CN202007766U - 全自动水压动力控制器 - Google Patents

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李春旭
李春宜
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Changchun Forman Electric Control Technology Co., Ltd.
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李春旭
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Abstract

本实用新型涉及一种应用于消防车的消防泵出水压力控制系统的全自动水压动力控制器。其结构包括控制信号处理电路、主控制电路、信号采集和发动机ECU控制电路及电源保护电路。控制信号处理电路包括D/A数模转换模块和PWM信号处理模块；主控制部分电路包括MCU微程序控制器和信号选择模块；信号采集和发动机ECU控制电路包括中继控制器和外接传感器。主控制器对消防车发动机ECU的控制是通过中继控制器来传递控制信号的，控制信号有三种，分别为双电压信号、单电压信号和PWM信号。具有自动平衡水压、完善的监测保护、智能缺水监测、电源保护等特点，可实现全自动水压控制模式和手动调节模式。系统工作稳定，并且操作简单易懂、显示清晰直观。

Description

全自动水压动力控制器
技术领域
本实用新型涉及机电类，特别涉及一种应用于消防车的消防泵出水压力控制系统的全自动水压动力控制器。
背景技术
消防泵出水压力的大小是灭火战斗中一个很关键的因素。由于灭火现场复杂性大、混乱性高，在消防战斗中出水压力过大或过小都会使灭火效率降低，如果在战斗过程中消防泵出口压力过大可能导致管路损毁甚至造成人员伤亡；若消防泵出口压力过小则达不到灭火所需要的射程，无法扑灭火源，这样不仅浪费了消防车内有限的水源，而且会失去最佳灭火时机。因此我们需要一套能够精确地，方便地调整消防泵出口压力的水压控制系统来保证消防战斗的顺利进行。
目前，大部分消防车采用消防泵出水压力控制系统多为手动PTO控制，此类装置的缺点是：由于手动PTO控制需要人工来进行调节和监测，当消防泵出水压力突变时，人工调节不能及时的应对消防泵出水压力的突变，致使消防泵出水压力过大或过小，进而造成不必要的损失甚至伤亡。同时由于此类装置的状态和参数显示极为简单，无法实时监测和准确查看系统状态和各种数据参数。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种全自动水压动力控制器，解决了现在消防车采用手动PTO控制存在的无法应对消防泵出水压力突变、不能实时监测和准确查看系统状态和各种数据参数等问题。其具有自动平衡水压、完善的监测保护、智能缺水监测、电源过压保护等特点，可实现全自动水压控制模式和手动调节模式。系统工作稳定，并且操作简单易懂，显示清晰直观。
本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是：
全自动水压动力控制器，包括主控制电路1、控制信号处理电路2、信号采集和发动机ECU控制电路3及设置于控制电路前级的电源保护电路4，控制信号处理电路2包括D/A数模转换模块U2和PWM信号处理模块U3；主控制电路1包括MCU微程序控制器U1和信号选择模块11；信号采集和发动机ECU控制电路3包括中继控制器31和外接传感器，该外接传感器包括消防泵出口水压力传感器32、消防泵入口真空度传感器33、水罐低液位传感器34及泵转速传感器35，主控制电路1通过中继控制器31传递控制信号至消防车发动机ECU 36，发动机ECU36的控制信号有三种，分别为双电压信号，单电压信号和PWM信号；
所述D/A数模转换器U2的IN1引脚和IN2引脚分别与MCU微程序控制器U1的P1.0引脚和P1.1引脚相连接，PWM信号处理模块U3的IN3引脚与MCU微程序控制器U1的PWM输出引脚相连接，输出信号Out1、Out2和OUT与信号选择模块11连接，该信号选择模块11与中继控制器31连接；其中，输出信号Out1、Out2输出的为电压信号，且该输出信号Out1、Out2同时输出时为双电压信号，该输出信号Out1单独输出时为单电压信号；OUT输出的为PWM信号；
所述中继控制器31分别与MCU微程序控制器U1的P2.1、P2.2、P2.3、P2.4、P2.5引脚连接，消防泵出口水压力传感器32、消防泵入口真空度传感器33、水罐低液位传感器34、泵转速传感器35及消防车发动机ECU36分别与中继控制器31相连接。
所述的电源保护电路4由电压电流保护电路41和电压变换电路42组成，电压电流保护电路41由二极管D1、过压和低压保护模块43、过流保护模块44组成，来自盘底的蓄电池45的电源正极与二极管D1阳极相连接，二极管D1的阴极与过压和低压保护模块43相连接，该过压和低压保护模块43直接与过流保护模块44相连接；过流保护模块44与电压变换模块46相连接，电压变换模块46的OUT5V和OUT12V分别与电源输出47的IN5V和IN12V相连。当电源电压和电流发生变化且超出过压过流保护模块43所要求的范围时，电路会自动切断电源，从而有效地保护整个电路。电源经过保护电路处理后进入电压变换模块46，电压变换模块46将电压值分别转换成5V和12V后分别送入到电源输出端47，为相应电路提供工作电压，电压变换模块46的OUT5V和OUT12V分别与电源输出端47的IN5V和IN12V相连。
本实用新型的有益效果在于：
1、本发明对消防泵的出水压力采用闭环控制，使消防泵出口压力值能够稳定在设定值处。当消防泵出口压力值发生变化时，系统通过压力传感器检测到压力的变化，会快速调节发动机转速来改变消防泵的转速，从而使消防泵出口压力回到设定值处。
