CN105858997A - 一种开放的物理式压载水管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种开放的物理式压载水管理系统，包括压载泵、滤器、EPT单元、高压反冲洗泵、排污泵、滤器旋转电机、CIP储罐、CIP循环泵、现场控制装置，其特征在于：还包括至少14个气动阀，所述气动阀编号分别为1#阀、2#阀、3#阀、5#阀、6#阀、8#阀、9#阀、10#阀、11#阀、13#阀、C1#阀、C2#阀、C3#阀、C4#阀，所述现场控制装置通过控制线分别连接压载泵、高压反冲洗水泵、排污泵、CIP循环泵、滤器旋转电机、EPT单元以及1#阀、2#阀、3#阀、5#阀、6#阀、8#阀、9#阀、10#阀、11#阀、13#阀、C1#阀、C2#阀、C3#阀、C4#阀，所述压载泵与滤器通过管道连接，所述滤器与EPT单元通过管道连接，所述CIP储罐与CIP循环泵通过管道连接。本发明结合了过滤与紫外/超声技术处理压载水，不添加有毒有害物质，环保无污染且适应性强。
Description
技术领域
本发明主要用于船舶压载水处理领域，具体涉及一种开放的物理式压载水管理系统。
背景技术
随着《国际船舶压载水及沉淀物控制和管理公约》的通过和其生效时间的不断临近，许多厂家已经着手研制开发压载水处理系统，使海洋环境的免受船舶污染。目前的压载水处理技术主要分为置换法、机械法、物理法、化学法几种，其中置换法并不能从根本上解决问题，化学法也会存在二次污染的问题，需要另外进行处理，一些厂家将处理方法定位在物理法以及与机械法的结合。实验证明特定波长的紫外光可以有效杀死各种菌类微生物，许多厂家开始研究物理的紫外法进行压载水处理，但由于方法的单一性，往往导致处理效果不好，或因紫外灯设备的污染结垢而不能持续保持良好效果。而目前的一些系统也多是针对单船的单点应用，而船舶航线的广阔往往给后期维护带来不少困扰，在沟通不清的情况下，厂家往往需要长途跋涉前往船上修理，成本上产生了很大开支。
发明内容
为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种开放的物理式压载水管理系统，利用物理的紫外照射法结合机械的过滤法和超声波法共同作用，实现压载水处理系统良好的持续处理效果。同时，系统采用双模式的通讯方式，将每套产品与云端相联系，实现每套售出产品的远程监控和信息调取，不用到现场就能清晰地了解现场情况，大大方便了后期维修工作。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种开放的物理式压载水管理系统，包括压载泵、滤器、EPT单元、高压反冲洗泵、排污泵、滤器旋转电机、CIP储罐、CIP循环泵、现场控制装置，其特征在于：还包括至少14个气动阀，所述气动阀编号分别为1#阀、2#阀、3#阀、5#阀、6#阀、8#阀、9#阀、10#阀、11#阀、13#阀、C1#阀、C2#阀、C3#阀、C4#阀，所述现场控制装置通过控制线分别连接压载泵、高压反冲洗水泵、排污泵、CIP循环泵、滤器旋转电机、EPT单元以及1#阀、2#阀、3#阀、5#阀、6#阀、8#阀、9#阀、10#阀、11#阀、13#阀、C1#阀、C2#阀、C3#阀、C4#阀，所述压载泵与滤器通过管道连接，所述滤器与EPT单元通过管道连接，所述CIP储罐与CIP循环泵通过管道连接。
上述技术方案中，所述EPT单元还包括紫外灯、超声波发生器和光强传感器，所述超声波发生器通过信号分别与紫外灯和光强传感器连接，所述现场控制装置包括现场控制器、前压力传感器、后压力传感器、流量计、触摸屏、光强传感器、压力传感器、数据记录仪DRU、卫星宽带设备、无线通信设备、卫星接收网络、地面基站网络、云端服务器和远程监控端，所述现场控制器通过信号线分别连接前压力传感器、后压力传感器、流量计、光强传感器，所述触摸屏通过proufibus-DP通讯线连接现场控制器，所述数据记录仪DRU通过网线连接现场控制器，所述数据记录仪DRU通过网线分别跟卫星宽带设备和无线通信设备相连，所述卫星宽带设备通过电磁波经过卫星后通过地面的卫星接收网络将数据传送给云端服务器，所述无线通信设备则直接无线连接地面基站将数据传送给云端服务器，所述云端服务器可通过各种有线或无线网络与远程监控端相连。
