CN113026643A - 洒水控制系统及方法、洒水车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种洒水控制系统及方法、洒水车，其先通过获取底盘发动机的转速计算得到水泵的出口流量，再通过在水泵的出水口处设置压力传感器来检测水泵的出口压力，同时在各条出水管路和回水管路中也设置压力传感器来检测喷嘴的进水压力，然后根据水泵的出口流量、设定的每条出水管路的出水流量需求值、各个压力传感器的压力检测值来调节每条出水管路上电子比例球阀的电流大小，实现了各条出水管路的出水流量自动调节，且控制精度高，可以精确控制每条出水管路的流量，最大程度节约水资源。

Description

洒水控制系统及方法、洒水车

技术领域

本发明涉及洒水车技术领域，特别地，涉及一种洒水控制系统及方法，另外，还特别涉及一种采用上述洒水控制系统的洒水车。

背景技术

目前，行业内洒水车的喷水系统较为粗放，一般由底盘发动机通过取力轴带一个水泵，然后水泵的出水口通过一个电子球阀或者气动球阀控制喷嘴的打开和关闭，这种洒水控制系统在实际喷水过程中较难实现喷水流量的精准化控制，消耗的洒水量不可控，因此造成较大的水资源浪费。

发明内容

本发明提供了一种洒水控制系统及方法、洒水车，以解决目前的洒水控制系统无法实现喷水流量的实时控制、浪费水资源的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种洒水控制系统，包括：

水箱，用于储水；

水泵，由底盘发动机驱动并用于从所述水箱内抽水加压后输出，所述水泵包括多条并联的出水管路，每条出水管路上依次设置有一个电子比例球阀和喷嘴，且每个喷嘴的进水位置处设置有一个压力传感器，所述水泵的出水口还通过回水管路与水箱相连，且该回水管路上也设置有一个电子比例球阀，所述水泵的出水口处还设置有一个压力传感器；

中央控制单元，分别与底盘发动机、压力传感器和电子比例球阀相连，用于设定每条出水管路的流量需求值并获取底盘发动机的转速、各个压力传感器的压力检测值，并根据底盘发动机的转速、各个压力传感器的压力检测值、每条出水管路的流量需求值调节各个电子比例球阀的电流大小。

进一步地，所述中央控制单元基于以下公式计算得到各条出水管路上电子比例球阀的实时孔口流量：

Q_i＝Cd×A_i×(2×ΔP_i/ρ)^0.5

其中，Q_i为其中一条出水管路上电子比例球阀的实时孔口流量，Cd为流量系数，A_i为电子比例球阀小孔的面积，其与控制电子比例球阀的电流I_i正相关，ΔP_i为电子比例球阀两端的压力差，ΔP_i＝P₀-P_i，P₀为水泵出水口处压力传感器的压力检测值，P_i为其中一条出水管路上压力传感器的压力检测值，ρ为流体密度；

设定每条出水管路的水流量需求值Q_需求i，则所述中央控制单元基于以下公式计算得到各个出水管路上电子比例球阀的电流大小：

I_i＝Q_需求i/(Cd×(2×(P₀-P_i)/ρ)^0.5)

而Q_水泵＝ΣQ_需求i+Q₀，Q₀为回水管路的水流量；

则所述中央控制单元基于以下公式调节回水管路上电子比例球阀的电流大小：

I₀＝(Q_水泵-∑Q_需求i)/(Cd×(2×P₀/ρ)0.5)。

进一步地，当多条出水管路均需进行洒水作业时，所述中央控制单元依次调节每条出水管路上电子比例球阀的电流大小，以将多条出水管路的出水流量逐一调节至需求值。

进一步地，在初始状态下，发动机驱动水泵定速转动，Q_水泵为定值，ΣQ_需求i为零，Q₀＝Q_水泵，回水管路上的电子比例球阀的电流为最大值，回水管路上的电子比例球阀的开口达到最大值，洒水系统处于卸荷状态；

设定第一条出水管路的需求值Q_1需求，所述中央控制单元赋予第一条出水管路上电子比例球阀一个电流初始值I₁，根据检测得到的P₀和P₁计算得到第一条出水管路的实时流量值Q_1实际，然后进行迭代循环不断加大I₁，同时基于上述公式减小回水管路上电子比例球阀的电流大小I₀，直至Q_1实际＝Q_1需求；

