CN104696122B - 船舶燃油管控系统及油耗测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种船舶燃油管控系统及油耗测量方法，该船舶燃油管控系统包括油舱、油柜、缓冲仓、单片机、声光报警装置、输油组件、油柜内设置的第一液位传感器以及缓冲仓内设置的第二液位传感器；在所述油舱和油柜之间的进油管路上以及油舱与缓冲仓之间的回油管路上各设置一套包含测量脉冲装置的输油组件；所述声光报警装置、输油组件、液位传感器、测量脉冲装置均与单片机连接。本发明由单片机收集液位传感器和脉冲装置测得的数据，并进行分析判断，控制电机以及声光报警装置工作。测得的油耗值准确可靠。当液位传感器失效，液位低过报警位时，单片机控制声光报警装置发出报警，以提示操作人员进行处理。

Description

船舶燃油管控系统及油耗测量方法

技术领域

本发明属于燃油消耗监测领域，尤其是涉及一种船舶燃油管控系统及油耗测量方法。

背景技术

在船舶的发动机舱中，有油舱和油柜两种存储燃油的容器，其中油柜是直接为发动机提供燃油的容器，而油舱是存储大量燃油的容器，发动机从油柜中吸油，当油柜中的燃油不足时，电机带动齿轮泵从油舱中为油柜补充燃油。现有技术中，在油柜为发动机输送燃油的管路中设置流量计，以此来测量油量，由于新型船舶都是直接回油到油舱中，若仍然只在进油管路上设置流量计，则油量测量和监控方法测得的燃油消耗量是不准确的，经常存在较大偏差，且还没有根据船舶不同的工况来对应的进行油耗统计的管控系统。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种船舶燃油管控系统及油耗测量方法，通过输油组件以及缓冲仓和油柜内的传感器收集船舶油耗数据，并将数据无线或者使用数据线传输给数据中心，能精确的检测油耗。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种船舶燃油管控系统，包括油舱、油柜、缓冲仓、单片机、声光报警装置、输油组件、油柜内设置的第一液位传感器以及缓冲仓内设置的第二液位传感器；在所述油舱和油柜之间的进油管路上以及油舱与缓冲仓之间的回油管路上各设置一套包含测量脉冲装置的输油组件；所述声光报警装置、输油组件、液位传感器、测量脉冲装置均与单片机连接。

进一步的，所述输油组件包括由电机驱动的齿轮泵以及齿轮泵出油一端的管路上安装的单向阀；所述电机与单片机连接。

进一步的，所述测量脉冲装置包括磁铁和霍尔元件；所述磁铁安装在电机的驱动轴上；所述霍尔元件与磁铁的S极相切设置。

进一步的，所述电机的驱动轴上设置有两块同向的磁铁，且此两块磁铁沿电机驱动轴的轴线对称设置。

进一步的，所述单片机还连接有用于工况选择的触摸屏装置。

进一步的，所述第一液位传感器和第二液位传感器均为电压式液位传感器。

进一步的，所述单片机为ARM系列单片机。

一种船舶燃油管控系统的燃油量控制方法：

进油时，在单片机内设定分别与第一液位传感器的磁性浮子处于不同高度时的电压对应的下限位电压值指令、上限位电压值指令以及液面过低报警位电压值指令；当油柜中液面降至下限位时，单片机控制电机开启，此时向油柜供油；当油柜中液面升至上限位时，单片机控制电机关闭，此时停止位向油柜供油；当油柜中液面降至报警位时，单片机控制声光报警装置开启，此时手动启动电机为油柜供油；

回油中，在单片机内设定分别与第二液位传感器的磁性浮子处于不同高度时的电压对应的下限位电压值指令、上限位电压值指令以及液面过高报警位电压值指令；当缓冲仓中液面升至上限位时，单片机控制电机开启，此时将缓冲仓内的燃油排向油舱；当缓冲仓中液面降至下限位时，单片机控制电机关闭，此时停止向油舱排油；当油柜中液面升至液面过高报警位时，单片机控制声光报警装置开启，此时手动启动电机将缓冲仓内的燃油排向油舱。

一种船舶燃油管控系统的油耗测量方法，包括如下步骤：

①分别确定进油管路以及回油管路上齿轮泵每转一周所传输的燃油量；

②再分别测量整个工作过程中进油管路以及回油管路上电机的总转数，并分别计算得到进油管路以及回油管路上齿轮泵传输的燃油量；

③测量出工作开始和结束时油柜中的液面高度，计算得到在整个工作过程中油柜内的燃油量变化值；

④将进油管路上齿轮泵传输的燃油量值与油柜中燃油量变化值加合，得到船舶发动机总的进油量；将回油管路上齿轮泵传输的燃油量值与缓冲仓内燃油量变化值加合，得到船舶发动机总的回油量；

