本發(fā)明屬于水上交通安全消防范疇，具體涉及一種基于模糊控制的船舶蓄電池艙室通風及自動滅火方法及系統(tǒng)。
背景技術：
：近年來船舶節(jié)能減排技術發(fā)展非常迅速，尤其是太陽能、風能、蓄電池等為代表的清潔能源船舶更是應接不暇。目前，純蓄電池電力船以及采用各種新型清潔能源作為船舶推進動力源的混合動力船舶，都選擇以動力蓄電池組作為船上的儲能設備。由于現(xiàn)今的蓄電池以及電池管理技術還不夠成熟，再加上動力電池組本身的安全性就要比傳統(tǒng)柴油機作為船舶主機的安全性要低，特別是在船舶遭遇碰撞、沉船等突發(fā)事故時，蓄電池組就更容易引發(fā)火災、爆炸等安全事故。船舶的工作環(huán)境在水上，工況環(huán)境更加惡劣多變，引發(fā)蓄電池組安全事故的因素就更多，出現(xiàn)事故時相應的救援措施實施也更加困難，因此針對于船舶蓄電池的兼報警和滅火功能的自動滅火系統(tǒng)就顯得尤為重要，以此來提升船舶消防安全的實時監(jiān)測、預警和自動滅火能力。純蓄電池電力船以及混合動力船的動力電池組一般放置在蓄電池艙室內，蓄電池可能會在工作過程中發(fā)生電解質氣體泄露，因其具有可燃性，達到一定濃度易引起火災和爆炸；同時，蓄電池要24小時不間斷工作，工作時間過長會產(chǎn)生大量的熱，引起高溫甚至熱失火。因此需要相應的通風系統(tǒng)，進行蓄電池艙室的實時監(jiān)測并及時排除可燃氣體和冷卻降溫，保證船舶的安全。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術問題是：提供一種基于模糊控制的船舶蓄電池艙室通風及自動滅火方法及系統(tǒng)，實現(xiàn)艙室通風和提前預警，保證在火災發(fā)生之前進行預防滅火，或者火災已經(jīng)發(fā)生時實現(xiàn)自動滅火，最大限度減弱火勢，提前進行人員疏散，減少人員及財產(chǎn)損失。本發(fā)明為解決上述技術問題所采取的技術方案為：一種基于模糊控制的船舶蓄電池艙室通風及自動滅火方法，其特征在于：它包括以下步驟：S1、采集信號：采集船舶蓄電池艙室的環(huán)境溫度和艙室煙霧濃度；S2、模糊控制：建立模糊控制模型；將采集的信號作為模糊控制模型的輸入量，根據(jù)預設的模糊集對輸入量進行模糊化處理；根據(jù)預設的控制規(guī)則表進行模糊推理得到模糊控制量；將模糊控制量經(jīng)過去模糊化處理后，再乘以比例系數(shù)，得到控制量；S3、分別將控制量輸出給報警裝置、滅火裝置和通風系統(tǒng)；報警裝置、滅火裝置和通風系統(tǒng)分別根據(jù)控制量的大小判斷是否啟動。按上述方法，所述的S2中，建立一個雙輸入單輸出的模糊控制模型；將艙室溫度T和艙室煙霧濃度S作為輸入量，選取三角形隸屬度函數(shù)。按上述方法，它還包括手動模式：由用戶手動選擇進入，通過按鈕控制動報警裝置、滅火裝置和通風系統(tǒng)中的至少一個。按上述方法，本方法還包括S4、采集艙室可燃性氣體濃度，當可燃性氣體濃度超過可燃氣體濃度閾值時，啟動通風系統(tǒng)和報警裝置。按上述方法，所述的控制量包括五檔語言值{PQRMN}，對應的控制關系如下：控制量為P，報警裝置、滅火裝置和通風系統(tǒng)均不啟動；控制量為Q，通風系統(tǒng)啟動，強制通風Ⅰ檔；控制量為R，通風系統(tǒng)啟動，強制通風Ⅱ檔；控制量為M，通風系統(tǒng)啟動，強制通風Ⅱ級；報警裝置啟動；控制量為N，通風系統(tǒng)關閉；報警裝置啟動；滅火裝置啟動。