基本信息
- 項目名稱：
- 消防車智能壓力平衡裝置研究
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 消防車智能壓力平衡裝置，是專門用于消防車水泵壓力平衡的智能控制系統(tǒng)。該裝置能夠通過自動調(diào)節(jié)發(fā)動機轉(zhuǎn)速，保持壓力恒定不變（壓力模式），或手動調(diào)節(jié)發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制壓力大?。ㄞD(zhuǎn)速模式）。用戶可以從操作面板上直觀地讀取水泵的出口壓力（系統(tǒng)壓力）、設(shè)定壓力和油門大小等信息。壓力平衡系統(tǒng)具有控制精確，操作簡單，功能豐富等特點，作為消防車的基本裝備，不僅提高了消防車操控性能，而且可有效保護消防員在滅火現(xiàn)場的安全。
- 詳細介紹：
- 消防車智能壓力平衡裝置參照目前國內(nèi)消防車生產(chǎn)標準研制，專門設(shè)計用于控制消防車水泵壓力系統(tǒng)。裝置可通過自動（壓力模式）或手動（轉(zhuǎn)速模式）調(diào)節(jié)發(fā)動機轉(zhuǎn)速來控制系統(tǒng)壓力，使消防車水泵出水口壓力維持平衡，即保持壓力恒定不變。使用者可從操作面板上直觀地讀取系統(tǒng)壓力（水泵的出水口壓力）、設(shè)定壓力和油門大小等信息。若在滅火過程中水泵突然斷水，壓力平衡裝置將自動調(diào)節(jié)發(fā)動機進入怠速狀態(tài)，當供水恢復(fù)后，水泵壓力恢復(fù)并維持在設(shè)定壓力。本系統(tǒng)具有控制精確、功能豐富、操作簡單等特點，作為消防車基本裝備，不僅提高了消防車操控性能，而且可有效地保護消防員在滅火現(xiàn)場的人身安全。 “消防車智能壓力平衡裝置”采用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)融合方法，通過檢測消防車壓力、轉(zhuǎn)速等相關(guān)數(shù)據(jù)，運用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，輸出控制發(fā)動機的油門電壓，動態(tài)調(diào)整消防泵轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)消防泵出水口壓力平衡。主要創(chuàng)新點：1.提出了先進的消防車壓力平衡系統(tǒng)的方案；2.提出了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)壓力平衡系統(tǒng)模型；3.運用數(shù)據(jù)融合技術(shù)進行數(shù)據(jù)預(yù)處理，使得控制系統(tǒng)響應(yīng)更快速。 本課題研究成果已申報了國家發(fā)明專利，現(xiàn)已獲得實用新型專利授權(quán)，壓力平衡控制器產(chǎn)品也已投入生產(chǎn)使用。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 發(fā)明目的：消防車在滅火時會根據(jù)火情變化而改變出水口的開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)致出水壓力瞬間變化，這樣會對消防員的安全帶來極大隱患?！跋儡囍悄軌毫ζ胶庋b置”能夠通過檢測消防泵出水口壓力，通過控制發(fā)動機油門變化來改變消防泵轉(zhuǎn)速，迅速調(diào)節(jié)消防車出水口壓力以保持出水口壓力平衡，保障消防員的安全。 基本思路：“消防車智能壓力平衡裝置”采用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)極其改進算法和數(shù)據(jù)融合技術(shù)，通過檢測消防車壓力、轉(zhuǎn)速等相關(guān)數(shù)據(jù)，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型，輸出控制發(fā)動機轉(zhuǎn) 速的油門電壓，動態(tài)調(diào)整消防泵轉(zhuǎn)速來控制出水口壓力實現(xiàn)壓力平衡的要求。 創(chuàng)新點：1.提出了先進的消防車壓力平衡系統(tǒng)的方案。 2.提出了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)壓力平衡系統(tǒng)模型。 3.運用數(shù)據(jù)融合技術(shù)進行數(shù)據(jù)預(yù)處理，使得控制系統(tǒng)響應(yīng)更快速。 關(guān)鍵技術(shù)和主要性能指標： 消防車智能壓力平衡系統(tǒng)的主要是控制消防車出水口的壓力，而出水口的壓力主要由消防泵的轉(zhuǎn)速和流量決定。壓力平衡裝置的主要功能是通過檢測的壓力和轉(zhuǎn)速等信號，對系統(tǒng)的態(tài)勢做一個合理可靠的評估，輸出相應(yīng)的電壓來調(diào)節(jié)發(fā)動機轉(zhuǎn)速，保持消防泵出水口壓力在設(shè)定的范圍內(nèi)。 本設(shè)計的核心部分為壓力平衡控制裝置，可實現(xiàn)在水泵出水口壓力與設(shè)定壓力偏差超過0.1MPa時，自動調(diào)節(jié)發(fā)動機轉(zhuǎn)速；在出水壓力與設(shè)定壓力偏差跳變0.4MPa時，2秒內(nèi)恢復(fù)壓力平衡。
科學(xué)性、先進性
- BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是指基于誤差反向傳播算法(Error Back Propagation - BP算法)的多層前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。BP網(wǎng)絡(luò)中的神經(jīng)元采用的傳遞函數(shù)通常是Sigmoid型可微函數(shù)(S函數(shù))，可以實現(xiàn)輸入和輸出間的任意非線性映射。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單、學(xué)習(xí)速度較快，只要能確定合適的權(quán)值和閾值，對非線性系統(tǒng)便能表現(xiàn)出優(yōu)良的控制性能，這使得它在諸如函數(shù)逼近、模式識別、系統(tǒng)辨識和控制領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。但是BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)確定比較困難，易出現(xiàn)學(xué)習(xí)速度慢和陷入局部極小區(qū)及對參數(shù)選擇敏感等問題。為此，人們對BP算法進行了許多改進。如采用啟發(fā)式技術(shù)的附加動量法、自適應(yīng)學(xué)習(xí)率法等。 本控制系統(tǒng)采用智能技術(shù)實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的預(yù)處理并建立了控制量和被控制量的的非線性關(guān)系。提高了系統(tǒng)精度和一致性。 ? 提出了先進的消防車壓力平衡系統(tǒng)的方案。 ? 提出了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)壓力平衡系統(tǒng)模型。 ? 運用數(shù)據(jù)融合技術(shù)進行數(shù)據(jù)預(yù)處理，使得控制系統(tǒng)響應(yīng)更快速，控制更平穩(wěn)。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2010年，無錫，實用新型專利證書
作品所處階段
- 生產(chǎn)階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 合作開發(fā)
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品 、圖片、現(xiàn)場演示
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 目前我國正處于高速發(fā)展時期，消防車行業(yè)的健康發(fā)展將對我國的國計民生發(fā)揮極其重要的作用。目前各地消防機構(gòu)里使用的消防車數(shù)量巨大，據(jù)保守估計未來兩三年內(nèi)，將有20萬輛消防車需要安裝此系統(tǒng)，按照每套系統(tǒng)10000元來計算，將會帶來20億元的產(chǎn)值。
同類課題研究水平概述
- 國外總體技術(shù)水平 隨著世界經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市化已經(jīng)越來越普遍，消防器材尤其是消防車的重要性正在逐年增加。歐美發(fā)達國家在消防產(chǎn)業(yè)上有著較大的技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢，在很多消防車上均安裝有各式各樣的壓力平衡裝置。這些壓力平衡裝置為消防車的安全供水和滅火提供了穩(wěn)定的保障，同時也減少了很多不必要的意外出現(xiàn)。 世界消防產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)主要分布在歐洲和北美，亞洲的日本也是消防車產(chǎn)業(yè)的強國。德國的馬基路斯公司（SIMON），芬蘭的博浪濤（BRONTO）公司以及日本的森田公司等均是消防產(chǎn)業(yè)的業(yè)界翹楚，它們的生產(chǎn)能力，產(chǎn)品性能和先進水平均領(lǐng)先其他國家。這些世界知名公司的消防車上安裝的壓力平衡裝置更是遠遠領(lǐng)先其他消防車公司，成為它們占有大量市場的核心技術(shù)。 國內(nèi)發(fā)展情況 消防車是消防重要裝備，國產(chǎn)消防車技術(shù)日益成熟，消防車輛上裝的設(shè)計開發(fā)與制造工藝已接近國外技術(shù)水平，但也存在著較多的差距和不足。目前常用的供水消防車由水帶或水炮出水，在滅火現(xiàn)場隨火情的變化消防員可能隨時開關(guān)出水口。在出水口開關(guān)狀態(tài)突然改變的情況下，由于水泵動力不能及時改變，出水口的壓力會突然增大，從而產(chǎn)生很大的后坐力。這個后坐力對消防員會造成較大的沖擊，及其容易產(chǎn)生安全事故。消防車壓力平衡系統(tǒng)控制系統(tǒng)可有效地使消防水泵工作在允許壓力的條件下，減小水泵壓力突變帶來的危害。 目前，控制消防泵壓力平衡裝置大多采用手控油門的方式來解決，當需要增多或減小消防泵壓力的時候，通過人工的手動操作改變油門大小。這樣的控制方式比較簡單，容易操作，能夠在現(xiàn)場方便操作。但是這種操作往往存在較大的安全隱患，因為不同廠家的汽車ECU特性不盡相同，人為操作的手法也不會完全一致，在操作油門控制按鈕時，可能會導(dǎo)致消防泵的壓力過大或過小。消防員在滅火現(xiàn)場操作時，可能會由于突然變大的壓力給消防員一個很大的后坐力，如在高空作業(yè)時，容易摔落或產(chǎn)生其他危險。