上述方案中，所述前压力传感器安装在压载泵和2#阀中间位置，所述后压力传感器安装在5#阀的出口管道位置。
上述方案中，所述流量计安装在9#阀和5#阀的汇流出口位置。
针对一种开放的物理式压载水管理系统，设计了一种开放的物理式压载水管理系统工艺处理方法，其具体实现步骤：压载泵从船舶的海底门经1#阀将海水沿管道输送上来，沿管道经2#阀输送至滤器，滤器出口沿管道经3#阀将过滤后的水送至EPT单元，EPT单元通过其内部紫外灯、超声波发生器和光强传感器的共同作用处理过滤后的海水，过滤后海水通过5#阀的排出EPT单元，海水沿管道经6#阀排至舷外，或沿管道经8#阀输送至压载舱。前压力传感器之后2#阀之前分流管路经9#阀汇合至5#阀出口处作为旁通。压载舱的海水可沿管道经10#阀送回至压载泵。滤器出口引支管经高压反冲洗泵将高压净水逆向回冲进滤器进行冲洗，冲洗水进入滤器沿排出管道经11#阀和13#阀汇流后通过排污泵排出。滤器旋转电机安装与滤器以驱动其内部滤器结构旋转。EPT单元通过CIP循环泵输入和排出弱酸清洗液。CIP储罐储存和调配弱酸清洗液，沿管道依次经C1#阀、CIP循环泵、C2#阀输入EPT单元。EPT单元设置CIP排出口经C3#阀、CIP循环泵、C3#阀将清洗后的弱酸清洗液送回CIP储罐。
针对一种开放的物理式压载水管理系统，设计了一种开放的物理式压载水管理系统工艺处理方法，其具体实现步骤：当紫外光强效果下降时，需要进行CIP清洗。此过程采用弱酸作为清洗溶液将紫外灯(4)外护壁的结垢进行清洗。为保证安全，系统已默认设置此模式与其他所有模式为互斥的模式，系统必须保证在停止运行的时候方可操作，且在使用前必须将EPT单元(3)内部的水排干。当CIP清洗模式启动后，系统自动打开C1#阀(41)和C2#阀(42)，然后开启CIP循环泵(10)往EPT单元(3)输入清洗溶液，当液位满后自动关闭上述泵和阀门。静置1min后，系统自动打开C3#阀(43)和C2#阀(42)，并开启CIP循环泵(10)将EPT单元(3)内部溶液上下循环流动，持续25min后关闭上述泵和阀门。再次延时1min后，系统自动打开C3#阀(43)和C4阀(44)，开启CIP循环泵(10)将EPT单元(3)内部溶液排放回CIP储罐(9)，排尽后关闭上述泵和阀门。
本发明的优点：
本发明结合了过滤与紫外/超声技术处理压载水，不添加有毒有害物质，环保无污染且适应性强。
本发明采用了单独的数据记录仪DRU来存储现场数据，存储容量大，当数据记录仪DRU存在问题时系统将限制部分功能的使用，而数据记录仪DRU在系统故障时也能记录，大大提高了记录的安全性。
本发明专门针对多协议开发专用软件，实现了传统自动化技术和全新的物联网技术的对接，能够建立分布式部署、集中管理的系统。
本发明采用卫星通讯与地面基站的普通无线通讯相结合的方法，并利用缓存的技术发送，在保障通信的同时，大大节约了成本。
本发明采用开放式的软件架构，在B/S架构的基础上，开发手机app等客户端软件，并在保证系统安全的同时，开发模块化的软件接口，以便后期软件的扩展与集成。
本发明管理平台采用远程全景视图和最高权限的远程维护操作，让厂方维护人员能够清晰地了解和解决现场问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的电气及网络拓扑图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细描述。
