CN110812744B - 消防炮的控制方法、控制系统和消防车 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种消防炮的控制方法、控制系统和消防车，控制方法包括如下步骤：设定消防炮的反作用力极限值F’；获取消防炮当前的反作用力值F；判断F是否达到F’；根据判断结果控制消防炮的喷射姿态和喷射流量。本发明提供的消防炮的控制方法基于对消防炮反作用力的实时检测，并通过消防炮反作用力的检测结果和反作用力极限值的比较结果相应控制消防炮的喷射流量和喷射姿态，以使消防炮在允许的安全工作范围内的旋转角度和改变喷射流量，而不受限于为消防炮预设的限制条件，从而使消防炮与消防车总体性能之间更加匹配，进而使消防炮具有更好的消防效果。

Description

消防炮的控制方法、控制系统和消防车

技术领域

本发明涉及消防炮的控制技术领域，具体而言，涉及一种消防炮的控制方法、控制系统和包含上述控制系统的消防车。

背景技术

目前，消防车上最常使用的带执行机构的消防炮，既可做上下俯仰转动，也可绕回转中心左右摆动。不同的消防车因设计要求不同，通常会限制消防炮在固定的俯仰(或旋转)角度区间内转动，使消防炮不能具有更大的转动幅度，进而导致未能充分发挥消防炮本身应具有的喷射角度和喷射流量，限制了消防炮的消防能力。

发明内容

为了解决上述技术问题至少之一，本发明的一个目的在于提供一种消防炮的控制方法。

本发明的另一个目的在于提供一种消防炮的控制系统。

本发明的再一个目的在于提供一种具有上述控制系统的消防车。

本发明第一方面的技术方案提供的消防炮的控制方法，包括如下步骤：设定所述消防炮的反作用力极限值F’；获取所述消防炮当前的反作用力值F；判断反作用力值F是否达到反作用力极限值F’；根据判断结果控制所述消防炮的喷射姿态和喷射流量。

具体而言，首先启动消防炮，使消防炮以一定喷射姿态进行喷射，其中喷射姿态主要包括消防炮的喷射流量和喷射角度。消防炮在喷射的过程中会对和其连接的结构件，比如消防剂供应管道施加一定的反作用力。从而需要设定消防炮的反作用力极限值F’并对消防炮在喷射时的反作用力F进行实时检测，以控制消防炮在喷射时的反作用力F小于等于反作用力极限值F’。这是由于消防炮反作用力的大小会影响到消防车的结构稳定性，如果消防炮在喷射时的反作用力F大于消防车的设计范围，则可能影响到消防效果。在实际应用中，不同的消防车结构设计不同，使得不能充分发挥消防车配置的消防炮的喷射能力。通过检测消防炮的反作用力F，并将检测到的反作用力F与反作用力极限值F’进行比较，从而以消防炮反作用力为控制目标，实现对消防炮喷射姿态和喷射流量的控制，以使消防炮在允许的安全工作范围内的旋转角度和改变喷射流量，而不受限于为消防炮预设的限制条件，从而使消防炮与消防车总体性能之间更加匹配，并根据判断结果实时控制消防炮的喷射姿态以使消防炮喷射的覆盖面增加，从而具有更好的消防效果。

本发明所提供的消防炮的控制方法，适用的消防炮的类型不限，既可以是固定式消防炮也可以是移动式消防炮；喷射的消防剂的类型也没有限制，可以是水、泡沫或是干粉。因此，该控制方法对各种消防炮均能适用，且控制原理简单、检测方式直接、控制方式简便，并通过对消防炮反作用力的检测结果相应控制包括消防炮流量、消防炮喷射角度等参数在内的喷射姿态，使消防炮在消防车的设计范围内尽可能的增加消防炮可能的转动范围和喷射流量，从而相应增加了消防炮喷射的覆盖面，提高了消防炮的灭火效率。

另外，本发明提供的上述技术方案中的控制方法还可以具有如下附加技术特征：

在上述技术方案中，所述“设定所述消防炮的反作用力极限值F’”的步骤包括：设定消防炮反作用力在X轴、Y轴和Z轴方向上的极限值Fx’、Fy’、Fz’；所述“获取所述消防炮当前的反作用力值F”的步骤包括：获取所述消防炮的反作用力在三维坐标系的X轴、Y轴和Z轴方向上的分力Fx、Fy、Fz；所述“判断反作用力值F是否达到反作用力极限值F’”的步骤具体包括：分别判断Fx是否达到Fx’，Fy是否达到Fy’，Fz是否达到Fz’。在上述任一技术方案中，控制方法还包括如下步骤：获取所述消防炮的喷射流量Q，获取消防炮的喷射角度θ；所述“根据判断结果控制所述消防炮的喷射姿态和喷射流量”的步骤具体包括：根据所述判断结果控制消防炮的喷射角度θ和喷射流量Q。

在上述技术方案中，所述“根据所述判断结果控制消防炮的喷射角度θ和喷射流量Q”的步骤包括：若F达到F’，则保持喷射流量Q不变，并控制消防炮向反作用力F减小的角度方向转动，或保持消防炮的喷射角度θ不变，并减小喷射流量Q，或同时控制消防炮向反作用力F减小的角度方向转动且减小喷射流量Q；若F未达到F’，则允许增大消防炮的喷射流量Q或允许控制消防炮向反作用力F增大的角度方向转动，并返回至“获取所述消防炮当前的反作用力F”的步骤。

