CN107029367B - 一体式正负压智能型泡沫比例混合系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种一体式正负压智能型泡沫比例混合系统，包括泡沫罐、水罐、正压系统、负压系统及控制系统；正压系统包括泡沫泵、泡沫输送阀及充液阀；负压系统包括压力水阀、正压泡沫阀及文丘里管；控制系统包括电控阀和可编程逻辑控制器；其中泡沫罐与泡沫泵连接，泡沫罐通过电控阀与文丘里管及正压泡沫阀连接；水罐与文丘里管及正压泡沫阀连接。本发明一体式正负压智能型泡沫比例混合系统具有以下优点：系统集成了正负压泡沫比例混合系统的所有控制程序，利用CPU强大的编程、控制功能，将2个系统有机地组合，提供了系统硬件的使用率，在操作上，同时简化了2个系统各自的操作模式，并且只需操作一个键即可进行正负压系统的相互切换。

Description

一体式正负压智能型泡沫比例混合系统

技术领域

本发明涉及消防车装备领域，具体地，涉及一种正负压一体式智能泡沫比例混合系统。

背景技术

目前随着我国科学技术的高速发展，在消防行业领域，特别是泡沫消防车领域，取得了巨大发展，已经赶上或超过国外知名企业，当前我国泡沫消防车主要装备如下泡沫比例混合系统。

负压式泡沫比例混合系统：国内85％以上泡沫消防车均装备了该系统，具有成本低、安装方便、控制精度高，功能齐全，可靠性高、操作简便等优点。唯一不足是只能单车作战，只能用本系统进行灭火救援，适应中、小型火灾。对于港口码头、石化企业，大型石化仓库的大型火灾的灭火救援显得力不从心。

正压式泡沫比例混合系统：为解决负压系统的弊端，目前许多石化企业，有大型石化仓库的城市配备安装了正压泡沫系统的消防车，优势是可以多车耦合使用，进行长时间灭火，把消防泵的效率发挥到极致，并可进行泡沫远距离输送。其不足是系统比较复杂、成本高，安装使用麻烦，对底盘动力要求高，可靠性差(相对负压系统)，适合大型火灾的灭火，对中、小型火灾没有任何优势。

如何在同一辆车上即有负压系统的功能，又有正压系统的功能，并且成本与正压系统基本差不多，为消防部队解决车辆配置上的烦恼，解决这个问题已经被消防部队提到议事日程。

发明专利号：CN201510002760.0《一种泡沫消防车注入式正负压泡沫比例混合系统》，中心内容是，“正压泡沫，负压注入”其在负压使用时，仍然需要启动泡沫泵，泡沫泵功率基本上大于15Kw,而底盘发动机也在满负荷下工作，不符合节能环保的要求，其仍然没有脱离“正压系统”的范畴，不是真正意义上的负压系统，只是把原正压系统的泡沫液注入从水泵出水口，改送到水泵进水口，降低了对泡沫泵输出压力的要求，只是正压系统的拓展使用。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明目的在于提供一种节能环保、可一个键切换正负压的一体式正负压智能型泡沫比例混合系统。

为解决上述技术问题，本发明提供一种一体式正负压智能型泡沫比例混合系统，包括泡沫罐、水罐、正压系统、负压系统及控制系统；正压系统包括泡沫泵、泡沫输送阀及充液阀；负压系统包括压力水阀、正压泡沫阀及文丘里管；控制系统包括电控阀和可编程逻辑控制器；其中泡沫罐与泡沫泵连接，泡沫罐通过电控阀与文丘里管及正压泡沫阀连接；水罐与文丘里管及正压泡沫阀连接。

优选地，泡沫泵的进口通过Y型过滤器、泡沫阀与泡沫罐连接；泡沫泵的出口通过充液阀与泡沫罐连接；在泡沫泵的进口与泡沫泵的出口之间连接有单相阀；泡沫泵的出口通过回流阀与泡沫泵的进口连接；泡沫泵的出口分别与泡沫输送阀及电控阀的进液口连接。

