CN110789702A

CN110789702A - 船舶海水冷却变频系统前馈控制方法及装置

Info

Publication number: CN110789702A
Application number: CN201911109569.0A
Authority: CN
Inventors: 陆利平; 李俊; 黄信男; 王成
Original assignee: Shanghai Merchant Ship Design and Research Institute of CSSC No 604 Research Institute
Current assignee: Shanghai Merchant Ship Design and Research Institute of CSSC No 604 Research Institute
Priority date: 2019-11-12
Filing date: 2019-11-12
Publication date: 2020-02-14

Abstract

本发明提供了一种船舶海水冷却变频系统前馈控制方法及装置，涉及海水冷却变频系统的技术领域，方法包括获取中央冷却器水进口温度；根据所述水进口温度得到预设采样时间间隔内的水进口温度变化；当水进口温度变化超过预设温度变化阈值时，计算当前时刻所需的海水流量；控制海水变频系统调节海水泵流量，以使海水泵流量达到当前时刻所需的海水流量。本发明能够在船舶系统热负荷突然大幅波动或者海水温度突然大幅波动时提前进行预判，从而实现系统的主动调节，确保船舶的安全运行。

Description

船舶海水冷却变频系统前馈控制方法及装置

技术领域

本发明涉及海水冷却变频系统技术领域，尤其是涉及一种船舶海水冷却变频系统前馈控制方法及装置。

背景技术

目前，船舶海水冷却变频系统多是被动调节，即当中央冷却器淡水出口温度偏离控制系统的设定值时，变频器调节海水泵转速增加或降低，使得中央冷却器淡水出口温度回归到设定值；被动调节方式在船舶热负荷变化幅度较大时，或海水温度变化幅度较大时会出现一定程度的调节滞后，会影响船舶系统的安全运行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种船舶海水冷却变频系统前馈控制方法及装置，能够在船舶系统热负荷突然大幅波动或者海水温度突然大幅波动时提前进行预判，从而实现系统的主动调节，确保船舶的安全运行。

第一方面，实施例提供一种船舶海水冷却变频系统前馈控制方法，包括：

获取中央冷却器水进口温度；根据所述水进口温度得到预设采样时间间隔内的水进口温度变化；

当水进口温度变化超过预设温度变化阈值时，计算当前时刻所需的海水流量；

控制海水变频系统调节海水泵流量，以使海水泵流量达到当前时刻所需的海水流量。

在可选的实施方式中，所述水进口温度包括淡水进口温度，当水进口温度变化超过预设温度变化阈值时，计算当前时刻所需的海水流量的步骤包括：

当淡水进口温度变化超过预设第一温度变化阈值时，计算当前时刻所需的海水流量。

在可选的实施方式中，所述水进口温度包括海水进口温度，当水进口温度变化超过预设温度变化阈值时，计算当前时刻所需的海水流量的步骤包括：

当海水进口温度变化超过预设第二温度变化阈值时，计算当前时刻所需的海水流量。

在可选的实施方式中，控制海水变频系统调节海水泵流量，以使海水泵流量达到当前时刻所需的海水流量的步骤包括：

获取当前的海水流量；

根据下式计算当前时刻所需的海水流量：

上式中，Tf1为中央冷却器淡水出口温度，Tf2为中央冷却器淡水进口温度，Qf为淡水流量，Ts1为中央冷却器海水出口温度，Ts2为中央冷却器海水进口温度，Qs为海水流量，Cs为海水比热；Cf为淡水比热；