在上述技术方案中，对于所述消防炮反作用力包括朝向空间上三个方向上的作用力的情况，所述消防炮的喷射角度θ包括俯仰角度参数α和水平旋转角度参数β；其中，β为在X-Y轴限定的平面上消防炮的初始位置和当前位置间的夹角，α为垂直于X-Y轴限定的平面上消防炮的初始位置和当前位置间的夹角；所述“根据所述判断结果控制消防炮的喷射角度θ和喷射流量Q”的步骤具体包括：若Fx达到Fx’，则控制消防炮向反作用力Fx减小的角度方向转动，和/或减小喷射流量Q；若Fy达到Fy’，则控制消防炮向反作用力Fy减小的角度方向转动，和/或减小喷射流量Q；若Fz达到Fz’，则控制消防炮向反作用力Fz减小的角度方向转动，和/或减小喷射流量Q；若Fx未达到Fx’、Fy未达到Fy’且Fz未达到Fz’则允许增大消防炮的喷射流量Q或允许控制消防炮向反作用力Fx、Fy、Fz增大的角度方向转动。

在上述技术方案中，在“若F达到F’，则保持喷射流量Q不变，控制消防炮向反作用力F减小的角度方向转动”的步骤之后还包括如下步骤：减小消防炮的喷射流量Q；允许控制消防炮向反作用力F增大的角度方向转动；返回至“获取所述消防炮当前的反作用力F”的步骤。

本发明第二方面的技术方案提供了一种消防炮的控制系统，包括：检测装置，用于检测所述消防炮的反作用力，并反馈检测结果；消防炮转动机构，用于驱动所述消防炮进行转动；消防泵，用于控制所述消防炮的喷射流量；控制装置，与所述检测装置、所述消防炮转动机构以及消防泵电连接，用于根据所述检测结果驱动所述消防炮转动机构和所述消防泵进行动作。

具体而言，本技术方案提供的控制系统包括检测装置、消防炮转动机构、消防泵和控制装置。消防炮转动机构设置在消防炮上用于控制消防炮的旋转角度，消防炮的旋转角度包括消防炮与沿竖直方向上与地平线之间的夹角，和消防炮在水平方向摆动产生的旋转角度。消防泵与消防炮相连向消防炮提供消防剂，消防泵的转速决定了提供的消防剂的多少，从而决定了消防炮的喷射流量。通过驱动消防炮转动机构和消防泵可以控制消防炮的旋转角度和喷射流量。消防炮的喷射流量越大消防炮的覆盖范围越大，同时消防炮能够旋转的角度范围越大消防炮覆盖范围也越大。在不同的喷射流量和旋转角度，消防炮作用在消防车与其连接的消防剂供应管道等结构件上的作用力也是不同的，不同消防车结构设计考虑的不同，使消防炮不能在任意角度、任意流量下工作。通过设置检测装置可以检测消防炮的反作用力，通过控制装置根据检测结果驱动消防炮转动机构和消防泵使消防炮尽可能在极限工作角度和极限工作流量状态下进行喷射，使消防炮与消防车总体性能之间更加匹配，以使消防炮具有更好的消防效果。

在上述技术方案中，所述检测装置包括三维力传感器，所述三维力传感器用于检测消防炮在X轴、Y轴和Z轴三个方向上的反作用力；所述控制装置包括人机交互单元和运算控制单元，所述人机交互单元用于设定消防炮在X轴、Y轴和Z轴三个方向上的反作用力极限值，所述运算控制单元与所述三维力传感器和所述人机交互单元电连接，用于接收所述三维力传感器和所述人机交互单元发出的电信号，并将消防炮在X轴、Y轴和Z轴三个方向上的反作用力与反作用力极限值进行比较，根据比较结果输出控制信号，使所述消防炮转动机构和所述消防泵进行动作；所述消防炮转动机构包括俯仰转动机构和水平转动机构，所述俯仰转动机构与所述运算控制单元电连接，用于驱动消防炮在垂直于X-Y轴平面上转动，所述水平转动机构与所述运算控制单元电连接，用于驱动消防炮在在X-Y轴平面上转动。

在上述技术方案中，所述控制系统包括显示装置，用于显示所述检测装置的检测信息，和/或所述检测装置包括流量计、俯仰倾角传感器、水平旋转倾角传感器所述流量计与所述控制装置电连接，用于检测所述消防炮的喷射流量Q，所述俯仰倾角传感器与所述控制装置电连接，用于检测消防炮在垂直于X-Y轴平面上的角度变化值，所述水平旋转倾角传感器与所述控制装置电连接，用于检测消防炮在X-Y轴平面上的角度变化值。

本发明第三方面的技术方案提供了一种消防车，包括：消防炮；消防炮的控制系统，与所述消防炮相连，所述控制系统内存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如第一方面技术方案中任一项所述消防炮的控制方法的步骤。本发明第三方面的技术方案提供的消防车，包括第二方面技术方案中任一项所述的消防炮的控制系统，且实现如第一方面技术方案中任一项所述消防炮的控制方法的步骤，因而具有上述任一技术方案所具有的一切有益效果，在此不再赘述。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一个实施例所述的控制方法的流程框图；