优选地，电控阀的出口通过正压泡沫阀与水泵的进水口连接；文丘里管的进水口通过压力水阀与水泵的出水口连接；文丘里管的泡沫进液口分别与正压泡沫阀、电控阀的出口连接；文丘里管的混合液出口与水泵的进水口连接。

优选地，在泡沫泵上设有转速传感器。

优选地，在Y型过滤器和所述泡沫阀之间连接有冲洗阀和外供泡沫阀。

优选地，在泡沫罐内设有泡沫高低液位传感器，在水罐内设有水高低液位传感器。

优选地，在泡沫泵的出口与电控阀的进液口之间连接有泡沫压力传感器和泡沫流量传感器；在水泵的出水口与压力水阀之间连接有水压力传感器和水流量传感器。

优选地，电控阀内部的控制器通过CAN总线与显示器连接；显示器通过CAN总线与可编程逻辑控制器连接，可编程逻辑控制器通过CAN总线与底盘ECU和底盘发动机连接。

优选地，可编程逻辑控制器的第二引脚与转速传感器连接；可编程逻辑控制器的第九引脚和第十引脚分别与水压力传感器和泡沫压力传感器连接；可编程逻辑控制器的第二十七引脚和第二十八引脚分别与水高低液位传感器和泡沫高低液位传感器连接；可编程逻辑控制器的第四十一引脚与声光报警器连接；可编程逻辑控制器的第四十五引脚、第四十七引脚、第四十八引脚、第四十九引脚、第五十引脚、第五十一引脚、第五十二引脚和第五十三脚分别与压力水阀、正压泡沫阀、泡沫阀、外供泡沫阀、泡沫输送阀、冲洗阀、充液阀和回流阀连接；可编程逻辑控制器的第十四引脚和第三十二引脚分别与显示器和电控阀连接；可编程逻辑控制器的第六引脚和第七引脚分别通过RS232接口与计算机编程器进行通讯连接；可编程逻辑控制器的第二十五引脚和第二十六引脚分别与底盘ECU、底盘发动机通过CAN总线C1939通讯协议连接；可编程逻辑控制器的第三十六引脚输出的PWM信号与数模转换器连接，输出模拟油门信号控制发动机转速。

优选地，可编程逻辑控制器的型号为SF950。

与现有技术相比，本发明一体式正负压智能型泡沫比例混合系统具有以下优点：系统集成了正负压泡沫比例混合系统的所有控制程序，利用CPU强大的编程、控制功能，将2个系统有机地组合，提供了系统硬件的使用率，在操作上，同时简化了2个系统各自的操作模式，并且只需操作一个键即可进行正负压系统的相互切换，在正压系统的基础上只需增加3个器件(2个电控气动阀、1个文丘里管)，大大降低了系统成本，系统中的的所有器件，各种功能齐全、完备，集成度高，能够充分提供泡沫消防车的使用范围，满足战时和维护的各种要求、人性化的操作界面使得操作极为简单。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征目的和优点将会变得更明显。

图1是本发明一体式正负压智能型泡沫比例混合系统结构示意图；

图2a是本发明一体式正负压智能型泡沫比例混合系统的负压控制面板页面图；

图2b是本发明一体式正负压智能型泡沫比例混合系统的正压控制面板页面图；

图3是本发明一体式正负压智能型泡沫比例混合系统的PLC控制原理图；

图4是本发明一体式正负压智能型泡沫比例混合系统的参数设置页面；

图5是本发明一体式正负压智能型泡沫比例混合系统的CPU控制结构图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改。

如图1所示，本发明提供的正负压一体式智能型泡沫比例混合系统。其中正压系统包括：泡沫泵101、回流阀102、泡沫压力传感器103、泡沫输送阀105、转速传感器106、充液阀111。

