CN201157638Y - 消防排烟机器人控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种消防排烟机器人控制系统。由可编程控制器、柴油机工况检测装置、自身保护装置、冷却装置、行走机构、排烟风机装置、报警器、无线接收装置和无线发射装置组成。可编程控制器由开关量输入单元、开关量输出单元、A/D转换单元、脉冲/频率处理单元和脉宽调节输出单元组成；柴油机工况检测装置、温度传感器、自身保护装置、冷却装置、电液控制阀、行走机构、排烟风机装置、无线接收装置分别连接可编程控制器；无线发射装置以无线通过的方式连接无线接收装置。本实用新型可由现场操作人员遥控操作消防排烟机器人在灾害现场行走、执行送风、喷雾、排烟等任务。本实用新型结构简单，成本较低，便于推广应用。

Description

消防排烟机器人控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种消防排烟机器人控制系统。

背景技术

近10年来，由于不断增加的隧道里程、不断增长的交通流量和路况改善以及运输物品的复杂性，增加了交通隧道的火灾风险，引发了不少严重的火灾事故。据统计，公路隧道的火灾风险为铁路隧道的20~25倍。隧道火灾不仅严重威胁人的生命和财产安全，而且对交通设施、人类的生产、活动造成巨大的损坏。因此，各国近20年来都投入了相当的力量对隧道的火灾行为、火灾防护进行了较广泛的研究，并取得了一定成果、制订了一些技术要求和标准。

当这些场所发生火灾，由于其火灾蔓延的快速性，往往造成局域性的危险，而且产生的大量有毒烟雾严重阻碍了消防抢险救援人员快速进入灾害现场实施抢险救援战斗，并给疏散和救援工作造成困难；隧道的环境特点还限制了排烟车、照明车等常规消防装备的使用，因此急需能够进入地铁、隧道等场所进行排烟作战的现代化消防装备产品。

地铁、隧道等灾害现场的复杂性、险恶性、保护人员生命和国家财产的重要性和抢险救援场所的局限性、艰难性，决定了消防部队必须要使用高科技抢险救援装备。为此，在现阶段，有针对性的对地铁、隧道抢险救援过程中所需的专用技术装备进行专题研究和开发就显得尤为重要。消防排烟机器人是抢险救援的重要装备之一，可对地铁、隧道的侦察监测、抢险救援、人员疏散带来便利，能显著提高我国消防部队应对地铁、隧道火灾的能力，为我国经济发展提供有力保障，具有广阔的应用前景和重大的意义。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种结构简单、成本较低、安全有效的用于灾害现场的消防排烟机器人控制系统。

本实用新型提出的消防排烟机器人控制系统，由可编程控制器1、柴油机工况检测装置2、自身保护装置3、冷却装置4、行走机构5、排烟风机装置6、报警器7、无线接收装置8和无线发射装置9组成，其中：

可编程控制器1由开关量输入单元1_1、开关量输出单元1_2、A/D转换单元1_3、脉冲/频率处理单元1_4和脉宽调节输出单元1_5组成；

柴油机工况检测装置2由柴油机速度传感器2_1、温度传感器2_2、油门位置限位开关2_3、油压传感器2_4、油温传感器2_5和柴油机冷却风扇皮带断裂传感器2_6组成，速度传感器2_1连接至可编程控制器1的脉冲/频率处理单元1_4；温度传感器2_2连接可编程控制器1的A/D转换单元1_3，油门位置限位开关2_3、油压传感器2_4、油温传感器2_5、柴油机冷却风扇皮带断裂传感器2_6分别连接可编程控制器1的开关量输入单元1_1；

自身保护装置3由双轴倾斜传感器3_1和超声波测距传感器3_2组成，双轴倾斜传感器3_1和超声波测距传感器3_2分别连接可编程控制器1的A/D转换单元1_3；

冷却装置4由液压油冷却风机4_1、水冷却器4_2、电液控制阀4_3和电磁阀组4_4组成，液压油冷却风机4_1、水冷却器4_2和电磁阀组4_4分别连接可编程控制器1的开关量输出单元1_2，电液控制阀4_3连接可编程控制器1的脉宽调节输出单元1_5；

行走机构5由柴油机油门加减速电机5_1和行走方向控制电磁阀组5_2组成，由柴油机油门加减速电机5_1和行走方向控制电磁阀组5_2分别连接可编程控制器1的开关量输出单元1_2；

排烟风机装置6由排烟风机6_1、喷雾供水水泵6_2、电液控制阀6_3和电磁阀组6_4组成，排烟风机6_1、喷雾供水水泵6_2和电磁阀组6_4分别连接可编程控制器1的开关量输出单元1_2，电液控制阀6_3连接可编程控制器1的脉宽调节输出单元1_5；