根据当前的海水流量和当前时刻所需的海水流量，调节海水泵的转速，以使得当前海水流量达到当前时刻所需的海水流量。

第二方面，实施例提供一种船舶海水冷却变频系统前馈控制装置，包括：

水进口温度采集模块，用于获取中央冷却器水进口温度；根据所述水进口温度得到预设采样时间间隔内的水进口温度变化；

海水流量计算模块，用于当水进口温度变化超过预设温度变化阈值时，计算当前时刻所需的海水流量；

海水泵流量调节模块，用于控制海水变频系统调节海水泵流量，以使海水泵流量达到当前时刻所需的海水流量。

在可选的实施方式中，所述水进口温度包括淡水进口温度；海水流量计算模块包括：

第一海水泵流量调节模块，用于当淡水进口温度变化超过预设第一温度变化阈值时，计算当前时刻所需的海水流量。

在可选的实施方式中，所述水进口温度包括海水进口温度；海水流量计算模块包括：包括：

第二海水泵流量调节模块，用于当海水进口温度变化超过预设第二温度变化阈值时，计算当前时刻所需的海水流量。

在可选的实施方式中，海水泵流量调节模块包括：

获取模块，用于获取当前的海水流量；

计算模块，用于根据下式计算当前时刻所需的海水流量：

调节模块，用于根据当前的海水流量和当前时刻所需的海水流量，调节海水泵的转速，以使得当前海水流量达到当前时刻所需的海水流量。

第三方面，实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述前述实施方式任一项所述的方法的步骤。

第四方面，实施例提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，所述程序代码使所述处理器执行所述前述实施方式任一项所述方法。

本发明提供的船舶海水冷却变频系统前馈控制方法及装置，在船舶系统热负荷突然大幅波动或者海水温度突然大幅波动时，通过获取中央冷却器水进口温度；根据所述水进口温度得到预设采样时间间隔内的水进口温度变化，并在水进口温度变化超过预设温度变化阈值时，计算当前时刻所需的海水流量；从而实现了提前进行预判，从而能够控制海水变频系统调节海水泵流量，以使海水泵流量达到当前时刻所需的海水流量；从而实现了船舶海水冷却变频系统的主动调节，从而提高了船舶的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的海水冷却变频系统控制方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的海水冷却变频系统原理图；

图3为本发明实施例提供的海水冷却变频系统控制装置的系统原理图；

图4为本发明实施例提供的电子设备的系统原理图。

图标：21-中央冷却器；22-淡水进口温度传感器；23-淡水进口流量传感器；24-淡水出口温度传感器；25-海水进口温度传感器；26-海水进口流量传感器；27-海水出口温度传感器；31-水进口温度采集模块；32-海水流量计算模块；33-海水泵流量调节模块；400-电子设备；401-通信接口；402-处理器；403-存储器；404-总线。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

目前，海水变频冷却系统在船舶上的应用越来越普遍，装有海水变频冷却系统的船舶，当海水温度降低或者船舶热负荷降低时，海水泵能够以较低的转速运行，从而降低马达功率，以达到节能减排的目的。当船舶热负荷降低时，会使得中央冷却器淡水出口温度下降，偏离预先设定的目标值，此时，海水变频系统开始动作，降低频率，海水泵转速降低，引起海水流量降低，使得中央冷却器淡水出口温度升高并回归至目标值。但不论船舶热负荷变化，还是海水温度变化，目前的技术都是等中央冷却器淡水出口温度偏离设定值之后，海水变频系统才开始动作，将淡水出口温度拉回到目标设定值，出现了调节滞后，这种被动调节方式影响船舶系统的安全运行。

基于此，本发明提供一种船舶海水冷却变频系统前馈控制方法及装置，能够实现海水冷却变频系统的主动调节，当船舶系统热负荷突然大幅波动或者海水温度突然大幅波动时，系统可以提前预判，并提前调节海水泵转速，即实现海水变频冷却系统的主动调节，保证船舶设备的安全运行。

参照图1，一种船舶海水冷却变频系统前馈控制方法，包括：

S110：获取中央冷却器21水进口温度；根据所述水进口温度得到预设采样时间间隔内的水进口温度变化；

S120：当水进口温度变化超过预设温度变化阈值时，计算当前时刻所需的海水流量；

S130：控制海水变频系统调节海水泵流量，以使海水泵流量达到当前时刻所需的海水流量。

具体地，船舶中央冷却变频系统为最重要的船舶辅助设备之一，用于向船舶热负荷提供冷却水。船舶中央冷却变频系统主要包括海水泵、淡水泵、中央冷却器21和PLC控制模块。海水泵输送的海水与淡水泵输送的淡水在中央冷却器21进行热交换。

