JPH0817836B2 - 消防ポンプの自動制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内燃機関で駆動される消防ポンプに利用す
る。

本発明は、消防ポンプのコンピュータ制御に関する。

ここでいう消防ポンプは、自動車に搭載されたもの、
または自動車に搭載されずに他の手段で移動するものの
いずれにも関するものである。

〔概要〕

内燃機関により駆動される消防ポンプの制御装置にお
いて、 起動時の制御手順および定常状態の吐出流量を維持す
るための制御手順をコンピュータ制御することにより、 火災現場でも誤りなくかつ安全に制御できるようにし
たものである。

〔従来の技術〕

内燃機関を原動機とする消防ポンプは古くから利用さ
れているが、その制御は原則として人手によっている。
現在の制度では、消防ポンプの制御または操作は専門の
教育をうけ、繰り返し定期的に訓練をうけた専門の機関
員とよばれる者が行っている。これにより、はじめて予
期できない過酷な条件のもとでも確実な操作が行なえる
ようになる。

消防ポンプに関する公開された日本国特許出願または
実用新案登録出願には、消防ポンプの試験または保守に
ついて自動化をはかるものが見当たるが（時開昭51−91
002号公報、特開昭51−92402号公報、特開昭51−106201
号公報）、マイクロプロセッサを内蔵させた本格的な自
動制御を行うものは未だ知られていない。

一方、一般の内燃機関にマイクロプロセッサが搭載さ
れて、周囲温度の条件などを考慮した内燃機関の起動お
よび制御が行われるようになった。また、給水ポンプに
ついても、その吐出流量が一定になるようにサーボ制御
を行う装置が化学プラントなどでは広く利用されてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

これらの技術を消防ポンプに取り入れることが考えら
れるが、そのまま消防ポンプに適用しても、かならずし
も消防ポンプとしての適切な能力を発揮することはでき
ない。また消防ポンプを画一的に自動化することはでき
ない。

すなわち、消防ポンプは火災現場に移動して使用する
ものであるから、その使用条件は一定でなく、多くの場
合にはきわめて悪い過酷な環境条件のもとで使用しなけ
ればならない。周囲温度は季節により、あるいは時間に
より、大火災の場合には火災が発生する熱により、いち
じるしく幅がある。温度により当然に内燃機関の起動条
件が異なる。また、内燃機関をいったん起動させた後に
何らかの事情で停止させ、再度起動するような場合が多
くあり、その場合には内燃機関の温度が高くなっている
からその起動条件は異なる。従来はこのような場合に操
作者の判断により適当な制御を行っている。

消防ポンプは使用する場所により水源の条件が一定で
ない。したがって、消防ポンプには原則的に真空ポンプ
が併設されている。水源がポンプより低く水源に水圧が
ない場合には、操作者の判断によりはじめに真空ポンプ
を起動させ、給水ポンプの給水口を減圧状態にし、放水
が開始された後にその真空ポンプを切り離すなどの操作
が必要である。

また、放水ホースの先端を保持する人が１名であるか
２名であるかにより、放出可能な流量が異なる。現状で
は、１名の場合には400／分、２名の場合には700／
分などと概略がさだめられているが、保持する人の足場
の状態などにより、判断により増減することが必要であ
る。すなわち、自動化しても人為的な操作の余地を作っ
ておくことが必要である。さらに、放出開始時または放
出量の変更時に、ホース先端を保持する者がその反動に
耐えられるように流量の増加率または減少率を制御しな
いと危険である。

さらに、消防ポンプの吐出口に接続されるホースの長
さは火災現場の状況によりいちじるしく異なるから、一
定の吐出流量を制御するような自動制御はかならずしも
適さない。

さらに、消防ポンプはめったに使わないから消耗する
ものでなく、いったん設備するとそれを長く使用するこ
とになり、経年劣化による制御条件の変更も起こりえ
る。

訓練について近年次のような問題が発生している。す
なわち、専門の消防署が設置されている都会地域ではよ
いが、火災発生のときに平常の仕事を離れて消火に当た
る消防団では、訓練に十分な時間をとることができな
い。さらに、近年は農業地帯でも農業以外の産業に兼業
する者が多く、昼間の火災については訓練を受けた消防
団員が不在であったり、訓練を受けていない主婦や老齢
の者が消防ポンプを操作しなければならない事態がしば
しば発生している。

