CN110007642B - 船舶废气清洗大流量海水泵组自动化控制方法 - Google Patents

船舶废气清洗大流量海水泵组自动化控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了船舶废气清洗大流量海水泵组自动化控制方法，包括准备工作、空间加热器、自吸装置、泵浦控制和流量控制，准备工作主要包括两个步骤，首先对管路和阀件进行检查，其次再接通两路电源，空间加热器首先打到开位置，空间加热器开始运行，泵运行时自动切断，本发明涉及船舶废气清洗大流量海水泵组自动化控制方法，根据主机状态，自动变频调节泵电机的频率，从而减少电功率的使用，有效地节省电能源；采用多段PI算法自动调节，确保每个阶段的流量都能快速、精确响应；自动判断控制，避免某台泵一直长时间运行，而另一台泵很少使用，确保整个系统的无故障时间；在流量计故障时，自动跟踪流量调整，免去人工操作。

Description

船舶废气清洗大流量海水泵组自动化控制方法
技术领域
本发明属于船舶废气技术领域，具体为船舶废气清洗大流量海水泵组自动化控制方法。
背景技术
国际海事组织(IMO)，根据全球海域船舶限硫规定MEPC.259(68)决议，从2020年1月1日开始，全球航行船舶只能使用硫含量不超过0.5％的燃油，目前，减少船舶硫氧化物排放的有效方法之一是安装废气清洗系统(EGCS)进行处理，无论脱硫过程中采用加脱硫剂还是直接使用海水，水泵在整个系统中都是至关重要的，船舶主机在不同的运转状态产生不同量的尾气，即处理船舶尾气需要的水量亦不同，本控制系统可根据水的需求量自动启动海水泵并自动调节水泵电机频率，提供适量的水来处理船舶尾气，达到与使用低硫油等效的减排效果。
目前通常通过调节分流三通阀的开度来控制进入脱硫塔的海水量，可以有效地处理尾气，但是，泵一直处于最大运转状态，需要消耗较多的电能源。
因为船舶主机状态一直变化，处理尾气所需水流量变化范围也比较大，单组PID算法在某个较小的范围区间能够快速稳定精确地控制，但在大流量泵变频调节流量时，不能保证流量30-100％之间变化都能快速、精确响应。
对废气清洗(EGC)系统连续运行的泵要求冗余配置，一般会人工选择启动哪台泵或者自动启动默认的主泵，运行的泵出现故障时自动切换到另外一台泵，人工选择时需要人工判断，人为因素比较多；默认启动主泵会导致主泵基本处于运行状态，磨损及出现故障的概率比较大，而另一台泵不能发挥应有的功能。
流量计出现故障时，因为没有流量反馈信号，三通阀不能自动调节，只能人工调整三通阀来保障废气清洗系统(EGCS)的工作，主机运转状态变化时需及时调整三通阀，工作比较繁琐。
发明内容：
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供船舶废气清洗大流量海水泵组自动化控制方法。
为了解决上述问题，本发明提供了一种技术方案：
船舶废气清洗大流量海水泵组自动化控制方法，包括准备工作、空间加热器、自吸装置、泵浦控制和流量控制。
作为优选，准备工作主要包括两个步骤，首先对管路和阀件进行检查，其次再接通两路电源。
作为优选，空间加热器首先打到开位置，空间加热器开始运行，泵运行时自动切断。
作为优选，自吸装置是在启动泵之前首先启动的，延时再启动泵(时间根据自吸效果确定)；当达到压力时，自吸装置停止工作。
作为优选，泵浦控制包括手动控制、自动控制和紧急停止；
4.1、手动控制时存在以下四种情况：
4.1.1、选择手动位置，按下泵1启动按钮，手动启动泵1，按下泵1停止按钮，泵1停止工作；
4.1.2、选择手动位置，按下泵2启动按钮，手动启动泵2，按下泵2停止按钮，泵2停止工作；
4.1.3、选择手动位置，在遥控按钮盒上，按下泵1启动按钮，手动启动泵1，按下泵1停止按钮，泵1停止工作；
4.1.4、选择手动位置，在遥控按钮盒上，按下泵2启动按钮，手动启动泵2，按下泵2停止按钮，泵2停止工作；