设定第二条出水管路的需求值Q_2需求，所述中央控制单元赋予第二条出水管路上电子比例球阀一个电流初始值I₂，根据检测得到的P₀和P₂计算得到第二条出水管路的实时流量值Q_2实际，然后进行迭代循环不断加大I₂，同时基于上述公式减小回水管路上电子比例球阀的电流大小I₀，在此过程中I₁会变大或变小，取决于Q_1需求和Q_2需求的大小和其本身的变化情况，直至Q_1实际＝Q_1需求，Q_2实际＝Q_2需求；

依次类推，进行剩余出水管路的出水流量调节。

进一步地，所述中央控制单元还用于将当前转速下水泵的出口流量Q_水泵与多条出水管路的流量需求值总和进行比对，若Q_水泵小于ΣQ_需求i，则所述中央控制单元控制发动机提高转速，直至Q_水泵大于等于ΣQ_需求i。

进一步地，所述水泵包括四条并联的出水管路和一条回水管路。

另外，本发明还提供一种洒水控制方法，采用如上所述的洒水控制系统，包括以下步骤：

步骤S1：获取底盘发动机的转速和各个压力传感器的压力检测值；

步骤S2：设定每条出水管路的流量需求值；

步骤S3：根据底盘发动机的转速、各个压力传感器的压力检测值、每条出水管路的流量需求值调节各个电子比例球阀的电流大小。

进一步地，在所述步骤S3之前还包括以下步骤：

步骤S23：基于底盘发动机的转速计算得到水泵的出口流量Q_水泵，并将水泵的出口流量与多条出水管路的流量需求值总和ΣQ_需求i进行比较，若Q_水泵小于ΣQ_需求i，则控制底盘发动机提高转速，直至Q_水泵大于等于ΣQ_需求i。

进一步地，所述步骤S3具体为：

赋予第一条出水管路上的电子比例球阀一个电流初始值I₁，根据检测得到的P₀和P₁计算得到第一条出水管路的实时流量值Q_1实际，然后进行迭代循环不断加大I₁，同时减小回水管路上电子比例球阀的电流大小I₀，直至Q_1实际＝Q_1需求；

赋予第二条出水管路上的电子比例球阀一个电流初始值I₂，根据检测得到的P₀和P₂计算得到第二条出水管路的实时流量值Q_2实际，然后进行迭代循环不断加大I₂，同时减小回水管路上电子比例球阀的电流大小I₀，在此过程中I₁会变大或变小，取决于Q_1需求和Q_2需求的大小，直至Q_1实际＝Q_1需求，Q_2实际＝Q_2需求；

依次类推，进行剩余出水管路的出水流量调节。

另外，本发明还提供一种洒水车，采用如上所述的洒水控制系统。

本发明具有以下效果：

本发明的洒水控制系统，先通过获取底盘发动机的转速计算得到水泵的出口流量，再通过在水泵的出水口处设置压力传感器来检测水泵的出口压力，同时在各条出水管路和回水管路中也设置压力传感器来检测喷嘴的进水压力，然后根据水泵的出口流量、设定的每条出水管路的出水流量需求值、各个压力传感器的压力检测值来调节每条出水管路上电子比例球阀的电流大小，实现了各条出水管路的出水流量自动调节，且控制精度高，可以精确控制每条出水管路的流量，最大程度节约水资源。

另外，本发明的洒水控制方法及洒水车同样具有上述优点。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的洒水控制系统的管路连接结构示意图。

图2是本发明优选实施例的洒水控制系统的控制原理示意图。

图3是本发明另一实施例的洒水控制方法的流程示意图。

附图标记说明

1、水箱；2、水泵；3、电子比例球阀；4、喷嘴；5、压力传感器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1和图2所示，本发明的优选实施例提供一种洒水控制系统，包括：

水箱1，用于储水；

水泵2，由底盘发动机驱动并用于从所述水箱1内抽水加压后输出，所述水泵2包括多条并联的出水管路，每条出水管路上依次设置有一个电子比例球阀3和喷嘴4，且每个喷嘴4的进水位置处设置有一个压力传感器5，所述水泵2的出水口还通过回水管路与水箱1相连，且该回水管路上也设置有一个电子比例球阀3，所述水泵2的出水口处还设置有一个压力传感器5；

中央控制单元，分别与底盘发动机、压力传感器5和电子比例球阀3相连，用于设定每条出水管路的流量需求值并获取底盘发动机的转速、各个压力传感器5的压力检测值，并根据底盘发动机的转速、各个压力传感器5的压力检测值、每条出水管路的流量需求值调节各个电子比例球阀3的电流大小。

