CN114019893A - 一种船舶用电驱动舷侧阀控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种船舶用电驱动舷侧阀控制系统，采用电驱动的方式，通过监控装置电能输出控制阀件中电机转向，驱动阀件开启及快速关闭，保证船舶、潜器的安全性及可靠性。电驱动控制取消了繁杂的液压机构与管路，简化了能量流通环节，不仅简化了舷侧阀控制系统的结构，还大大提高了能量利用率。监控装置采用远程电操、本地电操、分系统电操的三级控制策略，在保证全船安全性的前提下，极大的改善了系统的可操性。本发明采用简单的结构确保了高安全性及可靠性，同时具备高效率、易操作的优点。

Description

一种船舶用电驱动舷侧阀控制系统
技术领域
本发明属于电动阀驱动及控制技术领域，具体涉及一种船舶用电驱动舷侧阀控制系统。
背景技术
目前，船舶、潜器通海系统的舷侧通道多为手动控制阀。随着技术的发展，船舶自动化程度越来越高，与全船安全性息息相关的通海阀也逐步从手动控制阀改良为液压驱动阀。液压驱动阀的出现减小了船舶舷侧通道阀门的关闭时间，提高了船舶安全性。但是，由于液压机构、送油管路的增加，使得舷侧阀控制系统变得十分繁重复杂，舷侧通道自动控制的前提需保证油压正常，可靠性也有一定的影响。从能量传递的角度来看，液压机构需将电能转化为液压泵的机械能，泵带动油压从而控制阀门启闭。经过多次的能量转换，其能量利用率大大降低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种船舶用电驱动舷侧阀控制系统，用于简化阀门的能量转换环节。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种船舶用电驱动舷侧阀控制系统，包括若干个舷侧阀、现场电控箱、遥控组件；现场电控箱分别通过硬接线、控制反馈线连接舷侧阀，用于单独控制各个舷侧阀的开启、关闭、运转，或一键关闭所有舷侧阀；现场电控箱通过CAN通信线连接舷侧阀，用于接收舷侧阀的状态信号；遥控组件分别通过硬接线、控制反馈线连接现场电控箱，用于通过现场电控箱驱动舷侧阀实现远程一键关闭舷侧阀，并在所有舷侧阀关到位后发出光报警；现场电控箱包括电源转换模块、控制驱动模块、状态监测通信模块；电源转换模块包括依次连接的滤波器、DC-DC电源模块、电源隔离模块，还包括与DC-DC电源模块共同并联在滤波器的输出端的接触器模块；电源转换模块的输入端连接两路外接的高压直流电源；电源隔离模块的低压直流输出端分别连接控制驱动模块、状态监测通信模块的电源端用于提供低压直流电源；电源隔离模块的低压直流输出端还连接接触器模块的受控端用于主/备切换两路输出给舷侧阀的高压直流电源；电源隔离模块用于物理隔离舷侧阀驱动电源与舷侧阀控制信号；接触器模块的高压直流输出端连接舷侧阀的电源端用于提供高压直流电源；控制驱动模块用于控制舷侧阀的开启或闭合；状态监测通信模块用于监测并反馈舷侧阀状态、指示灯动作及数据通信；控制驱动模块和状态监测通信模块分别通过光电隔离模块与外部设备连接。
按上述方案，还包括通讯装置；现场电控箱通过CAN通信线连接通讯装置，用于通过通讯装置实时向上位机反馈舷侧阀的控制及状态信号，实现信息集中显示及存储。
按上述方案，还包括集控装置；现场电控箱分别通过硬接线、控制反馈线连接集控装置，集控装置用于通过现场电控箱控制舷侧阀的开启、关闭，并接收舷侧阀的状态信息；按控制优先级从高到低排序依次为通过遥控组件实现的远程电操、通过现场电控箱实现的本地电操、通过集控装置实现的分系统电操；同一控制优先级的关控制优先于开控制。
