串连接力森林消防泵智能启动及防护系统设计

串连接力森林消防泵智能启动及防护系统设计

傅华均

傅华均

身份证号码：33062519630516xxxx浙江绍兴311814

摘要：针对汽油机动力便携式串连接力森林消防泵的启动及防护特点，分析给出该泵智能启动及防护系统设计必须具备的功能，解析智能启动及防护系统控制方案，提出智能启动及防护系统控制原理图，为串连接力森林消防泵智能启动及防护设计提供借鉴。

关键词：森林消防；消防泵；水泵串连；串连接力；智能启动；智能防护

一、汽油机动力便携式森林消防泵启动

程序及运行防护要求分析发动机智能启动系统技术在发电机组等应急电源中已被广泛应用，但对于以汽油机为动力的森林消防泵，因其工作特点及防护要求与发电机组等设备不同，其智能系统不能简单套用发电机组的自启动系统，而是需要根据自身操作及防护要求进行设计。首先分析以汽油机为动力的便携式森林消防泵实际操作及防护要求。在实际的启动操作中，对于消防泵发动机冷机启动，首先需关闭发动机阻风门，手拉启动或进行电启动，发动机启动后，逐步打开阻风门再全开油门。对于热机状态发动机的启动，需根据热机状态，启动时可半开或全开阻风门，发动机启动后再全开油门。由于发动机的启动性能差异较大，在实际操作中发动机启动有一次性启动成功的，也有需要多次进行启动操作才能启动成功，启动时其阻风门位置设定均有所不同。

对于电启动发动机，为保护电路及电瓶，根据电瓶及启动电机匹配，通常要求每次电启动电源持续接通时间一般不得超过5～15s；且当启动不成功需要进行下次电启动时一般需要间隔一定时间。此外，当接通启动电机电源发动机启动后需要及时断开启动电机电源，以防止启动电机继续运转损坏电启动机械系统。

在消防泵运行操作防护方面，便携式森林消防泵泵体密封通常采用机械水封进行泵体水密封，在无水状态下消防泵运行时间过长或转速过高时，容易烧坏水封，故禁止消防泵长期无水运行。在实际操作中，对于初级消防泵，发动机启动运行后要及时引水；对于串连次级消防泵，要求上级消防泵水源快要到达或到达后进行启动运行；当消防任务结束或因故障水泵进水管路无供水时，需要及时减小油门降低发动机转速后适时停机，以保护水封。

此外，当进水管路断水或水流不稳时，发动机容易发生飞车或运行不稳的情况，也需要适当减小油门或停机以防止损坏发动机及消防泵。

二、串连接力森林消防泵智能启动及

防护系统设计需要具备的基本功能作为智能控制实施的基本条件，以汽油机为动力的便携式森林消防泵需要配备电源，发动机启动系统需要配备电启动功能；作为森林消防应急产品，便携式森林消防泵还应具备手启动功能，以便在电启动系统或智能系统失效时能够进行手动启动消防泵来发挥消防功能。此外，根据上述串连接力森林消防泵实际操作要求分析，为实现智能启动和防护功能，串连接力森林消防泵智能系统还需要具备以下基本功能：

（1）启动时，能够根据发动机冷热机状态自动调整阻风门开度；

（2）具备启动电机及其电启动系统保护功能，防止电机及电启动系统功能失效；

（3）具备泵体运行自动防护功能，防止水泵长期无水运行而损伤水封或水流不稳损伤消防泵机组。

三、智能启动及防护系统控制方案实施解析及控制原理

为实现消防泵智能启动及防护功能，首先解析智能启动。在非智能启动控制中，对于初级消防泵，启动信号是依据消防指挥要求人为介入给予启动信号；对于后续的次级消防泵启动，是依据前级消防泵启动正常送水或进水管充满水后作为启动信号。为此，在智能启动方案设计中，对于初级消防泵启动，作为启动的初始输入信号也只能是人为介入给定或人为遥控给定；对于后续次级消防泵启动，可以通过探测其进水管路的水流信息作为启动输入信号，或上级消防泵正常送水后发出的遥控信号。在具体实施中，水流信号可以在消防泵进水管路安装水流流量传感器或水位传感器或水流压力传感器等探测水流，当传感器探测到水流后，通过控制系统判定再输出控制信号给执行机构，配合发动机阻风门及油门开度控制，接通启动电机电源启动发动机。对于初级消防泵启动方案实施，可以人为给定启动信号进行启动，当发动机启动后再进行后续引水操作；也可以先引水，由引水水流信号触发初级消防泵自动启动。

对于启动时发动机阻风门位置，自动控制实施启动时阻风门开度控制根据发动机冷热机状态进行控制，控制输入信号源可采用发动机温度（如缸盖温度或机体温度或机油温度）作为发动机冷热机状态的判别信号；也可以根据上次启动运行时间及停机时间的长短或是否是连续启动等作为阻风门开度的控制信号。控制程序通过对输入信号的逻辑判断输出控制信号，通过阻风门执行机构控制阻风门开度。

阻风门开度控制也可采用另一种智能方案，即摩托车技术中的黄蜡管自动阻风门控制机构，利用发动机自带的电源加热黄蜡，黄蜡膨胀大小与自然环境温度和发动机运转时间累积以及停机间隔时间长短对应；借助黄蜡通过阻风门控制机构自动调节发动机启动时的阻风门开度。

对于启动电机电源开关控制及电启动系统保护功能智能实施启动电机电源接通可根据消防泵启动信号控制接通；前次启动不成功，经控制程序判断需要再次启动或延时启动的控制信号接通。对于启动电机电源关闭，可根据启动电源接通时间超过预设接通保护时间进行关闭操作；依据发动机转速或与发动机转速相关联的信号来判别发动机是否启动成功，启动成功后控制程序即发出关闭电机电源操作。

按照上述智能控制实施解析方案，本文以采集发动机温度信息（确定启动时阻风门开度）、消防泵进水管道水流信息（用于判断是否待机或可以接通启动电源进行启动或进行油门调节或停机）、发动机转速信息（用于判断是否启动成功进行断开启动电源操作或再次进行启动）等信息作为智能控制输入信息，结合消防泵启动、停机及防护功能要求设计控制系统，对采集的输入信息进行逻辑分析判断，确定消防泵是否进行智能启动、启动时阻风门开度、启动电源接通及连续接通时间、启动电源关闭、是否需要再次启动、是否进行油门调节或停机操作等，再输出相应操作信号给执行机构进行相应功能自动操作。

智能控制实施案例的控制原理如图1所示。

图1智能控制实施案例控制原理

结束语

在智能系统方案实施中，由于所引用的输入控制信号有多种方案，所采用原型泵组产品的操作及防护方法也有所差异，因此决定了智能控制系统实施方法也多种多样。但对于以汽油机为动力的便携式串连接力森林消防泵，智能系统设计必须具备电启动功能、手启动功能、阻风门自动控制功能、电机及电路系统保护功能、水泵无水运行禁止防护功能等基本功能。

参考文献：

［1］孙家宝，问永贤，姚庆学，等．森林消防通用水灭火系统设计初探［J］．森林防火，2014（1）：32－35．

［2］刘凯，魏艳秀，许京港，等．基于计算机视觉的森林火灾识别算法设计［J］．森林工程，2018，34（4）：89－95．