CN110307749B - 高层楼宇灭火弹车载电磁弹射系统的控制机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高层楼宇灭火弹车载电磁弹射系统的控制机构，用于解决现有高层楼宇灭火弹发射系统实用性差的技术问题。技术方案是包括电子电路、导向轴、底座、初级线圈、次级线圈和应力波放大器。应力波放大器与次级线圈固连，初级线圈与线圈基座固连，导向轴穿过初级线圈和线圈基座的中心孔，导向轴头部与次级线圈固连。升压变压器TM1将380V交流电升压，通过整流桥变为直流电，对脉冲电容C1进行充电，将能量储存在脉冲电容C1中；触发放电可控硅M3，脉冲电容C1将能量瞬间释放，初级线圈与次级线圈之间产生应力波，应力波通过应力波放大器传递给灭火弹，灭火弹射出。本发明采用基于电容器充放电的单级弹射，控制精度高，实用性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种控制系统，特别是涉及一种高层楼宇灭火弹车载电磁弹射系统的控制机构。
背景技术
灭火弹是解决高层楼宇灭火这一问题的主要方式，因此发射灭火弹是该技术的核心技术。现有技术通常采用手抛发射、火药发射以及空气炮发射。手抛发射由于发射距离较小，因此实用价值不高；火药发射和空气炮发射虽然解决了发射距离小的问题，但其发射距离不可调，重复性差，并且存在一定的安全隐患，容易对消防员造成一定的恐慌。
文献“申请公布号是CN105944262A的中国专利”公开了一种高层楼宇灭火弹电发射系统，该系统采用多级线圈对灭火弹进行加速的方式，可实现灭火弹发射初速度300m/s内可调，噪音低，安全性好。然而该系统采用光电监测系统检测灭火弹位置，从而控制每级驱动线圈的开关闭合，这种控制方式对监测系统以及开关精度要求极高，否则会导致灭火弹发射失败，同时光电检测系统以及us级开关成本较高，因此该系统工程化难度大；同时，该发明没有给出电源系统以及控制系统的电路，因此系统不完整，难以用于真正的工程实践当中。
发明内容
为了克服现有高层楼宇灭火弹电发射系统实用性差的不足，本发明提供一种高层楼宇灭火弹车载电磁弹射系统的控制机构。该控制机构包括电子电路、导向轴、底座、初级线圈、次级线圈和应力波放大器。应力波放大器与次级线圈固连，初级线圈与线圈基座固连，导向轴穿过初级线圈和线圈基座的中心孔，导向轴头部与次级线圈固连。升压变压器TM1将380V交流电升压，通过整流桥变为直流电，对脉冲电容C1进行充电，将能量储存在脉冲电容C1中；触发放电可控硅M3，脉冲电容C1将能量瞬间释放，初级线圈与次级线圈之间产生巨大的涡流斥力，产生应力波，应力波通过应力波放大器后传递给灭火弹，灭火弹高速射出。本发明采用单级弹射，解决了背景技术多级线圈弹射需要高精度元器件，成本高、难以实现的技术问题；利用电容的充电与放电，控制精度高、重复性好，误差在1％以内；最高充电电压可达5000V，可使4KG的灭火弹发射速度高达500m/s，并且将充电时间控制在3s以内，效率极高。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高层楼宇灭火弹车载电磁弹射系统的控制机构，其特点是包括升压变压器TM1、整流二极管D1，D2、整流可控硅M1，M2、限流电阻R1、平波电感L1、电压表V1、脉冲电容C1、泄流电阻R2、放电可控硅M3、续流二极管D3、电流传感器TA1、电压传感器TV1、温度传感器ST1、接触器J1、导向轴1、线圈基座2、初级线圈3、次级线圈4和应力波放大器5。整流可控硅M1与整流二极管D1串联，整流可控硅M2与整流二极管D2串联，两条串联后的电路并联形成整流桥，整流二极管D1、D2的正极作为整流桥的正极，整流可控硅M1、M2的负极作为整流桥的负极，升压变压器TM1的输出端分别接在整流可控硅M1、M2的正极，电流传感器TA1接在升压变压器TM1输出端的任一端，整流桥的负极与限流电阻R1的一端连接，限流电阻R1的另一端与平波电感L1的一端连接，平波电感L1的另一端与放电可控硅M3的正极连接，放电可控硅M3的负极与初级线圈3的正极连接，初级线圈3的负极与整流桥的负极相连，成为一条完成的回路。电压表V1、脉冲电容C1、续流二极管D3和电压传感器TV1分别并联在放电可控硅M3的正极与整流桥的正极之间，泄流电阻R2与接触器J1的开关串联后并联在放电可控硅M3的正极与整流桥的正极之间。应力波放大器5与次级线圈4通过螺栓连接，初级线圈3与线圈基座2通过螺栓连接，初级线圈3和线圈基座2开有中心孔，用于穿过导向轴1，导向轴1头部开有外螺纹，与次级线圈4的中心内螺纹连接。
