح حداقلی قابل قبول برای تخلیه کاهش می‌یابد، (۲) تهویه مطبوع پست‌های برق مجاور متناسب با کاهش بار اضطراری تعدیل می‌شود، (۳) تهویه اصلی تونل‌های مجاور یا موازی به طور کامل خاموش می‌گردد تا از گسترش دود جلوگیری شود، و (۴) سیستم پمپاژ آب‌های سطحی با اولویت‌بندی بار و مدیریت همزمانی پیک مصرف، به صورت هوشمند کنترل می‌گردد. این راهکار مبتنی بر PLC و پروتکل‌های ارتباطی نظیر MODBUS و BACnet، امکان کاهش ۱۵ تا ۳۰ درصدی مصرف برق در حالت عادی و تا بیش از ۵۰ درصد در شرایط حریق (با حذف بارهای غیرضروری) را فراهم می‌آورد. در ادامه مقاله، معماری پیشنهادی، سناریوهای شبیه‌سازی‌شده برای یک تونل واقعی و تحلیل میزان صرفه‌جویی انرژی و تأثیر آن بر عملکرد تجهیزات اطفای حریق ارائه می‌شود.