一種基于模糊控制的船舶蓄電池艙室通風及自動滅火系統(tǒng)，其特征在于：它包括：傳感器組，用于采集船舶蓄電池艙室的環(huán)境溫度和艙室煙霧濃度；中央處理器，用于實現(xiàn)上述基于模糊控制的船舶蓄電池艙室通風及自動滅火方法，所述傳感器組的輸出端與中央處理器的輸入端連接；報警裝置，由中央處理器或手動控制，發(fā)出報警信號；滅火裝置，由中央處理器或手動控制，執(zhí)行滅火措施；通風系統(tǒng)，由中央處理器或手動控制，執(zhí)行通風。按上述系統(tǒng)，所述的滅火裝置包括設置在船舶蓄電池艙室頂部的滅火劑和控制閥。按上述系統(tǒng)，所述的傳感器組包括設置在船舶蓄電池艙室內的環(huán)境溫度傳感器、設置在船舶蓄電池艙室內的煙霧傳感器。按上述系統(tǒng)，它還包括監(jiān)控平臺，與所述的中央處理器遠程連接；監(jiān)控平臺上設有用于分別啟動報警裝置、通風系統(tǒng)和滅火裝置的控制按鈕。按上述系統(tǒng)，所述的傳感器組還包括可燃性氣體濃度傳感器，與所述的中央處理器連接，用于在可燃性氣體濃度超過可燃氣體濃度閾值時，啟動通風系統(tǒng)和報警裝置。本發(fā)明的有益效果為：通過采用模糊控制模型對采集的信號進行模糊化，并根據(jù)控制規(guī)則表進行模糊推理，從而得到模糊控制量，再去模糊化后得到精確控制量，發(fā)出相應指令，實現(xiàn)艙室通風和提前預警，保證在火災發(fā)生之前進行預防滅火，或者火災已經(jīng)發(fā)生時實現(xiàn)自動滅火，最大限度減弱火勢，提前進行人員疏散，減少人員及財產(chǎn)損失。附圖說明圖1為本發(fā)明一實施例的系統(tǒng)結構示意圖。圖2為本發(fā)明一實施例的模糊控制模型的原理圖。圖3為本發(fā)明一實施例的模糊控制規(guī)則的三維曲線圖。具體實施方式下面結合具體實例和附圖對本發(fā)明做進一步說明。本發(fā)明提供一種基于模糊控制的船舶蓄電池艙室通風及自動滅火方法，包括以下步驟：S1、采集信號：采集船舶蓄電池艙室的環(huán)境溫度和艙室煙度；S2、模糊控制：建立模糊控制模型；將采集的信號作為模糊控制模型的輸入量，根據(jù)預設的模糊集對輸入量進行模糊化處理；根據(jù)預設的控制規(guī)則表進行模糊推理得到模糊控制量；將模糊控制量經(jīng)過去模糊化處理后，再乘以比例系數(shù)，得到控制量；S3、分別將控制量輸出給報警裝置、滅火裝置和通風系統(tǒng)；報警裝置、滅火裝置和通風系統(tǒng)分別根據(jù)控制量的大小判斷是否啟動。所述的S2中，建立一個雙輸入單輸出的模糊控制模型；將艙室溫度T和艙室煙霧濃度S作為輸入量，選取三角形隸屬度函數(shù)，所述三角形隸屬度函數(shù)的數(shù)學表達式為：它還包括手動模式：由用戶手動選擇進入，通過按鈕控制動報警裝置、滅火裝置和通風系統(tǒng)中的至少一個。本方法還可以包括S4、采集艙室可燃性氣體濃度，當可燃性氣體濃度超過可燃氣體濃度閾值時，啟動通風系統(tǒng)和報警裝置。作為煙霧濃度的補充，當有可燃性氣體泄漏時，需要進行強制通風，還可以選擇是否報警通知維修人員盡快的修理。一種基于模糊控制的船舶蓄電池艙室通風及自動滅火系統(tǒng)，如圖1所示，包括：傳感器組，用于采集船舶蓄電池艙室的環(huán)境溫度和艙室煙霧濃度；中央處理器，用于實現(xiàn)上述基于模糊控制的船舶蓄電池艙室通風及自動滅火方法，所述傳感器組的輸出端與中央處理器的輸入端連接；報警裝置，由中央處理器或手動控制，發(fā)出報警信號；滅火裝置，由中央處理器或手動控制，執(zhí)行滅火措施；通風系統(tǒng)，由中央處理器或手動控制，執(zhí)行通風。所述的滅火裝置包括設置在船舶蓄電池艙室頂部的滅火劑和控制閥。滅火裝置，布置在船舶蓄電池艙室的上方或天花板上，可根據(jù)中央處理器發(fā)出的控制指令或者手動啟動指令，由上而下噴出滅火劑，阻止火災發(fā)生或阻斷火勢擴散。