参照图1，一种开放的物理式压载水管理系统，包括压载泵(1)、滤器(2)、EPT单元(3)、高压反冲洗泵(6)、排污泵(7)、滤器旋转电机(8)、CIP储罐(9)、CIP循环泵(10)、现场控制装置，其特征在于：还包括至少14个气动阀，所述气动阀编号分别为1#阀(21)、2#阀(22)、3#阀(23)、5#阀(25)、6#阀(26)、8#阀(28)、9#阀(29)、10#阀(30)、11#阀(31)、13#阀(33)、C1#阀(41)、C2#阀(42)、C3#阀(43)、C4#阀(44)，所述现场控制装置(50)通过控制线分别连接压载泵(1)、高压反冲洗水泵(6)、排污泵(7)、CIP循环泵(10)、滤器旋转电机(8)、EPT单元(3)以及1#阀(21)、2#阀(22)、3#阀(23)、5#阀(25)、6#阀(26)、8#阀(28)、9#阀(29)、10#阀(30)、11#阀(31)、13#阀(33)、C1#阀(41)、C2#阀(42)、C3#阀(43)、C4#阀(44)，所述压载泵(1)与滤器(2)通过管道连接，所述滤器(2)与EPT单元(3)通过管道连接，所述CIP储罐(9)与CIP循环泵(10)通过管道连接。
所述EPT单元(3)还包括紫外灯(4)、超声波发生器(5)和光强传感器(14)，所述超声波发生器(5)通过信号分别与紫外灯(4)和光强传感器(14)连接，所述现场控制装置包括现场控制器(51)、前压力传感器(11)、后压力传感器(12)、流量计(13)、触摸屏(52)、光强传感器(14)、数据记录仪(53)、卫星宽带设备(54)、无线通信设备(55)、卫星接收网络(56)、地面基站网络(57)、云端服务器(58)和远程监控端(59)，所述现场控制器(51)通过信号线分别连接前压力传感器(11)、后压力传感器(12)、流量计(13)、光强传感器(14)，所述触摸屏(52)通过proufibus-DP通讯线连接现场控制器(51)，所述数据记录仪DRU(53)通过网线连接现场控制器(52)，所述数据记录仪DRU(53)通过网线分别跟卫星宽带设备(54)和无线通信设备(55)相连，所述卫星宽带设备(54)通过电磁波经过卫星后通过地面的卫星接收网络(56)将数据传送给云端服务器(58)，所述无线通信设备(55)则直接无线连接地面基站(57)将数据传送给云端服务器(58)，所述云端服务器(58)可通过各种有线或无线网络与远程监控端(59)相连。
一种开放的物理式压载水管理系统工艺处理方法：压载泵(1)从船舶的海底门经1#阀(21)将海水沿管道输送上来，沿管道经2#阀(22)输送至滤器(2)，滤器(2)出口沿管道经3#阀将过滤后的水送至EPT单元(3)，EPT单元(3)通过其内部紫外灯(4)和超声波发生器(5)的共同作用处理过滤后的海水，且内部安装光强传感器(14)，过滤后海水通过5#阀(25)的排出EPT单元(3)，海水沿管道经6#阀(26)排至舷外，或沿管道经8#阀(28)输送至压载舱。前压力传感器(11)之后2#阀(22)之前分流管路经9#阀(29)汇合至5#阀(25)出口处作为旁通。压载舱的海水可沿管道经10#阀(30)送回至压载泵(1)。滤器(2)出口引支管经高压反冲洗泵(6)将高压净水逆向回冲进滤器(2)进行冲洗，冲洗水进入滤器(2)沿排出管道经11#阀(31)和13#阀(33)汇流后通过排污泵(7)排出。滤器旋转电机(8)安装与滤器(2)以驱动其内部滤器结构旋转。EPT单元(3)通过CIP循环泵(10)输入和排出弱酸清洗液。CIP储罐(9)储存和调配弱酸清洗液，沿管道依次经C1#阀(41)、CIP循环泵(10)、C2#阀(42)输入EPT单元(3)。EPT单元(3)设置CIP排出口经C3#阀(43)、CIP循环泵(10)、C3#阀(44)将清洗后的弱酸清洗液送回CIP储罐(9)。
所述前压力传感器(11)安装在压载泵(1)和2#阀(22)中间位置，所述后压力传感器(12)安装在5#阀(25)的出口管道位置。
所述流量计(13)安装在9#阀(29)和5#阀(25)的汇流出口位置。
