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一种基于计算机的高层楼宇灭火弹电磁弹射控制系统

2023-01-21 01:02:55

一种基于计算机的高层楼宇灭火弹电磁弹射控制系统

  技术领域

  本发明涉及一种灭火弹电磁弹射控制系统,特别涉及一种基于计算机的高层楼宇灭火弹电磁弹射控制系统。

  背景技术

  高层建筑物资大量集中,一旦发生火灾极易产生烟囱效应,形成立体燃烧,加剧烟火迅速蔓延。目前,灭火弹是解决高层楼宇灭火这一问题的主要方式,现有技术通常采用手抛发射、火药发射、空气炮发射以及电磁弹射。手抛发射由于发射距离较小,因此实用价值不高;火药发射和空气炮发射虽然解决了发射距离小的问题,但其发射距离不可调,重复性差,并且存在一定的安全隐患,容易对消防员造成一定的恐慌,而电磁弹射发射力大、重复性好、安全性高,是一种较为理想的灭火弹发射方式。

  专利号为CN 110279956 A的专利公开了一种高层楼宇灭火弹车载电磁弹射系统的发射机构,该机构由旋转盘、底座、调整架和弹射筒四部分组成,旋转盘内圈与底板连接,在电机带动下,底座、调整架和弹射筒绕旋转盘旋转,调整弹射方向;底座上固定有调整架和弹射筒,为调整架和弹射筒提供支撑;调整架上下两端分别与弹射筒和底座连接,可将梯形螺杆的旋转运动转化为弹射筒绕第一圆柱销的旋转运动,用于调整弹射角度;弹射筒内装有放电线圈和灭火弹,放电线圈产生瞬时电磁力,精准发射灭火弹,该机构结构简单,易于加工制造,可用箱式小货车固定和运输,方便进入狭窄街道,实施灭火救援,实用性好,但该机构并未对电磁发射原理进行详细描述,且调整角度、瞄准、装弹等动作均需要操作人员完成,效率不高同时容易出现误差。专利号为CN 110307749 A公开的一种高层楼宇灭火弹车载电磁弹射系统的控制机构仅阐述了灭火弹电磁弹射的控制方法,仍未解决发射机构需要手动控制的问题,使机构依然存在操作效率低,工作误差大的缺陷。

  发明内容

  要解决的技术问题

  为了避免现有技术的不足之处,本发明提出一种基于计算机的高层楼宇灭火弹电磁弹射控制系统。

  技术方案

  一种基于计算机的高层楼宇灭火弹电磁弹射控制系统,其特征在于包括测量模块、调平模块、动作模块、发射模块、指示模块、可编程控制器和计算机,所述的测量模块包括一号倾角测量仪、二号倾角测量仪、三号倾角测量仪、四号倾角测量仪、距离测量仪和五号倾角测量仪,一号倾角测量仪、二号倾角测量仪、三号倾角测量仪、四号倾角测量仪分别固定在工作台上表面的四条边上,用于测量工作台的倾斜角度,四台倾角测量仪将所测角度实时反馈给可编程控制器和计算机,用于工作台的调平;距离测量仪和五号倾角测量仪安装在发射架上,依次测量发射点距离着火点的直线距离l和发射点与着火点所在直线与水平线的夹角θ,计算机根据所测数据l和θ计算出发射点距着火点的水平距离s和竖直距离h,再根据炮弹质量M,空气阻力系数C,空气密度ρ,炮弹直径D,重力加速度g,使用迭代的方式在计算机内演算炮弹发射角度α和炮弹发射速度V,之后根据公式计算充电电压,其中A-炮弹截面积,ρ0-炮弹密度,c0-应力波在炮弹中的传播速度,K-RLC振荡回路的系统常数;所述的调平模块包括一号调平电机、二号调平电机、三号调平电机、四号调平电机、五号调平电机、六号调平电机、七号调平电机、八号调平电机和九号调平电机,所有电机用于对工作台进行调平,使其处于水平面上;所述的动作模块包括俯仰电机、旋转电机和接触传感器,在测量着火点位置之前,首先驱动俯仰电机和旋转电机,使距离测量仪瞄准着火点位置,然后进行测距,而计算机计算发射角度α后将数据传输到可编程控制器中,可编程控制器将信号发送给俯仰电机,俯仰电机根据得到的数据旋转到指定位置,之后进行装弹,将灭火弹装入炮筒内,灭火弹尾部的定位销与接触传感器接触,接触传感器得到信号后反馈给可编程控制器,发射模块处于待充电状态,否则无法进行充电;所述的发射模块包括变压器TM1、第一二极管D1、第二二极管D2、第一晶闸管M1、第二晶闸管M2、第三晶闸管M3、限流电阻R1、平波电感L1、脉冲电容C1、电流传感器TA1、电压传感器TV1和温度传感器ST1;变压器TM1升压后经过由第一二极管D1、第二二极管D2、第一晶闸管M1、第二晶闸管M2组成整流桥后对脉冲电容C1进行充电,限流电阻R1和平波电感L1用于防止电流过大,保护电路,充电过程中流传感器TA1,电压传感器TV1,温度传感器ST1用于测量电路中数据,充电完成后,通过导通晶闸管M3使脉冲电容的能量瞬间释放到与炮筒固连的发射线圈中;所述的指示模块包括充电完成指示、调平完成指示、旋转完成指示、俯仰完成指示、电机故障指示以及充电故障指示,用于操作人员实时观察系统的动作状态。