图2是本发明一个实施例所述的控制方法的流程框图；

图3是本发明一个实施例所述的控制方法的流程框图；

图4是本发明一个实施例所述的控制方法的流程框图；

图5是本发明一个实施例所述的控制系统的局部示意图；

图6是本发明一个实施例所述的控制系统的连接示意图；

图7是本发明一个实施例所述的控制系统的连接示意图；

图8是本发明一个实施例所述的控制系统的连接示意图。

其中，图1至图8中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

1消防炮；10消防炮转动机构；11水平旋转倾角传感器；12俯仰倾角传感器；20检测装置；21三维力传感器；22流量计；30消防泵；31消防剂供应管道；40控制装置；41人机交互单元；42运算控制单元；43显示装置。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1至图4所示，本发明一些实施例提供了一种消防炮的控制方法，通过检测到的消防炮的反作用力的检测结果控制消防炮的喷射姿态，使消防炮具有更大的喷射覆盖范围以获得更好的消防效果。

在一些实施例中，如图1所示，本发明其中一个实施例所提供的消防炮的控制方法，包括：步骤S20，设定消防炮的反作用力极限值F’；步骤S30，获取消防炮当前的反作用力值F；步骤S40，判断F是否达到F’；步骤S50，根据判断结果控制消防炮的喷射姿态

在本实施例中，首先需要启动消防炮，使消防炮以一定喷射姿态进行喷射，其中喷射姿态主要包括消防炮的喷射流量和喷射角度。消防炮在喷射的过程中会对和其连接的结构件，比如消防剂供应管道施加一定的反作用力。从而需要设定消防炮的反作用力极限值F’并对消防炮在喷射时的反作用力F进行实时检测，以控制消防炮在喷射时的反作用力F小于等于反作用力极限值F’。这是由于消防炮反作用力的大小会影响到消防车的结构稳定性，如果消防炮在喷射时的反作用力F大于消防车的设计范围，则可能影响到消防效果。在实际应用中，不同的消防车结构设计不同，使得不能充分发挥消防车配置的消防炮的喷射能力。通过检测消防炮的反作用力F，并将检测到的反作用力F与反作用力极限值F’进行比较，从而以消防炮反作用力为控制目标，实现对消防炮喷射姿态的控制，以使消防炮在消防车设计允许的工作范围内的任意转动角度和流量下进行工作，而不受限于消防炮本身的限制条件，从而使消防炮与消防车总体性能之间更加匹配，并通过实时控制消防炮的喷射姿态以使消防炮喷射的覆盖面增加，从而具有更好的消防效果。

本发明所提供的消防炮的控制方法，适用的消防炮的类型不限，既可以是固定式消防炮也可以是移动式消防炮；喷射的消防剂的类型也没有限制，可以是水、泡沫或是干粉。因此，该控制方法对各种消防炮均能适用，且需要检测的数据少、数据获取简便、快速、获取的检测结果更加直观。使得操作人员或是控制装置能够根据消防炮反作用力的检测结果相应控制包括消防炮流量、消防炮喷射角度等参数在内的喷射姿态，使消防炮在消防车的设计范围内尽可能的增加消防炮可能的转动范围和喷射流量，从而相应增加了消防炮喷射的覆盖面，提高了消防炮的灭火效率。

另外可以理解，步骤S20和步骤S30没有执行顺序上的先后次序。

在一些实施例中，如图2所示，步骤S20具体包括：步骤S20’，设定消防炮反作用力在X轴、Y轴和Z轴方向上的极限值Fx’、Fy’、Fz’；步骤S30具体包括：步骤S30’，获取消防炮反作用力在X轴、Y轴和Z轴方向上的分力Fx、Fy、Fz；步骤S40具体包括：步骤S40’，分别判断Fx是否达到Fx’，Fy是否达到Fy’，Fz是否达到Fz’。

本实施例中，将消防炮的反作用力具体分为空间上三个方向上的分力，三个分力分别沿三维坐标系的X轴、Y轴和Z轴方向。在消防炮的转动过程中，反作用的方向也在变化，通过将反作用分解为两两之间相互垂直的三个方向上的分力可以省去了对反作用力的矢量的检测，更加容易获取准确的检测结果。对于不同的消防车，所能承受的消防炮的反作用力不同，需要根据实际情况设定相应的反作用力极限值，对应三维坐标系的X轴、Y轴和Z轴方向设定相应的朝向三个方向上的反作用力极限值Fx’、Fy’、Fz’。通过分别执行：步骤S41，判断Fx是否达到Fx’，步骤S42，判断Fy是否达到Fy’，步骤S43，判断Fz是否达到Fz’的情况当三个条件其中之一符合条件时即认为F达到F’，从而需要对消防炮的喷射角度和/或喷射流量进行控制，保证在消防车的设计允许的工作范围内工作。

当然，在另外一些实施例中，在满足条件之一：Fx达到Fx’，Fy达到Fy’，或Fz达到Fz’时，也可以仍然保持消防炮当前的喷射角度和射流量不变。

可以理解，X轴、Y轴和Z轴为三维空间上两两之间相互垂直的三个方向，图2所示的X轴、Y轴和Z轴的设定方向仅为优选方式。

通过获取空间X轴、Y轴和Z轴三个方向反作用力信号，反应消防炮的工作角度和喷射流量的大小。本实施例所提供的控制方法，将消防炮反作用力作为消防炮工作角度范围和喷射流量的控制目标，从而根据检测结果实时控制消防炮工作角度范围和喷射流量的大小，优化了消防炮喷射姿态的控制逻辑，在保证设计安全的前提下，实现了消防炮流量与消防炮工作角度范围的最优。