通風系統(tǒng)，布置在船舶蓄電池艙室的一側壁面上，分為上部通風口和下部通風，其中上部通風口設有排風扇。上部通風口根據(jù)室內溫度、煙霧濃度以及可燃氣的濃度情況，可由模糊控制器控制進行強制通風換氣，但一旦火災已經(jīng)發(fā)生，出現(xiàn)明火時由控制器發(fā)出指令關閉通風口，停止通風，防止外部空氣進入艙室內助長火勢；下部通風口主要是用于當火災已經(jīng)發(fā)生時，滅火裝置由上而下噴出滅火劑，可將室內空氣通過下部通風口排出室外，阻斷火勢擴散。所述的傳感器組包括設置在船舶蓄電池艙室內的環(huán)境溫度傳感器、設置在船舶蓄電池艙室內的煙霧傳感器。它還包括監(jiān)控平臺，與所述的中央處理器遠程連接。監(jiān)控平臺布置機艙監(jiān)控室內，并且在監(jiān)控臺上設有手動啟停滅火裝置、通風系統(tǒng)以及報警裝置的按鈕，在必要情況下，可以手動操作發(fā)出指令，控制通風、滅火、以及聲光報警。本實施例中，本系統(tǒng)及方法具有自動和手動兩種模式。當溫度傳感器檢測到艙室內溫度過高，或者煙霧傳感器檢測到艙室內煙霧濃度值升到一定水平時，將信號傳遞給中央處理器，中央處理器采用模糊控制模型，根據(jù)采集來的信號通過模糊推理判斷需要進行強制機械通風，即立即向通風系統(tǒng)發(fā)出指令，開啟排風扇進行通風，當再次檢測到各狀態(tài)參數(shù)回到正常水平時，再發(fā)出指令關閉排風扇，即由機械通風改為自然通風，由此將蓄電池艙室內的各狀態(tài)參數(shù)維持在一個安全范圍內。還可以增設可燃性氣體濃度傳感器，與所述的中央處理器連接，用于在可燃性氣體濃度超過可燃氣體濃度閾值時，啟動通風系統(tǒng)和報警裝置。當由于船舶的碰撞或電池設備短路、冷卻故障以及其他設備故障等即將引起火災或爆炸之前，艙室內或者電池包的溫度會急劇升高，產(chǎn)生大量煙霧，溫度傳感器將檢測到的當前的溫度信號傳遞給中央處理器，同時煙霧傳感器將檢測到的當前的煙度值傳遞給中央處理器。中央處理器接受到信號后進行模糊推理，當判斷出火災即將發(fā)生時，就立即向通風系統(tǒng)發(fā)出指令，關閉排風扇，杜絕氧氣進入；同時向滅火裝置發(fā)出指令，開啟滅火裝置，滅火裝置從艙室頂部由上而下噴灑大量滅火劑，對整個電池組的所有模塊進行全覆蓋包圍，阻隔火勢傳播以及熱擴散，并杜絕外部空氣進入；同時向報警裝置發(fā)出指令，立即進行聲光報警，引起駕駛艙以及機艙監(jiān)控室相關人員的注意，由船長進行整體調度，安排相關人員組織滅火、救援以及人員撤離等工作；同時向監(jiān)控臺發(fā)出實時數(shù)據(jù)信息，由專業(yè)人員根據(jù)當前蓄電池艙室的各點溫度信息，判斷火勢狀況以及滅火效果，再做接下來的判斷，整個過程中的各項數(shù)據(jù)信息將由監(jiān)控臺進行記錄保存，便于以后的研究分析以及改進措施。以下，介紹自動模式下的具體的模糊控制方案。本方案所采用的模糊控制模型為一個雙輸入單輸出的模型，兩個輸入量為艙室溫度T和煙霧濃度S，輸出量為控制量U，如圖2所示。模糊控制規(guī)則的三維曲線圖如圖3所示。當艙室溫度T和煙霧濃度S進入模糊控制模型后，首先需要經(jīng)過的是模糊化處理。模糊化是一個是清晰量模糊的過程，在本實施例選取的隸屬度函數(shù)均為三角形隸屬度函數(shù)，共四檔語言值{正常、較高、高、極高}，分別用字母表示為{ATBTCTDT}和{ASBSCSDS}。每檔所對應的模糊集如表1所示。此表中所選取的范圍值僅作為本實施例使用，具體實施過程中可根據(jù)實際情況和需求以及經(jīng)驗進行選取。表1控制量U的語言值分為五檔，用字母表示為{PQRMN}，論域為{01234}，其所代表的相應控制狀態(tài)如表2所示。