一种用于高层楼宇灭火弹车载电磁弹射系统的控制机构的电源电路，其特点是开关S1为总开关，控制单相380V电源的通断，A、B相接火线，C相接零线，开关S1的A相依次串联开关S2、S3、S4、S5，接触器J2的控制开关并联在开关S5上，接触器J2的主开关与开关S1串联，热保护器FR1与接触器J2的主开关串联，指示灯L1与漏电保护器RCD1分别串联在热保护器FR1输出端的A相与C相上，滤波器F1与漏电保护器RCD1串联并接地，接触器J3、J4的开关均串联在FR1输出端的A相与B相上，接触器J3开关输出端分别串联保护电阻R3、R4，保护电阻R3、R4的输出端分别串联在升压变压器TM1的输入端，接触器J4开关输出端分别串联在升压变压器的输入端。
一种用于高层楼宇灭火弹车载电磁弹射系统的控制机构的控制电路，其特点是可编程控制器PLC与模拟量模块EM、触摸屏HMI、开关S6，S7，S8、继电器K1，K2，K3，K4和指示灯L2，L3连接，模拟量EM模块与电压传感器TV1、电流传感器TA1、温度传感器ST1和电压变送器TV2连接，电压变送器TV2与电路板PCB1连接，电路板PCB1输出端分别与整流可控硅M1、M2以及脉冲变压器IPI1连接，脉冲变压器IPI1与放电可控硅M3连接，继电器K1、K2、K3、K4的开关分别连接接触器J1、J2、J3、J4的线圈。
本发明的有益效果是：该控制系统包括电子电路、导向轴、底座、初级线圈、次级线圈和应力波放大器。应力波放大器与次级线圈固连，初级线圈与线圈基座固连，导向轴穿过初级线圈和线圈基座的中心孔，导向轴头部与次级线圈固连。升压变压器TM1将380V交流电升压，通过整流桥变为直流电，对脉冲电容C1进行充电，将能量储存在脉冲电容C1中；触发放电可控硅M3，脉冲电容C1将能量瞬间释放，初级线圈与次级线圈之间产生巨大的涡流斥力，产生应力波，应力波通过应力波放大器后传递给灭火弹，灭火弹高速射出。本发明采用单级弹射，解决了背景技术多级线圈弹射需要高精度元器件，成本高、难以实现的技术问题；利用电容的充电与放电，控制精度高、重复性好，误差在1％以内；最高充电电压可达5000V，可使4KG的灭火弹发射速度高达500m/s，并且将充电时间控制在3s以内，效率极高。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
附图说明
图1是本发明高层楼宇灭火弹车载电磁弹射系统的控制机构的简图。
图2是图1的电源系统的电路图。
图3是图1的控制系统的电路图。
图中，1-导向轴，2-线圈基座，3-初级线圈，4-次级线圈，5-应力波放大器，6-灭火弹。
具体实施方式
以下实施例参照图1～3。
本发明高层楼宇灭火弹车载电磁弹射系统的控制机构包括升压变压器TM1，整流二极管D1、D2，整流可控硅M1、M2，限流电阻R1，平波电感L1，电压表V1，脉冲电容C1，泄流电阻R2，放电可控硅M3，续流二极管D3，电流传感器TA1，电压传感器TV1，温度传感器ST1，接触器J1、J2、J3、J4，热保护器FR1，漏电保护器RCD1，滤波器F1，保护电阻R3、R4，开关S1、S2、S3、S4、S5，S6、S7、S8，指示灯L1、L2、L3，触摸屏HMI，可编程控制器PLC，模拟量模块EM，电压变送器TV2，电路板PCB1，继电器K1、K2、K3、K4，脉冲变压器IPI1，导向轴1，线圈基座2，初级线圈3，次级线圈4，应力波放大器5，灭火弹6。