另外可以理解，步骤S41、步骤S42、步骤S43之间没有执行顺序上的先后次序，可以依次执行也可以同步执行。

在一些实施例中，控制方法还包括：步骤S10，启动消防炮的步骤，使消防炮以一定的喷射流量和喷射角度进行工作。

在一些实施例中，如图3所示，控制方法还包括：步骤S101，获取消防炮的喷射流量Q；步骤S102，获取消防炮的喷射角度θ；步骤S50具体包括：步骤S50’，根据判断结果控制消防炮的消防炮的喷射角度θ和喷射流量Q。

本实施例中，影响消防炮的消防效果的参数包括喷射流量Q和消防炮的喷射角度θ两个。消防炮的旋转角度和喷射流量共同决定了消防炮喷射的覆盖范围，喷射流量越大消防炮喷射的覆盖范围越大，同时消防炮能够转动的角度范围越大消防炮覆盖范围也越大。通过控制喷射流量Q和消防炮的角度θ可以直接控制消防炮的喷射姿态，反过来影响消防炮的反作用力大小与方向，使消防炮的喷射流量Q、消防炮的喷射角度θ以及消防炮的反作用力F在整个控制过程中不断调整，实现该控制方法的闭环控制，从而消防炮在高流量下工作角度范围缩小，在低流量下工作角度范围扩大，有效地扩大了消防车的覆盖能力，实现更加有效的灭火效果。

在一些实施例中，如图4所示，步骤S50’具体包括：若F达到F’，则保持喷射流量Q不变，并控制消防炮向反作用力F减小的角度方向转动；若F未达到F’，则增大消防炮的喷射流量Q或控制消防炮向反作用力F增大的角度方向转动，并返回执行获取消防炮当前的反作用力F的步骤。

本实施例中，实现了本发明所提供的消防炮的控制方法的一个闭环控制过程，通过将消防炮反作用力与消防车设计要求进行实时对比，确定消防炮在当前流量下所能达到的极限工作角度范围，通过调节流量可扩大(或降低)消防炮工作角度范围。比如保持喷射流量Q不变，并控制消防炮向反作用力F减小的角度方向转动，从而对于距离较远、有射程要求的灭火点，可以使消防炮有提高喷射流量Q的空间。通过调整消防炮的喷射角度θ减少消防炮的反作用力F，同时相应增加喷射流量Q，使F仍然在消防车的极限F’范围内。返回执行获取消防炮当前的反作用力F的步骤后需要继续执行判断F是否达到F’的步骤，以此不断循环。

在另外一些实施例中，若F达到F’，则保持消防炮的喷射角度θ不变，并减小喷射流量Q。

本实施例中，实现了本发明所提供的消防炮的控制方法的一个闭环控制过程，通过将消防炮反作用力与消防车设计要求进行实时对比，确定消防炮在当前流量下所能达到的极限工作角度范围，通过调节流量可扩大(或降低)消防炮工作角度范围。比如通过减小喷射流量Q，使F在达到F’的基础上，同时使消防炮的喷射角度θ能够达到消防炮设计的最大旋转角度。对于起火面积比较大的消防点，通过增加消防炮能够转动的角度范围，提高了消防能力。

在另外一些实施例中，若F达到F’，则保持消防炮的喷射角度θ不变，保持喷射流量Q不变。

可以理解，如果当前的喷射角度θ和喷射流量Q符合消防要求，则不需要进行调整。

在一些实施例中，对于消防炮反作用力包括朝向空间上三个方向上的作用力的情况，消防炮的喷射角度θ包括俯仰角度参数α和水平旋转角度参数β；β为在X-Y轴限定的平面上消防炮的初始位置和当前位置间的夹角，α为垂直于X-Y轴限定的平面上消防炮的初始位置和当前位置间的夹角；根据判断结果控制消防炮的喷射流量Q或消防炮的喷射角度θ的步骤具体包括：若Fx达到Fx’，则保持喷射流量Q不变，控制消防炮向反作用力Fx减小的角度方向转动；若Fy达到Fy’，则保持喷射流量Q不变，控制消防炮向反作用力Fy减小的角度方向转动；若Fz达到Fz’，则保持喷射流量Q不变，控制消防炮向反作用力Fz减小的角度方向转动；若Fx未达到Fx’、Fy未达到Fy’且Fz未达到Fz’则增大消防炮的喷射流量Q或控制消防炮向反作用力Fx、Fy、Fz增大的角度方向转动。

在一些实施例中，消防炮以Z轴为轴线转动，可以理解，垂直于X-Y轴限定的平面包括有多个，可以是X-Z轴限定的平面，也可以是Y-Z轴限定的平面，还可以是其它垂直于X-Y轴的平面。可选地，Z轴在这些垂直于X-Y轴的平面上。