可以理解，所述底盘发动机通过取力轴驱动水泵2高速旋转，所述水泵2通过吸水管与水箱1相连，底盘发动机的转速恒定时，水泵2出口的水流量保持恒定，所述底盘发动机通过CAN总线与中央控制单元通信连接，其将转速信息发送给中央控制单元，即可计算得到水泵2出口的水流量值，然后根据各个压力传感器5的压力检测值、每条出水管路的流量需求值来调节各条出水管路上电子比例球阀3的电流大小，以将每条出水管路的实际流量值调节至流量需求值，实现了各条出水管路的出水流量自动调节，且控制精度高，可以精确控制每条出水管路的流量，最大程度节约水资源。

作为本发明的一个具体实施例，所述水泵2具体包括四条并联的出水管路和一条回水管路，每条出水管路上依次设置有一个电子比例球阀3和一个喷嘴4，从而实现四路喷水作业，而所述回水管路上设置的电子比例球阀3则用于控制回水管路的回水流量大小，当水泵2的输出流量大于冲洗所需的总流量值时，可以将剩余的水回流至水箱1内。

可以理解，本实施例的洒水控制系统，先通过获取底盘发动机的转速计算得到水泵2的出口流量，再通过在水泵2的出水口处设置压力传感器5来检测水泵2的出口压力，同时在各条出水管路和回水管路中也设置压力传感器5来检测喷嘴4的进水压力，然后根据水泵2的出口流量、设定的每条出水管路的出水流量需求值、各个压力传感器5的压力检测值来调节每条出水管路上电子比例球阀3的电流大小，实现了各条出水管路的出水流量自动调节，且控制精度高，可以精确控制每条出水管路的流量，最大程度节约水资源。

具体地，所述中央控制单元基于以下公式计算得到各条出水管路上电子比例球阀3的实时孔口流量：

Q_i＝Cd×A_i×(2×ΔP_i/ρ)^0.5

其中，Q_i为其中一条出水管路上电子比例球阀3的实时孔口流量，Cd为流量系数，为常数，且与电子比例球阀3的型号相关，不同类型的电子比例球阀3具有不同的流量系数，A_i为电子比例球阀3小孔的面积，其与控制电子比例球阀3的电流I_i正相关，即A_i∝I_i，ΔP_i为电子比例球阀3两端的压力差，ΔP_i＝P₀-P_i，P₀为水泵2出水口处压力传感器5的压力检测值，P_i为其中一条出水管路上压力传感器5的压力检测值，对于出水管路而言，ΔP＝P₀，ρ为流体密度，为常数。从而，可以基于上式计算出每条出水管路的实时流量值。

具体地，对于四条出水管路和一条回水管路而言，水泵2的出水流量Q_水泵＝Q₀+Q₁+Q₂+Q₃+Q₄，其中Q₀表示回水管路的流量值，Q₁、Q₂、Q₃、Q₄分别表示四条出水管路的流量值。而Q_水泵＝V×n×η，V为水泵排量，单位为立方/转，n为发动机转速，单位为转/分钟，η为水泵效率，常数。

在水泵2的出水流量Q_水泵满足实际喷水需求的总流量时，设定每条出水管路的水流量需求值Q_需求i，则所述中央控制单元基于以下公式计算得到各个出水管路上电子比例球阀3的电流大小：

I_i＝Q_需求i/(Cd×(2×(P₀-P_i)/ρ)^0.5)

而Q_水泵＝ΣQ_需求i+Q₀；

则所述中央控制单元基于以下公式调节回水管路上电子比例球阀3的电流大小：

I₀＝(Q_水泵-∑Q_需求i)/(Cd×(2×P₀/ρ)0.5)。

当多条出水管路均需进行洒水作业时，所述中央控制单元依次调节每条出水管路上电子比例球阀3的电流大小，以将多条出水管路的出水流量逐一调节至需求值，以便于进行针对性的控制调节。

可以理解，在初始状态下，发动机驱动水泵2定速转动，Q_水泵为定值，此时，ΣQ_需求i为零，Q₀＝Q_水泵，回水管路上的电子比例球阀3的电流为最大值，回水管路上的电子比例球阀3的开口达到最大值，洒水系统处于卸荷状态。

在设定第一条出水管路的需求值Q_1需求后，所述中央控制单元赋予第一条出水管路上的电子比例球阀3一个电流初始值I₁，根据检测得到的P₀和P₁计算得到第一条出水管路的实时流量值Q_1实际，然后进行迭代循环不断加大I₁，同时基于上述公式减小回水管路上电子比例球阀3的电流大小I₀，I₁不断加大，第一条出水管路上的电子比例球阀3的开度不断加大，第一条出水管路的水流量不断增加，而I₀不断减小，回水管路上的电子比例球阀3的开度不断减小，回水管路的水流量不断减小，一增一减，协同控制，最后达到Q_1实际＝Q_1需求，此时，Q_水泵＝Q₁+Q₀；

