CN102641567A - 消防车智能控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消防车智能控制系统及方法，属于消防及自动控制技术领域。系统包括主控器、总线)和触摸显示屏；还包括水泵进口压力传感器、水泵出口压力传感器、气瓶压力传感器，主控器接收上述传感的输入信号；主控器接收发动机水温感应塞、机油压力感应塞发送的信号；主控器通过总线与水泵转速传感器、水罐液位计、泡沫罐液位计、语音提示器、发动机ECU双向联接；主控器向急停装置、后进水阀、内注水阀、电子油门、引水泵控制、联泵控制装置发送输出信号。控制方法分为水罐灭火、引水灭火及水罐注水三种模式。本发明使消防车灭火操作实现智能控制，避免人为失误，提高单兵作战能力，提高灭火效率。延长消防车的维修周期和使用寿命。

Description

消防车智能控制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种自动控制系统，尤其是消防车自动控制系统，属于消防及自动控制技术领域。

背景技术

目前，国内大量消防车设计停留在几乎全手动操作状态，期间也有一些勇于创新的消防车设计者针对某些方面做过一些趋于自动化控制的小范围功能设计，但在系统智能化上不够完善，对消防灭火帮助不明显，故一直普及面不广，用户接受程度低。

现阶段消防车使用上主要还存在以下几个问题：

1、过于依赖操作人员手动操作及主观判断。在每一个灭火流程中，很多操作都是有严格顺序和参数值要求的，由于火场的紧张气氛或操作人员的不熟悉造成操作失误在所难免。这样的事故频频发生，很多失误对消防车造成了直接的损坏，因而贻误战机。即使没有损坏，也会对消防车寿命产生影响。

2、灭火过程中消防车操作占用消防人员人力偏多。消防车水系操作一般在车尾部泵房，当在战斗灭火时，水炮或水枪操作员如根据灭火需要调整操作时，只能通过系统操作员的操作进行调整。期间可能是用对讲机通知，也可能是通过另一位消防员传话。这样的操作模式造成人力占用偏高，如出现紧急火情需要人力时，将影响战斗力。即使是消防车配备有电动炮，由于是自成体系的系统，只能改变炮的角度和方向。在操作时，如果需要改变水压，也不能即时操作。

3、灭火战斗中操作实时性不高，直接造成灭火效率相对偏低。火情瞬间变化，多人操作调整灭火参数时，由于环境嘈杂，可能需要多次沟通才能得到调整。调整好了，可能火情又变了。这对有效灭火的效率是一种降低。当火情严重时，对人力的占用也直接影响灭火效率。

在这样的情况下，如果有一种对每一个灭火流程的操作能够实现智能化，操作方便简单到只需要一个消防人员都能够进行有效操作的系统出现，将极大的提高灭火效率和质量。同时，由于智能化的设计可以将消防车的工作状态自动保持在最佳值，也将大幅延长消防车的寿命，杜绝误操作。

发明内容

为了克服现有消防车的上述不足，本发明提供一种消防车智能控制系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

消防车智能控制系统，包括主控器A、总线B和触摸显示屏C；还包括水泵进口压力传感器1、水泵出口压力传感器2、气瓶压力传感器3，主控器A接收上述传感的输入信号；主控器A接收发动机水温感应塞4、机油压力感应塞5发送的信号；主控器A通过总线B与水泵转速表6、水罐液位计7、泡沫罐液位计8、语音提示器9、发动机ECU16双向联接；主控器A向急停控制装置10、后进水阀11、内注水阀12、电子油门13、引水泵控制线路14、联泵控制装置15发送输出信号。