整流可控硅M1与整流二极管D1串联，整流可控硅M2与整流二极管D2串联，然后将两条串联后的电路并联，成为整流桥，整流二极管D1、D2的正极作为整流桥的正极，整流可控硅M1、M2的负极作为整流桥的负极，升压变压器TM1的输出端分别接在整流可控硅M1、M2的正极，电流传感器TA1接在升压变压器TM1输出端的任一端，整流桥的负极与限流电阻R1正极连接，限流电阻R1的负极与平波电感L1的正极连接，平波电感L1的负极与放电可控硅M3的正极连接，放电可控硅M3的负极与初级线圈3的正极连接，初级线圈3的负极与整流桥的负极相连，成为一条完成的回路，之后将电压表V1，脉冲电容C1，续流二极管D3，电压传感器TV1的正极与负极分别并联在平波电感L1的负极与整流桥的负极，最后将泄流电阻R2与接触器J1的开关串联后并联在平波电感L1的负极与整流桥的负极。应力波放大器5与次级线圈4通过螺栓连接，初级线圈3与线圈基座2通过螺栓连接，同时初级线圈3，线圈基座2开有中心孔，使导向轴1穿过，导向轴1头部开有外螺纹，与次级线圈4的中心内螺纹连接。开关S1为总开关，控制单相380V电源的通断，A、B相接火线，C相接零线，开关S1的A相依次串联开关S2、S3、S4、S5，接触器J2的控制开关并联在开关S5上，接触器J2的主开关与开关S1串联，热保护器FR1与接触器J2的主开关串联，指示灯L1与漏电保护器RCD1分别串联在热保护器FR1输出端的A相与C相上，滤波器F1与漏电保护器RCD1串联并接地，接触器J3、J4的开关均串联在FR1输出端的A相与B相上，接触器J3开关输出端分别串联保护电阻R3、R4，保护电阻R3、R4的输出端分别串联在升压变压器TM1的输入端，接触器J4开关输出端分别串联在升压变压器的输入端。可编程控制器PLC与模拟量模块EM，触摸屏HMI，开关S6、S7、S8，继电器K1、K2、K3、K4，指示灯L2、L3连接，模拟量EM模块与电压传感器TV1，电流传感器TA1，温度传感器ST1，电压变送器TV2连接，电压变送器TV2与电路板PCB1连接，电路板PCB1输出端分别与整流可控硅M1、M2以及脉冲变压器IPI1连接，脉冲变压器IPI1与放电可控硅M3连接，继电器K1、K2、K3、K4的开关分别连接接触器J1、J2、J3、J4的线圈。
开关S1为总开关，开关S2、S3为门开关，开关S4为常闭开关，开关S1接通后，依次接通开关S2、S3，按下开关S5，接触器J2得电后主开关接通，通过接触器J3的开关(常闭)接通升压变压器TM1，此时指示灯L1得电亮起，操作人员可通过指示灯L1判断电路是否接通，保护电阻R3、R4可以降低升压变压器TM1接通瞬间的励磁电流，从而起到保护电路的效果，升压变压器TM1接通2秒后，由于可编程控制器PLC中程序控制，继电器K4得电，从而控制接触器J4得电并闭合开关，1秒钟过后，继电器K3得电，从而控制接触器J3得电并断开开关。操作人员可在触摸屏HMI上进行设置电压，之后按下开关S6，可编程控制器PLC得到指令后通过电压变送器TV2向电路板PCB1发送指令，电路板PCB1得到信号后在内部对信号进行放大后触发整流可控硅M1、M2，升压变压器TM1将380V交流电升压，该交流电通过由整流可控硅M1、M2和整流二极管D1、D2组成的整流桥变为直流电，对脉冲电容C1进行充电，将能量储存在脉冲电容C1中；限流电阻R1保证充电时电流不会过大而损坏元器件，平波电感L1保证变压器刚启动时电流不至于过大而损坏元器件，充电过程中，可以通过电压表V1随时观察脉冲电容C1两端的电压，电压传感器TV1，电流传感器TA1，温度传感器ST1分别采集电压、电流、温度信号传输给模拟量模块EM，模拟量模块EM将信号转化后在触摸屏HMI上显示出来，供操作者实时查看，若操作者发现异常，可按下开关S8(急停开关)，系统马上停止工作并触发指示灯L3(报警指示灯)；充电完成后，若操作人员发现异常无法放电，则可通过在触摸屏HMI上按下泄流按钮，继电器K1得电从而使接触器J1得电开关闭合，脉冲电容C1中能量通过泄流电阻R2泄出，若没有发生异常情况可以放电，操作人员可按下开关S7，可编程控制器PLC得到信号传递给电路板PCB1，电路板PCB1将信号放大后通过脉冲变压器IPI1转化为脉冲信号触发放电可控硅M3，脉冲电容C1将能量瞬间释放，初级线圈3与次级线圈4之间产生巨大的涡流斥力，应力波产生，应力波通过应力波放大器5后传递到灭火弹6上，灭火弹6高速射出，导向轴1保证发射方向没有偏差，续流二极管D3避免了放电时第一初级线圈3，第二初级线圈10由于电磁感应现象而对脉冲电容C1的二次反向充电，保护脉冲电容C1不被损坏。
