CN114893859A - 海洋平台舱室空调控制系统、方法和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海洋平台舱室空调控制系统、方法和存储介质，可应用于环境设备技术领域。本发明方法通过红外探测器探测舱室内的人员数量和热源、二氧化碳探测器检测舱室内的二氧化碳含量、温湿度传感器检测室外的温湿度、空气流速传感器检测室外的空气流速，以在控制器内根据人员数量和热源确定舱室内发热量，根据二氧化碳含量和室外的空气流速确定所述空调的新风和回风比例，根据上述数据结合墙壁换热量、舱室设定温度以及平台作业影响因子确定湿热负荷量，并根据所述湿热负荷量确定所述空调加热和加湿的蒸汽流量，然后根据所述新风和回风比例或所述空调加热和加湿的蒸汽流量调节所述空调的工作状态，从而有效降低空调应用过程的整体能耗。

Description

海洋平台舱室空调控制系统、方法和存储介质

技术领域

本发明涉及环境设备技术领域，尤其是一种海洋平台舱室空调控制系统、方法和存储介质。

背景技术

相对于陆地，海洋平台有其自己鲜明的特点：海洋平台可位于世界各海域，外界条件随所处海域发生变化，导致热湿负荷变化大；另一方面，海洋平台处于高湿高盐的环境中，这种条件对空气调节装置提出了严苛的要求。其次，船舶主体材料是以碳素钢和低合金高强度钢为主，其热导系数大于陆地建筑材料石砖和水泥，导致船体与环境换热情况更为剧烈，船舱内部温度更易受到外部环境的影响。

海洋平台是一个相对独立的生活区域，其内部由各种不同功能的舱室组成，如集控室、餐厅、走廊、休息室等。不同用途舱室热负荷和空气洁净程度存在较大差异。因此，需要针对不同舱室设计不同控制策略。例如集控室电子与机械设备热负荷较大、油污重，需要增加制冷量与新风量；餐厅人员数量多以及油污严重需要更为注重回风新风比例以及换气次数的控制。同时，船上各舱室内人员是不断流动的，如就餐时间和非就餐时间餐厅的热负荷变化较大、开会时与非开会时会议室的热负荷变化较大。

总体来说，海洋平台空调属于舒适性空调的范畴，它主要功能是使船员生活区与工作区的温度、湿度处在合适的范围，由于海洋环境的特殊性，海洋平台的空调系统应有其独特的设计要求。而目前海洋平台空调系统依旧采用的是传统的控制方式，无法形成动态地、实时地且智能地响应，因此导致船舶空调应用过程整体能耗损失严重，成本增大。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种海洋平台舱室空调控制系统、方法和存储介质，能够有效降低空调应用过程的整体能耗。

一方面，本发明实施例提供了一种海洋平台舱室空调控制系统，包括：

红外探测器，用于探测舱室内的人员数量和热源；

二氧化碳探测器，用于检测舱室内的二氧化碳含量；

温湿度传感器，用于检测室外的温湿度；

空气流速传感器，用于检测室外的空气流速；

控制器，用于根据所述舱室内的人员数量和热源确定舱室内发热量；根据所述舱室内的二氧化碳含量和所述室外的空气流速确定所述空调的新风和回风比例；根据所述室外的温湿度、所述新风和回风比例、所述舱室内发热量、墙壁换热量、舱室设定温度以及平台作业影响因子确定湿热负荷量，并根据所述湿热负荷量确定所述空调加热和加湿的蒸汽流量；根据所述新风和回风比例或所述空调加热和加湿的蒸汽流量调节所述空调的工作状态。