其中负压系统包括：压力水阀121、正压泡沫阀114、文丘里管127。

其中正负压系统供用器件包括：泡沫流量传感器104、Y型过滤器107、泡沫罐108、泡沫阀109、冲洗阀110、外供泡沫阀112、泡沫高低液位传感器113、电控阀115、可编程逻辑控制器116、显示器117、CAN总线118、底盘ECU119、底盘发动机120、水罐122、水高低液位传感器123、水泵124、水压力传感器125、水流量传感器126，文丘里管127、单相阀128。

在正压系统工作模式下：泡沫泵101进口与泡沫罐108连接，出口与电控阀115进口连接，电控阀115出口通过正压泡沫阀114与水泵124进水口连接，这种连接方式能够满足消防泵进水口为正压时(0.6Mpa)与压力水进行有效混合，由于泡沫泵的叶轮作用，泡沫泵出水口的混合液是完全混合的，提供了整个系统的灭火效果。

文丘里管127的泡沫进口虽然与电控阀115出口连接，由于电控阀115的进水口受到压力水阀121的阻断没能在文丘里管127内形成真空吸附作用，电控阀115出口泡沫液不能被文丘里管127吸入，只有通过正压泡沫阀114进入到水泵124的进水口。

单相阀128一端与泡沫泵101进口连接、另一端分别与泡沫泵101出口、电控阀115进液口连接。正压工作模式下，虽然单相阀128的通过口与泡沫罐108连接，但是由于泡沫泵101齿轮的旋转作用形成负压吸附，以及单相128进口是正压，阀泡沫液只能进入到泡沫泵的进口、另一方面泡沫泵的出口流出的泡沫液在单相阀作用下不能再流到泡沫泵进口的。

在负压系统工作模式下：文丘里管127进水口通过压力水阀121与水泵124的出水口连接、文丘里管127泡沫进液口分别与正压泡沫阀114、电控阀115、单相阀128与泡沫罐108连接，混合液出口与水泵124进水口连接。文丘里管127的进水口在水泵压力水的作用下内部形成真空腔通过进液口、电控阀、单相阀把泡沫罐的泡沫液吸附到文丘里管内，通过出液口将泡沫液输送到水泵进水口，这是负压吸附泡沫液的工作原理。

正压泡沫阀114的二端分别与文丘里管127的进液口、电控阀115、水泵124进水口连接。目的是为了阻断文丘里管进液口与文丘里管混合液出口互通，从而造成文丘里管不能正常工作。

系统利用CPU强大编程控制功能将2个系统有机地组合在一起，正负压系统供用器件占整个系统2/3，而负压系统只占1/10，即简化了操作又最大程度上节约了成本，具有独特的创新性，实用性。

根据图2～图5对正负压一体式智能型泡沫比例混合系统的控制机理做进一步阐述。

显示器117分别显示负压主页面201、正压主页面210、负压主页面201还分别连接第一组合键202、第二组合键203、第三组合键204、第四组合键205、第五组合键206、第六组合键207、第七组合键208、第八组合键209。

正压主页面分别与按键油门+211、油门-212、罐泡沫键213、外供泡沫阀214、设置键215连接。

第五组合键206、第六组合键207可方便进行正负压系统的转换并根据需要实现正负压操作功能的需要。

负压主页面201的主要功能包括：自动运行、手动操作、自动冲洗、泡沫外吸。这几项功能基本涵盖了目前负压式泡沫比例混合器的所有功能，在操作上可以一键选择，不同功能下系统全方位显示了各项参数以及各阀门的工作状态，具有操作简单、显示全面清晰的特点。

其中的正压主页面210主要功能：

泡沫灭火功能：按压第一组合键202灭火，此时系统处在灭火待机状态，可选择罐泡沫键213或外供泡沫键214进行灭火操作。如选择罐泡沫键213，系统自动打开泡沫液阀109、正压泡沫阀114、电控阀115的开度根据水流量及泡沫比例要求打开一定角度，系统其它各项参数实时在正压主页面301上显示。