报警器7连接可编程控制器1的开关量输出单元1_2；

无线接收装置8连接可编程控制器1的开关量输入单元1_1，无线发射装置9以无线通信的方式连接无线接收装置8。

本实用新型中，无线发射装置9为手持式无线发射装置，其上设有12个手动按钮，分别为停电、风机开/关、前进、后退、左转、右转、加速、减速、启动、水泵开/关、上电/油缸上、油缸下。负责发送控制装置上电、柴油机启动、加速、减速、停车；排烟机器人前进、后退、左转、右转；排烟风机开、关；喷雾供水水泵开、关；排烟风机风口俯仰角度的调节等15个控制指令。这些控制指令经快速精确编码后发射。

本实用新型中，无线接收装置8接收到控制指令信号后，将该信号经译码后送入可编程控制器1的开关量输入单元1_1。可编程控制器1根据控制指令去执行相应的程序，控制相应执行机构的动作。

本实用新型中，柴油机工况检测装置2用于检测柴油机主轴转速、环境温度、柴油机油门位置等参数。

本实用新型中，自身保护装置3用于检测消防排烟机器人行走时的倾斜度和探测行走方向前有否障碍物。

本实用新型中，冷却装置4用于冷却消防排烟机器人液压装置液压油。冷却装置4由风冷和水冷两种形式构成：

风冷装置由电动或液动风扇组成，当柴油机正常运转后，风冷装置即投入工作，为液压油进行冷却；

当消防排烟机器人的排烟风机装置6进入喷雾工况时，消防水带中的一部分水流将被分流到液压油箱中的水冷却器中，加强液压油冷却效果，确保装置正常工作。

本实用新型中，行走机构5用于控制排烟机器人前进、后退、左转、右转、加速、减速等功能的实现。

本实用新型中，报警器7用于实现向现场操作人员警告消防排烟机器人存在故障。

本实用新型中，无线接收装置8用于接收手持式无线发射装置发射的控制指令信号，并将该信号经译码后送入可编程控制器1。

本实用新型中，无线发射装置9是一个手持式无线发射装置。其手动按钮控制指令经快速精确编码后发射，向消防排烟机器人发送无线遥控指令。

本实用新型的工作过程为：消防排烟机器人车载控制装置电源开关合上后，可编程控制器1即运行装置初始化程序，并进入接收经无线发射装置9编码后发射的控制指令状态。

按下手持式无线发射装置中的操作装置9的上电按钮，则手持式无线发射装置与车载控制装置在300米视距范围内的无线通讯链路构成。手持式无线发射装置与车载控制装置的无线通讯链路构成后，现场操作人员即可通过手持式无线发射装置控制消防排烟机器人的各种动作：

1、按下启动按钮，车载控制装置接收到该指令后，可编程控制器1即进入柴油机启动程序：

(1)可编程控制器1读取柴油机工况检测装置2的柴油机油门位置，若油门位置在怠速启动位置，直接进入启动程序；若油门位置不在怠速启动位置，则开启油门位置调节电机，使其到达怠速启动位置后进入启动程序。

(2)进入启动程序后，可编程控制器1通过柴油机工况检测装置2的模拟量输入模块读取环境温度传感器的模拟量值电流或电压，然后通过程序将该模拟量信号经A/D转换为数字信号。可编程控制器1的程序根据装置的设计参数和装置工况，对该数字信号进行判别：

①若该数字信号大于设定的柴油机启动温度下限值时，则直接进入柴油机点火程序；

②若该数字信号小于设定的柴油机启动温度下限值时，则进入柴油机预热程序，可编程控制器1接通预热电路，使柴油机预热到设定的时间后进入柴油机点火程序。

(3)可编程控制器1进入柴油机点火程序后，按设定的时间接通启动电路，同时通过柴油机工况检测装置2读取柴油机转速传感器的脉冲值，经计算后得出柴油机主轴转速，若在设定的启动时间内柴油机主轴转速达到了设定的怠速值，可编程控制器1判定柴油机启动成功，输出启动成功指示信号；若在设定的启动时间内柴油机主轴转速未达到设定的怠速值，可编程控制器1断开启动电路，延时到设定的停止时间后再次接通启动电路，重复上述过程；若在第3次接通启动电路后，柴油机主轴转速仍未达到设定的怠速值，则可编程控制器1判定柴油机启动失败，退出柴油机启动程序，触发报警器7，输出柴油机启动故障信号。