在一些实施例中，所述控制器还用于根据所述湿热负荷量控制所述空调的压缩机频率。

在一些实施例中，所述控制系统还包括：

一氧化碳传感器，所述一氧化碳传感器用于检测舱室内的一氧化碳浓度。

在一些实施例中，所述控制器在确定湿热负荷量时，还用于根据所述海洋平台作业产生的热量确定舱室因子。

在一些实施例中，所述控制系统还包括：

能耗分析模块，所述能耗分析模块用于分析所述空调在工作过程中的能效。

在一些实施例中，所述能耗分析模块包括工作站，所述工作站上设有网络版组态软件。

在一些实施例中，所述空调上设有风机，所述控制器通过控制所述风机的功率来调整所述空调加热和加湿的蒸汽流量。

在一些实施例中，所述控制器包括PLC控制器。

另一方面，本发明实施例提供了一种海洋平台舱室空调控制方法，包括以下步骤：

获取红外探测器探测的舱室内的人员数量和热源；

根据所述舱室内的人员数量和热源确定舱室内发热量；

获取二氧化碳探测器检测的舱室内的二氧化碳含量；

根据所述舱室内的二氧化碳含量和所述室外的空气流速确定所述空调的新风和回风比例；

获取温湿度传感器检测的室外的温湿度；

获取空气流速传感器检测的室外的空气流速；

根据所述室外的温湿度、所述新风和回风比例、所述舱室内发热量、墙壁换热量、舱室设定温度以及平台作业影响因子确定湿热负荷量；

根据所述湿热负荷量确定所述空调加热和加湿的蒸汽流量；

根据所述新风和回风比例或所述空调加热和加湿的蒸汽流量调节所述空调的工作状态。

另一方面，本发明实施例提供了一种存储介质，其中存储有计算机可执行的程序，所述计算机可执行的程序被处理器执行时用于实现所述的海洋平台舱室空调控制方法。

本发明实施例提供的一种海洋平台舱室空调控制系统，具有如下有益效果：

本实施例通过红外探测器探测舱室内的人员数量和热源、二氧化碳探测器检测舱室内的二氧化碳含量、温湿度传感器检测室外的温湿度、空气流速传感器检测室外的空气流速，以在控制器内可以根据舱室内的人员数量和热源确定舱室内发热量，根据所述舱室内的二氧化碳含量和所述室外的空气流速确定所述空调的新风和回风比例，根据所述室外的温湿度、所述新风和回风比例、所述舱室内发热量、墙壁换热量、舱室设定温度以及平台作业影响因子确定湿热负荷量，并根据所述湿热负荷量确定所述空调加热和加湿的蒸汽流量，然后根据所述新风和回风比例或所述空调加热和加湿的蒸汽流量调节所述空调的工作状态，从而使得海洋平台舱室空调可以根据海洋平台上的环境因素和人员情况进行工作状态调节，以有效降低空调应用过程的整体能耗。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：

图1为本发明实施例的一种海洋平台舱室空调控制系统的模块框图；

图2为本发明实施例的一种海洋平台舱室空调控制方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

参照图1，本发明实施例提供了一种海洋平台舱室空调控制系统，包括：

红外探测器，用于探测舱室内的人员数量和热源；

二氧化碳探测器，用于检测舱室内的二氧化碳含量；

温湿度传感器，用于检测室外的温湿度；

空气流速传感器，用于检测室外的空气流速；

控制器，用于根据所述舱室内的人员数量和热源确定舱室内发热量；根据所述舱室内的二氧化碳含量和所述室外的空气流速确定所述空调的新风和回风比例；根据所述室外的温湿度、所述新风和回风比例、所述舱室内发热量、墙壁换热量、舱室设定温度以及平台作业影响因子确定湿热负荷量，并根据所述湿热负荷量确定所述空调加热和加湿的蒸汽流量；根据所述新风和回风比例或所述空调加热和加湿的蒸汽流量调节所述空调的工作状态。

在本申请实施例中，所述墙壁换热量可以根据室内外温度差，船舶材料钢的钢的导热系数和墙壁的面积，通过傅里叶热定律确定。所述平台作业影响因子是指整个海洋平台所有舱室产生的热量，包括人体和船上所有机器散热。机器指动力装置(发动机，辅机)、供水装置、供气装置、生活用品装置(照明用具，冰箱)等所有工作室会产生热量的装置。所述控制器在确定湿热负荷量时，还用于根据所述海洋平台作业产生的热量确定舱室因子。舱室因子是指某一个舱室产生的热量与所有舱室产生的热量之比。

本实施例通过红外探测器、二氧化碳探测器、温湿度传感器和空气流速传感器检测现场的环境变量，然后将检测到的环境变量发送到控制器，控制器根据设定的程序进行运算，然后输出控制信号给执行机构，以控制执行机构的执行动作，从而实现中央空调的自动控制。同时，PLC控制系统与上位机监控系统进行通信，上位机与下位机的数据通信通过点对点接口PPI(点到点协议)实现，监控参数在上位机监控系统显示出来。