消防车智能控制方法，分为水罐灭火模式a、引水灭火模式b及水罐注水模式c，其中：

水罐灭火模式a包括以下步骤：

a1.在触摸显示屏C上按下水罐灭火按钮，主控器A控制内注水阀12关闭、后进水阀11开启；

a2.水泵进口压力传感器1向主控器A发送信号，主控器A控制联泵控制装置15联通水泵传动轴；

a3.主控器A通过总线B读取水泵转速表6的信号，主控器A通过电子油门13精细调整发动机转速，使转速恒定在灭火需要的转速；

a4.主控器A读取水泵出口压力传感器2的信号，主控器A通过电子油门13精细调整发动机转速，使压力恒定在灭火需要的压力；

a5.按灭火完成按钮，主控器A通过电子油门13将发动机转速降到最低，通过联泵控制装置15断开泵传动轴，关闭后进水阀11；

引水灭火模式b包括以下步骤：

b1.在触摸显示屏C上按下引水灭火按钮，主控器A控制内注水阀12和后进水阀11关闭；

b2.主控器A通过引水泵控制线路14打开引水泵，通过联泵控制装置15联通水泵传动轴；

b3.主控器A根据水泵进口压力传感器1感应到的信号随时检测真空值，在水泵进口压力传感器1和水泵出口压力传感器2的压差达到设定值时，切断引水泵电源；

b4.主控器A通过总线B读取水泵转速表6的信号，主控器A通过电子油门13精细调整发动机转速，使转速恒定在灭火需要的转速；(同a3)

b5.主控器A读取水泵出口压力传感器2的信号，主控器A通过电子油门13精细调整发动机转速，使压力恒定在灭火需要的压力；(同a4)

b5.按灭火完成按钮，主控器A通过电子油门13将发动机转速降到最低，通过联泵控制装置15断开泵传动轴。

水罐注水模式c包括以下步骤：

c1.在触摸显示屏C上按下水罐注水按钮，主控器A控制内注水阀12开启和后进水阀11关闭；

c2.主控器A通过引水泵控制线路14打开引水泵，通过联泵控制装置15联通水泵传动轴；

c3.主控器A根据水泵进口压力传感器1感应到的信号随时检测真空值，在水泵进口压力传感器1和水泵出口压力传感器2的压差达到设定值时，切断引水泵电源；

c4.主控器A读取水泵出口压力传感器2的信号，主控器A通过电子油门13精细调整发动机转速，使压力恒定在水罐注水需要的压力；

c5.水罐液位计7达到满罐水位时，主控器A关闭内注水阀12，通过电子油门13将发动机转速降到最低，通过联泵控制装置15断开泵传动轴。

为实现智能化，主控器A需要得到以下输入信号：1、水泵进口真空压力值，由安装在水泵进口上的水泵进口压力传感器提供；2、水泵出水口水压值，由安装在水泵出口的水泵出口压力传感器提供；3、底盘气瓶压力值，由安装在气瓶上的气瓶压力传感器提供。以上三个传感器可使用模拟信号传感器，也可使用带有总线接口传感器，并入总线B。4、发动机水温值，由原车发动机水温感应塞提供；5、机油压力值，由原车机油压力感应塞提供。以上两个值可由主控器A直接在原车传感器上采样取得，也可通过总线B向汽车发动机ECU直接读取。6、水泵输入转速，由安装在水泵传动轴上的水泵转速传感器提供。也可通过总线B向发动机ECU读取发动机转速，然后根据发动机取力器的转速比计算得出。7、消防车水罐水位高度，由安装在水罐上的水罐液位计提供；8、消防车泡沫液罐泡沫液高度值，由安装在泡沫液罐上的泡沫罐液位计提供；9、语音提示器是一台具有总线接口的电子装置。以上6、7、8、9项用总线B与主控器A联接进行数据交换。

主控器A将采集到的数据经过处理后送到执行机构进行控制。执行机构主要由以下部分构成：10、急停控制装置，用于紧急停止系统工作；11、后进水阀控制，用于控制水罐到水泵进口之间的阀门启闭；12、内注水阀控制，用于控制水泵出口到水罐之间的阀门启闭；13、电子油门控制，用于控制发动机转速；14、引水泵控制，用于控制引水泵是否工作。15、联泵控制装置，用于控制水泵输入动力的通断。