消防炮的喷射角度θ包括俯仰角度α和水平角度β，其中α为消防炮(具体为消防炮的炮管)相对于Z轴的角度变化值，β为消防炮在X-Y轴平面上的角度变化值。可选地，Z轴为与消防炮相连接的结构件的中轴线，结构件为消防剂供应管道。这样α为消防炮的炮管与消防剂供应管道之间的夹角，能够保证在消防炮转动过程中，反作用力的方向是沿X轴、Y轴和Z轴方向的，俯仰角度α的变化导致沿Z轴方向的反作用力变化，而水平角度β的变化导致沿X轴和Y轴方向的反作用力变化。简化了反作用的检测过程，方便角度参数和三个方向上反作用力的检测和计算。

其中消防炮的反作用力在X轴和Y轴上是相对的，即消防炮的反作用力F在沿X轴方向增大时沿Y轴方向减小，同样，消防炮的反作用力F在沿Y轴方向增大时沿轴方向减小。这样，消防炮的反作用力Fx在X轴或Fy在Y轴上达到极限值时，通过转动可以减少其中一个方向上反作用力，同时增大另一个方向上的反作用力，而在X轴和Y轴两个方向上均达到极限值Fx’、Fy’所对应的角度，两个角度之间的角度范围则是消防炮在X-Y轴平面上能够达到的最大旋转角度范围。对于沿Z轴的反作用力，当消防炮的炮管与消防剂供应管道同轴时，α为180°，此时的反作用力Fz最小。随着消防炮的炮管向下转动，α由180°逐渐减小反作用力Fz则逐渐增大。从而通过控制角度控制消防炮的反作用力。另一方面，喷射流量Q越大，消防炮的反作用力F越大，包括沿X轴、Y轴和Z轴三个方向上的分力Fx、Fy、Fz，因此通过控制消防炮喷射流量、空间三个方向反作用力，便可实时控制消防炮的工作角度范围，实现了消防炮流量与消防炮工作角度范围的最优设计。

在另外一些实施例中，若Fx达到Fx’，则控制消防炮的喷射角度不变，减小喷射流量Q；若Fy达到Fy’，则控制消防炮的喷射角度不变，减小喷射流量Q；若Fz达到Fz’，则控制消防炮的喷射角度不变，减小喷射流量Q。

在另外一些实施例中，若Fx达到Fx’，则控制消防炮向反作用力Fx减小的角度方向转动，并减小喷射流量Q；若Fy达到Fy’，则控制消防炮向反作用力Fy减小的角度方向转动，并减小喷射流量Q；若Fz达到Fz’，则控制消防炮向反作用力Fz减小的角度方向转动，并减小喷射流量Q。

在另外一些实施例中，若Fx达到Fx’，则控制消防炮的喷射角度和喷射流量不变；若Fy达到Fy’，则控制消防炮的喷射角度和喷射流量不变；若Fz达到Fz’，则控制消防炮的喷射角度和喷射流量不变。

可以理解，若Fx未达到Fx’、Fy未达到Fy’且Fz未达到Fz’，则允许增大消防炮的喷射流量Q或允许控制消防炮向反作用力Fx、Fy、Fz增大的角度方向转动。相对于Fx达到Fx’或Fy达到Fy’或Fz达到Fz’的情况，若Fx未达到Fx’、Fy未达到Fy’且Fz未达到Fz’多了更多的操作控件，操作人员或控制系统可根据判断结果，增加喷射流量Q，或增加消防炮的转动角度范围。使消防炮具有更远的射程，或具有更广的覆盖面积，以获得更好的消防效果。当然，如果当前的消防炮的喷射角度和喷射流量能够满足消防要求，则不需要进行调整。

在一些实施例中，在步骤S53，控制消防炮向反作用力F减小的角度方向转动的步骤之后还包括如下步骤：步骤S54，降低消防炮的喷射流量Q；步骤S52，控制消防炮向反作用力F增大的角度方向转动；返回执行获取消防炮当前的反作用力F的步骤。

本实施例中，通过在旋转消防炮的角度后降低了消防炮的喷射流量实现了本发明所提供的消防炮的控制方法的又一个闭环控制过程。如图4所示，也可以当F达到F’时，跳过步骤S53控制消防炮向反作用力F减小的角度方向转动，进行步骤S54，降低消防炮的喷射流量Q后执行步骤S52控制消防炮向反作用力F增大的角度方向转动，以增加消防炮的旋转角度范围。

在另外一些实施例中，在步骤S53，控制消防炮向反作用力F减小的角度方向转动的步骤之后还包括如下步骤：步骤S51，增大消防炮的喷射流量Q。

另外也可以在控制消防炮向反作用力F减小的角度方向转动的步骤之后，返回执行步骤S51，增大消防炮的喷射流量Q，使消防炮具有更远的射程。通过上述两种方式，均可以实现闭环控制过程，实时控制消防炮的反作用力在设计范围内工作，并实现消防炮流量与消防炮工作角度范围的最优设计。

如图5至图8所示，本发明的一些实施例提供了一种消防炮的控制系统。

在一些实施例中，消防炮的控制系统包括：检测装置20，用于检测消防炮的喷射姿态，并反馈检测结果；消防炮转动机构10，用于驱动消防炮进行转动；消防泵30，用于控制消防炮的喷射流量；控制装置40，与检测装置20、消防炮转动机构10以及消防泵30电连接，用于根据检测结果驱动消防炮转动机构10和消防泵30进行动作。