一种开放的物理式压载水管理系统工艺处理方法：当紫外光强效果下降时，需要进行CIP清洗。此过程采用弱酸作为清洗溶液将紫外灯(4)外护壁的结垢进行清洗。为保证安全，系统已默认设置此模式与其他所有模式为互斥的模式，系统必须保证在停止运行的时候方可操作，且在使用前必须将EPT单元(3)内部的水排干。当CIP清洗模式启动后，系统自动打开C1#阀(41)和C2#阀(42)，然后开启CIP循环泵(10)往EPT单元(3)输入清洗溶液，当液位满后自动关闭上述泵和阀门。静置1min后，系统自动打开C3#阀(43)和C2#阀(42)，并开启CIP循环泵(10)将EPT单元(3)内部溶液上下循环流动，持续25min后关闭上述泵和阀门。再次延时1min后，系统自动打开C3#阀(43)和C4阀(44)，开启CIP循环泵(10)将EPT单元(3)内部溶液排放回CIP储罐(9)，排尽后关闭上述泵和阀门。
参照图1和2，本发明的工作原理为：现场控制器(51)采集现场各类传感器信号并驱动现场一些执行机构按照工艺要求进行动作，主要动作有压载、卸载、应急情况、调拨、CIP清洗等模式，触摸屏(52)供现场工作人员实际操作和监控，数据记录仪DRU(53)对现场数据进行采集记录并通过卫星宽带和普通无线通讯两种方式与云端服务器(58)进行交互，云端服务器(58)建立软件管理平台供维护人员和用户远程查看、统计、操作等。
1、现场控制原理
1.1压载
系统启动压载前先保证滤器(2)和EPT单元(3)内有水，启动压载后系统将自动开启1#阀(21)、2#阀(22)、3#阀(23)、5#阀(25)、8#阀(28)，启动超声波和紫外灯，然后开启压载泵(1)，从海底门抽取压载水进入压载舱，此过程压载水通过滤器(2)过滤掉水中颗粒，再经过EPT单元的超声波和紫外灯对水中微生物进行有效杀灭，系统可根据流量和光强的大小自动调节紫外灯强度以达到最佳效果。此过程如果检测到滤器(2)前后压差较高，将自动开启经11#阀(31)和13#阀(33)，并启动高压反冲洗泵(6)和排污泵(7)对滤器(2)进行反向冲洗并排污。
1.2卸载
系统启动卸载前也要先保证滤器(2)和EPT单元(3)内有水，启动卸载后系统将自动开启10#阀(30)、2#阀(22)、3#阀(23)、5#阀(25)、6#阀(26)，启动超声波和紫外灯，然后开启压载泵(1)，从压载舱抽取压载水排至舷外，此过程与压载一样将压载舱的水通过滤器(2)过滤掉水中颗粒，再经过EPT单元的超声波和紫外灯对水中微生物进行有效杀灭。此过程如果检测到滤器(2)前后压差较高，也将自动开启经11#阀(31)和13#阀(33)，并启动高压反冲洗泵(6)和排污泵(7)对滤器(2)进行反向冲洗并排污。
1.3应急情况
如果正常压载和卸载因为某些原因无法使用而确需使用，或需要紧急对船的平衡做出有效动作时，可开启紧急模式的相关操作。紧急模式跟正常的压载、卸载操作的区别在于它绕过了滤器(2)和EPT单元(3)，而从9#阀(29)旁通走水。此过程滤器(2)内部和EPT单元(3)内部所有过滤和杀菌的元器件将不打开，也不会引起高压反冲洗过程的进行。但此过程会产生报警，并将作为重要记录存入数据记录仪DRU(53)。
1.4调拨模式
调拨模式指的是船舱内部各压载舱的水互相调拨，由于此过程不涉及压载水对外的吸入或排出，因此也不经过滤器(2)和EPT单元(3)的过滤和杀菌作用。调拨模式启动后先开启10#阀(30)、2#阀(22)、9#阀(29)、8#阀(28)，然后开启压载泵(1)，将压载水从某些压载舱导入另外的压载舱。
1.5CIP清洗模式