本发明的有益效果是，使消防车灭火操作实现智能控制，避免人为失误，提高单兵作战能力，提高灭火效率。延长消防车的维修周期和使用寿命。

附图说明

图1是本发明结构框图；

图中零部件及编号：

A-主控器，B-总线，C-触摸显示屏，

1-水泵进口压力传感器，2-水泵出口压力传感器，3-气瓶压力传感器，

4-发动机水温感应塞，5-机油压力感应塞，6-水泵转速表，

7-水罐液位计，8-泡沫罐液位计，9-语音提示器，10-急停控制装置，

11-后进水阀，12-内注水阀，13-电子油门，14-引水泵控制线路，

15-联泵控制装置，16-发动机ECU，17-泡沫比例控制器，

18-电动炮控制器，19-电源。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明。

参见图1，消防车智能控制系统，包括主控器A、总线B和触摸显示屏C；还包括水泵进口压力传感器1、水泵出口压力传感器2、气瓶压力传感器3，主控器A接收上述传感的输入信号；主控器A接收发动机水温感应塞4、机油压力感应塞5发送的信号；主控器A通过总线B与水泵转速表6、水罐液位计7、泡沫罐液位计8、语音提示器9、发动机ECU16双向联接；主控器A向急停控制装置10、后进水阀11、内注水阀12、电子油门13、引水泵控制线路14、联泵控制装置15发送输出信号。

触摸显示屏C与主控器A无线联接。

主控器A通过总线B与泡沫比例控制模块17双向联接。

主控器A通过总线B与电动炮控制器18双向联接。

主控器A为嵌入式单片机系统或PLC。

消防车智能控制方法，分为水罐灭火模式a、引水灭火模式b及水罐注水模式c，其中：

水罐灭火模式a包括以下步骤：

a1.在触摸显示屏C上按下水罐灭火按钮，主控器A控制内注水阀12关闭、后进水阀11开启；

a2.水泵进口压力传感器1向主控器A发送信号，主控器A控制联泵控制装置15联通水泵传动轴；

a3.主控器A通过总线B读取水泵转速表6的信号，主控器A通过电子油门13精细调整发动机转速，使转速恒定在灭火需要的转速；

a4.主控器A读取水泵出口压力传感器2的信号，主控器A通过电子油门13精细调整发动机转速，使压力恒定在灭火需要的压力；

a5.按灭火完成按钮，主控器A通过电子油门13将发动机转速降到最低，通过联泵控制装置15断开泵传动轴，关闭后进水阀11；

引水灭火模式b包括以下步骤：

b1.在触摸显示屏C上按下引水灭火按钮，主控器A控制内注水阀12和后进水阀11关闭；

b2.主控器A通过引水泵控制线路14打开引水泵，通过联泵控制装置15联通水泵传动轴；

b3.主控器A根据水泵进口压力传感器1感应到的信号随时检测真空值，在水泵进口压力传感器1和水泵出口压力传感器2的压差达到设定值时，切断引水泵电源；

b4.主控器A通过总线B读取水泵转速表6的信号，主控器A通过电子油门13精细调整发动机转速，使转速恒定在灭火需要的转速；(同a3)

b5.主控器A读取水泵出口压力传感器2的信号，主控器A通过电子油门13精细调整发动机转速，使压力恒定在灭火需要的压力；(同a4)