如图2所示，中央冷却器21设有淡水出口温度传感器24，淡水进口温度传感器22，淡水进口流量传感器23，海水进口温度传感器25，海水出口温度传感器27，海水进口流量传感器26；具体实施时，还设有淡水出口温度传感器24和海水出口温度传感器27。

本实施例中水进口温度包括海水进口温度和淡水进口温度，海水进口温度通过图2中的海水进口温度传感器25检测，淡水进口温度通过图2中的淡水进口温度传感器22检测。

其中，还根据下式计算当前时刻所需的海水流量：

上式中，Tf1为淡水出口温度，Tf2为淡水进口温度，Qf为淡水流量，Ts1为海水出口温度，Ts2为海水进口温度，Qs为海水流量，Cs为海水比热；Cf为淡水比热。

通过上式得到Qs(当前时刻所需的海水流量)，再将Qs与当前的海水流量Qs’相比较，根据比较的结果调节海水泵的转速，使得Qs’与Qs相等。

淡水出口温度Tf1通过淡水出口温度传感器24获得，淡水流量Qf通过淡水进口流量传感器23获得，海水流量Qs通过海水进口流量传感器26获得；海水出口温度Ts1通过海水出口温度传感器27获得。

获取中央冷却器21水进口温度；根据所述水进口温度得到预设采样时间间隔内的水进口温度变化。优选地，可以通过获取当前时刻中央冷却器21淡水进口温度Tf2，与上一采样时间间隔内的淡水进口温度Tf2'，Tf2-Tf2'的绝对值大于△Tf时，表明船舶热负荷变化幅度较大，进行下一步的操作，以启动本实施例的前馈控制。

优选地，还可以通过获取当前时刻中央冷却器21海水进口温度Ts2，与上一采样时间间隔内的海水进口温度Ts2'，Ts2-Ts2'的绝对值大于△Ts时，表明海水温度变化幅度较大，进行下一步的操作，以启动本实施例的前馈控制。

本实施例通过判断中央冷却器21水进口温度变化幅度来判断系统的热负荷变化及海水温度变化，即通过判断淡水进口温度变化幅度判断系统热负荷变化幅度，通过中央冷却器21海水进口温度变化判断海水温度变化幅度。然后，在水进口温度变化超过预设温度变化阈值时，也就是说当热负荷变化幅度较大或海水温度变化幅度较大时，计算当前时刻所需的海水流量；从而能够控制海水变频系统调节海水泵流量，以使海水泵流量达到当前时刻所需的海水流量；本实施例实现了提前进行预判，热负荷变化幅度较大或海水温度变化幅度较大时调节滞后的问题，实现了船舶海水冷却变频系统的主动调节，大大提高了船舶的安全性。

可选地，所述水进口温度包括淡水进口温度，步骤S120包括：

具体地，步骤S110获取中央冷却器21的淡水进口温度变化，当Tf2-Tf2'的绝对值大于△Tf时，表明船舶热负荷变化幅度较大。

此时，有两种情况。第一种情况是，当船舶热负荷突然大幅增加时，系统启动前馈控制，当前时刻所需要的海水流量

实际的海水流量为Qs'，海水变频系统的PLC控制模块控制海水泵转速升高，使海水泵流量快速从Qs'达到Qs，保证系统安全运行。之后，前馈控制功能退出，系统由海水变频冷却系统控制运行。

当船舶热负荷突然大幅降低时，系统启动前馈控制，当前时刻所需要的海水流量

实际的海水流量为Qs'，海水变频系统的PLC控制模块控制海水泵转速降低，使海水泵流量快速从Qs'达到Qs，保证系统安全运行。之后，前馈控制功能退出，系统由海水变频冷却系统控制运行。