泡沫输送功能：按压第二组合键203输送，此时系统处在输送待机状态，可选择罐泡沫键213或外供泡沫键214进行，如选择外供泡沫键214进行泡沫输送，系统自动打开外供泡沫阀112、泡沫输送阀105，系统可将外界泡沫液经过泡沫泵101加压向其它消防车或其它地方输送。给多车耦合使用创造了条件。

罐注液功能：按压第三组合键204罐注液，此时系统自动打开外供泡沫阀102、充液阀111，把外界泡沫补充到泡沫罐108内，从根本上解决了给泡沫消防车的泡沫罐注液的困难。

冲洗功能：按压第四组合键205冲洗，此时系统自动打开压力水阀121、冲洗阀110、电控阀全开，将使用完毕后的系统内残留泡沫液进行冲洗，真正意义上的一键式自动冲洗，30秒后系统自动返回到正压主页面210。

由于正压系统的功能比较多却按键复杂，为防止误操作，基本功能采取二键式启动有效，确保系统的安全性。

负压主页面201、正压主页面210包括：第一组合键202～第八组合键209，第一组合键202在负压状态下功能是作为翻页键使用、正压状态下作为灭火功能键使用、第二组合键203在负压状态下功能是作为模式键使用、正压状态下作为输送泡沫功能键使用、第三组合键204在负压状态下功能是作为泡沫“开”键使用、正压状态下作为罐注液功能键使用、第四组合键205在负压状态下功能是作为泡沫“关”键使用、正压状态下作为冲洗功能键使用、第五组合键206在负压状态下功能是作为手动“+”键打开电控阀115使用此时必须是负压状态手动操作模式、在负压状态自动运行模式开机启动作为切换到“正压”功能键使用、在参数设置页面401状态下作为参数“选择”402键使用、第六组合键207在负压状态下功能是作为手动“-”键关闭电控阀115使用此时必须是负压状态手动操作模式、正压状态下切换到“负压”模式键使用、在参数设置页面401状态下作为参数“确认”403键使用，第七组合键208、第八组合键209在负压或正压模式下，均作为泡沫比例设置键使用、在参数设置页面401状态下作为设置系数“加”“减”键使用。设计上利用CPU的强大功能，使得系统页面上的按键根据不同的工作模式起到对应的功能，高度集成化设计即节约了制造、安装成本，又扩展了使用功能，具有极强的创新性。

可编程逻辑控制器116的输入端口包括：转速传感器106、罐泡沫键213、外供泡沫键214连接、水压力传感器125、泡沫压力传感器103连接、设置键215、水高低液位传感器123、泡沫高低液位传感器113。

可编程逻辑控制器116的输出端口包括：声光报警器309、油门+211油门-212、按键、压力水阀121、正压泡沫阀114、泡沫阀109、外供泡沫阀112、泡沫输送阀105、冲洗阀110、充液阀111、回流阀102。可编程逻辑控制器把传感器的各种信号通过内部可编程逻辑控制器的CPU的处理后，把搜集到的信息发送到各输出端口，通过CAN总线与其它部件进行通讯，达到了自动控制功能，拓展了系统应用范围，提高系统可靠性。

可编程逻辑控制器116的第十四引脚(第一CANL)、第三十二引脚306(第一CANH)与显示器117、电控阀115进行通讯连接、可编程逻辑控制器116的第六引脚(RxD)、第七引脚305(TxD)通过RS232接口与计算机编程器进行有效通讯。

电控阀115还分别与水流量传感器126、泡沫流量传感器104，这种方式连接是为了更加方便精准的控制其阀门开度，提供系统的精准性。

可编程逻辑控制器116的第二十五引脚(第二CANL)、第二十六引脚307(第二CANH)与底盘ECU119、底盘发动机120通过CAN总线C1939协议通讯连接，可编程逻辑控制器116的第三十六引脚(QX0.04)、脚输出的PWM信号通过与数模转换器310连接，输出模拟油门信号控制发动机转速。而数字油门信号的输出是通过可编程逻辑控制器接收到的油门+、油门-按键的信号利用CAN总线与底盘ECU的通讯实现控制发动机转速的。