訓練を受けた専門の機関員についても、火災現場では
しばしばきわめて厳しい困難な状況となって、いわゆる
ヒューマンエラーが発生する。この場合に冷静な操作を
継続できないような場合が考えられ、適正な自動制御が
行われるならば、ヒューマンエラーを少なくすることが
できる。

本発明は、このような環境のもとに行われたものであ
って、簡単な操作により、速やかに確実にかつ自動的に
内燃機関を起動させることができ、放水の流量を安全か
つ確実に制御することができる消防ポンプを提供するこ
とを目的とする。

すなわち本発明は、操作の訓練を簡略化でき、迅速に
かつ確実に起動でき、使用条件の相違があっても操作者
がいちいち意識することなく自動的に対応され、放水口
の保持者の数についても、単純にその数を与えることに
より第一義的に適切な制御が行われ、放水量の変更につ
いては放水口の保持者に危険な反動を与えることがな
く、経年変化についても自動的に対応される消防ポンプ
を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、消防ポンプにプログラム制御回路を導入
し、温度条件を自動的に検出して、所定の起動手順を実
行する起動制御手段を備えたことを第一の特徴とする。

さらに、本発明は放水ホースを保持する者の数を操作
により与えることにより、安全かつ大きい流量を自動的
に設定することができる。

さらに、本発明は放水流量を変化させる場合に、その
変化の時間当たりの値が所定値を越えないように制御し
て、放水ホースを保持する者の安全が確保できる。

〔作用〕

プログラム制御回路には、熟練した操作者が実行する
に相当する内燃機関の起動手順がプログラムされてい
る。周囲温度の検出、チョークバルブの操作、回転速度
に応じたスロットルバルブの制御、吸入口の圧力に応じ
た真空ポンプの使用または不使用、真空ポンプを使用し
た場合の切り離し操作などがプログラム制御手順により
自動的に実行される。これは、一つの起動操作に基づい
て自動的に実行される。したがって、操作者は調節制御
についての詳しい訓練をひんぱんに受ける必要はなくな
る。また、訓練を受けた専門の機関員であっても、火災
現場の困難の状況下で自動制御を支援を受けることによ
り、確実にその操作を実行することができる。

放水流量は放水ホース先端の保持者の数により一義的
に安全な値に設定される。さらに放水流量は手動制御に
より変更可能であり、流量の変更にさいしては急激な変
更が行われて、放水ホース先端の保持者が衝撃を受け、
あるいは振り回されることがないように自動的に安全な
変化量に制御される。

本発明の装置は、原則的にサーボ制御になっているの
で、装置を長く使用しなかったためにその条件が変化し
ているようなことがあっても、自動的に対応してこれを
救済することができる。

〔実施例〕

次に本発明の実施例を図面を参照して説明する。第１
図は、本発明一実施例装置を消防ポンプ車に搭載した概
要図である。本図において消防ポンプ車30の走行駆動用
の内燃機関１はその変速器1Aに組み込まれるポンプ動力
伝達部1Bを介して回転軸1Cにより給水ポンプ２を駆動す
る構造となっている。給水ポンプ２には水源31より水を
吸入する給水ホース３と給水ポンプ２より放水される放
水ホース４とを備える。さらに消火作業中に操作者が各
部の制御を行う操作パネル15を備える。

第２図は前記操作パネル15の配置図であり、第３図は
本実施例装置のブロック構成図である。

内燃機関１のセルモータ５とその気化器６のスロット
ルバルブを制御するバルブモータ6Bおよびチョーク6A
と、給水ポンプ２の放水ホース４側の吐出バルブ７の開
度をポテンシオメータ8Aを介して制御するモータ８とは
操作パネル15に実装される制御回路16で制御される。検
出手段として、給水ポンプ２の回転速度を検出する回転
速度センサ1Eおよびその温度を検出する温度センサ1F、
給水ポンプ２の吸水ホース３側の圧力を検出する真空圧
センサ９、同じく吐出バルブ７側の圧力を検出する吐出
圧センサ10および吐出バルブ７の吐出流量を検出する流
量センサ11がある。また給水ポンプ２の起動時に前記真
空圧センサ９によって検出される圧力が所定値を越える
ときにクラッチ部12を介して前記回転軸1Cに設けられた
ベルト1Gにより駆動される真空ポンプ13を備えている。