具体而言，如图5和图6所示，本技术方案提供的控制系统包括检测装置20、消防炮转动机构10、消防泵30和控制装置40。消防炮转动机构10设置在消防炮1上用于控制消防炮的旋转角度，消防炮的旋转角度包括消防炮1与沿竖直方向上与地平线之间的夹角，和消防炮在水平方向摆动产生的旋转角度。消防泵30与消防炮1通过消防剂供应管道31相连，用于向消防炮1提供消防剂，消防泵30的转速决定了提供的消防剂的多少，从而决定了消防炮的喷射流量。通过驱动消防炮转动机构10和消防泵30可以控制消防炮的旋转角度和喷射流量。消防炮1的喷射流量越大消防炮的覆盖范围越大，同时消防炮能够转动的角度范围越大消防炮覆盖范围也越大。在不同的喷射流量和旋转角度，消防炮作用在消防车与其连接的消防剂供应管道31上的作用力也是不同的，不同消防车结构设计考虑的不同，使消防炮1不能在任意角度、任意流量下工作。通过设置检测装置20可以检测消防炮的极限工作角度和极限工作流量，通过控制装置40根据检测结果驱动消防炮转动机构10和消防泵30使消防炮1尽可能在极限工作角度和极限工作流量状态下进行喷射，使消防炮1与消防车总体性能之间更加匹配，以使消防炮1具有更好的消防效果。

在一些实施例中，所述检测装置20包括三维力传感器21，所述三维力传感器21用于检测消防炮在X轴、Y轴和Z轴三个方向上的反作用力；所述控制装置40包括人机交互单元41和运算控制单元42，所述人机交互单元41用于设定消防炮1在X轴、Y轴和Z轴三个方向上的反作用力极限值，所述运算控制单元42与所述三维力传感器21和所述人机交互单元41电连接，用于接收所述三维力传感器21和所述人机交互单元41发出的电信号，并将消防炮1在X轴、Y轴和Z轴三个方向上的反作用力与反作用力极限值进行比较，根据比较结果输出控制信号，使所述消防炮转动机构10和所述消防泵30进行动作；所述消防炮转动机构10包括俯仰转动机构和水平转动机构，所述俯仰转动机构与所述运算控制单元42电连接，用于驱动消防炮在垂直于X-Y轴平面上转动，所述水平转动机构与所述运算控制单元42电连接，用于驱动消防炮在在X-Y轴平面上转动。

本实施例中，如图7所示，控制系统中设置了三维力传感器21，以检测消防炮1在空间三个方向上的反作用力大小，三维力传感器21设置在消防炮1和消防剂供应管道31之间，使得可以检测到消防炮1转动到任意角度和任意喷射流量下的消防剂供应管道31的受力情况。由于三维力传感器21可以同时对三个方向的力进行检测，并经三个不同的信号通道传输信号，这样控制装置40可以根据每个信号通道传输信号分别与该方向上设定的极限值进行比较，对不同的情况分别处理，更加有针对性的控制消防炮1的旋转角度或流量。具体而言，当消防炮1在某一喷射流量和喷射角度下工作时，根据三维力传感器21实时检测到的消防炮反作用力，发出反作用力信号Fx、Fy、Fz，运算控制单元42接收该反作用力信号并分别与设定的三个反向上的极限值Fx’、Fy’、Fz’进行比较，极限值Fx’、Fy’、Fz’由人机交互单元41设定，当其中任一方向的发作用力达到对应方向的极限值时，运算控制单元42向消防泵30和消防炮转动机构10发出控制信号，驱动消防泵30和消防炮转动机构10动作。比如，当Fx、Fy、Fz均未达到极限值时，则控制消防泵30，提高消防泵30的转速允许消防炮的喷射流量继续增大；也可以驱动消防炮转动机构10，向反作用力增加的方向转动消防炮。相对的，如果Fx、Fy、Fz的其中一个达到极限值时，则驱动消防炮转动机构10，向反作用力减小的方向转动消防炮，也可以控制消防泵30，降低消防泵30的转速使消防炮的喷射流量减小。由于喷射流量的下降使得消防炮的反作用力减小，此时允许消防炮1向反作用力增加的方向旋转消防炮的角度，从而在保证反作用力不超过反作用力极限值的控制目标下，实现对喷射流量和消防炮旋转角度的闭环控制。

在一些实施例中，如图8所示，所述控制系统包括显示装置43，用于显示所述检测装置20的检测信息，所述检测装置20包括流量计22、俯仰倾角传感器12、水平旋转倾角传感器11所述流量计22与所述控制装置40电连接，用于检测所述消防炮的喷射流量Q，所述俯仰倾角传感器12与所述控制装置40电连接，用于检测消防炮1在垂直于X-Y轴平面上的角度变化值，所述水平旋转倾角传感器11与所述控制装置40电连接，用于检测消防炮在X-Y轴平面上的角度变化值。