b5.按灭火完成按钮，主控器A通过电子油门13将发动机转速降到最低，通过联泵控制装置15断开泵传动轴。

水罐注水模式c包括以下步骤：

c1.在触摸显示屏C上按下水罐注水按钮，主控器A控制内注水阀12开启和后进水阀11关闭；

c2.主控器A通过引水泵控制线路14打开引水泵，通过联泵控制装置15联通水泵传动轴；

c3.主控器A根据水泵进口压力传感器1感应到的信号随时检测真空值，在水泵进口压力传感器1和水泵出口压力传感器2的压差达到设定值时，切断引水泵电源；

c4.主控器A读取水泵出口压力传感器2的信号，主控器A通过电子油门13精细调整发动机转速，使压力恒定在水罐注水需要的压力；

c5.水罐液位计7达到满罐水位时，主控器A关闭内注水阀12，通过电子油门13将发动机转速降到最低，通过联泵控制装置15断开泵传动轴。

系统人机对话部分由触摸显示屏C来完成，主控器A和触摸显示屏C之间采用有线和无线双重连接。便于固定和移动操作。

如果消防车配备有电动炮，可以在触摸显示屏C上进行电动炮的控制。

基于安全考虑，系统设计有应急操作模式，防止电控系统瘫痪造成消防车水系罢工。

消防车实际工作所需要监控的发动机参数，如水温、油压等，系统通过在原车传感器上采样或直接通过总线读取发动机ECU数据，在触摸显示屏C上显示出来。在参数异常时用文字显示和语音方式警告。

本发明智能控制方法和流程不仅限于水罐车以上描述的三种。在不同消防车上，基于本方案的思想并根据不同消防车种类的操作可整合成不同控制流程，并实现智能化。例如A类泡沫车，在总线上并入泡沫比例控制模块17，也可实现A类泡沫智能控制流程。

整个系统由车辆提供电源。所有智能控制均由主控器A负责处理，触摸显示屏C起到显示和控制输入作用。在触摸显示屏C工作页面上有水压表、真空表、气压表、转速表、水位表、泡沫液表、水温表、油压表等所需监测的相关数据显示，还有急停开关、油门加减、联泵脱泵等按钮用于显示系统工作状态和进行手动控制。

触摸显示屏C内安装有电池组、无线通讯模块；主控器A内同样也安装有一个无线通讯模块。两者之间采用有线和无线串口方式进行连接通讯。平时触摸显示屏C安装在泵房内专门设计的底座上，保持有线连接。遇到特殊情况，如操作位置不方便观察火情、火情需要或人手不够需要喷水人员自行操作等情况，将触摸显示屏C从底座上取下，则系统自动切换到无线通讯模式上。操作人员即可在无线通讯半径内进行无线操作。

系统上电后，即进行初始化操作，并对系统每一个部件进行自检。如发现无线通讯异常，则不允许进入无线工作模式。如发现个别传感器有故障，即通过语音和文字向操作员提供警示，以方便维修，故障排除前只允许系统进行全人工控制。如发现全人工控制系统也出现了故障，则切换入应急工作模式。在应急模式下，水位、泡沫位、转速表由于功能独立，自带显示器，所以都能很好的工作。自检通过后，即进入手动操作模式，此时可全人工控制水系工作。按工作模式选择按钮即可进行智能控制流程选择或停止流程。

对水罐灭火过程进行智能控制：这是最常用的灭火流程。主要用于消防车水罐内注满水时，利用水罐内的消防水进行灭火。1、操作前先保持发动机运转，然后按下水罐灭火按钮进入水罐灭火模式。触摸显示屏C会提示操作员确认水罐灭火流程前的每个需要检查的事项，避免忙中出错。2、按下确认键，系统切入自动控制状态。先自动关闭内注水阀，打开后进水阀，消防水即从水罐注入到消防泵内，消防泵进口的压力传感器检测到水压，即认为水已经注入水泵，此时将自动联通水泵传动轴带动水泵转动。主控器A会根据系统灭火默认水压值、重新输入的水压值或发动机转速值通过油门控制机构去控制发动机转速。3、消防员接上水枪或打开水炮即可开始灭火操作。在灭火过程中，消防员可随时按动油门加减按钮调整水压大小改变射程；也可直接输入压力值或转速值精确调整。实际工作压力值或发动机转速值会通过泵出口压力传感器或转速传感器反馈回主控器A，由主控器A进行精细调整。4、灭火完成后，按灭火完成按钮，主控器A将断开泵传动轴，关闭后进水阀。

