基于模糊控制的船舶蓄电池舱室通风及自动灭火方法及系统与流程

本发明属于水上交通安全消防范畴，具体涉及一种基于模糊控制的船舶蓄电池舱室通风及自动灭火方法及系统。
背景技术：
：近年来船舶节能减排技术发展非常迅速，尤其是太阳能、风能、蓄电池等为代表的清洁能源船舶更是应接不暇。目前，纯蓄电池电力船以及采用各种新型清洁能源作为船舶推进动力源的混合动力船舶，都选择以动力蓄电池组作为船上的储能设备。由于现今的蓄电池以及电池管理技术还不够成熟，再加上动力电池组本身的安全性就要比传统柴油机作为船舶主机的安全性要低，特别是在船舶遭遇碰撞、沉船等突发事故时，蓄电池组就更容易引发火灾、爆炸等安全事故。船舶的工作环境在水上，工况环境更加恶劣多变，引发蓄电池组安全事故的因素就更多，出现事故时相应的救援措施实施也更加困难，因此针对于船舶蓄电池的兼报警和灭火功能的自动灭火系统就显得尤为重要，以此来提升船舶消防安全的实时监测、预警和自动灭火能力。纯蓄电池电力船以及混合动力船的动力电池组一般放置在蓄电池舱室内，蓄电池可能会在工作过程中发生电解质气体泄露，因其具有可燃性，达到一定浓度易引起火灾和爆炸；同时，蓄电池要24小时不间断工作，工作时间过长会产生大量的热，引起高温甚至热失火。因此需要相应的通风系统，进行蓄电池舱室的实时监测并及时排除可燃气体和冷却降温，保证船舶的安全。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是：提供一种基于模糊控制的船舶蓄电池舱室通风及自动灭火方法及系统，实现舱室通风和提前预警，保证在火灾发生之前进行预防灭火，或者火灾已经发生时实现自动灭火，最大限度减弱火势，提前进行人员疏散，减少人员及财产损失。本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种基于模糊控制的船舶蓄电池舱室通风及自动灭火方法，其特征在于：它包括以下步骤：S1、采集信号：采集船舶蓄电池舱室的环境温度和舱室烟雾浓度；S2、模糊控制：建立模糊控制模型；将采集的信号作为模糊控制模型的输入量，根据预设的模糊集对输入量进行模糊化处理；根据预设的控制规则表进行模糊推理得到模糊控制量；将模糊控制量经过去模糊化处理后，再乘以比例系数，得到控制量；S3、分别将控制量输出给报警装置、灭火装置和通风系统；报警装置、灭火装置和通风系统分别根据控制量的大小判断是否启动。按上述方法，所述的S2中，建立一个双输入单输出的模糊控制模型；将舱室温度T和舱室烟雾浓度S作为输入量，选取三角形隶属度函数。按上述方法，它还包括手动模式：由用户手动选择进入，通过按钮控制动报警装置、灭火装置和通风系统中的至少一个。按上述方法，本方法还包括S4、采集舱室可燃性气体浓度，当可燃性气体浓度超过可燃气体浓度阈值时，启动通风系统和报警装置。按上述方法，所述的控制量包括五档语言值{PQRMN}，对应的控制关系如下：控制量为P，报警装置、灭火装置和通风系统均不启动；控制量为Q，通风系统启动，强制通风Ⅰ档；控制量为R，通风系统启动，强制通风Ⅱ档；控制量为M，通风系统启动，强制通风Ⅱ级；报警装置启动；控制量为N，通风系统关闭；报警装置启动；灭火装置启动。一种基于模糊控制的船舶蓄电池舱室通风及自动灭火系统，其特征在于：它包括：传感器组，用于采集船舶蓄电池舱室的环境温度和舱室烟雾浓度；中央处理器，用于实现上述基于模糊控制的船舶蓄电池舱室通风及自动灭火方法，所述传感器组的输出端与中央处理器的输入端连接；报警装置，由中央处理器或手动控制，发出报警信号；灭火装置，由中央处理器或手动控制，执行灭火措施；通风系统，由中央处理器或手动控制，执行通风。按上述系统，所述的灭火装置包括设置在船舶蓄电池舱室顶部的灭火剂和控制阀。按上述系统，所述的传感器组包括设置在船舶蓄电池舱室内的环境温度传感器、设置在船舶蓄电池舱室内的烟雾传感器。按上述系统，它还包括监控平台，与所述的中央处理器远程连接；监控平台上设有用于分别启动报警装置、通风系统和灭火装置的控制按钮。按上述系统，所述的传感器组还包括可燃性气体浓度传感器，与所述的中央处理器连接，用于在可燃性气体浓度超过可燃气体浓度阈值时，启动通风系统和报警装置。