对消防炮1的控制既可以是自动控制也可以是通过操作人员人工控制，设置显示装置43，可以更加直观的显示消防炮角度和喷射流量的变化。可选地，所述流量计22设置在消防剂供应管道31的直管段上，用于通过获取消防剂供应管道31内通过的流量来得到消防炮的喷射流量。消防炮包括俯仰角度上的旋转和水平角度上的旋转，通过俯仰倾角传感器12和水平旋转倾角传感器11分别检测两个方向上的旋转角度，再通过显示装置43进行显示，可以明确在消防炮1处于反作用力极限值时的消防炮旋转的极限角度，更加方便操作人员操作，比如控制消防炮在某两个角度之间旋转，可以保证消防炮1的反作用力不超过消防车的设计范围。这样，通过消防炮反作用力与设计要求实时对比，确定消防炮1在当前流量下所能达到的极限工作角度范围，通过调节流量可扩大(或降低)消防炮1工作角度范围。进而将消防炮反作用力作为消防炮工作角度范围的控制目标，在保证设计安全的前提下，实现了消防炮流量与消防炮工作角度范围的最优。

本发明一些实施例提供了一种消防车，包括消防炮，上述任一实施例中的消防炮的控制系统，控制系统与消防炮相连；控制系统内存储有计算机程序，计算机程序被执行时实现如上述任一实施例中的消防炮的控制方法的步骤。

因此，本实施例提供的消防车，具有上述任一实施例所具有的一切有益效果，在此不再赘述。

另外，本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

下面以一个具体实施例说明本申请所提供的消防炮的控制方法、可读存储介质、控制系统和消防车。

目前，消防车上最常使用的带电动执行机构的消防炮，可绕中轴线做上下俯仰运动，也可绕回转中心左右摆动。不同的消防车因设计要求不同，通常会限制消防炮在一固定的俯仰(或旋转)角度区间运动，并未发挥消防炮的充分覆盖面。

本发明内容为基于消防炮流量及反作用力的实时测试，将数据引入控制器进行运算，以消防炮反作用力在限定范围内为控制目标，控制消防炮的俯仰、旋转运动在设计允许的情况达到最大的工作范围，同时控制消防炮的允许流量。

从灭火效率考虑，理论上消防炮喷射流量越大越好，消防炮覆盖范围越大越好，但流量的增大、消防炮覆盖面的增大，改变了消防炮的反作用力(大小以及方向)，这个反作用力，最终会作用在与消防炮连接的结构件上，不同消防车结构设计考虑的不同，不能使消防炮在任意角度、任意流量下工作。

本发明包含信号端、运算控制器、执行机构组成。信号端由流量信号(可由流量传感器得到，或其他一切能指示消防炮流量的信号)、消防炮反作用力信号(可由安装在消防炮与结构件之间，能指示消防炮任意工作角度、流量下在空间3个方向的受力情况的三维力传感器得到，或其他一切能指示消防炮在空间3个方向的反作用力的信号，比如三维力传感器)组成。执行机构包含由控制器驱动的消防炮转动机构及控制消防炮流量的消防泵。

三维力传感器可由安装在消防炮与消防剂供应管道之间，能获取消防炮任意工作角度、流量下在空间三个方向的受力情况。流量信号，可由能测试消防炮工作流量Q的流量计(流量传感器)得到，流量传感器布置在消防车消防剂供应管道的直管段。本方案中消防炮的喷射角度θ包含消防炮俯仰角度θ俯仰、旋转角度θ旋转；消防炮反作用力包含空间x、y、z三个方向的反作用力，即：Fx、Fy、Fz；根据设计要求，消防炮在x、y、z三个方向的反作用力有最大限定值，即：Fx’、Fy’、Fz’；喷射流量为Q。

消防炮以喷射流量Q、喷射角度θ下工作时，根据实时的消防炮反作用力信号Fx、Fy、Fz，判断在x、y、z任意一方向上受力是否达到结构设计受力限定值Fx’、Fy’、Fz’。如果未达到限定值Fx’、Fy’、Fz’，则允许消防炮流量Q继续增大，同时允许消防炮角度θ继续增大；如果达到限定值Fx’、Fy’、Fz’，则控制消防炮的喷射角度θ在当前流喷射流量Q下不能继续向反作用力变大的危险方向运动，同时判断消防炮的喷射流量Q是否允许降低，若允许，消防炮的喷射流量Q降低，消防炮的某一方向反作用力会同步降低，此时允许消防炮的喷射角度θ继续增大，若不允许降低喷射流量Q，则控制消防炮喷射角度θ在当前喷射流量Q下不能继续向反作用力变大的危险方向运动。实现消防炮反作用力Fx、Fy、Fz分别不超过对应的设计限定值Fx’、Fy’、Fz’的控制目标下，消防炮喷射流量Q与消防炮喷射角度θ的闭环实时自动控制。

综上，本发明所提供的消防炮的控制方法、可读存储介质、控制系统和消防车。以消防炮反作用力为控制目标，实现消防炮的喷射流量和喷射角度范围的最优控制逻辑。通过消防炮流量信号、三维空间上三个方向的反作用力信号，实时控制消防炮的工作角度范围，告别传统的通过机械限位的不能实时可调的控制消防炮工作角度范围的方式，实现消防炮的喷射流量和喷射角度自适应闭环控制。其中，消防炮在高流量下，工作角度范围缩小，在低流量下工作角度范围扩大，可实现更加有效的灭火，更加有效地扩大了消防车的覆盖能力。通过消防炮反作用力与设计要求实时对比，确定消防炮在当前流量下所能达到的极限工作角度范围，通过调节流量可扩大(或降低)消防炮工作角度范围。消防炮反作用力作为消防炮工作角度范围的控制目标，在保证设计安全的前提下，实现了消防炮的喷射流量和喷射角度的最优。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种消防炮的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