2、系统配有消防泵出口压力传感器、消防泵入口真空度传感器及泵转速传感器，同时还配有显示系统，可对以上数据进行实时显示和监测。系统可对消防泵出口压力、消防泵入口真空度、泵转速等参数的极限值进行设定监测，当该参数超出所设定合理的工作范围，系统会自动进入“怠速”状态，以确保安全。
3、系统具有完善的监测保护功能，在消防泵出口压力异常、水罐缺水等情况发生时，能够快速启动保护程序并以声光形式提醒操作员。
4、本实用新型具有有效的电源保护机制，以消防车底盘蓄电池28V为基准，其波动范围在-35%～+21%（即18V-34V）时本产品均能正常工作，当波动超出此范围时本产品将自动断电确保设备安全。本产品电源反向耐压高达1000V，因此当电源反接时不会对系统造成损坏。
5、本实用新型是目前最完善的全自动水压动力控制器，且性价比高，实用性强，非常适合装备我国消防部队。
附图说明
图1为本实用新型的电路图；
图2为本实用新型的控制原理图；
图3为本实用新型电源保护电路图。
具体实施方式
实施例：
参见附图1及附图2，本实用新型的全自动水压动力控制器包括主控制电路1、控制信号处理电路2、信号采集和发动机ECU控制电路3及设置于控制电路前级的电源保护电路4，控制信号处理电路2包括D/A数模转换模块U2和PWM信号处理模块U3；主控制电路1包括MCU微程序控制器U1和信号选择模块11；信号采集和发动机ECU控制电路3包括中继控制器31和外接传感器，该外接传感器包括消防泵出口水压力传感器32、消防泵入口真空度传感器33、水罐低液位传感器34及泵转速传感器35，主控制电路1通过中继控制器31传递控制信号至消防车发动机ECU 36，发动机ECU36的控制信号有三种，分别为双电压信号，单电压信号和PWM信号；
所述D/A数模转换器U2的IN1引脚和IN2引脚分别与MCU微程序控制器U1的P1.0引脚和P1.1引脚相连接，PWM信号处理模块U3的IN3引脚与MCU微程序控制器U1的PWM输出引脚相连接，输出信号Out1、Out2和OUT与信号选择模块11连接，该信号选择模块11与中继控制器31连接；其中，输出信号Out1、Out2输出的为电压信号，且该输出信号Out1、Out2同时输出时为双电压信号，该输出信号Out1单独输出时为单电压信号；OUT输出的为PWM信号；
所述中继控制器31分别与MCU微程序控制器U1的P2.1、P2.2、P2.3、P2.4、P2.5引脚连接，消防泵出口水压力传感器32、消防泵入口真空度传感器33、水罐低液位传感器34、泵转速传感器35及消防车发动机ECU36分别与中继控制器31相连接。
参见附图3，所述的电源保护电路4由电压电流保护电路41和电压变换电路42组成，电压电流保护电路41由二极管D1、过压和低压保护模块43、过流保护模块44组成，来自盘底的蓄电池45的电源正极与二极管D1阳极相连接，二极管D1的阴极与过压和低压保护模块43相连接，该过压和低压保护模块43直接与过流保护模块44相连接；过流保护模块44与电压变换模块46相连接，电压变换模块46的OUT5V和OUT12V分别与电源输出47的IN5V和IN12V相连。当电源电压和电流发生变化且超出过压过流保护模块43所要求的范围时，电路会自动切断电源，从而有效地保护整个电路。电源经过保护电路处理后进入电压变换模块46，电压变换模块46将电压值分别转换成5V和12V后分别送入到电源输出端47，为相应电路提供工作电压，电压变换模块46的OUT5V和OUT12V分别与电源输出端47的IN5V和IN12V相连。
如图1所示，中继控制器31采集消防泵出口压力、泵转速等信号。并将采集到的信号经过计算后发送到主机控制器的MCU微程序控制器U1，主机控制器的MCU微程序控制器U1将接收到的数据进行处理、显示。本控制器对发动机ECU 36的控制模式有如下两种：
一种是自动模式：自动控制模式是通过控制面板对水泵出口压力值进行设定，主机控制器的MCU微程序控制器U1将预设压力值记录存储后与检测到的水泵出水压力值比较，用来作为控制发动机ECU 36的依据。当主控制器的MCU微程序控制器U1检测到水泵出口压力值大于（或者小于）设定值并超出一定范围时，主机控制器的MCU微程序控制器U1会向发动机ECU发出控制命令，通过调节发动机转速的大小来改变消防泵的泵转速，从而达到减小（或者增大）消防泵出口压力，使水泵出口压力维持在设定值处的目的。
另一种是手动模式，手动控制模式是通过操作控制面板将增大（或者减小）消防泵出口压力的控制命令直接发送给主控制器的MCU微程序控制器U1，主控制器的MCU微程序控制器U1接收到命令后向发动机ECU发出控制命令，通过调节发动机的转速来改变消防泵的转速，进而达到增大（或者减小）消防泵出水压力的目的。当停止按键控制操作后，消防泵将以当前的速度继续运转，不会随消防泵出口压力变化而变化。
本实用新型在消防车的水罐中装有水罐低液位传感器34，主机控制器的MCU微程序控制器U1根据中继控制器31发送来的数据对水罐液位的情况进行判断，在自动模式下MCU微程序控制器U1根据中继控制器31采集到的消防泵出口压力值和低液位传感器34的状态对水罐进行水位监测，在手动模式下MCU微程序控制器U1根据中继控制器31采集到的低液位监测器的状态对水罐进行水位监测，当系统监测到水罐缺水时会及时进行报警提醒，若报警持续5秒钟无人进行干预，系统会自动将发动机降至“怠速”运行，在出现紧急情况时，可按下操作面板的“怠速”按键将发动机降至“怠速”运行。
本系统在消防泵入口处还配有管路入口真空度传感器33，当主机控制器的MCU微程序控制器U1检测到消防泵入口真空度过大同时消防泵出口水压过低等异常情况时，系统会发出警报，并自动将发动机降至“怠速”状态。