⑤进油量与回油量的差值即是此次工作过程总的油耗值；

⑥为步骤⑤计算得出的油耗值添加数据标签，并进行存储。

相对于现有技术，本发明所述的船舶燃油管控系统及油耗测量方法具有以下优势：

1)结构简单，设计合理，齿轮泵出油一端的管路上安装有单向阀，避免因为液位差导致燃油不经计量的流动引起的油耗测量误差，保证油耗数据测量的精确可靠。

2)由单片机分别收集液位传感器和脉冲装置测得的数据，并进行分析判断和计算，测得的油耗值更加准确。

3)液位传感器在下限位之下还设有报警位，当液位传感器失效，液位低过报警位时，单片机控制声光报警装置发出报警，以提示操作人员手动开启电机为油柜供油。

4)将测得的油耗数据以不同工况模式名称标签进行标记，并进行分类存储，有利于后期对各工况油耗分别进行具体的分析和研究。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的结构组成示意图；

图2为本发明的系统控制示意图；

图3为本发明油柜燃油量控制原理图；

图4为本发明缓冲仓燃油量控制原理图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种船舶燃油管控系统，如图1和图2所示，包括油舱、油柜、缓冲仓、单片机、声光报警装置、输油组件、油柜内设置的第一液位传感器以及缓冲仓内设置的第二液位传感器；在所述油舱和油柜之间的进油管路上以及油舱与缓冲仓之间的回油管路上各设置一套包含测量脉冲装置的输油组件；所述声光报警装置、输油组件、液位传感器、测量脉冲装置均与单片机连接。在本系统中的每个齿轮泵之后设置单向阀，避免了因为液位差导致燃油不经计量的流动。

所述输油组件包括由电机驱动的齿轮泵以及齿轮泵出油一端的管路上安装的单向阀；所述电机与单片机连接。在进油管路和回油管路上分别设置的齿轮泵优选同排量的规格，这样，在油耗量测量计算时，更方便于计算。当然，若选用不同排量的齿轮泵，则分别标定每个齿轮泵由电机带动转一轴时的输出的油量来计算即可。

需要说明的是，单片机与其他装置数据的传输可以采取数据线直传、WIFI局域网或者GPRS(3G/4G)进行无线传输，具体方式根据实际情况而定。

本技术方案中，是由单片机完成整个系统的控制，齿轮泵脉冲数的收集、发送、编辑等工作；单片机将所有的数据进行收集并通过一定的计算公式将数据转化为可读的油量值、时间、工况、操作人员等需要的信息，并能实现触摸屏的触摸输入，利用触摸屏进行不同工况标签的切换，将测得的油耗数据分别以不同工作模式名称作为标签进行存储。

其中，所述测量脉冲装置包括设置在电机上的磁铁和霍尔元件；所述磁铁安装在电机的驱动轴上；所述霍尔元件与磁铁的S极相切设置。

其中，所述电机的轴上设置两块同向的磁铁，此两块磁铁沿电机轴的轴线对称设置。这样，脉冲数据的收集是霍尔元件配合磁铁完成的，电机转动一周时，霍尔元件被激发两次，单片机每接到一个脉冲信号则计数一次，以此列推。

其中，所述单片机还连接有用于不同工作模式选择的触摸屏装置。由于船舶运行有多种操作模式，因此在系统中可以设置多种工作模式供选择，操作者点击触摸屏上相应的图标即可完成操作模式的转换或者信息的查询。这样，实现了本系统的人机交互功能，以触摸屏为人机交互的界面载体，将此触摸屏设置在轮机操作室，操作人员或者管理人员可以通过触摸屏直接查询某一次工作过程的油耗量。

其中，所述第一液位传感器和第二液位传感器均为电压式液位传感器，具有测量准确，灵敏度高，易于捕捉等优点。

具体的说，上述的电压式液位计是由一串干簧管和电阻的组合组成，输出信号是0～5V的电压值，当电路接通时，电流值是恒定不变的，液位计外侧则有磁性浮子悬浮在油面之上，当液面上升或下降时，磁性浮子也同步上升或下降，磁性浮子能够吸合干簧管中的接触片，从而导通电路，电阻全部采取串联，电阻数量越多则电压值就越高，因此依靠电压值的大小能够判断出此时磁性浮子的位置，也就是油面的位置。结合下面所提供的一种船舶燃油管控系统的燃油量控制方法，本管控系统的单片机即是根据依靠电压值判断油柜中液面的高度(磁性浮子处于上限位、下限位或报警位)，来发出相应的控制信号，控制油柜内燃油量。