一种高层楼宇灭火弹车载电磁弹射系统的控制机构实施步骤为：
步骤一、打开开关S1，按下开关S2、S3、S5，系统得电，等待3秒后接触器J4开关接通，即可操作触摸屏HMI。
步骤二、根据所需发射速度大小在触摸屏HMI上设定充电电压，发射速度由公式
算出。其中V-挤压速度，K-应力波放大器放大倍数，T-应力波波长，U0-充电电压，m-灭火弹质量。
步骤三、按下开关S6(充电开关)，可编程控制器PLC通过电压变送器TV2向电路板PCB1发出信号，触发整流可控硅M1、M2，脉冲电容C1开始充电，充电完成后，指示灯L2亮起，此时确认电压表V1与触摸屏HMI上的实际电压值与设定电压值相同，若发生异常无法放电则按下触摸屏HMI上的泄流按钮，脉冲电容C1将能量通过泄流电阻R2泄出，然后重新充电。
步骤四、将灭火弹6紧靠应力波放大器5，瞄准目标，按下开关S7(放电开关)，可编程控制器PLC向电路板PCB发出信号，通过脉冲变压器IPI1触发放电可控硅M3，脉冲电容C1将能量瞬间释放，将灭火弹6射出。
步骤五、重复步骤三和步骤四，可实现灭火弹的持续发射。
Claims (3)
1.一种高层楼宇灭火弹车载电磁弹射系统的控制机构，其特征在于：包括升压变压器TM1、整流二极管D1，D2、整流可控硅M1，M2、限流电阻R1、平波电感L1、电压表V1、脉冲电容C1、泄流电阻R2、放电可控硅M3、续流二极管D3、电流传感器TA1、电压传感器TV1、温度传感器ST1、接触器J1、导向轴(1)、线圈基座(2)、初级线圈(3)、次级线圈(4)和应力波放大器(5)；整流可控硅M1与整流二极管D1串联，整流可控硅M2与整流二极管D2串联，两条串联后的电路并联形成整流桥，整流二极管D1、D2的正极作为整流桥的正极，整流可控硅M1、M2的负极作为整流桥的负极，升压变压器TM1的输出端分别接在整流可控硅M1、M2的正极，电流传感器TA1接在升压变压器TM1输出端的任一端，整流桥的负极与限流电阻R1的一端连接，限流电阻R1的另一端与平波电感L1的一端连接，平波电感L1的另一端与放电可控硅M3的正极连接，放电可控硅M3的负极与初级线圈(3)的正极连接，初级线圈(3)的负极与整流桥的负极相连，成为一条完成的回路；电压表V1、脉冲电容C1、续流二极管D3和电压传感器TV1分别并联在放电可控硅M3的正极与整流桥的正极之间，泄流电阻R2与接触器J1的开关串联后并联在放电可控硅M3的正极与整流桥的正极之间；应力波放大器(5)与次级线圈(4)通过螺栓连接，初级线圈(3)与线圈基座(2)通过螺栓连接，初级线圈(3)和线圈基座(2)开有中心孔，用于穿过导向轴(1)，导向轴(1)头部开有外螺纹，与次级线圈(4)的中心内螺纹连接。
2.一种用于权利要求1所述高层楼宇灭火弹车载电磁弹射系统的控制机构的电源电路，其特征在于：开关S1为总开关，控制单相380V电源的通断，A、B相接火线，C相接零线，开关S1的A相依次串联开关S2、S3、S4、S5，接触器J2的控制开关并联在开关S5上，接触器J2的主开关与开关S1串联，热保护器FR1与接触器J2的主开关串联，指示灯L1与漏电保护器RCD1分别串联在热保护器FR1输出端的A相与C相上，滤波器F1与漏电保护器RCD1串联并接地，接触器J3、J4的开关均串联在FR1输出端的A相与B相上，接触器J3开关输出端分别串联保护电阻R3、R4，保护电阻R3、R4的输出端分别串联在升压变压器TM1的输入端，接触器J4开关输出端分别串联在升压变压器的输入端。
3.一种用于权利要求1所述高层楼宇灭火弹车载电磁弹射系统的控制机构的控制电路，其特征在于：可编程控制器PLC与模拟量模块EM、触摸屏HMI、开关S6，S7，S8、继电器K1，K2，K3，K4和指示灯L2，L3连接，模拟量EM模块与电压传感器TV1、电流传感器TA1、温度传感器ST1和电压变送器TV2连接，电压变送器TV2与电路板PCB1连接，电路板PCB1输出端分别与整流可控硅M1、M2以及脉冲变压器IPI1连接，脉冲变压器IPI1与放电可控硅M3连接，继电器K1、K2、K3、K4的开关分别连接接触器J1、J2、J3、J4的线圈。
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