Claims (2)

1. 一种全自动水压动力控制器，其特征在于：包括主控制电路(1)、控制信号处理电路(2)、信号采集和发动机ECU控制电路(3)及设置于控制电路前级的电源保护电路(4)，控制信号处理电路(2)包括D/A数模转换模块(U2)和PWM信号处理模块(U3)；主控制电路(1)包括MCU微程序控制器(U1)和信号选择模块(11)；信号采集和发动机ECU控制电路(3)包括中继控制器(31)和外接传感器，该外接传感器包括消防泵出口水压力传感器(32)、消防泵入口真空度传感器(33)、水罐低液位传感器(34)及泵转速传感器(35)，主控制电路(1)通过中继控制器(31)传递控制信号至消防车发动机ECU(36)，发动机ECU(36)的控制信号有三种，分别为双电压信号，单电压信号和PWM信号；
所述D/A数模转换器(U2)的IN1引脚和IN2引脚分别与MCU微程序控制器(U1)的P1.0引脚和P1.1引脚相连接，PWM信号处理模块(U3)的IN3引脚与MCU微程序控制器(U1)的PWM输出引脚相连接，输出信号Out1、Out2和OUT与信号选择模块(11)连接，该信号选择模块(11)与中继控制器(31)连接；其中，输出信号Out1、Out2输出的为电压信号，且该输出信号Out1、Out2同时输出时为双电压信号，该输出信号Out1单独输出时为单电压信号；OUT输出的为PWM信号；
所述中继控制器(31)分别与MCU微程序控制器(U1)的P2.1、P2.2、P2.3、P2.4、P2.5引脚连接，消防泵出口水压力传感器(32)、消防泵入口真空度传感器(33)、水罐低液位传感器(34)、泵转速传感器(35)及消防车发动机ECU(36)分别与中继控制器(31)相连接。
2.根据权利要求1所述的全自动水压动力控制器，其特征在于：所述的电源保护电路(4)由电压电流保护电路(41)和电压变换电路(42)组成，电压电流保护电路(41)由二极管(D1)、过压和低压保护模块(43)、过流保护模块(44)组成，蓄电池(45)的电源正极与二极管(D1)阳极相连接，二极管(D1)的阴极与过压和低压保护模块(43)相连接，该过压和低压保护模块(43)直接与过流保护模块(44)相连接；过流保护模块（44）与电压变换模块（46）相连接，电压变换模块（46）的OUT5V和OUT12V分别与电源输出（47）的IN5V和IN12V相连。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102493949A (zh) * 2011-11-30 2012-06-13 中国科学院自动化研究所 消防车水泵控制系统
CN102758765A (zh) * 2012-07-02 2012-10-31 江苏环力科技发展有限公司 一种变频电子压力控制装置

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GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Assignee: Changchun Forman fire fighting equipment Co., Ltd.

Assignor: Li Chunxu

Contract record no.: 2015220000014

Denomination of utility model: Full-automatic water pressure power controller

Granted publication date: 20111012

License type: Exclusive License

Record date: 20150513

LICC Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model
TR01 Transfer of patent right
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Effective date of registration: 20170713

Address after: High tech Zone of Jilin province Changchun Zhenyu street 130012 No. 358 building 3 floor 2 C zone

Patentee after: Changchun Forman Electric Control Technology Co., Ltd.

Address before: 130000 Sunshine Plaza, Sunshine Plaza, Qianjin square, Changchun, Jilin 3-2-204

Patentee before: Li Chunxu

CX01 Expiry of patent term
CX01 Expiry of patent term

Granted publication date: 20111012