进一步的，集控装置包括浮力调整集控装置、柴油机集控装置、显示集控装置；显示集控装置用于显示和存储舷侧阀的状态信息及动作信息。
按上述方案，还包括串联在每一路舷侧阀的供电线路的熔断器，用于隔离单个舷侧阀的控制驱动模块的短路故障；还包括串联在供电主干线路上的断路器，用于实现供电线路的配电、保护功能。
按上述方案，电源转换模块输入与输出的高压直流电源为350V～640V直流幅压供电；电源转换模块输出的低压直流电源为24V直流电源；舷侧阀的动作时间为3s～5s。
本发明的有益效果为：
1.本发明的一种船舶用电驱动舷侧阀控制系统，取消了繁杂的液压机构与管路，简化了能量流通环节，提高了能量利用率，实现了简化阀门的能量转换环节的功能。
2.本发明适用于船舶、潜器阀门驱动及控制系统；通过电驱动的方式，通过监控装置电能输出控制阀件中电机转向、驱动阀件开启及快速关闭，保证了船舶、潜器的安全性及可靠性；驱动模块采用分级保护策略，确保了阀件供电的安全性，减小了局部故障对系统的影响，提升了系统安全性；具有操作快速，可自动控制，实现了紧急情况下的一键快速关阀功能；相比于液压控制阀，电驱动阀简化了驱动机构，减小了系统成本，提高了可靠性。
3.本发明的监控装置采用远程电操、本地电操、分系统电操的三级控制策略，在保证全船安全性的前提下，紧跟船舶电气自动化程度提升的趋势，最大程度上保证了各分系统的控制权限，充分考虑到了船员的操作需求，提高了舷侧阀系统的可操作性。
附图说明
图1是本发明实施例的系统架构图。
图2是本发明实施例的控制优先级示意图。
图3是本发明实施例的监控装置现场电控箱原理框图。
图4是本发明实施例的主备电源切换逻辑示意图。
图5是本发明实施例的主备电源切换示意图。
图6(a)是本发明实施例的监控装置现场电控箱主视图。
图6(b)是本发明实施例的监控装置现场电控箱俯视图。
图6(c)是本发明实施例的监控装置现场电控箱仰视图。
图6(d)是本发明实施例的监控装置现场电控箱左视图。
图6(e)是本发明实施例的监控装置现场电控箱右视图。
图7(a)是本发明实施例的监控装置遥控组件主视图。
图7(b)是本发明实施例的监控装置遥控组件左视图。
图8(a)是本发明实施例的监控装置现场电控箱主布局图。
图8(b)是本发明实施例的监控装置现场电控箱A向布局图。
图9是本发明实施例的监控装置遥控组件布局图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1、图6至图9，本发明的实施例包括若干舷侧快关阀和一套监控装置；监控装置集驱动、控制、通讯三大功能为一体，分为一台现场电控箱和一台遥控组件，现场电控箱由两路电源转换模块、驱动模块、控制模块、通讯模块等组成。监控装置的现场电控箱单独控制各个阀门的开启、关闭，或一键关闭所有舷侧阀门；监控装置电驱动舷侧阀供电并控制阀门运转，接收阀门状态信号，实时将各个阀门的状态发给通讯装置，并向上级集控装置反馈该阀门控制及状态信号，实现控制系统的信息集中显示及存储；所有阀门关到位后发出光报警；另有其他集控装置通过现场电控箱控制对应的阀门的开启、关闭，现场电控箱也可向各集控装置发送对应阀门的状态信息。
如图2所示，遥控组件控制优先级最高，现场电控箱次之，集控装置的控制优先级最低。另外，所有的关控制优先于开控制。