其中，所述单片机为ARM系列单片机。该单片机集成了数据采集单元、数据分析处理单元、数据发送单元以及触摸屏驱动单元。

一种船舶燃油管控系统的燃油量控制方法，

进油时，如图3所示，在单片机内设定分别与第一液位传感器的磁性浮子处于不同高度时的电压对应的下限位电压值指令、上限位电压值指令以及液面过低报警位电压值指令；当油柜中液面降至下限位时，单片机控制电机开启，此时向油柜供油；当油柜中液面升至上限位时，单片机控制电机关闭，此时停止位向油柜供油；当油柜中液面降至报警位时，单片机控制声光报警装置开启，此时手动启动电机为油柜供油。

回油中，如图4所示，在单片机内设定分别与第二液位传感器的磁性浮子处于不同高度时的电压对应的下限位电压值指令、上限位电压值指令以及液面过高报警位电压值指令；当缓冲仓中液面升至上限位时，单片机控制电机开启，此时将缓冲仓内的燃油排向油舱；当缓冲仓中液面降至下限位时，单片机控制电机关闭，此时停止向油舱排油；当油柜中液面升至液面过高报警位时，单片机控制声光报警装置开启，此时手动启动电机将缓冲仓内的燃油排向油舱。

如图3所示，本管控系统具体的工作过程是：系统开始工作后，液位传感器读取液面AD值，系统将收集到的液面AD值与预设的下限位值做比较。如果AD值高于下限位值，则继续读取；若低于下限位值，则将AD值与预设报警位的警报值做比较。如果AD值低于低液面警报值，则强制电机停止工作，并使蜂鸣器与报警灯工作，发出警报；若AD值高于低液面警报值，那么系统控制电机运转，从油舱向油柜供油，直到读取的AD值达到预设的上限位值后电机停止运转，然后继续读取液面AD值，往复此循环。

具体来说，当油柜中液面降至下限位时，下限位电压值传给单片机，单片机控制电机开启，此时向油柜供油；当油柜中液面升至上限位时，上限位电压值传给单片机，单片机控制电机关闭，此时停止位向油柜供油；当油柜中液面到达报警位时，说明液位计失效，无法启动电机为油柜供油，报警位电压值传递给单片机，单片机接到此信号后启动声光报警装置，操作人员听到报警后会通过手动方式为油柜供油。

同理，对于设置在回油管路与油舱之间缓冲仓内燃油向油舱排放的控制，与上面的过程类似，是在缓冲仓内设置第二液位传感器，并设定上、下液位，缓冲仓与油舱之间设置电机与齿轮泵组合，当液面到达上液位时，启动电机将缓冲仓内的油排入油舱，当液面到达下液面时，电机停止工作，可以接收来自船舶发动机的回油，以此为循环工作。另外，在缓冲仓与油舱之间设置单向阀，用于保证开启压力的恒定以及避免未经计量的燃油流动，保证缓冲仓内回油量统计的准确。

一种船舶燃油管控系统的油耗测量方法，包括如下步骤：

①分别确定进油管路以及回油管路上齿轮泵每转一周所传输的燃油量；

②再分别测量整个工作过程中进油管路以及回油管路上电机的总转数，并分别计算得到进油管路以及回油管路上齿轮泵传输的燃油量；由于齿轮泵每个齿腔的容积是一定的，测量齿轮泵每转一周所产生的油量作为计量基础，齿轮泵输送燃油的总量即是齿轮泵转数乘以每转输送燃油量，而齿轮泵的转数是与电机的转数对应的。

③测量出工作开始和结束时油柜中的液面高度，计算得到在整个工作过程中油柜内的燃油量变化值；

④将进油管路上齿轮泵传输的燃油量值与油柜中燃油量变化值加合，得到船舶发动机总的进油量；将回油管路上齿轮泵传输的燃油量值与缓冲仓内燃油量变化值加合，得到船舶发动机总的回油量；需要说明的是，电压式液位传感器实时测量油柜的油面位置，通过油柜的面积与油面高度可以得到油柜内实时的油量值。