2、柴油机启动成功后，可编程控制器1自动打开风冷装置电动或液动风扇组。

3、柴油机启动成功后，当车载控制装置接收到加速、减速、前进、后退、左转、右转等指令后，可编程控制器1判断哪一功能启动按钮已按下，根据判断结果，将相应的驱动信号输送到行走机构5执行相应的指令。如判断结果为加速(或减速)按钮按下，则装置油门位置调节电机启动，执行机构执行上升(加速)或下降(减速)移动，使柴油机主轴转速上升或下降，直至控制指令消失或已到达设定的油门位置高速、怠速限位点时停止油门位置调节电机的运行。

同时，可编程控制器1仍在不断检测有否行走功能信号被接收到，若有，则根据接收结果，执行新的程序。如柴油机已经在加速的情况下，可编程控制器1接收到前进(后退、左转、右转)指令，装置在执行加速的情况下，同时执行前进(后退、左转、右转)指令，打开左轮前进、右轮前进(左轮后退、右轮后退；左转后退、右轮前进；左转前进、右轮后退)控制电磁阀，直至控制指令消失。

4、柴油机启动成功后，当车载控制装置接收到开关风机指令后，为了解决排烟风机突然高速运转或突然停止使排烟风机受到损坏的现象出现，可编程控制器1立即打开排烟风机的电磁阀和流量控制阀，同时流量控制阀按设定的上升斜率动作，使该装置流量稳定上升，风机转速逐渐上升，直至设定值；当需要增加减小排烟风机转速时，操作人员可按下无线发射装置9上的加速减速按钮，当车载控制装置接收到该指令后，可编程控制器1即执行柴油机加减速程序，使排烟风机转速相应变化；当车载控制装置接收到关风机指令后，可编程控制器1立即使流量控制阀按设定的下降斜率动作，使该装置流量稳定下降，风机转速逐渐下降，直至流量控制阀全部关闭后，可编程控制器1才关闭排烟风机电磁阀。当车载控制装置接收到风机俯仰指令后，可编程控制器1即接通控制风机俯仰油缸回路电磁阀，执行调整风机角度动作。

5、柴油机启动成功且风机正在运行时，当车载控制装置接收到开(关)水泵指令后，为了解决水锤效应对喷雾水泵造成损坏的现象出现，可编程控制器1对喷雾水泵电磁阀和流量控制阀的控制方式，同上述。

6、消防排烟机器人工作后，可编程控制器1不断监控自身保护装置3的各类参数，当柴油机超速、机油压力低、机油温度高、柴油机冷却风扇断、流量控制阀断线等监控点有任一故障时，均能触发报警器7，输出故障报警信号。另外，当可编程控制器1读取到的双轴倾斜传感器或超声波测距传感器的数值大于设定值时，则立即禁止执行行走功能并触发报警器7，输出报警信号。

本实用新型与现有技术相比较，具有如下显而易见的实质性特点和优点：消防人员可以远程遥控排烟机器人向火灾现场驱动水雾排烟，有效降低火场的温度，减少火场的浓烟，压住火势，从而减少人员伤亡和财产损失。本实用新型结构简单，成本较低，便于推广应用。

附图说明

图1为本实用新型的装置框图。

图2为本实用新型的电路结构示意图。

图中标号：1为可编程控制器，1_1为开关量输入单元，1_2为开关量输出单元，1_3为A/D转换单元，1_4为脉冲/频率处理单元，1_5为脉宽调节输出单元，2为柴油机工况检测装置，2_1为柴油机速度传感器，2_2为温度传感器，2_3为油门位置限位开关，2_4为油压传感器，2_5为油温传感器，2_6为柴油机冷却风扇皮带断裂传感器，3为自身保护装置，3_1为双轴倾斜传感器，3_2为超声波测距传感器，4为冷却装置，4_1为液压油冷却风机，4_2为水冷却器，4_3为电液控制阀，4_4为电磁阀组，5为行走机构，5_1为柴油机油门加减速电机，5_2为行走方向控制电磁阀组，6为排烟风机装置，6_1为排烟风机，6_2为喷雾供水水泵，6_3为电液控制阀，6_4为电磁阀组，7为报警器，8为无线接收装置，9为无线发射装置。

具体实施方式

下面通过实施例进一步描述本实用新型，但不限于本实施例。

将下列各部件按图1和图2所示方式连接，该领域技术人员均能顺利实施。

无线发射装置9、无线接收装置8均采用F24-HI型，无线发射装置9由操作人员手持，无线接收装置8安装在消防排烟机器人上；

车载控制装置采用的可编程控制器1为EUPC-2024控制器，开关量输入1_1、开关量输出1_2、A/D转换1_3、脉冲/频率处理1_4、脉宽调节输出1_5等单元均集成在该控制器中；