ここで本発明の特徴とするところは、制御回路16は、
プロセッサ16Aがメモリ16Bにあらかじめ記憶されたプロ
グラムに基づきメモリ16Cに操作者が前記操作パネル15
から必要により書き込まれるデータおよびタイマ16Dを
参照して制御を行うプログラム制御回路であり、このプ
ログラムにより操作者が一つの起動指令の操作すなわち
操作パネル15の起動スイッチS₁を押下することにより内
燃機関１を前記チョーク6Aおよびセルモータ５により自
動的に始動させ、さらに回転速度センサ1Eの検出出力を
参照して気化器６のスロットルバルブをバルブモータ6B
により自動制御して内燃機関１を所定の回転速度で運転
させ、この運転完了後前記ポンプ動力伝達部1Bにより回
転軸1Cを介して給水ポンプ２を作動し、真空圧センサ９
で検出された吸水口2Aの圧力が所定値以下のとき以外で
はクラッチ部12を連結状態にして真空ポンプ13を起動さ
せ吸水口2Aの真空度を向上して、水源31から吸水ホース
３を介しての給水を容易にすることと、放水ホースを保
持する保持者の人数やその保持状態により吐出口2Bの流
量すなわち放水ホース４の流量を所定の設定値に制御す
る流量制御手段を備えたことにある。

この流量制御手段として次のものを備える。

すなわち、操作パネル15には放水ホースを保持する人
員数が１名のときに操作するスイッチS₂および同じく２
名のときに操作するスイッチS₃と、それぞれ流量の設定
値および実流量値がディジタル表示されるメータM₁およ
びM₂と、この設定値を増大するときに押下するばね復帰
型の増量押ボタンB₁および設定値を減少するときに押下
するばね復帰型の減量押ボタンB₂と、実流量が増大して
いる状態で点灯する増量灯L₂および実流量が減少してい
る状態で点灯する減量灯L₃ならびに実流量が変化してい
ない状態で点灯する均量灯L₄とを備える。

メータM₁で表示される設定値は、標準値として保持者
１名のときは、450／分であり、２名のときは700／
分である。しかし保持者が未熟者の場合と、保持者の足
場が不安定な場合とでは、前記の設定値を減少しなけれ
ばならない。このとき操作者は減量押ボタンB₂を押下す
る。この減量押ボタンB₂は前述のようにばね復帰型であ
り、ワンタッチ操作で、例えば保持者１名のときは30
／分づつ、保持者２名のときは50／分づつなどのよう
に前記の設定値が減少する。この変更された設定値は直
ちにメータM₁に表示される。したがって操作者は所望の
設定値となるまで減量押ボタンB₂の押下を繰り返す。設
定値を増大する場合は、同様に増量押ボタンB₁を押下す
る。

このように設定値の変更に降して、実流量が増大また
は減少するようにプロセッサ16Aは内燃機関１の気化器
のスロットルバルブの開閉および吐出バルブ７の開度を
それぞれ増減するようにバルブモータ6Bおよびポテンシ
オメータ8Aのモータ８とを制御する。