系统在硬件选用上选择了带有二路CAN总线，目前比较先进的可编程逻辑控制器，目的是提高可编程逻辑控制器数据处理、传输通讯功能，因为正或负压本身系统就已经存储了大量数据，如果采用一般的总线进行通讯，极易造成信号堵塞，死机无法正常工作。CAN总线通讯废除了地址编码，采用通讯数据进行编码，可使不同节点同时接收到相同数据，使得网络各节点之间的通讯实时性强，并且容易构成冗余结构，提高了系统的高可靠性和灵活性，CAN总线的两个输出端CAN-H—CAN-L与物理总线相连，充分保证了系统强纠错检测能力，再则如果不采用CAN总线底层协议、C1939通讯协议则无法与底盘ECU进行有效通讯，达不到控制底盘发动机油门的目的，而每一路CAN总线采用不同的通讯协议，从根本上解决了总线之间相互干扰的问题，该技术的运用完全与国5排放标准的底盘电喷发动机相适应，具有一定的创新性。

设置键215点击后进入参数设置页面401，参数设置页面401，分别连接第3功能键：选择键402、确认键403，还连接于：第2功能键：数字加键404、数字减键405。

参数设置页面401具体功能如下：

“底盘选择”内部集成了国内外常用消防车专用底盘发动机的ID通讯码，只需通过选择键402选择，按确认键403后，系统即可监控所选底盘发动机的各项参数。

“参数设置”是为了调整系统的水、泡沫流量与实际流量一致设置的，以提高系统泡沫混合比的精度，提高实际灭火的效率、系数调整是通过加键404、减键405、确认键403完成的。

这是一种具有划时代的突破设计理念，堪称是当今新技术的应用典范。设计者近几年来通过与国内外底盘厂家的询问、沟通加上实际摸索应用，将目前消防车常采用的进口、国产底盘的发动机ID代码(通讯码)经过实际论证后的数据全部写入可编程逻辑控制器内部，以程序方式存入可编程逻辑控制器CPU，只需进入的“参数设置”页面简单操作几下相关按键，即可确定所选底盘，并对底盘发动机参数进行有效控制。最大程度上拓展了该系统的应用范围，无论给生产、使用、维护都带来极大方便，是一个划时代技术创新。

如图5所示，正负压一体式智能型泡沫比例混合系统的系统CPU控制结构图包括：可编程逻辑控制器CPU、显示器CPU、电控阀CPU，可编程逻辑控制器CPU分别与外按键、传感器连接，外按键包括：油门+211、油门-212、罐泡沫键213、外供泡沫键214、设置键215，传感器包括：泡沫压力传感器103、转速传感器106、泡沫高低液位传感器113、水高低液位传感器123、水压力传感器125。

可编程逻辑控制器CPU通过第一CAN总线306分别与显示器CPU、电控阀CPU连接，还通过第二CAN总线307连接与底盘ECU119、底盘发动机120。

其中第一CAN总线306利用一般通讯模式与显示器CPU、电控阀CPU建立数据通讯，第二CAN总线307为底层协议利用C1939通讯协议与底盘ECU、底盘发动机建立数据通讯，读取发动机相关数据并控制发动机转速。

显示器CPU分别与程序A、程序B、内按键连接，程序A包含了负压主页面201的所有控制内容，程序B包含了正压主页面301的所有控制内容，内按键包括：第一组合键202、第二组合键203、第三组合键204、第四组合键205、第五组合键206、第六组合键207、第七组合键208、第八组合键209。

