一种集成式压缩空气泡沫灭火系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种集成式压缩空气泡沫灭火系统及其控制方法，包括控制中枢、泡沫发生器、三路输入单元和供电模块；三路输入单元包括泡沫溶液路输入单元、水路输入单元以及空气路输入单元；还包括备用空气路输入单元作为空气路输入单元的备份；控制中枢通过控制三路输入单元的流量，使压缩空气、泡沫原液以及水在泡沫发生器中出混合后产生压缩空气泡沫，进而输出压缩空气泡沫。本发明专利技术通过提出一种该系统的控制方法，使得压缩空气灭火系统更加稳定可靠地运行，具有一定的实用意义。具有一定的实用意义。具有一定的实用意义。

【技术实现步骤摘要】
一种集成式压缩空气泡沫灭火系统及其控制方法


[0001]本专利技术属于工业自动化消防
，具体涉及一种集成式压缩空气泡沫灭火系统，还涉及该系统的控制方法。

技术介绍

[0002]压缩空气泡沫系统(CAFS,Compressed Air Foam System)是近年来在国外发展比较迅速的一种新型灭火系统，因为其灭火效率高，能够实现对多种类型火灾的灭火被广泛应用。但传统的CAFS是由多模块组合而成，集成度不高导致占地面积较大且成本较高；此外压缩空气泡沫灭火系统内部的发泡原理及设备的动态控制是整个系统的核心，目前如何快速、稳定地产生符合灭火要求的泡沫成为系统发展的难点，而对于CAFS设备控制器的设计却研究较少，目前一些针对于CAFS设备的基础PID控制器虽已提出，但存在无法灵活面对各种工况的问题，而且基本上都只是对泡沫路和空气路进行调节，并未对水路进行调节，然而水流量的大小同样会影响整个系统的动态稳定，因此水路的PID控制器的设计同样重要。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种集成式压缩空气泡沫灭火系统及其控制方法，解决了目前CAFS设备对于各种工况的灵活适应度、以及对水路的调节有待进一步优化的问题。
[0004]本专利技术所采用的一个技术方案是；
[0005]一种集成式压缩空气泡沫灭火系统，包括用于控制整个系统的控制中枢，供电电源，空气路、水管路、泡沫路以及设置于外部的备用空气压缩机；
[0006]空气路的空气压缩机通过空气管路连接至泡沫发生器，空气管路配置有单向阀和调压阀；泡沫路配置有泡沫泵，泡沫路通过泡沫管路连接到三通球阀的第一通；水路通过水管路接到三通球阀的第二通，水管路配置有变频离心泵和水流量计；三通球阀的第三通通过混合管接到泡沫发生器；水和泡沫液在混合管中混合形成混合液；在泡沫发生器的前端配置有压力传感器，混合液和空气在泡沫发生器中混合形成压缩空气泡沫溶液，压缩空气泡沫溶液经电动蝶阀输出；备用空气压缩机作为备用、其经单向阀接入空气管路。
[0007]本专利技术的另一个技术方案是；
[0008]系统的控制方法具体包括如下步骤：
[0009]步骤1、首先确定水流量的大小，水流量与泡沫流量之间存在一阶惯性环节的关系，在确定水流量之后可以确定泡沫溶液的流量；在确定水流量之后变频离心泵开始工作，水流量计开始检测水流量的大小，其中水路中存在PID控制器，通过将测得的输出水流量经过水泵传递函数K1与给定水流量进行比较，将得到的误差信号作为PID控制器的输入，然后利用水路的PID控制器对水路中的变频离心泵进行调节来改变水流量的大小，进而实现固定气液比条件下水流量与压力保持恒定；
[0010]步骤2、在水流量计检测到水流变化后，泡沫泵开始工作，根据预先设定的流量指标将泡沫溶液输送到泡沫路中，通过泡沫路的PID控制器来实现对泡沫溶液流量大小的控
制，此过程为将泡沫路实际输出流量大小经过泡沫泵传递函数K2后与给定泡沫液流量大小进行比较，将两者的差值作为PID控制器的输入，而PID控制器的输出对泡沫泵进行控制，进而自动调节泡沫溶液流量的大小，以便维持泡沫路的输出量不变；
[0011]步骤3、在进行步骤1和2的同时，泡沫溶液与水路在进入混合室之前通过管路先进行混合，根据输液管路的特性通过压力传感器可以得到混合液的压力，同时由设定的气液比可以计算出给定的空气流量，而通过单向阀的特性可以将计算得到的空气流量换算成空气压力，空气压力与混合液压力之间也同样存在一阶惯性环节关系，因此通过管路特性、单向阀特性以及气液比可以确定泡沫溶液、水、空气三者之间的关系；
[0012]步骤4、在确定空气流量之后经过转化得到给定空气压力，而在空气路同样存在PID控制器来调节空气路空气压力的恒定，此过程为将实际输出空气压力的大小与给定输入空气压力大小经比较环节产生误差信号后，将误差信号作为PID控制器的输入，PID控制器的输出对单向阀进行控制，其中系统输出量经过比例阀传递函数和单向阀的限流特性K3与系统输入进行比较，自动调节气相压力来维持压力恒定。
[0013]本专利技术的特点还在于；
[0014]步骤1中，输出压缩空气泡沫的流量指标是根据泡沫混合比R
FW
将泡沫流量与水流量按照泡沫原液的性质分为1％、3％、6％等比例混合来制定的，由此可以确定水路中水流量的PID控制算法具体如下公式(1)所示：