在本实施例中，所述控制器包括PLC控制器。所述PLC控制器的工作方式包括但不限于运行(RUN)和停止(STOP)两种基本的工作模式。当处于停止工作模式时，PLC只进行内部处理和通信服务等内容；当处于运行工作模式时,PLC要进行从内部处理通信服务、输入处理、程序处理、输出处理,然后按上述过程循环扫描工作。在运行模式下,PLC通过反复执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号,用户程序不是只执行次,而是不断地重复执行,直到PLC断电或切换至STOP。除了执行用户程序之外,在每次循环过程中,PLC还要完成内部处理、通信服务等工作。当PLC运行时,一次循环可分为以下5个阶段:内部处理、通信服务、输人处理、程序处理和输出处理。

在本实施例中，执行机构包括但不限于制冷部件、压缩机和风机等。所述控制器根据所述湿热负荷量控制所述空调的压缩机频率，以及通过控制所述风机的功率来调整所述空调加热和加湿的蒸汽流量。具体地，PLC控制器上的设定程序包括但不限于PID控制算法。其中，PID控制算法是结合比例、积分和微分三种环节于一体的控制算法，根据输入的偏差值，按照比例、积分、微分的函数关系进行运算，运算结果用以控制输出。PID控制算法在应用过程包括但不限于：第一、根据设定的舱室温度，结合传感器测量的室内外温湿度、二氧化碳含量、舱室内发热量确定新风和回风比例，再结合墙壁换热量确定湿热负荷量，接着计算出对应的压缩机频率和风机功率；第二、传感器测量到动态变化的参数计算出动态变化的压缩机频率和风机功率，送入控制器进行PID计算，输出执行的压缩机频率和风机功率。

在本实施例中，整个海洋平台舱室空调控制系统可以分为四个层次：(1)各类传感器；(2)PLC和采集模块；(3)中央控制计算机：装有PLC(可编程逻辑控制器)的控制程序以及网络版组态软件，所有的控制都在这里实现，是整个系统的中心；(4)操作站：操作站布置在多媒体室(即工作间)，每个操作站的电脑装有网络版组态软件，操作站和中央控制计算机之间是通过外部WAP访问的方式进行通信。

在本实施例中，所述控制系统还包括一氧化碳传感器和能耗分析模块。所述一氧化碳传感器用于检测舱室内的一氧化碳浓度。所述能耗分析模块用于分析所述空调在工作过程中的能效。所述能耗分析模块包括工作站，所述工作站上设有网络版组态软件。其中，能效是指能源利用中，发挥作用的与实际消耗的能源能量之比。

综上可知，本实施例的控制系统能够根据海洋平台周围环境温度变化、室内人员数量变化等，智能调节中央空调的制冷量，在保证人员舒适的前提下，最大限度的较少能耗，提高海洋平台的经济性。

此外，上述控制系统的设置过程需考虑以下条件：

温度：就空调所提供的舒适度而言，最重要、直观的影响因素是温度。我国对于海洋平台舱室温度的设计标准是：冬季舱室温度为19～22℃，室内各处的温度差值不可以高于3～5℃；夏季舱室温度为24～28℃，夏季室内外温度差值不能高于6～10℃。

湿度：无论空气的温度适不适宜，潮湿的空气都会让人感到不舒适，空气的相对湿度对人体的直观影响就是冷暖。在夏季工况下，如果相对湿度过大，那么空气就会相对的潮湿，导致人体的汗液蒸发缓慢，使人感觉到不适。冬季，倘若相对湿度过高，人体散热速率增加，使人感觉十分阴冷。所以控制湿度与温度同等重要。

清新度：舱室内部空气的清新程度主要体现在以下两个方面：其一是空气的新鲜程度，其二是空气的洁净程度。分别用含氧比例和粉尘及有害气体浓度来表示。目前为止，大部分船舶空调装置中，是通过依靠提供足量经过过滤的新鲜空气来使空气清新程度达到满意的指标。

