CN105699609A - 一种实船柴油机氮氧化合物排放在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实船柴油机氮氧化合物排放在线监测系统，其特征在于：包括数据采集终端、直插式智能NOx传感器、通信单元模块、电源系统和人机界面触摸屏；所述数据采集终端集成有GPRS/CDMA通信模块；直插式智能NOx传感器、通信单元模块、电源系统和人机界面触摸屏分别与数据采集终端连接。检测到的柴油机氮氧化合物浓度等数字信号通过 CAN-BUS 总线输出。智能NOx传感器是直插式模块，直接安装于柴油机废气管处来测量NOx/O2等参数，无需取样管线及取样泵，能够持续地对船舶柴油机的氮氧化合物排放进行实时监控，并将排放值连续记录下来，实现实船在线自动监测、实时记录、报警、远程监测等功能。
Description
技术领域
本发明涉及气体监测技术，具体而言涉及一种实船柴油机氮氧化合物(NOx)排放在线监测系统。
背景技术
目前，对船舶柴油机氮氧化合物检测的方法主要是采用烟气分析器、波许烟度测量仪、过滤式烟度测量仪、气相色谱仪、红外线气体分析仪等仪器设备。其中：
（1）烟气分析器，其工作原理是根据化学试剂有选择地吸收某种气体成分。
（2）波许烟度测量仪，是专门测量柴油机排气中烟粒含量的仪器。主要用来评定柴油机燃烧好坏的重要参数之一。
（3）过滤式烟度测量仪又称烟迹式烟度计，用于测量柴油机排气中烟粒含量的仪器，即仅能检测CO2。
（4）气相色谱仪是分析排气成分的仪器，利用物质的不同组分在固定相及流动相中具有不同的吸附分配系数，来分析物质成分。
（5）红外线气体分析仪，又称消光式烟度计，它可连续分析柴油机排气中所含有的CO2、CO、NOx等成分，根据不同气体吸收的红外光波长不同的原理组成。
（6）化学发光法(CLD)是目前《船用柴油机氮氧化合物排放规则》和中国船级社《船用柴油机氮氧化物排放试验及检验指南》中推荐的船舶柴油机排放NOx的方法。
上面所说的监测方法是传统的监测NOx的方法，虽然这类测定方法灵敏度高、检出限低，但要通过采样进行检测，如要进行取气、储气等程序，操作复杂，而且装置复杂，主要是不能实现船舶柴油机氮氧化合物(NOx)排放实船在线监测。因此需要一种新的实船柴油机氮氧化合物排放在线监测系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种无需取样管线及取样泵，能够持续地对船舶柴油机的排放进行实时监控，并将排放值连续记录下来的监测系统，实现实船在线自动监测、实时记录、报警、远程监测等功能，这样就可以有效、简便地对柴油机的排放进行测量与采用有效措施进行控制。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种实船柴油机氮氧化合物排放在线监测系统，其特征在于：包括数据采集终端、直插式智能NOx传感器、通信单元模块、电源系统和人机界面触摸屏；所述数据采集终端集成有GPRS/CDMA通信模块；直插式智能NOx传感器、通信单元模块、电源系统和人机界面触摸屏分别与数据采集终端连接。
优选的，所述数据采集终端应用ARMCortex-M3内核STM32F107作为核心控制器，数据采集终端通过标准AI、DI与底层设备联接，通过串口，用于程序调试下载，与现场上位PC机、人机界面触摸屏联接，并与通信单元模块联接；数据采集终端采用集成以太网模块的方式实现以太网通信。
优选的，所述直插式智能NOx传感器包括氧化锆NOx传感器和一个电控单元(ECU)，采用CAN总线SAEJ-1939协议传输测量到的柴油机氮氧化合物浓度的数字信号。
优选的，所述通信单元模块是采用以GPRS、WCDMA通信和/或3G/4G数据通信为基础，集成有GPRS/CDMA模块，并将北斗卫星、海事卫星数据终端与GPRS、WCDMA通信相结合。
优选的，所述实船柴油机氮氧化合物排放在线监测系统还包括GPS模块，用于提供船舶精准位置。
优选的，所述电源系统是支持宽电压输入，输出多组电压：5V、9V、12V、24V，具有过压、过流、极性保护。
优选的，所述人机界面触摸屏配置外置的SD卡，存储历史数据。
本发明与现有技术相比所带来的有益效果是：
系统采用的直插式智能NOx传感器和嵌入式技术，满足简便、快速、现场检测的要求，无需专门取样，便能实时监测到船舶柴油机氮氧化合物排放工况。相比目前船用柴油机排放的测量主要是出厂前的台架试验、或者靠人工通过化学试剂等方法抽取气体采样进行检测，而且操作复杂、实时性差。本系统则能够高效、方便地获取氮氧化合物排放数据，提供有效的测量工具,帮助检查排放状况与是否满足当地相关环境标准，从而避免受到罚款及其他不良后果，进而提升行业的节能减排水平。
附图说明
图1为本发明实船柴油机氮氧化合物排放在线监测系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明，但是本发明的保护范围并不局限于实施方式表述的范围。