电控阀CPU分别与流量传感器、驱动连接，流量传感器包括：泡沫流量传感器104、水流量传感器126。

其中泡沫流量传感器104、水流量传感器126接入电控阀CPU是为了更加方便精准的控制其阀门开度，驱动是由大功率VMS管组成的H桥电路，使得驱动安全、可靠。

整个系统利用了3个大容量CPU，并通过CAN总线技术有机地互相融合，解决了CPU之间的相互通讯，增加了内按键的操作功能，简化了系统的结构使得系统3/10硬件为二个系统的供用，即拓展了系统应用领域，又简化了系统结构降低了成本、很大程度上提高整个系统的可靠性。这一切充分体现了设计者对计算机程序的熟练运用、对正、负压系统的充分理解，是一款具有唯一性、先进性、科学性的设计。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种一体式正负压智能型泡沫比例混合系统，包括泡沫罐、水罐、正压系统、负压系统及控制系统；

正压系统包括泡沫泵、泡沫输送阀及充液阀；

负压系统包括压力水阀、正压泡沫阀及文丘里管；

控制系统包括电控阀、显示器、和可编程逻辑控制器；其中

泡沫罐与泡沫泵连接，泡沫罐通过电控阀与文丘里管及正压泡沫阀连接；水罐与文丘里管及正压泡沫阀连接；

泡沫泵的进口通过Y型过滤器、泡沫阀与泡沫罐连接；

泡沫泵的出口通过充液阀与泡沫罐连接；

在泡沫泵的进口与泡沫泵的出口之间连接有单相阀；

泡沫泵的出口通过回流阀与泡沫泵的进口连接；

泡沫泵的出口分别与泡沫输送阀及电控阀的进液口连接；

电控阀的出口通过正压泡沫阀与水泵的进水口连接；

文丘里管的进水口通过压力水阀与水泵的出水口连接；

文丘里管的泡沫进液口分别与正压泡沫阀、电控阀的出口连接；

文丘里管的混合液出口与水泵的进水口连接；

电控阀内部的控制器通过CAN总线与显示器连接；

显示器通过CAN总线与可编程逻辑控制器连接，可编程逻辑控制器通过CAN总线与底盘ECU和底盘发动机连接；

可编程逻辑控制器的型号为SF950。

2.根据权利要求1所述的一体式正负压智能型泡沫比例混合系统，其特征在于，在泡沫泵上设有转速传感器。

3.根据权利要求1所述的一体式正负压智能型泡沫比例混合系统，其特征在于，在Y型过滤器和所述泡沫阀之间连接有冲洗阀和外供泡沫阀。

4.根据权利要求1所述的一体式正负压智能型泡沫比例混合系统，其特征在于，在泡沫罐内设有泡沫高低液位传感器，在水罐内设有水高低液位传感器。

5.根据权利要求1所述的一体式正负压智能型泡沫比例混合系统，其特征在于，在泡沫泵的出口与电控阀的进液口之间连接有泡沫压力传感器和泡沫流量传感器；

在水泵的出水口与压力水阀之间连接有水压力传感器和水流量传感器。

6.根据权利要求1所述的一体式正负压智能型泡沫比例混合系统，其特征在于，可编程逻辑控制器的第二引脚与转速传感器连接；

可编程逻辑控制器的第九引脚和第十引脚分别与水压力传感器和泡沫压力传感器连接；

可编程逻辑控制器的第二十七引脚和第二十八引脚分别与水高低液位传感器和泡沫高低液位传感器连接；

可编程逻辑控制器的第四十一引脚与声光报警器连接；

可编程逻辑控制器的第四十五引脚、第四十七引脚、第四十八引脚、第四十九引脚、第五十引脚、第五十一引脚、第五十二引脚和第五十三脚分别与压力水阀、正压泡沫阀、泡沫阀、外供泡沫阀、泡沫输送阀、冲洗阀、充液阀和回流阀连接；

可编程逻辑控制器的第十四引脚和第三十二引脚分别与显示器和电控阀连接；

可编程逻辑控制器的第六引脚和第七引脚分别通过RS232接口与计算机编程器进行通讯连接；

可编程逻辑控制器的第二十五引脚和第二十六引脚分别与底盘ECU、底盘发动机通过CAN总线C1939通讯协议连接；

可编程逻辑控制器的第三十六引脚输出的PWM信号与数模转换器连接，输出模拟油门信号控制发动机转速。