4.1.5、手动控制时，电机将以固定频率运行；
4.2、自动控制时存在以下三种情况：
4.2.1、收到流量设定信号时，泵根据累计运行时间自动启功；
4.2.2、主泵故障时，会自动切换到备泵运行，同时有切换报警；
4.2.3、泵累计运行超过设定时间时，继续运行，停止后再次启动时，自动启动另一台泵。
4.3、紧急停止存在以下三种情况：
4.3.1、接受到外部停止信号时，泵停止运行；
4.3.2、泵1运行时，按下泵1急停，泵1停止运行，自动状态时，自动切换到泵2运行；
4.3.3、泵2运行时，按下泵2急停，泵2停止运行，自动状态时，自动切换到泵1运行。
作为优选，流量控制包括自动控制和流量计故障两种情况；
5.1、自动控制收到流量设定信号时，根据设定流量，自动调节电机转速以达到目标流量；
5.2、流量计故障时，转为开环控制，电机转速按预设曲线运行，以接近目标流量。
本发明的有益效果是：本发明涉及船舶废气清洗大流量海水泵组自动化控制方法，具有以下四个优点：
根据主机状态，自动变频调节泵电机的频率，从而减少电功率的使用，有效地节省电能源；
采用多段PI算法自动调节，确保每个阶段的流量都能快速、精确响应；
自动判断控制，避免某台泵一直长时间运行，而另一台泵很少使用，确保整个系统的无故障时间；
在流量计故障时，自动跟踪流量调整，免去人工操作。
附图说明：
为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。
图1为本发明的操作流程示意图；
图2为本发明的通讯工艺示意图。
具体实施方式：
如图1-2所示，本具体实施方式采用以下技术方案：
船舶废气清洗大流量海水泵组自动化控制方法，包括准备工作、空间加热器、自吸装置、泵浦控制和流量控制。
其中，准备工作主要包括两个步骤，首先对管路和阀件进行检查，其次再接通两路电源。
其中，空间加热器首先打到开位置，空间加热器开始运行，泵运行时自动切断。
其中，自吸装置是在启动泵之前首先启动的，延时再启动泵(时间根据自吸效果确定)；当达到压力时，自吸装置停止工作。
其中，泵浦控制包括手动控制、自动控制和紧急停止；
4.1、手动控制时存在以下四种情况：
4.1.1、选择手动位置，按下泵1启动按钮，手动启动泵1，按下泵1停止按钮，泵1停止工作；
4.1.2、选择手动位置，按下泵2启动按钮，手动启动泵2，按下泵2停止按钮，泵2停止工作；
4.1.3、选择手动位置，在遥控按钮盒上，按下泵1启动按钮，手动启动泵1，按下泵1停止按钮，泵1停止工作；
4.1.4、选择手动位置，在遥控按钮盒上，按下泵2启动按钮，手动启动泵2，按下泵2停止按钮，泵2停止工作；
4.1.5、手动控制时，电机将以固定频率运行；
4.2、自动控制时存在以下三种情况：
4.2.1、收到流量设定信号时，泵根据累计运行时间自动启功；
4.2.2、主泵故障时，会自动切换到备泵运行，同时有切换报警；
4.2.3、泵累计运行超过设定时间时，继续运行，停止后再次启动时，自动启动另一台泵；
4.3、紧急停止存在以下三种情况：
4.3.1、接受到外部停止信号时，泵停止运行；
4.3.2、泵1运行时，按下泵1急停，泵1停止运行，自动状态时，自动切换到泵2运行；
4.3.3、泵2运行时，按下泵2急停，泵2停止运行，自动状态时，自动切换到泵1运行。
其中，流量控制包括自动控制和流量计故障两种情况；
5.1、自动控制收到流量设定信号时，根据设定流量，自动调节电机转速以达到目标流量；
5.2、流量计故障时，转为开环控制，电机转速按预设曲线运行，以接近目标流量。