  还包括HMI人机交互设备,其与计算机和可编程控制器之间通过以太网进行通讯。

  所述的调平模块具体如下:

  计算机接收到一号倾角测量仪、二号倾角测量仪、三号倾角测量仪、四号倾角测量仪测量的数据后,判断工作台是否以及水平,若不处在水平位置,则判断向哪个方向倾斜,若向前倾斜,则驱动一号调平电机,六号调平电机、七号调平电机运动,电机通过丝杠驱动工作台使工作台前部升高并实时监测四台测量仪数据,直至工作台处于水平位置为止;同理若向后倾斜则驱动三号调平电机、四号调平电机和九号调平电机运动,若向左倾斜则驱动一号调平电机,二号调平电机和三号调平电机,向右倾斜则驱动七号调平电机、八号调平电机、九号调平电机。

  有益效果

  本发明提出的一种基于计算机的高层楼宇灭火弹电磁弹射控制系统,分为测量模块、调平模块、动作模块、发射模块以及指示模块,实现了高层楼宇灭火弹电磁弹射的自动控制。测量模块可测量工作台2的倾斜角度以及着火点的位置,用于调平模块和动作模块使工作台2保持水平并精确定位发射位置,此外引入接触传感器,使装弹前无法对电容充电,防止了系统误动作,保证操作人员的安全。本发明实现了对高层楼宇灭火弹电磁弹射所有动作的控制,自动化程度高,操作简易、安全。

  附图说明

  图1为本发明控制系统总体示意图。

  图2为调平模块和动作模块控制示意图。

  图3为测量模块控制示意图。

  图4为灭火弹与炮筒配合示意图。

  图5为发射模块控制示意图。

  图6为本控制系统控制方法流程图。

  图中,1-发射架,2-工作台,3-支撑板,4-一号倾角测量仪,5-二号倾角测量仪,6-三号倾角测量仪,8-四号倾角测量仪,7-俯仰电机,9-旋转电机,10-一号调平电机,11-二号调平电机,12-三号调平电机,13-四号调平电机,14-五号调平电机,15-六号调平电机,16-七号调平电机,17-八号调平电机,18-九号调平电机,19-距离测量仪,20-五号倾角测量仪,21-灭火弹,22-发射线圈,23-接触传感器,24-炮筒。

  具体实施方式

  现结合实施例、附图对本发明作进一步描述:

  本发明提供一种基于计算机的高层楼宇灭火弹电磁弹射控制系统,包括测量模块、调平模块、动作模块、发射模块以及指示模块,可实现灭火弹电磁弹射机构的测量、调整、发射和警报等功能。该系统采用多台电机首先将发射平台调至水平而后使用视觉瞄准系统瞄准火源后测定火源距离,之后通过软件计算发射角度和充电电压,装弹后对电容进行充电放电,发射灭火弹,然后重复装弹发射过程,直至火势被控制。

  一种基于计算机的高层楼宇车载灭火弹电磁弹射系统,包括发射架1,工作台2,支撑板3,一号倾角测量仪4,二号倾角测量仪5,三号倾角测量仪6,四号倾角测量仪8,俯仰电机7,旋转电机9,一号调平电机10,二号调平电机11,三号调平电机12,四号调平电机13,五号调平电机14,六号调平电机15,七号调平电机16,八号调平电机17,九号调平电机18,距离测量仪19,五号倾角测量仪20,灭火弹21,发射线圈22,接触传感器23,炮筒24,变压器TM1,二极管D1、D2,晶闸管M1、M2、M3,限流电阻R1,平波电感L1,脉冲电容C1,电流传感器TA1,电压传感器TV1,温度传感器ST1。

  参照图1,一种基于计算机的高层楼宇灭火弹电磁弹射控制系统,包括由倾角测量仪和距离测量仪组成的测量模块,九台调平电机组成的调平模块,旋转电机、俯仰电机和接触传感器组成的动作模块,电容充放电主回路组成的发射模块以及充电完成指示、调平完成指示、旋转完成指示、俯仰完成指示、电机故障指示以及充电故障指示组成的指示模块。