对引水灭火过程进行智能控制：主要用于消防车水从水池、湖泊中引水到消防车进行灭火。1、操作前保持发动机运转，按下引水灭火按钮进入引水灭火模式。触摸显示屏C会提示消防员确认引水灭火流程前的所有注意事项，避免忙中出错。2、按下确认键，系统切入自动控制状态。先关闭内注水阀和后进水阀，启动引水泵，然后联通水泵传动轴，此时在泵进口会形成真空。主控器A会根据泵进口真空传感器感应到的信号随时检测真空值，在设定真空值内允许引水泵持续工作直到水引到水泵并在泵出口形成水压。系统检测到泵进口和泵出口两个传感器的压差达到主控器A内设定的值时，认为引水已经成功，即自动切断引水泵电源。在引水过程中，如在设定的短时间内真空度偏低，系统会通过显示或语音的方式告知操作员，可能存在真空泄露；如真空度大于系统设定最大值，也会提示操作员入水口可能堵塞；如超过系统设定最大时间引水仍然未成功，系统则会给出警报。引水成功后控制器会根据系统灭火默认水压值、重新输入的水压值或发动机转速值去控制发动机工作。3、此后的流程同水罐灭火第3、4项。

对水罐注水过程进行智能控制：主要用于水罐没有水，周围也没有消防栓，而需要从湖泊水池向水罐补水的情况。第1、2项操作流程同引水灭火，只是在第1项中按下的是水罐注水按钮，第2项中，系统会控制内注水阀处于打开状态，引水成功后水泵按系统设定的内注水水压值进行工作。此时，水即通过消防泵以设定的压力注入水罐内。3、系统会一直监测水位表，如达到满罐水位，则自动关闭内注水阀，同时断开泵传动轴。用消防栓向罐内注水无需启动智能功能，只需要通过水位计监测水位即可。

系统智能化控制流程是根据消防车的功能来设定的。如消防车有其它功能，系统可加入其它智能控制模式。

系统的每一个操作步骤与本步骤的成功与否都会在触摸显示屏C上以文字显示的方式予以提示，同时会以语音的方式进行播报，以更有效的解放消防人员的眼睛和双手用于灭火。消防人员只需要留意语音提示，就可以知道消防车水系的工作情况。如打开后进水阀，触摸显示屏C上会显示：正在打开后进水阀。语音也会同步播报。如阀门打开指令发出5秒内，泵进口阀门仍然未检测到水压，系统会先判断水位表的水位，如水位显示正常，触摸显示屏C就会显示：后进水阀打开异常，请手动开启。语音也会同步播报。如水位显示缺水，就会显示：水罐缺水，请补水。语音也同步播报。其它操作过程原理相同。即会对每一个操作步骤和操作结果进行智能判断，并同步显示和语音播报。让消防员对消防车的操作和故障的判断达到精确。火场抢险时，可以争取很多抢险时间。

如果系统配备有电动炮，电动炮控制器与主控器A通过总线连接起来，在触摸显示屏C上设计有炮的控制页面，可以对炮的方向、角度、喷射角等炮所有功能进行控制。

为了防止水锤现象对管路造成损坏，在泵出水管路上安装一个泄压阀。考虑到机械式泄压阀的反应速度最快，也最直接可靠，首选机械式泄压阀。当泵出口管路中压力超过阀值时，自动打开泄压。

消防车在工作过程中，由于水系操作动力来源于发动机，很多控制均采用气动装置，所以不能忽视发动机的工作状态。一般对水温、油温和气瓶压力的监测是必要的。主控器A视车型不同，可以从原车传感器上直接采样或通过总线从发动机ECU内直接读取的方式将数据读入，在触摸显示屏C上显示出来，同时并入智能控制系统。

通过以上描述可以看出，系统智能性很强，操作人员只需按动模式启动键、确认键和停止键就可以了，不会有误操作现象。在灭火战斗中，只需要留意系统的警告即可，对消防灭火的效率提升，消防车的寿命提高都是非常有效的。

Claims (6)