⑤进油量与回油量的差值即是此次工作过程总的油耗值；

⑥为步骤⑤计算得出的油耗值添加数据标签，并进行存储。

由于船舶的工作模式分很多种，其中不同的工作模式所消耗油量也是不同的，比如说拖拽过程和正常行驶过程，他们之间的油耗差别就是非常巨大的，而以往这些过程是无法区分的。

因此，在本系统内设置不同的工作模式标签进行区分，通过触摸屏装置点击相应的工作模式图标，相应的油耗数据会增加该种工况的标签，当数据中心(船舶控制室的计算机)接收到数据时，会根据标签进行分类存储。这样，有利于使用者分析船舶在不同工作模式下的油耗，进而针对不同的工况采取不同的措施。

另需说明的是，单片机是整个系统控制的核心，系统中电机的启动、停止、声光报警装置的接通以及对信号的判断均由单片机控制完成。

需要说明的是，上述的以及附图中提到的AD值，其中A是指模拟量D是指数字量，在本领域中通常上讲，AD值就是把模拟量(如电流、电压)转换成数字量后的值。对应于本技术方案中，AD值是各液位传感器的下限位电压值、上限位电压值以及液面过低报警位电压值/液面过高报警位电压值转化成反馈给单片机的数字量值。

本发明结构简单，设计合理，进油管路以及回油管路上的齿轮泵，均在出油一端的管路上各安装有单向阀，避免因为液位差导致燃油不经计量的流动引起的油耗测量误差，保证油耗数据测量的精确可靠。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种船舶燃油管控系统的燃油量控制方法，该船舶燃油管控系统包括油舱、油柜、缓冲仓、单片机、声光报警装置、输油组件、油柜内设置的第一液位传感器以及缓冲仓内设置的第二液位传感器；在所述油舱和油柜之间的进油管路上以及油舱与缓冲仓之间的回油管路上各设置一套包含测量脉冲装置的输油组件；所述声光报警装置、输油组件、液位传感器、测量脉冲装置均与单片机连接；所述输油组件包括由电机驱动的齿轮泵以及齿轮泵出油一端的管路上安装的单向阀；所述电机与单片机连接；其特征在于：

进油时，在单片机内设定分别与第一液位传感器的磁性浮子处于不同高度时的电压对应的下限位电压值指令、上限位电压值指令以及液面过低报警位电压值指令；当油柜中液面降至下限位时，单片机控制电机开启，此时向油柜供油；当油柜中液面升至上限位时，单片机控制电机关闭，此时停止位向油柜供油；当油柜中液面降至报警位时，单片机控制声光报警装置开启，此时手动启动电机为油柜供油；

回油中，在单片机内设定分别与第二液位传感器的磁性浮子处于不同高度时的电压对应的下限位电压值指令、上限位电压值指令以及液面过高报警位电压值指令；当缓冲仓中液面升至上限位时，单片机控制电机开启，此时将缓冲仓内的燃油排向油舱；当缓冲仓中液面降至下限位时，单片机控制电机关闭，此时停止向油舱排油；当油柜中液面升至液面过高报警位时，单片机控制声光报警装置开启，此时手动启动电机将缓冲仓内的燃油排向油舱。

2.一种船舶燃油管控系统的油耗测量方法，该船舶燃油管控系统包括油舱、油柜、缓冲仓、单片机、声光报警装置、输油组件、油柜内设置的第一液位传感器以及缓冲仓内设置的第二液位传感器；在所述油舱和油柜之间的进油管路上以及油舱与缓冲仓之间的回油管路上各设置一套包含测量脉冲装置的输油组件；所述声光报警装置、输油组件、液位传感器、测量脉冲装置均与单片机连接；所述输油组件包括由电机驱动的齿轮泵以及齿轮泵出油一端的管路上安装的单向阀；所述电机与单片机连接；其特征在于：包括如下步骤：

①分别确定进油管路以及回油管路上齿轮泵每转一周所传输的燃油量；

②再分别测量整个工作过程中进油管路以及回油管路上电机的总转数，并分别计算得到进油管路以及回油管路上齿轮泵传输的燃油量；

③测量出工作开始和结束时油柜中的液面高度，计算得到在整个工作过程中油柜内的燃油量变化值；

④将进油管路上齿轮泵传输的燃油量值与油柜中燃油量变化值加合，得到船舶发动机总的进油量；将回油管路上齿轮泵传输的燃油量值与缓冲仓内燃油量变化值加合，得到船舶发动机总的回油量；

⑤进油量与回油量的差值即是此次工作过程总的油耗值；

⑥为步骤⑤计算得出的油耗值添加数据标签，并进行存储。