温度传感器2_2采用WZPJ型，实现环境温度探测，温度传感器2_2连接A/D转换单元1_3的接线端；

双轴倾斜传感器温度传感器3_1为两个，均采用AT201-SV-45型，实现消防排烟机器人车体X轴、Y轴两个方向的倾斜度探测，分别连接A/D转换单元1_3的接线端；

超声波测距传感器3_2采用P42-04N型，实现消防排烟机器人车体前方向障碍物探测，连接A/D转换单元1_3的接线端；

柴油机采用B/FL912/C系列风冷柴油机；

柴油机速度传感器2_1采用SZMB型，实现消防排烟机器人柴油机速度检测，连接脉冲频率处理单元1_4的接线端；

柴油机油门伺服电机5_1采用DT100；实现柴油机主轴转速的调节，连接开关量输出单元1_2的接线端；

电液控制阀4_3、电液控制阀6_3均采用PV42-M30型，实现排烟风机或水泵的流量调节；连接脉宽调节输出单元1_5；

电磁阀组5_2、电磁阀组6_4等均采用SS-G01-C7Y-R型电磁阀，实现系统油路切换，连接开关量输出单元1_2的接线端；

可编程控制器1的开关量输入单元1_1的接线端连接无线接收装置8经译码后输出的控制信号等。

Claims (2)

1、一种消防排烟机器人控制系统，由可编程控制器(1)、柴油机工况检测装置(2)、自身保护装置(3)、冷却装置(4)、行走机构(5)、排烟风机装置(6)、报警器(7)、无线接收装置(8)和无线发射装置(9)组成，其特征在于：

可编程控制器(1)由开关量输入单元(1_1)、开关量输出单元(1_2)、A/D转换单元(1_3)、脉冲/频率处理单元(1_4)和脉宽调节输出单元(1_5)组成；

柴油机工况检测装置(2)由柴油机速度传感器(2_1)、温度传感器(2_2)、油门位置限位开关(2_3)、油压传感器(2_4)、油温传感器(2_5)和柴油机冷却风扇皮带断裂传感器(2_6)组成，速度传感器(2_1)连接至可编程控制器(1)的脉冲/频率处理单元(1_4)；温度传感器(2_2)连接可编程控制器(1)的A/D转换单元(1_3)，油门位置限位开关(2_3)、油压传感器(2_4)、油温传感器(2_5)、柴油机冷却风扇皮带断裂传感器(2_6)分别连接可编程控制器(1)的开关量输入单元(1_1)；

自身保护装置(3)由双轴倾斜传感器(3_1)和超声波测距传感器(3_2)组成，双轴倾斜传感器(3_1)和超声波测距传感器(3_2)分别连接可编程控制器(1)的A/D转换单元(1_3)；

冷却装置(4)由液压油冷却风机(4_1)、水冷却器(4_2)、电液控制阀(4_3)和电磁阀组(4_4)组成，液压油冷却风机(4_1)、水冷却器(4_2)和电磁阀组(4_4)分别连接可编程控制器(1)的开关量输出单元(1_2)，电液控制阀(4_3)连接可编程控制器(1)脉宽调节输出单元(1_5)；

行走机构(5)由柴油机油门加减速电机(5_1)和行走方向控制电磁阀组(5_2)组成，由柴油机油门加减速电机(5_1)和行走方向控制电磁阀组(5_2)分别连接可编程控制器(1)的开关量输出单元(1_2)；

排烟风机装置(6)由排烟风机(6_1)、喷雾供水水泵(6_2)、电液控制阀(6_3)和电磁阀组(6_4)组成，排烟风机(6_1)、喷雾供水水泵(6_2)和电磁阀组(6_4)分别连接可编程控制器(1)的开关量输出单元(1_2)，电液控制阀(6_3)连接可编程控制器(1)的脉宽调节输出单元(1_5)；

报警器(7)连接可编程控制器(1)的开关量输出单元(1_2)；

无线接收装置(8)连接可编程控制器(1)的开关量输入单元(1_1)；

无线发射装置(9)以无线通信的方式连接无线接收装置(8)。

2、根据权利要求1所述的消防排烟机器人控制系统，其特征在于无线发射装置(9)为手持式无线发射装置，其上设有12个手动按钮，分别为停电、风机开/关、前进、后退、左转、右转、加速、减速、启动、水泵开/关、上电/油缸上、油缸下。

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