1.一种消防车智能控制系统，包括主控器(A)、总线(B)和触摸显示屏(C)；其特征在于，还包括水泵进口压力传感器(1)、水泵出口压力传感器(2)、气瓶压力传感器(3)，主控器(A)接收上述传感的输入信号；主控器(A)接收发动机水温感应塞(4)、机油压力感应塞(5)发送的信号；主控器(A)通过总线(B)与水泵转速表(6)、水罐液位计(7)、泡沫罐液位计(8)、语音提示器(9)、发动机ECU(16)双向联接；主控器(A)向急停装置(10)、后进水阀(11)、内注水阀(12)、电子油门(13)、引水泵控制线路(14)、联泵控制装置(15)发送输出信号。

2.根据权利要求1所述的消防车智能控制系统，其特征在于，所述的触摸显示屏(C)与主控器(A)无线联接。

3.根据权利要求1所述的消防车智能控制系统，其特征在于，所述的主控器(A)通过总线(B)与泡沫比例控制模块(17)双向联接。

4.根据权利要求1所述的消防车智能控制系统，其特征在于，所述的主控器(A)通过总线(B)与电动炮控制器(18)双向联接。

5.根据权利要求1所述的消防车智能控制系统，其特征在于，所述的主控器(A)为嵌入式单片机系统或PLC。

6.一种消防车智能控制方法，其特征在于，分为水罐灭火模式a、引水灭火模式b及水罐注水模式c，其中：

水罐灭火模式a包括以下步骤：

a1.在触摸显示屏(C)上按下水罐灭火按钮，主控器(A)控制内注水阀(12)关闭、后进水阀(11)开启；

a2.水泵进口压力传感器(1)向主控器(A)发送信号，主控器(A)控制联泵控制装置(15)联通水泵传动轴；

a3.主控器(A)通过总线(B)读取水泵转速表(6)的信号，主控器(A)通过电子油门(13)精细调整发动机转速，使转速恒定在灭火需要的转速；

a4.主控器(A)读取水泵出口压力传感器(2)的信号，主控器(A)通过电子油门(13)精细调整发动机转速，使压力恒定在灭火需要的压力；

a5.按灭火完成按钮，主控器(A)通过电子油门(13)将发动机转速降到最低，通过联泵控制装置(15)断开泵传动轴，关闭后进水阀(11)；引水灭火模式b包括以下步骤：

b1.在触摸显示屏C上按下引水灭火按钮，主控器(A)控制内注水阀(12)和后进水阀(11)关闭；

b2.主控器(A)通过引水泵控制线路(14)打开引水泵，通过联泵控制装置(15)联通水泵传动轴；

b3.主控器(A)根据水泵进口压力传感器(1)感应到的信号随时检测真空值，在水泵进口压力传感器(1)和水泵出口压力传感器(2)的压差达到设定值时，切断引水泵电源；

b4.主控器(A)通过总线(B)读取水泵转速表(6)的信号，主控器(A)通过电子油门(13)精细调整发动机转速，使转速恒定在灭火需要的转速；

b5.主控器(A)读取水泵出口压力传感器(2)的信号，主控器(A)通过电子油门(13)精细调整发动机转速，使压力恒定在灭火需要的压力；

b5.按灭火完成按钮，主控器(A)通过电子油门(13)将发动机转速降到最低，通过联泵控制装置(15)断开泵传动轴。

水罐注水模式c包括以下步骤：

c1.在触摸显示屏C上按下水罐注水按钮，主控器(A)控制内注水阀(12)开启和后进水阀(11)关闭；

c2.主控器(A)通过引水泵控制线路(14)打开引水泵，通过联泵控制装置(15)联通水泵传动轴；

c3.主控器(A)根据水泵进口压力传感器(1)感应到的信号随时检测真空值，在水泵进口压力传感器(1)和水泵出口压力传感器(2)的压差达到设定值时，切断引水泵电源；

c4.主控器(A)读取水泵出口压力传感器(2)的信号，主控器(A)通过电子油门(13)精细调整发动机转速，使压力恒定在水罐注水需要的压力；

c5.水罐液位计(7)达到满罐水位时，主控器(A)关闭内注水阀(12)，通过电子油门(13)将发动机转速降到最低，通过联泵控制装置(15)断开泵传动轴。

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