表2系統(tǒng)控制量U控制狀態(tài)P自然通風Q強制通風Ⅰ檔R強制通風Ⅱ檔M強制通風Ⅱ檔并報警N關閉通風系統(tǒng)、報警并開啟自動滅火在進行模糊推理時需要建立模糊規(guī)則表，模糊規(guī)則表如表3所示。表3所述模糊規(guī)則表是根據(jù)電池著火的相關事例和經(jīng)驗得出的。當溫度和煙霧濃度都處于正常值時采取自然通風方式；溫度和煙霧濃度只要有一項超過正常值就需要采取強制通風，強制通風分Ⅰ檔和Ⅱ檔，模糊控制器是根據(jù)系統(tǒng)控制量U控制排風扇的轉速來實現(xiàn)的，此處每一個檔位對應的并不是一個固定的轉速，而是一個線性升高的轉速范圍；當溫度和煙度中有一項達到極高的水平，此時還沒構成著火的條件，但是單靠強制通風已經(jīng)不能解決問題，因此需要進行聲光報警，引起船長和輪機長的注意，采取相應措施進行故障排除；當溫度和煙度均達到極高或高的水平，則意味著即將出現(xiàn)明火，且直接進行安排專業(yè)人員進行故障排除已經(jīng)無法阻止火災發(fā)生，甚至還會給專業(yè)人員帶來生命危險，此時就需要由該控制系統(tǒng)自動采取三個措施：(1)關閉通風系統(tǒng)，阻止空氣進入，(2)進行聲光報警提醒船長對全船人員進行人員調度和緊急疏散，并向外界求援，(3)啟動自動滅火裝置，由艙室頂部自上而下噴出大量滅火劑，對電池組進行全范圍覆蓋，阻隔空氣，盡量阻止火災發(fā)生和熱擴散，防止發(fā)生爆炸等對船舶以及船上人員造成巨大危害的事故。圖2中所述的去模糊化可采用重心法，經(jīng)過去模糊化后的控制量U需要乘以一個比例系數(shù)，實現(xiàn)對通風系統(tǒng)的精確控制。以下為手動控制模式：緊急情況下，監(jiān)控臺的專業(yè)人員根據(jù)數(shù)據(jù)分析判斷，也可采用手動模式，即通過按下手動啟停按鈕來控制通風系統(tǒng)、滅火裝置和報警裝置，可在自動模式出現(xiàn)失效或出現(xiàn)碰撞、沉船等突發(fā)事件時，專業(yè)人員已經(jīng)判斷出有可能發(fā)生蓄電池著火或爆炸事件，即手動模式發(fā)揮作用；也可在火災已經(jīng)無法避免和挽回，即將出現(xiàn)重大事故危害船上人員安全的時候，由船長下達命令，通過按下全船報警按鈕，對全船所有人員進行報警，提示進行疏散、撤離和緊急逃生。本發(fā)明通過溫度傳感器和煙霧傳感器實時檢測各點溫度以及煙霧濃度情況，在監(jiān)控平臺實現(xiàn)實時監(jiān)控，在出現(xiàn)明火之前，進行提前預警，通過模糊控制模型自動控制實現(xiàn)通風、報警和滅火功能，阻止火災發(fā)生或阻斷火勢擴散，減少人員和財產(chǎn)損失，提高船舶安全性。通過監(jiān)控平臺的監(jiān)測，在發(fā)現(xiàn)溫度及煙度參數(shù)異常時，可及時派相關人員前去檢查，排除故障并采取相關措施，若該自動系統(tǒng)失效也可通過手動啟停按鈕，實現(xiàn)通風、報警和滅火功能，盡可能排除火情或防止火勢變大。通過報警裝置，一旦各項數(shù)據(jù)急劇升高，達到臨界值，則通過報警及時提醒駕駛艙以及機艙監(jiān)控室的相關人員，再由船長進行決斷和調度，向全船人員發(fā)出警告并組織人員疏散，向外界發(fā)出救援信號，為船上人員爭取更多地逃生機會，最大限度的減少人員傷亡以及財產(chǎn)損失。以上實施例僅用于說明本發(fā)明的設計思想和特點，其目的在于使本領域內的技術人員能夠了解本發(fā)明的內容并據(jù)以實施，本發(fā)明的保護范圍不限于上述實施例。所以，凡依據(jù)本發(fā)明所揭示的原理、設計思路所作的等同變化或修飾，均在本發(fā)明的保護范圍之內。當前第1頁1 2 3