在设定第二条出水管路的需求值Q_2需求后，所述中央控制单元赋予第二条出水管路上电子比例球阀3一个电流初始值I₂，根据检测得到的P₀和P₂计算得到第二条出水管路的实时流量值Q_2实际，然后进行迭代循环不断加大I₂，同时基于上述公式减小回水管路上电子比例球阀3的电流大小I₀，在此过程中I₁会变大或变小，取决于Q_1需求和Q_2需求的大小和其本身的变化情况，直至Q_1实际＝Q_1需求，Q_2实际＝Q_2需求；

依次类推，进行剩余出水管路的出水流量调节。

另外，所述中央控制单元还用于将当前转速下水泵2的出口流量Q_水泵与多条出水管路的流量需求值总和进行比对，若Q_水泵小于ΣQ_需求i，意味着水泵2的出口流量无法满足喷水作业需求，则所述中央控制单元控制发动机提高转速，直至Q_水泵大于等于ΣQ_需求i。

另外，如图3所示，本发明还提供一种洒水控制方法，采用如上所述的洒水控制系统，包括以下步骤：

步骤S1：获取底盘发动机的转速和各个压力传感器5的压力检测值；

步骤S2：设定每条出水管路的流量需求值；

步骤S3：根据底盘发动机的转速、各个压力传感器5的压力检测值、每条出水管路的流量需求值调节各个电子比例球阀3的电流大小。

另外，所述洒水控制方法在所述步骤S3之前还包括以下步骤：

步骤S23：基于底盘发动机的转速计算得到水泵2的出口流量Q_水泵，并将水泵2的出口流量与多条出水管路的流量需求值总和ΣQ_需求i进行比较，若Q_水泵小于ΣQ_需求i，则控制底盘发动机提高转速，直至Q_水泵大于等于ΣQ_需求i。

另外，所述步骤S3具体为：

赋予第一条出水管路上的电子比例球阀3一个电流初始值I₁，根据检测得到的P₀和P₁计算得到第一条出水管路的实时流量值Q_1实际，然后进行迭代循环不断加大I₁，同时减小回水管路上电子比例球阀3的电流大小I₀，直至Q_1实际＝Q_1需求；

赋予第二条出水管路上的电子比例球阀3一个电流初始值I₂，根据检测得到的P₀和P₂计算得到第二条出水管路的实时流量值Q_2实际，然后进行迭代循环不断加大I₂，同时减小回水管路上电子比例球阀3的电流大小I₀，在此过程中I₁会变大或变小，取决于Q_1需求和Q_2需求的大小，直至Q_1实际＝Q_1需求，Q_2实际＝Q_2需求；

依次类推，进行剩余出水管路的出水流量调节。

可以理解，本方法实施例中各个步骤的具体执行过程与上述系统实施例相对应，故在此不再赘述，具体参见上述系统实施例。

另外，本发明还提供一种洒水车，采用如上所述的洒水控制系统。

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 (10)

1.一种洒水控制系统，其特征在于，包括：

水箱，用于储水；

水泵，由底盘发动机驱动并用于从所述水箱内抽水加压后输出，所述水泵包括多条并联的出水管路，每条出水管路上依次设置有一个电子比例球阀和喷嘴，且每个喷嘴的进水位置处设置有一个压力传感器，所述水泵的出水口还通过回水管路与水箱相连，且该回水管路上也设置有一个电子比例球阀，所述水泵的出水口处还设置有一个压力传感器；

中央控制单元，分别与底盘发动机、压力传感器和电子比例球阀相连，用于设定每条出水管路的流量需求值并获取底盘发动机的转速、各个压力传感器的压力检测值，并根据底盘发动机的转速、各个压力传感器的压力检测值、每条出水管路的流量需求值调节各个电子比例球阀的电流大小。

2.如权利要求1所述的洒水控制系统，其特征在于，

所述中央控制单元基于以下公式计算得到各条出水管路上电子比例球阀的实时孔口流量：

Q_i＝Cd×A_i×(2×ΔP_i/ρ)^0.5

其中，Q_i为其中一条出水管路上电子比例球阀的实时孔口流量，Cd为流量系数，A_i为电子比例球阀小孔的面积，其与控制电子比例球阀的电流I_i正相关，ΔP_i为电子比例球阀两端的压力差，ΔP_i＝P₀-P_i，P₀为水泵出水口处压力传感器的压力检测值，P_i为其中一条出水管路上压力传感器的压力检测值，ρ为流体密度；