本发明的有益效果为：通过采用模糊控制模型对采集的信号进行模糊化，并根据控制规则表进行模糊推理，从而得到模糊控制量，再去模糊化后得到精确控制量，发出相应指令，实现舱室通风和提前预警，保证在火灾发生之前进行预防灭火，或者火灾已经发生时实现自动灭火，最大限度减弱火势，提前进行人员疏散，减少人员及财产损失。附图说明图1为本发明一实施例的系统结构示意图。图2为本发明一实施例的模糊控制模型的原理图。图3为本发明一实施例的模糊控制规则的三维曲线图。具体实施方式下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。本发明提供一种基于模糊控制的船舶蓄电池舱室通风及自动灭火方法，包括以下步骤：S1、采集信号：采集船舶蓄电池舱室的环境温度和舱室烟度；S2、模糊控制：建立模糊控制模型；将采集的信号作为模糊控制模型的输入量，根据预设的模糊集对输入量进行模糊化处理；根据预设的控制规则表进行模糊推理得到模糊控制量；将模糊控制量经过去模糊化处理后，再乘以比例系数，得到控制量；S3、分别将控制量输出给报警装置、灭火装置和通风系统；报警装置、灭火装置和通风系统分别根据控制量的大小判断是否启动。所述的S2中，建立一个双输入单输出的模糊控制模型；将舱室温度T和舱室烟雾浓度S作为输入量，选取三角形隶属度函数，所述三角形隶属度函数的数学表达式为：它还包括手动模式：由用户手动选择进入，通过按钮控制动报警装置、灭火装置和通风系统中的至少一个。本方法还可以包括S4、采集舱室可燃性气体浓度，当可燃性气体浓度超过可燃气体浓度阈值时，启动通风系统和报警装置。作为烟雾浓度的补充，当有可燃性气体泄漏时，需要进行强制通风，还可以选择是否报警通知维修人员尽快的修理。一种基于模糊控制的船舶蓄电池舱室通风及自动灭火系统，如图1所示，包括：传感器组，用于采集船舶蓄电池舱室的环境温度和舱室烟雾浓度；中央处理器，用于实现上述基于模糊控制的船舶蓄电池舱室通风及自动灭火方法，所述传感器组的输出端与中央处理器的输入端连接；报警装置，由中央处理器或手动控制，发出报警信号；灭火装置，由中央处理器或手动控制，执行灭火措施；通风系统，由中央处理器或手动控制，执行通风。所述的灭火装置包括设置在船舶蓄电池舱室顶部的灭火剂和控制阀。灭火装置，布置在船舶蓄电池舱室的上方或天花板上，可根据中央处理器发出的控制指令或者手动启动指令，由上而下喷出灭火剂，阻止火灾发生或阻断火势扩散。通风系统，布置在船舶蓄电池舱室的一侧壁面上，分为上部通风口和下部通风，其中上部通风口设有排风扇。上部通风口根据室内温度、烟雾浓度以及可燃气的浓度情况，可由模糊控制器控制进行强制通风换气，但一旦火灾已经发生，出现明火时由控制器发出指令关闭通风口，停止通风，防止外部空气进入舱室内助长火势；下部通风口主要是用于当火灾已经发生时，灭火装置由上而下喷出灭火剂，可将室内空气通过下部通风口排出室外，阻断火势扩散。所述的传感器组包括设置在船舶蓄电池舱室内的环境温度传感器、设置在船舶蓄电池舱室内的烟雾传感器。它还包括监控平台，与所述的中央处理器远程连接。监控平台布置机舱监控室内，并且在监控台上设有手动启停灭火装置、通风系统以及报警装置的按钮，在必要情况下，可以手动操作发出指令，控制通风、灭火、以及声光报警。本实施例中，本系统及方法具有自动和手动两种模式。当温度传感器检测到舱室内温度过高，或者烟雾传感器检测到舱室内烟雾浓度值升到一定水平时，将信号传递给中央处理器，中央处理器采用模糊控制模型，根据采集来的信号通过模糊推理判断需要进行强制机械通风，即立即向通风系统发出指令，开启排风扇进行通风，当再次检测到各状态参数回到正常水平时，再发出指令关闭排风扇，即由机械通风改为自然通风，由此将蓄电池舱室内的各状态参数维持在一个安全范围内。还可以增设可燃性气体浓度传感器，与所述的中央处理器连接，用于在可燃性气体浓度超过可燃气体浓度阈值时，启动通风系统和报警装置。当由于船舶的碰撞或电池设备短路、冷却故障以及其他设备故障等即将引起火灾或爆炸之前，舱室内或者电池包的温度会急剧升高，产生大量烟雾，温度传感器将检测到的当前的温度信号传递给中央处理器，同时烟雾传感器将检测到的当前的烟度值传递给中央处理器。