この放水流量の増加または減少のときの流量変化率
（単位：／秒／秒）の大きさは、前記設定値の大きさ
に比例するように制御される。例えば前述のように放水
流量の設定値が400／分または700／分のときは、流
量変化率の所定値は±2.67／秒／秒であり、実流量が
設定値にしたがって増減する場合にその流量の変化は毎
秒2.67を越えないようにプロセッサがスロットルバル
ブと放水バルブとのそれぞれのバルブ開度を制御する。
前述の増量または減量操作で流量の設定値が400／分
または700／分の値より変更されると、これにしたが
って流量変化率の所定値が変更される。例えば一定の保
持者が、安定した足場から不安定な足場にうつり放水活
動するとき、操作者は減量押ボタンB₂により放水流量の
設定値を小さい値に変更する。このとき消火ポンプから
送出される流量は減少するが、このときの減少する流量
変化率は安定した足場にいたときの値より小さくなるの
で、流量変化のさいに放水ホースに発生するホースの放
水反動力が小さくなり、保持者の安全をはかれる。この
ため設定値が変更されてから実流量がその値となるまで
に若干の時間が必要とするので、操作者は一度流量変更
を操作したのち、均量灯L₄の点灯を確かめたのちでない
と、次の変更操作が出来ぬように制御回路でインターロ
ックされている。

次に本実施例装置の動作について説明する。操作者
は、火災現場に消防ポンプ車を停止したのち、その変速
機が中立であることを確認してから、第２図に示す操作
パネル15のスイッチS₀を押下すると準備灯L₀が点灯す
る。一方制御回路16のプロセッサ16Aは各部の異常の有
無を点検し、異常なしと判定すると開始灯L₁を点灯す
る。異常ありの場合はメモリ16Bのプログラムにしたが
ってその処理方法を表示部DPに表示し、操作者はこれに
対処する処理を行う。異常なしの場合に操作者は起動ス
イッチS₁と放水ホースの保持者の人数によってスイッチ
S₂またS₃とを操作して設定値をメータM₁に表示させる。
つぎに保持者の足場などにより、増量押ボタンB₁または
減量押ボタンB₂を適宜押下して、この設定値を変更す
る。

このような起動操作により、消火ポンプは自動的に作
動する。

まず、内燃機関１の前回の使用後の経過時間を制御回
路16のタイマ16Dから取り込み、その温度を温度センサ1
Fから読み取り、これらの条件によりチョーク6A、セル
モータ５を制御して内燃機関１を始動し、回転速度セン
サ1Eの出力を参照してバルブモータ6Bにより気化器６の
スロットバルブを制御して内燃機関１の回転速度の定格
値のものとする。一方給水ポンプ２の吸水口2Aの圧力は
真空圧センサ９でつねに測定しており、最初はこの圧力
が、ゲージ圧で−0.1Kg/cm²以上、すなわち−0.1Kg/cm²
・Ｇ以上であるのでクラッチ部12を連結状態にして真空
ポンプ13をベルト1Gを介して回転軸1Cにより駆動し吸水
口2Aを強い真空状態にして水を吸い込みやすくなる。こ
のようにして吸水された水は給水ポンプ２により加圧さ
れて放水するようになる。給水ポンプ２は前述のように
設定された設定値により定まる流量変化率にしたがって
放水流量を増量にするように制御される。この場合プロ
セッサ16Aは流量センサ11の検出値を実流量としてメー
タM₂に表示するとともに、スイッチS₂、S₃、各押ボタン
B₁、B₂によって設定される設定値になるように実流量を
所定の流量変化率にしたがって増加または減少させるた
め、気化器６のスロットルバルブの開度をバルブモータ
6Bにより制御するとともに、吐出バルブ７のバルブ開度
をポテンシオメータ8Aを介してモータ８により制御す
る。このようにして実流量が設定値とほぼ等しくなる
と、均量灯L₄を点灯し、次の設定値の変更の指示がある
まで、流量を均一にするように監視する。消火終了の場
合は、起動スイッチS₁を開放すると、前述の順序と逆の
動作により放水が中止され、内燃機関が自動停止する。