舷侧电动阀动作时间为3～5s，所有舷侧阀一键关闭时，仍能在规定时间内完成关闭动作，且舷侧阀的动作时间不受液压站压力等外界因素影响。
控制的电动阀门使用350V～640V直流幅压供电。
现场电控箱采用两路电源供电，确保舷侧阀的供电可靠性。通过现场控制箱中的两路电源切换电路实现两路电源的间断切换，以此既实现了舷侧阀的供电可靠性，又确保了船舶电力系统的安全性。
如图3所示，考虑到使用安全性，现场电控箱内部设置有两块电源，其中电源转换模块有两路DC350-640V输入。每一路都经滤波器、熔断器后分成两路，一路是给舷侧快关阀供电，一路是给箱体内部低压器件供电。给舷侧快关阀供电的一路经过接触器模组的主/备切换以及熔断器后，给舷侧快关阀供电。给箱体内部低压电气供电的一路经过DC-DC模块降压后变成主/备DC24V，为了防止用电设备之间的相互干扰，主/备DC24V会经过电源隔离模块组进行电源隔离以及主/备电源的选择逻辑判断。电源隔离模组输出3组24V直流电。如图所示，主/备DC24V.1是经过选择逻辑判断后的24V电源，给散热风扇供电同时驱动接触器模组的控制回路，从而实现主/备电源的切换，给舷侧快关阀提供稳定的电源。DC24V.2用来给监测舷侧快关阀状态并反馈、指示灯动作及数据通信的通讯板供电。DC24V.3是给控制驱动模块供电，控制驱动模块主要用来控制舷侧快关阀的开启/闭合。控制驱动模块和状态监测通信模块都会经过光电隔离模块后再与外部设备连通，从而起到一定的抗干扰的作用。
如图4所示，现场控制箱中的主/备直流电源通过两路DC-DC模块后，会转换成两路DC24Vm和DC24Vb，DC24Vm和DC24Vb经过T3和T4两个隔离电源后输出DV24V.1M和DV24V.1B，DV24V.1M和DV24V.1B用来控制图5中K1、K14、K2和K15接触器的控制线圈，从而实现主备电源的功能切换。
现场电控箱驱动模块采用分级保护策略。由于电驱动舷侧阀供电功率较大，为避免某一个电动舷侧阀电驱动模块短路，向现场电控箱反馈短路电流，影响到所有舷侧阀的控制，因此，现场电控箱的驱动模块采用分级保护策略。每一路阀门供电线路配置对应熔断器，确保单个阀门电驱动模块短路的故障隔离。另外，在供电主干线路上配置断路器，实现供电线路的配电、保护功能。
采用远程电操、本地电操、分系统控制台电操的三级控制策略。监控装置设置一台遥控组件放置于全船的总控制舱或指挥舱；遥控组件具有远程一键关闭舷侧阀门的功能，所有阀门关到位后发出光报警；遥控组件与本地电控箱进行通讯，通过本地电控箱驱动阀门，实现紧急情况下的阀门一键快速关闭，属于优先级最高的远程电操；本地电控箱具有控制模块，为了为提高设备稳定性，设备内部的控制电路采用PLC，通过输出DC24V实现阀门控制，属于第二优先级的本地电操；由于全船数个舷侧阀分属不同系统，随着船舶自动化水平的提高，许多子系统均设置控制台，为了提高船员的操作便利性，具有控制阀门诉求的子系统控制台可与现场电控箱进行通讯，通过现场电控箱控制某个舷侧阀的开启、关闭，属于第三优先级的分系统电操。通过设置优先级的三级控制策略，在确保舷侧阀系统安全性及关闭快速性的前提下，充分考虑到了船员的操作需求，提高了舷侧阀系统的可操作性。
现场控制箱具备与外界通讯的功能，可将全船舷侧阀的控制信息、状态信息传到全船的控制网络中，实现与船上现有的集控显示设备的集成，实现舷侧阀状态信息及动作信息的显示与存储。