室内空气流速：海洋平台理想的住舱环境是室内空气具有轻微的流动。众所周知，在夏季闷热的环境下，一定程度的空气流动可以促进人体汗液蒸发，从而使入感觉到凉爽。但是，风速也不宜过高，如果长时间处于过高风速的环境下，人体同样会感到不适。

海洋平台作业于世界各地的水域，要适应南北极到赤道的不同工况，因此负荷变化很大。由于海洋平台所处的环境比较特殊，保温与通风条件差，所以空调的负荷较陆地而言更高。海洋平台一直处于海水中，使用海水作为冷却剂时，必须考虑冷却水系统的耐腐蚀问题。海洋平台空调设备通常环绕在海水中，工作环境相比陆地上更为恶劣，需要解决防盐雾、防霉菌、防潮等问题。

基于上述调节，本实施例的控制系统的设置过程，存在以下优点：

第一、人-船-环境一体化设计：人-船-环境一体化设计是以人的舒适性、船的安全性，并兼顾环境因素，结合现代计算机技术、通信技术、可编程逻辑控制技术、网络互联技术实现空调系统的自动化集中控制，实现舱室内的温度、湿度等舒适性参数的实时智能调节，减少能量损失，达到海洋平台能量合理利用的目的，提高海洋平台的经济性。例如，海洋平台大部分采用钢制结构，导热系数大，与环境的热量交换剧烈，另外海洋平台内舱室间的换热情况以及舱室内人员数量的变化均会导致空调系统热负荷变化，目前空调系统在热湿负荷计算时均采用粗略算法，因此，采用人-船-环境一体化设计时，需要充分考虑人、平台、环境三者之间的热交换情况，精确计算出三者之间的换热量。其次，采用光触媒滤网、臭氧、负离子以及银离子空气净化等环保技术，消除甲醛、一氧化碳等化学污染，消除病菌、细菌、霉菌等微生物污染，消除烟雾机颗粒污染，解决空气净化问题，营造健康的生活环境。此外，基于智能控制的人-船-环境一体化设计在达到空调系统最佳工作状态的同时，实时监测空调系统各设备的工作情况，避免出现压缩机、冷凝器等超负荷运转的情况，减少空调系统的安全隐患。

第二、舱室的个性需求：海洋平台是一个相对独立的生活区域，其内部由各种不同功能的舱室组成，如集控室、餐厅、走廊、休息室等。不同用途舱室热负荷和空气洁净程度存在较大差异。因此，针对不同舱室设计不同控制策略。例如集控室电子与机械设备热负荷较大、油污重，需要增加制冷量与新风量；餐厅人员数量多以及油污严重需要更为注重回风新风比例以及换气次数的控制。

第三、舱室一氧化碳浓度监测：空调系统可实时监测舱室内一氧化碳浓度，其主要作用是当舱室内发生火灾时，及时停止空调系统的运行，避免由于空调系统供给的新风加剧火灾；另一方面，一氧化碳浓度过高会危及人体生命安全，监测其浓度可有效避免危险发生。

第四、变风量控制系统与变频空调系统：

变风量智能控制技术在空调系统中的应用主要包括以下方面：①中央空调送风量的自动调节，在中央空调的智能变风量控制系统中，送风量的具体数值是由系统尾端的风压所决定的，而系统尾端的风压可以通过改变调风机设备的运行速度来实现，因此，在进行送风量的调节时，也要考虑到室内的风量是否足够系统进行正常运转；②相对湿度的控制，湿度是空调智能监控系统的主要控制部分，室内不定风量中湿度的变化可以造成变风量的变化，室内不定风量中湿度的数据通常将回风管道中的相对湿度作为参照；③回风机的调节，回风机能够保障空调系统中有效的回风及送风，送风机的运行效率要大于两台相同功率回风机的运行效率。

变频空调系统是在常规空调系统的结构基础上增加了一个变频器，通过变频器来控制并调整压缩机的转速，使压缩机始终处于最合适的转速状态，从而提高空调系统的能效比。变频空调的压缩机是自动进行无级变速的，它是根据房间相应的情况自动提供所需的冷(热)量；当室内的温度到达所需值后，空调主机则以相应的恒定速度运转并能够准确保持这一温度，实现空调“不停机运转”，从而保证室内温度的稳定。