当紫外光强效果下降时，需要进行CIP清洗。此过程采用弱酸作为清洗溶液将紫外灯(4)外护壁的结垢进行清洗。为保证安全，系统已默认设置此模式与其他所有模式为互斥的模式，系统必须保证在停止运行的时候方可操作，且在使用前必须将EPT单元(3)内部的水排干。当CIP清洗模式启动后，系统自动打开C1#阀(41)和C2#阀(42)，然后开启CIP循环泵(10)往EPT单元(3)输入清洗溶液，当液位满后自动关闭上述泵和阀门。静置1min后，系统自动打开C3#阀(43)和C2#阀(42)，并开启CIP循环泵(10)将EPT单元(3)内部溶液上下循环流动，持续25min后关闭上述泵和阀门。再次延时1min后，系统自动打开C3#阀(43)和C4阀(44)，开启CIP循环泵(10)将EPT单元(3)内部溶液排放回CIP储罐(9)，排尽后关闭上述泵和阀门。
2、现场数据的存储和处理
数据记录仪DRU(53)作为开发的现场嵌入式处理部件，主要实现控制系统的数据存储和提取功能。数据记录仪DRU(53)解析传统工业控制的MODBUS-TCP协议，将现场控制器(51)的实时数据导入本机数据库作为缓存，并将相关重要数据加密、压缩打包，以网络TCP形式发送至目标地址，同时接收目标地址的数据信息进行解析反馈给现场控制器(51)。数据记录仪DRU(53)将会自动检测网络通讯状态，当通讯中断时，数据记录仪DRU(53)将要发送的数据进行堆栈缓存，待通讯连接时依次一并发送。与现场控制器(51)通讯过程中，当数据记录仪DRU(53)存在问题时系统将限制部分功能的使用，而现场控制器(51)本身的系统存在故障时数据记录仪DRU(53)也能记录。
3、通讯方式
鉴于船舶的运营模式，现场选择卫星宽带和普通无线网络两种通讯方式，考虑到成本问题，以普通无线网络为主，在条件允许的时候或紧急情况下采用卫星宽带传输数据。数据记录仪DRU(53)同时连接卫星宽带设备(54)和无线通信设备(55)，一般情况下默认从无线通信设备(55)与云端服务器(58)进行交互，此过程一般当船舶靠岸或靠港时方可连接成功；当在触摸屏(52)上点击“允许卫星通讯”时，系统自动优先检测卫星宽带设备(54)的连接状态，确认良好后从该设备与云端服务器(58)进行交互，这样在全球都能连接成功。
4、管理平台
云端服务器(58)采用多服务器同步热备的形式，建立B/S架构与C/S架构相结合的管理平台，其中B/S架构主要用于电脑等终端的访问，C/S架构在服务端基础上建立app客户端软件用于手机、PAD等移动终端的访问。
管理平台通过访问不同的前端IP地址，将所有前端系统集中在一起管控，通过两种网络从前端数据记录仪DRU(53)读取数据并存入云端服务器(58)内部的数据库，再从数据库提取数据架设B/S的WEB平台和C/S的客户端通讯底层软件，无论从WEB访问还是客户端访问，最终在用户可访问的界面上均展现前端系统的如位置信息、在线情况、运行状态、报警记录、操作记录以及一些重要系统参数等数据，以便远程管理或维护。
管理平台加入权限管理，普通用户只能访问本公司船舶信息，只有维护人员方可全部访问并进行一些维护操作。
管理平台在录入初始数据时，将会在前端安装现场拍摄全景图像以便日后维护，此图像与船舶信息一并纳入基础信息的管理。系统为维护人员开放维护操作界面，可为根据不同地址远程操作部分元器件的重启和设置等，也可远程检测现场的一些可能故障点信息。
管理平台将内部功能和外部接口模块化，形成了软件接口的SDK开发包，大大方便了二次扩展开发，可纳入船舶其他系统，形成整体的船舶综合管理系统。
Claims (6)
1.一种开放的物理式压载水管理系统，包括压载泵、滤器、EPT单元、高压反冲洗泵、排污泵、滤器旋转电机、CIP储罐、CIP循环泵、现场控制装置，其特征在于：还包括至少14个气动阀，所述气动阀编号分别为1#阀、2#阀、3#阀、5#阀、6#阀、8#阀、9#阀、10#阀、11#阀、13#阀、C1#阀、C2#阀、C3#阀、C4#阀，所述现场控制装置通过控制线分别连接压载泵、高压反冲洗水泵、排污泵、CIP循环泵、滤器旋转电机、紫外灯、EPT单元以及1#阀、2#阀、3#阀、5#阀、6#阀、8#阀、9#阀、10#阀、11#阀、13#阀、C1#阀、C2#阀、C3#阀、C4#阀，所述压载泵与滤器通过管道连接，所述滤器与EPT单元通过管道连接，所述CIP储罐与CIP循环泵通过管道连接。