第４図に本実施例装置の制御流れ図を示す。図におい
て、各論理記号中の符号は Q₀＝初期設定または変更設定された設定値でメーターM₁
に表示される値（／分） Q₁＝自動調整される以前の流量（／分） Q₂＝プロセッサによりバルブモータ6Bでスロットルを微
少時間△ｔで開度△T₁（△T₁/△ｔ）開きかつモータ８
で吐出バルブを微少時間△ｔで開度D₁（△D₁/△ｔ）開
いた操作、または同様にスロットルを△T₁/△ｔで閉じ
かつ吐出バルブを△D₁/△ｔで閉じた操作のいずれかの
自動調整後の流量（／分） S_q0＝流量変化率のプログラムによって定められる所定
値（／秒／秒） S_q＝流量Q₁とQ₂とによりプロセッサで演算される流量変
化率（／秒／秒） △T₂、△D₂ ＝それぞれ流量変化率を調整する際のスロットルおよび
吐出バルブの微少時間△ｔの開きまたは閉じる開度で △T₂＜△T₁、△D₂＜△D₁ の関係にある。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、消防ポンプの
起動操作に熟練した操作者がいなくても、その起動が安
全かつ確実に行われ、放水時の調節は適正に行われ、か
つ終了時の動作も安全に行われる。したがって初期消火
が効果的に実行され、火災の蔓延を防止でき、かつ都市
火災のように雑踏する地区でも安全な消火活動が実行で
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明一実施例の概要図。 第２図は、同実施例の操作パネル配置図。 第３図は、同じくブロック構成図。 第４図は、同じく制御流れ図。 １……内燃機関、1A……変速機、1B……ポンプ動力伝達
部、1C、13A……回転軸、1D……変速機のギア位置セン
サ、1E……回転速度センサ、1F……温度センサ、1G……
ベルト、２……給水ポンプ、2A……吸水口、2B……吐出
口、３……吸水ホース、４……放水ホース、4A……ノズ
ル、５……セルモータ、６……気化器、6A……チョー
ク、6B……バルブモータ、７……吐出バルブ、８……モ
ータ、8A……ポテンシオメーク、９……真空圧センサ、
10……吐出圧センサ、11……流量センサ、12……クラッ
チ部、13……真空ポンプ、15……操作パネル、16……制
御回路、16A……プロセッサ、16B、16C……メモリ、16D
……タイマ、30……消防ポンプ車、31……水源、32……
バッテリ、B₁……増量押ボタン、B₂……減量押ボタン、
IS……イグニションスイッチ、L₀……準備灯、L₁……開
始灯、L₂……増量灯、L₃……減量灯、L₄……均量灯、
M₁、M₂……メータ、S₀、S₂、S₃……スイッチ、S₁……起
動スイッチ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】給水ポンプを駆動する内燃機関のスロット
   ルバルブを制御する手段および前記給水ポンプの吐出バ
   ルブの開度を電気的に制御する手段を含む制御回路と、 前記内燃機関の回転速度情報、前記給水ポンプの吸水口
   の圧力情報、前記給水ポンプの吐出口の圧力情報および
   その吐出口の流量情報をそれぞれ電気的に検出する検出
   手段と を備えた消防ポンプの自動制御装置において、 前記制御回路はプログラム制御回路であり、 一つの起動指令の操作により前記内燃機関の起動手順を
   実行する手段と、 この内燃機関の起動後に、前記吐出口の流量を所定の設
   定値に制御する手段と、 前記吐出口の先に接続されるホースを保持する者の数に
   より前記設定値を一義に設定する手段と を含むことを特徴とする消防ポンプの自動制御装置。
2. 【請求項２】給水ポンプを駆動する内燃機関のスロット
   ルバルブを制御する手段および前記給水ポンプの吐出バ
   ルブの開度を電気的に制御する手段を含む制御回路と、 前記内燃機関の回転速度情報、前記給水ポンプの吸水口
   の圧力情報、前記給水ポンプの吐出口の圧力情報および
   その吐出口の流量情報をそれぞれ電気的に検出する検出
   手段と を備えた消防ポンプの自動制御装置において、 前記制御回路はプログラム制御回路であり、 一つの起動指令の操作により前記内燃機関の起動手順を
   実行する手段と、 この内燃機関の起動後に、前記吐出口の流量を所定の設
   定値に制御する手段とを備え、 前記プログラム制御回路は、 前記吐出口の流量を変化させる際に、その変化の時間当
   たりの値が所定値を越えないように制御する手段を含む
   ことを特徴とする消防ポンプの自動制御装置。