设定所述消防炮的反作用力极限值F’；

获取所述消防炮当前的反作用力值F；

判断反作用力值F是否达到反作用力极限值F’；

根据判断结果控制所述消防炮的喷射姿态和喷射流量；

获取所述消防炮的喷射流量Q，获取消防炮的喷射角度θ；

所述“根据判断结果控制所述消防炮的喷射姿态和喷射流量”的步骤具体包括：根据所述判断结果控制消防炮的喷射角度θ和喷射流量Q；

所述“根据所述判断结果控制消防炮的喷射角度θ和喷射流量Q”的步骤包括：

若F达到F’，则保持喷射流量Q不变，并控制消防炮向反作用力F减小的角度方向转动，或保持消防炮的喷射角度θ不变，并减小喷射流量Q，或同时控制消防炮向反作用力F减小的角度方向转动且减小喷射流量Q；

若F未达到F’，则允许增大消防炮的喷射流量Q或允许控制消防炮向反作用力F增大的角度方向转动，并返回至“获取所述消防炮当前的反作用力F”的步骤。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，

所述“设定所述消防炮的反作用力极限值F’”的步骤包括：设定消防炮反作用力在X轴、Y轴和Z轴方向上的极限值Fx’、Fy’、Fz’；

所述“获取所述消防炮当前的反作用力值F”的步骤包括：获取所述消防炮的反作用力在三维坐标系的X轴、Y轴和Z轴方向上的分力Fx、Fy、Fz；

所述“判断反作用力值F是否达到反作用力极限值F’”的步骤具体包括：分别判断Fx是否达到Fx’，Fy是否达到Fy’，Fz是否达到Fz’。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，

对于所述消防炮反作用力包括朝向空间上三个方向上的作用力的情况，所述消防炮的喷射角度θ包括俯仰角度参数α和水平旋转角度参数β；其中，β为在X-Y轴限定的平面上消防炮的初始位置和当前位置间的夹角，α为垂直于X-Y轴限定的平面上消防炮的初始位置和当前位置间的夹角；

所述“根据所述判断结果控制消防炮的喷射角度θ和喷射流量Q”的步骤具体包括：

若Fx达到Fx’，则控制消防炮向反作用力Fx减小的角度方向转动，和/或减小喷射流量Q；

若Fy达到Fy’，则控制消防炮向反作用力Fy减小的角度方向转动，和/或减小喷射流量Q；

若Fz达到Fz’，则控制消防炮向反作用力Fz减小的角度方向转动，和/或减小喷射流量Q；

若Fx未达到Fx’、Fy未达到Fy’且Fz未达到Fz’则允许增大消防炮的喷射流量Q或允许控制消防炮向反作用力Fx、Fy、Fz增大的角度方向转动。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在“若F达到F’，则保持喷射流量Q不变，控制消防炮向反作用力F减小的角度方向转动”的步骤之后还包括如下步骤：

减小消防炮的喷射流量Q；

允许控制消防炮向反作用力F增大的角度方向转动；

返回至“获取所述消防炮当前的反作用力F”的步骤。

5.一种消防炮的控制系统，其特征在于，包括：

检测装置，用于检测所述消防炮的反作用力，并反馈检测结果；

消防炮转动机构，用于驱动所述消防炮进行转动；

消防泵，用于控制所述消防炮的喷射流量；

控制装置，与所述检测装置、所述消防炮转动机构以及消防泵电连接，用于根据所述检测结果驱动所述消防炮转动机构和所述消防泵进行动作。

6.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，

所述检测装置包括三维力传感器，所述三维力传感器用于检测消防炮在X轴、Y轴和Z轴三个方向上的反作用力；

所述控制装置包括人机交互单元和运算控制单元，所述人机交互单元用于设定消防炮在X轴、Y轴和Z轴三个方向上的反作用力极限值，所述运算控制单元与所述三维力传感器和所述人机交互单元电连接，用于接收所述三维力传感器和所述人机交互单元发出的电信号，并将消防炮在X轴、Y轴和Z轴三个方向上的反作用力与反作用力极限值进行比较，根据比较结果输出控制信号，使所述消防炮转动机构和所述消防泵进行动作；

所述消防炮转动机构包括俯仰转动机构和水平转动机构，所述俯仰转动机构与所述运算控制单元电连接，用于驱动消防炮在垂直于X-Y轴平面上转动，所述水平转动机构与所述运算控制单元电连接，用于驱动消防炮在在X-Y轴平面上转动。

7.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于，

所述控制系统包括显示装置，用于显示所述检测装置的检测信息，和/或所述检测装置包括流量计、俯仰倾角传感器、水平旋转倾角传感器所述流量计与所述控制装置电连接，用于检测所述消防炮的喷射流量Q，所述俯仰倾角传感器与所述控制装置电连接，用于检测消防炮在垂直于X-Y轴平面上的角度变化值，所述水平旋转倾角传感器与所述控制装置电连接，用于检测消防炮在X-Y轴平面上的角度变化值。

8.一种消防车，其特征在于，包括：

消防炮；

消防炮的控制系统，与所述消防炮相连，所述控制系统内存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如权利要求1至4中任一项所述消防炮的控制方法的步骤。

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