2.如权利要求1所述一种开放的物理式压载水管理系统，其特征在于所述EPT单元还包括紫外灯、超声波发生器和光强传感器，所述超声波发生器通过信号分别与紫外灯和光强传感器连接，所述现场控制装置包括现场控制器、前压力传感器、后压力传感器、流量计、触摸屏、光强传感器、数据记录仪DRU、卫星宽带设备、无线通信设备、卫星接收网络、地面基站网络、云端服务器和远程监控端，所述现场控制器通过信号线分别连接前压力传感器、后压力传感器、流量计、光强传感器，所述触摸屏通过proufibus-DP通讯线连接现场控制器，所述数据记录仪DRU通过网线连接现场控制器，所述数据记录仪DRU通过网线分别跟卫星宽带设备和无线通信设备相连，所述卫星宽带设备通过电磁波经过卫星后通过地面的卫星接收网络将数据传送给云端服务器，所述无线通信设备则直接无线连接地面基站将数据传送给云端服务器，所述云端服务器可通过各种有线或无线网络与远程监控端相连。
3.如权利要求1和2所述一种开放的物理式压载水管理系统，其特征在于所述前压力传感器安装在压载泵和2#阀中间位置，所述后压力传感器安装在5#阀的出口管道位置。
4.如权利要求1和2所述一种开放的物理式压载水管理系统，其特征在于所述流量计安装在9#阀和5#阀的汇流出口位置。
5.一种开放的物理式压载水管理系统工艺处理方法，其特征在于包含如下步骤：压载泵从船舶的海底门经1#阀将海水沿管道输送上来，沿管道经2#阀输送至滤器，滤器出口沿管道经3#阀将过滤后的水送至EPT单元，EPT单元通过其内部紫外灯、超声波发生器和光强传感器的共同作用处理过滤后的海水，过滤后海水通过5#阀的排出EPT单元，海水沿管道经6#阀排至舷外，或沿管道经8#阀输送至压载舱。前压力传感器之后2#阀之前分流管路经9#阀汇合至5#阀出口处作为旁通。压载舱的海水可沿管道经10#阀送回至压载泵。滤器出口引支管经高压反冲洗泵将高压净水逆向回冲进滤器进行冲洗，冲洗水进入滤器沿排出管道经11#阀和13#阀汇流后通过排污泵排出。滤器旋转电机安装与滤器以驱动其内部滤器结构旋转。EPT单元通过CIP循环泵输入和排出弱酸清洗液。CIP储罐储存和调配弱酸清洗液，沿管道依次经C1#阀、CIP循环泵、C2#阀输入EPT单元。EPT单元设置CIP排出口经C3#阀、CIP循环泵、C3#阀将清洗后的弱酸清洗液送回CIP储罐。
6.一种开放的物理式压载水管理系统自动清洗方法，其特征在于当紫外光强效果下降时，系统自动打开C1#阀和C2#阀，然后开启CIP循环泵往EPT单元输入清洗溶液，当液位满后自动关闭上述泵和阀门。静置1min后，系统自动打开C3#阀和C2#阀，并开启CIP循环泵将EPT单元内部溶液上下循环流动，持续25min后关闭上述泵和阀门。再次延时1min后，系统自动打开C3#阀和C4阀，开启CIP循环泵将EPT单元内部溶液排放回CIP储罐，排尽后关闭上述泵和阀门。
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Denomination of invention: An open physical ballast water management system Effective date of registration: 20210111 Granted publication date: 20190419 Pledgee: Nantong Jiangsu rural commercial bank Limited by Share Ltd. Pledgor: Easy automation technology, Limited by Share Ltd. Registration number: Y2021980000244 |
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