现场电控箱采用电源隔离模块实现阀门驱动与阀门控制的物理隔离，确保舷侧阀控制系统的安全性。其电源转换模块有两路直流输入和三路DC24V输出，第一路DC24V输出用于上述的两电源切换模块的控制，为系统中舷侧快关阀供电，第二路DC24V输出用于监测舷侧快关阀状态并反馈、指示灯动作及数据通信的通讯板供电，第三路DC24V输出用于给控制驱动模块供电，控制驱动模块主要用来控制系统中舷侧快关阀的开启/闭合。直流输入与DC24V之间使用隔离电源进行物理隔离，控制驱动模块和状态监测通信模块都会经过光电隔离模块后再与外部设备连接，确保舷侧阀控制系统具有抗干扰性并提升系统安全性。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种船舶用电驱动舷侧阀控制系统，其特征在于：包括若干个舷侧阀、现场电控箱、遥控组件；现场电控箱分别通过硬接线、控制反馈线连接舷侧阀，用于单独控制各个舷侧阀的开启、关闭、运转，或一键关闭所有舷侧阀；现场电控箱通过CAN通信线连接舷侧阀，用于接收舷侧阀的状态信号；遥控组件分别通过硬接线、控制反馈线连接现场电控箱，用于通过现场电控箱驱动舷侧阀实现远程一键关闭舷侧阀，并在所有舷侧阀关到位后发出光报警；
现场电控箱包括电源转换模块、控制驱动模块、状态监测通信模块；
电源转换模块包括依次连接的滤波器、DC-DC电源模块、电源隔离模块，还包括与DC-DC电源模块共同并联在滤波器的输出端的接触器模块；电源转换模块的输入端连接两路外接的高压直流电源；
电源隔离模块的低压直流输出端分别连接控制驱动模块、状态监测通信模块的电源端用于提供低压直流电源；电源隔离模块的低压直流输出端还连接接触器模块的受控端用于主/备切换两路输出给舷侧阀的高压直流电源；电源隔离模块用于物理隔离舷侧阀驱动电源与舷侧阀控制信号；
接触器模块的高压直流输出端连接舷侧阀的电源端用于提供高压直流电源；
控制驱动模块用于控制舷侧阀的开启或闭合；状态监测通信模块用于监测并反馈舷侧阀状态、指示灯动作及数据通信；控制驱动模块和状态监测通信模块分别通过光电隔离模块与外部设备连接。
2.根据权利要求1所述的一种船舶用电驱动舷侧阀控制系统，其特征在于：
还包括通讯装置；现场电控箱通过CAN通信线连接通讯装置，用于通过通讯装置实时向上位机反馈舷侧阀的控制及状态信号，实现信息集中显示及存储。
3.根据权利要求1所述的一种船舶用电驱动舷侧阀控制系统，其特征在于：
还包括集控装置；现场电控箱分别通过硬接线、控制反馈线连接集控装置，集控装置用于通过现场电控箱控制舷侧阀的开启、关闭，并接收舷侧阀的状态信息；按控制优先级从高到低排序依次为通过遥控组件实现的远程电操、通过现场电控箱实现的本地电操、通过集控装置实现的分系统电操；同一控制优先级的关控制优先于开控制。
4.根据权利要求3所述的一种船舶用电驱动舷侧阀控制系统，其特征在于：集控装置包括浮力调整集控装置、柴油机集控装置、显示集控装置；显示集控装置用于显示和存储舷侧阀的状态信息及动作信息。
5.根据权利要求1所述的一种船舶用电驱动舷侧阀控制系统，其特征在于：还包括串联在每一路舷侧阀的供电线路的熔断器，用于隔离单个舷侧阀的控制驱动模块的短路故障；还包括串联在供电主干线路上的断路器，用于实现供电线路的配电、保护功能。
6.根据权利要求1所述的一种船舶用电驱动舷侧阀控制系统，其特征在于：电源转换模块输入与输出的高压直流电源为350V～640V直流幅压供电；电源转换模块输出的低压直流电源为24V直流电源；舷侧阀的动作时间为3s～5s。
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