设定每条出水管路的水流量需求值Q_需求i，则所述中央控制单元基于以下公式计算得到各个出水管路上电子比例球阀的电流大小：

I_i＝Q_需求i/(Cd×(2×(P₀-P_i)/ρ)^0.5)

而Q_水泵＝ΣQ_需求i+Q₀，Q₀为回水管路的水流量；

则所述中央控制单元基于以下公式调节回水管路上电子比例球阀的电流大小：

I₀＝(Q_水泵-∑Q_需求i)/(Cd×(2×P₀/ρ)0.5)。

3.如权利要求2所述的洒水控制系统，其特征在于，

当多条出水管路均需进行洒水作业时，所述中央控制单元依次调节每条出水管路上电子比例球阀的电流大小，以将多条出水管路的出水流量逐一调节至需求值。

4.如权利要求3所述的洒水控制系统，其特征在于，

在初始状态下，发动机驱动水泵定速转动，Q_水泵为定值，ΣQ_需求i为零，Q₀＝Q_水泵，回水管路上的电子比例球阀的电流为最大值，回水管路上的电子比例球阀的开口达到最大值，洒水系统处于卸荷状态；

设定第一条出水管路的需求值Q_1需求，所述中央控制单元赋予第一条出水管路上电子比例球阀一个电流初始值I₁，根据检测得到的P₀和P₁计算得到第一条出水管路的实时流量值Q_1实际，然后进行迭代循环不断加大I₁，同时基于上述公式减小回水管路上电子比例球阀的电流大小I₀，直至Q_1实际＝Q_1需求；

设定第二条出水管路的需求值Q_2需求，所述中央控制单元赋予第二条出水管路上电子比例球阀一个电流初始值I₂，根据检测得到的P₀和P₂计算得到第二条出水管路的实时流量值Q_2实际，然后进行迭代循环不断加大I₂，同时基于上述公式减小回水管路上电子比例球阀的电流大小I₀，在此过程中I₁会变大或变小，取决于Q_1需求和Q_2需求的大小和其本身的变化情况，直至Q_1实际＝Q_1需求，Q_2实际＝Q_2需求；

依次类推，进行剩余出水管路的出水流量调节。

5.如权利要求2所述的洒水控制系统，其特征在于，

所述中央控制单元还用于将当前转速下水泵的出口流量Q_水泵与多条出水管路的流量需求值总和进行比对，若Q_水泵小于ΣQ_需求i，则所述中央控制单元控制发动机提高转速，直至Q_水泵大于等于ΣQ_需求i。

6.如权利要求1所述的洒水控制系统，其特征在于，

所述水泵包括四条并联的出水管路和一条回水管路。

7.一种洒水控制方法，采用如权利要求1～6任一项所述的洒水控制系统，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：获取底盘发动机的转速和各个压力传感器的压力检测值；

步骤S2：设定每条出水管路的流量需求值；

步骤S3：根据底盘发动机的转速、各个压力传感器的压力检测值、每条出水管路的流量需求值调节各个电子比例球阀的电流大小。

8.如权利要求7所述的洒水控制方法，其特征在于，

在所述步骤S3之前还包括以下步骤：

步骤S23：基于底盘发动机的转速计算得到水泵的出口流量Q_水泵，并将水泵的出口流量与多条出水管路的流量需求值总和ΣQ_需求i进行比较，若Q_水泵小于ΣQ_需求i，则控制底盘发动机提高转速，直至Q_水泵大于等于ΣQ_需求i。

9.如权利要求8所述的洒水控制方法，其特征在于，

所述步骤S3具体为：

赋予第一条出水管路上的电子比例球阀一个电流初始值I₁，根据检测得到的P₀和P₁计算得到第一条出水管路的实时流量值Q_1实际，然后进行迭代循环不断加大I₁，同时减小回水管路上电子比例球阀的电流大小I₀，直至Q_1实际＝Q_1需求；

赋予第二条出水管路上的电子比例球阀一个电流初始值I₂，根据检测得到的P₀和P₂计算得到第二条出水管路的实时流量值Q_2实际，然后进行迭代循环不断加大I₂，同时减小回水管路上电子比例球阀的电流大小I₀，在此过程中I₁会变大或变小，取决于Q_1需求和Q_2需求的大小，直至Q_1实际＝Q_1需求，Q_2实际＝Q_2需求；

依次类推，进行剩余出水管路的出水流量调节。

10.一种洒水车，其特征在于，采用如权利要求1～6任一项所述的洒水控制系统。

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