  参照图2,所述的测量模块由一号倾角测量仪4,二号倾角测量仪5,三号倾角测量仪6,四号倾角测量仪8,距离测量仪19和五号倾角测量仪20构成,一号倾角测量仪4,二号倾角测量仪5,三号倾角测量仪6,四号倾角测量仪8分别固定在工作台2上表面的四条边上,用于测量工作台2的倾斜角度,其中一号倾角测量仪4和三号倾角测量仪6用于测量工作台2前后的倾斜角度,而二号倾角测量仪5和四号倾角测量仪8用于测量工作台2左右的倾斜角度,四台倾角测量仪将所测角度实时反馈给可编程控制器和计算机,用于工作台2的调平;距离测量仪19和五号倾角测量仪20固定于发射架1上,用于测量着火点的位置,其中距离测量仪19测量发射点距离着火点的直线距离l,五号倾角测量仪20测量发射点与着火点所在直线与水平线的夹角θ,计算机根据所测数据l和θ可计算出发射点距着火点的水平距离s和竖直距离h,再根据炮弹质量M,空气阻力系数C,空气密度ρ,炮弹直径D,重力加速度g,使用迭代的方式在计算机内演算炮弹发射角度α和炮弹发射速度V,之后根据公式计算充电电压,其中V-炮弹初速度,A-炮弹截面积,ρ0-炮弹密度,c0-应力波在炮弹中的传播速度,K-RLC振荡回路的系统常数。

  参照图3,所述调平模块由一号调平电机10,二号调平电机11,三号调平电机12,四号调平电机13,五号调平电机14,六号调平电机15,七号调平电机16,八号调平电机17,九号调平电机18构成,所有电机均通过丝杠与支撑板3的下表面连接,支撑板3与工作台2固连,用于对工作台2进行调平,使其处于水平面上。计算机接收到一号倾角测量仪4,二号倾角测量仪5,三号倾角测量仪6,四号倾角测量仪8测量的数据后,判断工作台2是否以及水平,若不处在水平位置,则判断向哪个方向倾斜,若向前倾斜,则驱动一号调平电机10,六号调平电机15,七号调平电机16运动,电机通过丝杠驱动工作台2使工作台2前部升高并实时监测四台测量仪数据,直至工作台2处于水平位置为止;同理若向后倾斜则驱动三号调平电机12,四号调平电机13和九号调平电机18运动,若向左倾斜则驱动一号调平电机10,二号调平电机11和三号调平电机12,向右倾斜则驱动号调平电机16,八号调平电机17,九号调平电机18。

  参照图3-4,所述动作模块由俯仰电机7,旋转电机9和接触传感器23构成,俯仰电机7安装在发射架1上,旋转电机9安装在工作台2上,俯仰电机7用于调整发射架1的发射角度,旋转电机9用于调整工作台2的旋转角度;在测量着火点位置之前,首先驱动俯仰电机7和旋转电机9,使距离测量仪19瞄准着火点位置,然后进行测距,而后计算机计算发射角度α后将数据传输到可编程控制器中,可编程控制器通过伺服放大器和编码器将信号发送给俯仰电机7,俯仰电机根据得到的数据旋转到指定位置,之后进行装弹,将灭火弹21装入炮筒24内,灭火弹尾部的定位销与接触传感器23接触,接触传感器23得到信号后反馈给可编程控制器,系统处于待充电状态,否则无法进行充电。

  参照图5,所述发射模块由变压器TM1,二极管D1、D2,晶闸管M1、M2、M3,限流电阻R1,平波电感L1,脉冲电容C1,电流传感器TA1,电压传感器TV1,温度传感器ST1构成。变压器TM1升压后经过由二极管D1、D2、M1、M2组成整流桥后对脉冲电容C1进行充电,限流电阻R1和平波电感L1用于防止电流过大,保护电路,充电过程中流传感器TA1,电压传感器TV1,温度传感器ST1用于测量电路中数据,充电完成后,通过导通晶闸管M3使脉冲电容的能量瞬间释放到发射线圈22中。

  参照图6,可编程控制器进入初始化状态后对得到的模拟量进行数字化处理;然后,测量模块对工作台2是否水平进行判断,若不符合设定的水平条件则由调平模块进行调平,直至工作台2水平,在调平过程中实时监测电机是否故障,若电机出现故障则在HMI人机交互设备上显示电机出现何种故障;工作台2调平后,可编程控制器判断是否得到外部已经瞄准火源的信号,若未瞄准火源,则驱动旋转电机9和俯仰电机7对火源进行瞄准,同样在这两台电机运动过程中实时监测电机是否故障,瞄准完成后旋转电机9和俯仰电机7被锁定,无法驱动且测量模块对着火点进行位置测定并根据测得数据由计算机计算发射角度和充电电压之后再次驱动俯仰电机7达到指定位置;而后动作模块通过接触传感器23判定灭火弹是否装填,若装填则直接进行充电,充电过程中可编程控制器实时判断各种故障,若出现故障则停止运行所有模块并在HMI人机交互设备上显示故障类型,充电完成后指示亮起,此时可编程控制器对是否泄流做出判断,若不进行泄流操作,则发出放电信号;在整个过程中,操作人员可通过外部信号进行紧急停止,一旦发出紧急停止信号,则所有模块停止当前所有操作,重新进行初始化。

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