可选地，所述水进口温度包括海水进口温度，步骤S120包括：

具体地，通过步骤S110获取中央冷却器21的海水进口温度变化，当Ts2-Ts2'的绝对值大于△Ts时，表明海水温度变化幅度较大。

此时，也存在两种情况，当海水温度突然大幅升高时，系统启动前馈控制，当前时刻所需的海水流量

当海水温度突然大幅降低时，系统启动前馈控制，当前时刻所需的海水流量

本发明与现有技术相比，在船舶热负荷或海水温度发生大幅变化时，根据传感器反馈的温度与流量，计算得到船舶热负荷或海水温度变化后所需要的海水流量，这样可以使得海水变频冷却系统提前调节频率，以满足系统所需要的热交换，即实现了前馈控制，与现有技术相比，安全性更高。

本实施例根据能量守恒的原则得到系统所需的海水流量，包含但不限于上述所述的公式，温度与流量传感器的安装位置包含但不限于图中所示位置。

如图3所示，一种船舶海水冷却变频系统前馈控制装置，包括：

水进口温度采集模块31，用于获取中央冷却器21水进口温度；根据所述水进口温度得到预设采样时间间隔内的水进口温度变化；

海水流量计算模块32，用于当水进口温度变化超过预设温度变化阈值时，计算当前时刻所需的海水流量；

海水泵流量调节模块33，用于控制海水变频系统调节海水泵流量，以使海水泵流量达到当前时刻所需的海水流量。

可选地，所述水进口温度包括淡水进口温度；海水流量计算模块32包括：

可选地，所述水进口温度包括海水进口温度；海水流量计算模块32包括：包括：

具体地，水进口温度采集模块31包括：

淡水进口温度采集模块，用于当船舶热负荷变化超过第一阈值时，获取中央冷却器21的淡水进口温度变化。

海水进口温度采集模块，用于当海水温度变化超过第二阈值时，获取中央冷却器21的淡水进口温度变化。

可选地，海水泵流量调节模块包括：

获取模块，用于获取当前的海水流量；

计算模块，用于根据下式计算当前时刻所需的海水流量：

本实施例采用前馈控制的理念，通过判断淡水进口温度的变化幅度来判断系统热负荷的变化，变化值超过设定值即认为负荷变化过大；利用能量守恒计算系统所需要的海水流量，由此，变频系统可以实现精确控制。

参见图4，本发明实施例还提供一种设备，本发明实施例还提供了一种电子设备400，包括通信接口401、处理器402、存储器403以及总线404，处理器402、通信接口401和存储器403通过总线404连接；上述存储器403用于存储支持处理器402执行上述船舶海水冷却变频系统控制方法的计算机程序，上述处理器402被配置为用于执行该存储器403中存储的程序。

可选地，本发明实施例还提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，程序代码使处理器执行如上述实施例中的船舶海水冷却变频系统控制方法。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种船舶海水冷却变频系统前馈控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述水进口温度包括淡水进口温度，当水进口温度变化超过预设温度变化阈值时，计算当前时刻所需的海水流量的步骤包括：

3.根据权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，所述水进口温度包括海水进口温度，当水进口温度变化超过预设温度变化阈值时，计算当前时刻所需的海水流量的步骤包括：

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，控制海水变频系统调节海水泵流量，以使海水泵流量达到当前时刻所需的海水流量的步骤包括：

获取当前的海水流量；

根据下式计算当前时刻所需的海水流量：

5.一种船舶海水冷却变频系统前馈控制装置，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，所述水进口温度包括淡水进口温度；海水流量计算模块包括：

7.根据权利要求5或6所述的控制装置，其特征在于，所述水进口温度包括海水进口温度；海水流量计算模块包括：包括：

8.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，海水泵流量调节模块包括：

获取模块，用于获取当前的海水流量；

计算模块，用于根据下式计算当前时刻所需的海水流量：

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至4任一项所述的方法的步骤。

10.一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其特征在于，所述程序代码使所述处理器执行所述权利要求1至4任一项所述方法。