中央处理器接受到信号后进行模糊推理，当判断出火灾即将发生时，就立即向通风系统发出指令，关闭排风扇，杜绝氧气进入；同时向灭火装置发出指令，开启灭火装置，灭火装置从舱室顶部由上而下喷洒大量灭火剂，对整个电池组的所有模块进行全覆盖包围，阻隔火势传播以及热扩散，并杜绝外部空气进入；同时向报警装置发出指令，立即进行声光报警，引起驾驶舱以及机舱监控室相关人员的注意，由船长进行整体调度，安排相关人员组织灭火、救援以及人员撤离等工作；同时向监控台发出实时数据信息，由专业人员根据当前蓄电池舱室的各点温度信息，判断火势状况以及灭火效果，再做接下来的判断，整个过程中的各项数据信息将由监控台进行记录保存，便于以后的研究分析以及改进措施。以下，介绍自动模式下的具体的模糊控制方案。本方案所采用的模糊控制模型为一个双输入单输出的模型，两个输入量为舱室温度T和烟雾浓度S，输出量为控制量U，如图2所示。模糊控制规则的三维曲线图如图3所示。当舱室温度T和烟雾浓度S进入模糊控制模型后，首先需要经过的是模糊化处理。模糊化是一个是清晰量模糊的过程，在本实施例选取的隶属度函数均为三角形隶属度函数，共四档语言值{正常、较高、高、极高}，分别用字母表示为{ATBTCTDT}和{ASBSCSDS}。每档所对应的模糊集如表1所示。此表中所选取的范围值仅作为本实施例使用，具体实施过程中可根据实际情况和需求以及经验进行选取。表1控制量U的语言值分为五档，用字母表示为{PQRMN}，论域为{01234}，其所代表的相应控制状态如表2所示。表2系统控制量U控制状态P自然通风Q强制通风Ⅰ档R强制通风Ⅱ档M强制通风Ⅱ档并报警N关闭通风系统、报警并开启自动灭火在进行模糊推理时需要建立模糊规则表，模糊规则表如表3所示。表3所述模糊规则表是根据电池着火的相关事例和经验得出的。当温度和烟雾浓度都处于正常值时采取自然通风方式；温度和烟雾浓度只要有一项超过正常值就需要采取强制通风，强制通风分Ⅰ档和Ⅱ档，模糊控制器是根据系统控制量U控制排风扇的转速来实现的，此处每一个档位对应的并不是一个固定的转速，而是一个线性升高的转速范围；当温度和烟度中有一项达到极高的水平，此时还没构成着火的条件，但是单靠强制通风已经不能解决问题，因此需要进行声光报警，引起船长和轮机长的注意，采取相应措施进行故障排除；当温度和烟度均达到极高或高的水平，则意味着即将出现明火，且直接进行安排专业人员进行故障排除已经无法阻止火灾发生，甚至还会给专业人员带来生命危险，此时就需要由该控制系统自动采取三个措施：(1)关闭通风系统，阻止空气进入，(2)进行声光报警提醒船长对全船人员进行人员调度和紧急疏散，并向外界求援，(3)启动自动灭火装置，由舱室顶部自上而下喷出大量灭火剂，对电池组进行全范围覆盖，阻隔空气，尽量阻止火灾发生和热扩散，防止发生爆炸等对船舶以及船上人员造成巨大危害的事故。图2中所述的去模糊化可采用重心法，经过去模糊化后的控制量U需要乘以一个比例系数，实现对通风系统的精确控制。以下为手动控制模式：紧急情况下，监控台的专业人员根据数据分析判断，也可采用手动模式，即通过按下手动启停按钮来控制通风系统、灭火装置和报警装置，可在自动模式出现失效或出现碰撞、沉船等突发事件时，专业人员已经判断出有可能发生蓄电池着火或爆炸事件，即手动模式发挥作用；也可在火灾已经无法避免和挽回，即将出现重大事故危害船上人员安全的时候，由船长下达命令，通过按下全船报警按钮，对全船所有人员进行报警，提示进行疏散、撤离和紧急逃生。本发明通过温度传感器和烟雾传感器实时检测各点温度以及烟雾浓度情况，在监控平台实现实时监控，在出现明火之前，进行提前预警，通过模糊控制模型自动控制实现通风、报警和灭火功能，阻止火灾发生或阻断火势扩散，减少人员和财产损失，提高船舶安全性。通过监控平台的监测，在发现温度及烟度参数异常时，可及时派相关人员前去检查，排除故障并采取相关措施，若该自动系统失效也可通过手动启停按钮，实现通风、报警和灭火功能，尽可能排除火情或防止火势变大。通过报警装置，一旦各项数据急剧升高，达到临界值，则通过报警及时提醒驾驶舱以及机舱监控室的相关人员，再由船长进行决断和调度，向全船人员发出警告并组织人员疏散，向外界发出救援信号，为船上人员争取更多地逃生机会，最大限度的减少人员伤亡以及财产损失。以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3