基于can总线负压泡沫混合系统在水罐泡沫消防车应用

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1、基于CAN总线负压泡沫混合系统在水罐泡沫消防车应用　　【摘要】基于CAN总线实现消防车负压泡沫混合系统在水罐泡沫消防车的应用，其可靠性高，性能优越，控制精度高，操作灵活，功能完善，人性化设计，可以最大幅度提升泡沫混合系统的性能及操作性。【关键词】CAN总线；移动控制器；模块化；负压混合；消防装备绪论近年来国内频发的自然灾害和突发事件，使得抢险救灾的消防装备的得到关注和需求；在消防救人救灾过程中需要消防人员在最短时间内操控消防系统精准、快速完成其高性能效果以达到救人救灾目的。目前国内使用的消防控制系统及泡沫混合系统多为传统的电气元件搭

2、接而成，在复杂控制方面元件及电路庞大、性能不佳、控制精度低、故障率高、维护困难且自动化程度低，如何做到最少的消防救援人员在最短有效时间内完成最多消防作业成为关键问题。1、消防车CAN总线技术概述5消防车CAN总线技术是一种综合5C技术--COMPUTER（计算机技术）、CONTROL（自动控制技术）、COMMUNICATION（通信技术）、CRT（显示技术）和CHANGE（转换技术），通过全开放、全数字、分布式控制和实时控制的双向串行通信的CAN总线拓扑网络结构，以CIA国际标准CANOEN和J1939协议为框架，实现消防设备（地盘

3、+上装）、仪器仪表高效、智能操作与控制的微型计算机控制技术[1]；系统运用友好的触屏人机界面、机电的一体化设计、专用车辆通用管理平台、高端的运动平台的控制技术，通过高度集成的可视化信息系统，使整机的操作、信息的显示、数据的采集、分析、处理、记录和控制稳定、简便、直观、快速、安全的运行。2、系统原理及硬件设计系统由主控模块、触摸屏、节点扩展模块、水罐液位传感器、泡沫罐液位传感器、泡沫混合比例调整直流电机、泡沫罐出液电磁阀、泡沫冲洗电磁阀、泡沫环泵电磁阀、水流量传感器、泡沫流量传感器、外吸泡沫阀状态检测传感器、泵出口压力传感器、泡沫罐出

4、液状态检测传感器、泡沫冲洗阀状态检测传感器组成，系统通过触摸屏进行泡沫出液操作、泡沫混合比例设定操作；主控模块接收来自触摸屏的用户操作指令以及来自节点扩展模块传感器的实时信号做逻辑及浮点PID运算，并输出运算结果给触摸屏显示相关数据以及泡沫混合比例调整直流电机和控制电磁阀进行实时控制。3、系统软件及程序设计5系统控制程序以德国ifm公司提供的codesys2.3编程软件为平台开发，该软件具有在线调试、离线仿真、断点检测等功能以及相关CAN通信的基础数据库文件，为CAN总线设备开发编程提供基础服务支持。PLC控制程序由一个主程序、若干

5、子程序构成，程序的编制在计算机上完成，编译后通过RS232电缆把程序下载到PLC，以RUN模式下主机循环扫描并连续执行用户程序来实现控制任务的完成。系统主程序PLC_PRG（）主要由初始化子程序S01_INIT（）；PID控制子程序S02_PID_CONTROL（）；泡沫混合控制子程序S03_FOAM_LOGIC（）；报警子程序S04_ALRM（）；模拟量程转换功能程序U01_ANALOG_SCALE（）组成：1）初始化子程序S01_INIT（）实现所有模块节点COB-ID及通信波特率设定、CAN设备服务应用初始化以及用户及PID参

6、数初始化；2）PID控制子程序S02_PID_CONTROL（）实现泡沫混合比例恒定PID算法控制；3）泡沫混合控制子程序S03_FOAM_LOGIC（）实现泡沫混合的必要的安全互锁及控制逻辑；4）模拟量程转换功能程序U01_ANALOG_SCALE（）该功能块程序用于对模拟量输入输出信号进行标准化转换及调理；55）报警子程序S04_ALRM（）实现系统控制安全报警服务；4、系统设计难点及核心算法在实际应用中泡沫混合系统性能的关键在用泡沫混合比例的精度控制，如何在基础配置及控制设备不变的情况下最大幅度提升和优化精度成为系统设计的最大

7、难点，而PID经典控制理论无疑是解决难点的优选。在连续控制系统中，常采用Proportional（比例）、Integral（积分）、Derivative（微分）控制方式，称之为PID控制。PID控制是连续控制系统中技术最成熟、应用最广泛的控制方式。具有理论成熟，算法简单，控制效果好，易于掌握等优点[3]。本系统通过水、泡沫流量传感器、主控模块、泡沫混合比例调整直流电机对泡沫混合比例实现实时闭环PID算法控制，算法表达式为：U（k）=U（k-1）+Kp[e（k）-e（k-1）]+Kie（K）+Kd[e（k）-2e（k-1）+e（k-2

8、）]其中，U（k）为k时刻PID控制器的输出值，e（k）为k时刻的偏差值，Kp为比例系数，Ki为积分时间常数，Kd为微分时间常数。5系统中泡沫混合比例实时闭环PID控制器接收来自触摸屏的泡沫混合比例设定值及水、泡沫流量传感器检测值，通