[0015][0016]步骤2中，泡沫路PID算法具体如下：
[0017]根据泡沫混合比R
FW
将泡沫流量与水流量按照泡沫原液的性质分为1％、3％、6％等比例混合如下公式(2)和(3)所示：
[0018][0019][0020]其中，Q
F
为泡沫流量，Q
W
为水流量。
[0021]步骤4中，空气路PID算法具体如下：
[0022]根据气液比R
AH
将气液比为4:1或3:1或6:1的空气与泡沫混合液混合产生灭火所需要的泡沫质量，其中灭火要求的，可以得到关于空气路的PID算法具体如下：
[0023][0024]其中，气液比R
AH
是气体流量和液体流量的比值，Q
A
为空气流量，Q
H
为泡沫原液与水叠加流量，气液比R
AH
即空气流量Q
A
与混合液流量Q
H
的比值；
[0025]通过空气路压力传感器、混合室压力传感器检测压力的比值：
[0026]P
A
＝KP
H
(5)；
[0027]其中，P
A
是空气压力，P
H
是水和泡沫溶液的混合后压力；
[0028]由上述得出可以通过调节K值调节气液比，其中：
[0029]1.0≤K≤1.15(6)；
[0030]利用该关系可以保证空气与泡沫混合液充分混合，由此可以通过改变K值来产生适合各种火灾场景的压缩空气泡沫。
[0031]本专利技术的有益效果是，本专利技术一种集成式压缩空气泡沫灭火系统及其控制方法，与现有技术相比，不仅将空气压缩机、泡沫泵、水泵、及控制和供电模块都集成在一起，在一定程度上减小了体积并且节约了成本，并且系统运行的可靠性大幅提升，同时在设备外部留有备用端口可供外部空气压缩机接入来提升系统输入能力；此外，采用的控制方法是在多PI调节模式下的一种新型PQ控制，在已有的一些控制算法只对泡沫路和空气路进行调节的基础上增加了对水路的控制，这样在三路PID控制器共同调节情况下，使得系统在输出更加准确，完全符合灭火的要求。
附图说明
[0032]图1是本专利技术一种集成式压缩空气泡沫灭火系统的系统框图；
[0033]图2是本专利技术一种集成式压缩空气泡沫灭火系统中水路PID的原理框图；
[0034]图3是本专利技术一种集成式压缩空气泡沫灭火系统中泡沫路PID的原理框图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成式压缩空气泡沫灭火系统，其特征在于，包括用于控制整个系统的控制中枢(12)，供电电源(13)，空气路、水路、泡沫路以及设置于外部的备用空气压缩机(16)；所述空气路的空气压缩机(11)通过空气管路连接至泡沫发生器(14)，所述空气管路配置有单向阀(10)和调压阀(9)；所述泡沫路配置有泡沫泵(5)，所述泡沫路通过泡沫管路连接到三通球阀(6)的第一通；所述水路通过水管路接到三通球阀(6)的第二通，所述水管路配置有频离心泵(4)和水流量计(15)；所述三通球阀(6)的第三通通过混合管接到泡沫发生器(14)；水和泡沫液在混合管中混合形成混合液；在所述泡沫发生器(14)的前端配置有压力传感器(7)，混合液和空气在泡沫发生器(14)中混合形成压缩空气泡沫溶液，所述压缩空气泡沫溶液经电动蝶阀(8)输出；所述备用空气压缩机(16)作为备用、其经单向阀(10)接入空气管路。2.根据权利要求1所述的一种集成式压缩空气泡沫灭火系统，其特征在于，所述系统的控制方法具体包括如下步骤：步骤1、首先确定水流量的大小，水流量与泡沫流量之间存在一阶惯性环节的关系，在确定水流量之后可以确定泡沫溶液的流量；在确定水流量之后变频离心泵开始工作，水流量计开始检测水流量的大小，其中水路中存在PID控制器，通过将测得的输出水流量经过水泵传递函数K1与给定水流量进行比较，将得到的误差信号作为PID控制器的输入，然后利用水路的PID控制器对水路中的变频离心泵进行调节来改变水流量的大小，进而实现固定气液比条件下水流量与压力保持恒定；步骤2、在水流量计检测到水流变化后，泡沫泵开始工作，根据设定的压缩空气泡沫输出流量指标将泡沫溶液输送到泡沫路中，通过泡沫路的PID控制器来实现对泡沫溶液流量大小的控制，此过程为将泡沫路实际输出流量大小经过泡沫泵传递函数K2后与给定泡沫液流量大小进行比较，将两者的差值作为PID控制器的输入，而PID控制器的输出对泡沫泵进行控制，进而自动调节泡沫溶液流量的大小，以便维持泡沫路的输出量不变；步骤3、在进行步骤1和2的同时，泡沫溶液与水路在进入混合室之前通过管路先进行混合，根据输液管路的特性通过压力传感器可以得到混合液的压力，同时由设定的气液比可以计算出给定的空气流量，而通过单向阀的特性可以将计算得到的空气流量换算成空气压力，空气压力与混合液压力之间也同样存在一阶惯性环节关系，因此通过管路特性、单向阀的特性以及气液比可以确定泡沫溶液、水、空气三...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建渊，刘宇翔，景航辉，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：