基本信息
- 项目名称：
- 消防车智能压力平衡装置研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 消防车智能压力平衡装置，是专门用于消防车水泵压力平衡的智能控制系统。该装置能够通过自动调节发动机转速，保持压力恒定不变（压力模式），或手动调节发动机转速控制压力大小（转速模式）。用户可以从操作面板上直观地读取水泵的出口压力（系统压力）、设定压力和油门大小等信息。压力平衡系统具有控制精确，操作简单，功能丰富等特点，作为消防车的基本装备，不仅提高了消防车操控性能，而且可有效保护消防员在灭火现场的安全。
- 详细介绍：
- 消防车智能压力平衡装置参照目前国内消防车生产标准研制，专门设计用于控制消防车水泵压力系统。装置可通过自动（压力模式）或手动（转速模式）调节发动机转速来控制系统压力，使消防车水泵出水口压力维持平衡，即保持压力恒定不变。使用者可从操作面板上直观地读取系统压力（水泵的出水口压力）、设定压力和油门大小等信息。若在灭火过程中水泵突然断水，压力平衡装置将自动调节发动机进入怠速状态，当供水恢复后，水泵压力恢复并维持在设定压力。本系统具有控制精确、功能丰富、操作简单等特点，作为消防车基本装备，不仅提高了消防车操控性能，而且可有效地保护消防员在灭火现场的人身安全。 “消防车智能压力平衡装置”采用了神经网络技术和数据融合方法，通过检测消防车压力、转速等相关数据，运用神经网络模型，输出控制发动机的油门电压，动态调整消防泵转速，实现消防泵出水口压力平衡。主要创新点：1.提出了先进的消防车压力平衡系统的方案；2.提出了神经网络压力平衡系统模型；3.运用数据融合技术进行数据预处理，使得控制系统响应更快速。 本课题研究成果已申报了国家发明专利，现已获得实用新型专利授权，压力平衡控制器产品也已投入生产使用。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 发明目的：消防车在灭火时会根据火情变化而改变出水口的开关状态，导致出水压力瞬间变化，这样会对消防员的安全带来极大隐患。“消防车智能压力平衡装置”能够通过检测消防泵出水口压力，通过控制发动机油门变化来改变消防泵转速，迅速调节消防车出水口压力以保持出水口压力平衡，保障消防员的安全。 基本思路：“消防车智能压力平衡装置”采用了神经网络技术极其改进算法和数据融合技术，通过检测消防车压力、转速等相关数据，采用神经网络结构模型，输出控制发动机转 速的油门电压，动态调整消防泵转速来控制出水口压力实现压力平衡的要求。 创新点：1.提出了先进的消防车压力平衡系统的方案。 2.提出了神经网络压力平衡系统模型。 3.运用数据融合技术进行数据预处理，使得控制系统响应更快速。 关键技术和主要性能指标： 消防车智能压力平衡系统的主要是控制消防车出水口的压力，而出水口的压力主要由消防泵的转速和流量决定。压力平衡装置的主要功能是通过检测的压力和转速等信号，对系统的态势做一个合理可靠的评估，输出相应的电压来调节发动机转速，保持消防泵出水口压力在设定的范围内。 本设计的核心部分为压力平衡控制装置，可实现在水泵出水口压力与设定压力偏差超过0.1MPa时，自动调节发动机转速；在出水压力与设定压力偏差跳变0.4MPa时，2秒内恢复压力平衡。
科学性、先进性
- BP神经网络是指基于误差反向传播算法(Error Back Propagation - BP算法)的多层前向神经网络。BP网络中的神经元采用的传递函数通常是Sigmoid型可微函数(S函数)，可以实现输入和输出间的任意非线性映射。网络结构简单、学习速度较快，只要能确定合适的权值和阈值，对非线性系统便能表现出优良的控制性能，这使得它在诸如函数逼近、模式识别、系统辨识和控制领域有广泛的应用。但是BP神经网络的结构和参数确定比较困难，易出现学习速度慢和陷入局部极小区及对参数选择敏感等问题。为此，人们对BP算法进行了许多改进。如采用启发式技术的附加动量法、自适应学习率法等。 本控制系统采用智能技术实现采集数据的预处理并建立了控制量和被控制量的的非线性关系。提高了系统精度和一致性。 提出了先进的消防车压力平衡系统的方案。 提出了神经网络压力平衡系统模型。 运用数据融合技术进行数据预处理，使得控制系统响应更快速，控制更平稳。
获奖情况及鉴定结果
- 2010年，无锡，实用新型专利证书
作品所处阶段
- 生产阶段
技术转让方式
- 合作开发
作品可展示的形式
- 实物、产品 、图片、现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 目前我国正处于高速发展时期，消防车行业的健康发展将对我国的国计民生发挥极其重要的作用。目前各地消防机构里使用的消防车数量巨大，据保守估计未来两三年内，将有20万辆消防车需要安装此系统，按照每套系统10000元来计算，将会带来20亿元的产值。
同类课题研究水平概述
- 国外总体技术水平 随着世界经济的快速发展，城市化已经越来越普遍，消防器材尤其是消防车的重要性正在逐年增加。欧美发达国家在消防产业上有着较大的技术领先优势，在很多消防车上均安装有各式各样的压力平衡装置。这些压力平衡装置为消防车的安全供水和灭火提供了稳定的保障，同时也减少了很多不必要的意外出现。 世界消防产业的领军企业主要分布在欧洲和北美，亚洲的日本也是消防车产业的强国。德国的马基路斯公司（SIMON），芬兰的博浪涛（BRONTO）公司以及日本的森田公司等均是消防产业的业界翘楚，它们的生产能力，产品性能和先进水平均领先其他国家。这些世界知名公司的消防车上安装的压力平衡装置更是远远领先其他消防车公司，成为它们占有大量市场的核心技术。 国内发展情况 消防车是消防重要装备，国产消防车技术日益成熟，消防车辆上装的设计开发与制造工艺已接近国外技术水平，但也存在着较多的差距和不足。目前常用的供水消防车由水带或水炮出水，在灭火现场随火情的变化消防员可能随时开关出水口。在出水口开关状态突然改变的情况下，由于水泵动力不能及时改变，出水口的压力会突然增大，从而产生很大的后坐力。这个后坐力对消防员会造成较大的冲击，及其容易产生安全事故。消防车压力平衡系统控制系统可有效地使消防水泵工作在允许压力的条件下，减小水泵压力突变带来的危害。 目前，控制消防泵压力平衡装置大多采用手控油门的方式来解决，当需要增多或减小消防泵压力的时候，通过人工的手动操作改变油门大小。这样的控制方式比较简单，容易操作，能够在现场方便操作。但是这种操作往往存在较大的安全隐患，因为不同厂家的汽车ECU特性不尽相同，人为操作的手法也不会完全一致，在操作油门控制按钮时，可能会导致消防泵的压力过大或过小。消防员在灭火现场操作时，可能会由于突然变大的压力给消防员一个很大的后坐力，如在高空作业时，容易摔落或产生其他危险。