下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。如图1所示，一种实船柴油机氮氧化合物排放在线监测系统，主要包括数据采集终端101，直插式智能NOx传感器102、通信单元模块103、电源系统104和人机界面触摸屏105。所述数据采集终端101与直插式智能NOx传感器102采用现场总线技术进行数据传输，数据采集终端101集成有GPRS/CDMA通信模块和集成有以太网模块，通信单元模块103、电源系统104和人机界面触摸屏105分别与数据采集终端101连接。
数据采集终端101是整个系统的核心，一方面负责数据的采集和预处理，另一方面将采集信息通过移动互联网或通信卫星等方式上传到岸上的服务器。数据采集终端101应用ARMCortex-M3内核STM32F107作为核心控制器，拥有标准AI、DI、AO、DO，便于和底层设备联接。还具有4路串口，多路串口主要用于程序调试下载，现场与PC机、人机界面触摸屏105联接，与通信单元模块DTU联接；CAN-Bus接口与直插式智能NOx传感器组成现场总线网络。智能NOx传感器是直插式模块，直接安装于柴油机废气管处来测量NOx/O2等参数。通过上述方案，能满足简便、快速、现场检测的要求，无需专门取样，直接通过直插式智能NOx传感器安装于发动机废气管处来测量NOx/O2等参数，及时掌握柴油机排放工况，安装简易、响应快速。
直插式智能NOx传感器102包括氧化锆NOx传感器和一个电控单元(ECU)，信息数据采用现场总线技术，通过CAN总线SAEJ-1939协议来传输测量到的柴油机氮氧化合物浓度的数字信号，柴油机氮氧化合物采集采用氧化锆NOx传感器，测量范围宽，使用温度高(600-1200℃)，满足在线监测的需求。数据采集终端101采用集成以太网模块的方式实现以太网通信。
通信单元模块103采用以GPRS、WCDMA通信和/或3G/4G数据通信为基础，将北斗卫星、海事卫星数据终端与GPRS、WCDMA通信相结合，实现船岸数据同步传输，达到船舶柴油机氮氧化合物(NOx)排放实船在线监测。
所述实船柴油机氮氧化合物排放在线监测系统采用先进的ARM技术拥有1个10/100M自适应以太网络接口和1个无线通信DTU接口，实现远程通信，通过GPRS网络把原始数据信息发送到岸上的服务器，使岸基系统和船载系统的数据库保持数据同步，企业能通过信息管理系统软件进行统计，作出排放数据与指标的趋势分析。
在一些实施方式中，所述实船柴油机氮氧化合物排放在线监测系统还包括：GPS模块，用于提供船舶精准位置。
电源系统104可以支持宽电压输入，输出多组电压：5V、9V、12V、24V，具有过压、过流、极性保护，能够为各个工作单元和外接设备提供稳定的、符合设备工作条件的电压。
人机界面触摸屏105，将从船舶现场系统采集回来的数据集中显示，为方便操作人员进行现场分析、管理、预测、防护，同时触摸屏配置外置的SD卡，存储历史数据，方便船员查阅，具有监视、操作、储存数据的基本功能。采用类似汇编程序的编写规范，自带OS系统，指令丰富，图形逼真，实现现场监测与记录、报警等功能。
Claims (7)
1.一种实船柴油机氮氧化合物排放在线监测系统，其特征在于：包括数据采集终端、直插式智能NOx传感器、通信单元模块、电源系统和人机界面触摸屏；所述数据采集终端集成有GPRS/CDMA通信模块；直插式智能NOx传感器、通信单元模块、电源系统和人机界面触摸屏分别与数据采集终端连接。
2.根据权利要求1所述的实船柴油机氮氧化合物排放在线监测系统，其特征在于：所述数据采集终端应用ARMCortex-M3内核STM32F107作为核心控制器，数据采集终端通过标准AI、DI与底层设备联接，通过串口，用于程序调试下载，与现场上位PC机、人机界面触摸屏联接，并与通信单元模块联接；数据采集终端采用集成以太网模块的方式实现以太网通信。
3.根据权利要求2所述的实船柴油机氮氧化合物排放在线监测系统，其特征在于：所述直插式智能NOx传感器包括氧化锆NOx传感器和一个电控单元，采用CAN总线SAEJ-1939协议传输测量到的柴油机氮氧化合物浓度的数字信号。
4.根据权利要求3所述的实船柴油机氮氧化合物排放在线监测系统，其特征在于：所述通信单元模块是采用以GPRS、WCDMA通信和/或3G/4G数据通信为基础，集成有GPRS/CDMA模块，并将北斗卫星、海事卫星数据终端与GPRS、WCDMA通信相结合。
5.根据权利要求4所述的实船柴油机氮氧化合物排放在线监测系统，其特征在于：还包括GPS模块，用于提供船舶精准位置。
6.根据权利要求5所述的实船柴油机氮氧化合物排放在线监测系统，其特征在于：所述电源系统是支持宽电压输入，输出多组电压：5V、9V、12V、24V，具有过压、过流、极性保护。
7.根据权利要求6所述的实船柴油机氮氧化合物排放在线监测系统，其特征在于：所述人机界面触摸屏配置外置的SD卡，存储历史数据。
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