工作原理：EGCS控制系统根据主机运行状态，通过PROFIBUS-DP通讯发送需求流量信号给本控制系统，本控制系统接收信号，根据所有泵的状态(如有无故障、是否准备就绪等)及累积运行时间自动启动运行时间较少的泵，为确保启动水泵时有较好的吸水效果，在泵上安装了自吸装置，启动泵之前先启动自吸装置，达到预先设置压力再启动水泵，并自动停止自吸装置，为了保证系统稳定运行，泵在运行过程中若无故障需持续运行，若出现故障自动切换到备用泵，并发出报警，事先根据目标流量、泵的吸口压力、泵后各个阀的状态预先设定多条PI算法参数，系统运行时，根据实时状态确定选择哪条PI算法来控制变频器的频率，确保在每种状态都能快速、精确的控制，根据目标流量、泵的吸口压力、泵后各个阀的状态以及实际流量来预设流量和频率对应曲线来建立数据库，一旦检测到流量发生故障时，由原来的多段PI闭环控制自动转换到开环控制，控制的量根据实际状态调用数据库中对应的数据，控制变频器运转，从而保障流量能够自动跟踪，脱硫系统中有两路预喷淋管路和两路喷淋管路并在管路中安装压力传感器和电动阀门，在系统运行时实时监测管路压力并自动调整阀门来确保喷淋效果，本控制系统通过PROFIBUS-DP通讯实时反馈泵的运行、泵的故障、实时流量、流量计故障等信号至EGCS控制系统。同时变频器将实时电流、频率、转速等信号通过PROFIBUS-DP通讯发送给EGCS控制系统。
安装流量在本系统中有较为重要的作用，安装时需要注意以下要求：
1、最好将传感器安装在上升管道中，并确保与下一管道有足够的距离，离弯头高度≥2×DN；
2、安装在落水管内在长度h≥5m的下行管道中安装一个虹吸管，在传感器下游安装一个排气阀。这种预防措施是为了避免低压及由此带来的损坏风险测量管；
3、安装在部分填充的管道中带有梯度的部分填充管道需要排水式结构；
4、保证传感器前直管≥5×DN，传感器后直管≥2×DN。
社会贡献：
船用电源都是由柴油发电机组提供的，本控制系统根据实时工况，变频控制泵的运行，减少电功率的使用，减少了柴油发电机组负荷，降低了燃油的消耗，同时减少了废气的排放，本控制系统均衡了各台泵的使用频率，降低了故障率，同时提高了整个系统的可靠性，根据实时工况能够自动转换PI算法，控制精确稳定，响应速度快，流量计故障时，无需人工值守，大大减轻了人工工作量。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.船舶废气清洗大流量海水泵组自动化控制方法，其特征在于，包括准备工作、空间加热器、自吸装置、泵浦控制和流量控制；
准备工作主要包括两个步骤，首先对管路和阀件进行检查，其次再接通两路电源，空间加热器首先打到开位置，空间加热器开始运行，泵运行时自动切断，自吸装置是在启动泵之前首先启动的，延时再启动泵；当达到压力时，自吸装置停止工作；
泵浦控制包括手动控制、自动控制和紧急停止；
5.1、手动控制时存在以下两种情况，且手动控制时，电机将以固定频率运行：
5.1.1、选择手动位置，按下泵1 启动按钮，手动启动泵1，按下泵1 停止按钮，泵1 停止工作；
5.1.2、选择手动位置，按下泵2 启动按钮，手动启动泵2，按下泵2 停止按钮，泵2 停止工作；
5.2、自动控制时存在以下三种情况：
5.2.1、收到流量设定信号时，泵根据累计运行时间自动启功；
5.2.2、主泵故障时，会自动切换到备泵运行，同时有切换报警；
5.2.3、泵累计运行超过设定时间时，继续运行，停止后再次启动时，自动启动另一台泵；
5.3、紧急停止存在以下三种情况：
5.3.1、接收到外部停止信号时，泵停止运行；
5.3.2、泵1 运行时，按下泵1 急停，泵1 停止运行，自动状态时，自动切换到泵2 运行；
5.3.3、泵2 运行时，按下泵2 急停，泵2 停止运行，自动状态时，自动切换到泵1 运行；
流量控制包括自动控制和流量计故障两种情况；
6.1、自动控制收到流量设定信号时，根据设定流量，自动调节电机转速以达到目标流量，事先根据目标流量、泵的吸口压力、泵后各个阀的状态预先设定多条PI 算法参数，系统运行时，根据实时状态确定选择哪条PI 算法来控制变频器的频率；
6.2、流量计故障时，转为开环控制，电机转速按预设曲线运行，以接近目标流量。
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