第五、智能控制系统与远程在线故障诊断：智能控制系统是集工业计算机控制技术、模糊控制技术、系统集成技术、现场总线控制技术和智能驱动技术为一体的闭环自动控制系统。可实现海洋平台空调冷冻水系统、冷却水系统等的变流量智能控制。在保障舱室舒适度的前提下，最大限度地减少了空调系统的能源浪费，达到最佳节能的目的。该系统运用全新的解决思路，不仅对海洋平台空调各系统进行全面控制，而且采用了软件与硬件给合及系统集成技术，将各个控制系统在物理、逻辑和功能上互联一体，实现了他们之间的数据共享、运行监控、故障报警及各种节能仿真计算等功能。并且系统具有自学习、自寻优和自适应的优化控制功能。

参照图2，本发明实施例提供了一种海洋平台舱室空调控制方法，包括但不限于以下步骤：

步骤210、获取红外探测器探测的舱室内的人员数量和热源；

步骤220、根据所述舱室内的人员数量和热源确定舱室内发热量；

步骤230、获取二氧化碳探测器检测的舱室内的二氧化碳含量；

步骤240、根据所述舱室内的二氧化碳含量和所述室外的空气流速确定所述空调的新风和回风比例；

步骤250、获取温湿度传感器检测的室外的温湿度；

步骤260、获取空气流速传感器检测的室外的空气流速；

步骤270、根据所述室外的温湿度、所述新风和回风比例、所述舱室内发热量、墙壁换热量、舱室设定温度以及平台作业影响因子确定湿热负荷量；

步骤280、根据所述湿热负荷量确定所述空调加热和加湿的蒸汽流量；

步骤290、根据所述新风和回风比例或所述空调加热和加湿的蒸汽流量调节所述空调的工作状态。

本发明系统实施例的内容均适用于本方法实施例，本方法实施例所具体实现的功能与上述系统实施例相同，并且达到的有益效果与上述系统达到的有益效果也相同。

本发明实施例提供了一种存储介质，其中存储有计算机可执行的程序，所述计算机可执行的程序被处理器执行时用于实现图2所示的海洋平台舱室空调控制方法。

本发明实施例还提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存介质中。计算机设备的处理器可以从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行图2所示的海洋平台舱室空调控制方法。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.一种海洋平台舱室空调控制系统，其特征在于，包括：

红外探测器，用于探测舱室内的人员数量和热源；

二氧化碳探测器，用于检测舱室内的二氧化碳含量；

温湿度传感器，用于检测室外的温湿度；

空气流速传感器，用于检测室外的空气流速；

控制器，用于根据所述舱室内的人员数量和热源确定舱室内发热量；根据所述舱室内的二氧化碳含量和所述室外的空气流速确定所述空调的新风和回风比例；根据所述室外的温湿度、所述新风和回风比例、所述舱室内发热量、墙壁换热量、舱室设定温度以及平台作业影响因子确定湿热负荷量，并根据所述湿热负荷量确定所述空调加热和加湿的蒸汽流量；根据所述新风和回风比例或所述空调加热和加湿的蒸汽流量调节所述空调的工作状态。

2.根据权利要求1所述的一种海洋平台舱室空调控制系统，其特征在于，所述控制器还用于根据所述湿热负荷量控制所述空调的压缩机频率。

3.根据权利要求1所述的一种海洋平台舱室空调控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：

一氧化碳传感器，所述一氧化碳传感器用于检测舱室内的一氧化碳浓度。

4.根据权利要求1所述的一种海洋平台舱室空调控制系统，其特征在于，所述控制器在确定湿热负荷量时，还用于根据所述海洋平台作业产生的热量确定舱室因子。

5.根据权利要求1所述的一种海洋平台舱室空调控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：

能耗分析模块，所述能耗分析模块用于分析所述空调在工作过程中的能效。

6.根据权利要求1所述的一种海洋平台舱室空调控制系统，其特征在于，所述能耗分析模块包括工作站，所述工作站上设有网络版组态软件。

7.根据权利要求1所述的一种海洋平台舱室空调控制系统，其特征在于，所述空调上设有风机，所述控制器通过控制所述风机的功率来调整所述空调加热和加湿的蒸汽流量。

8.根据权利要求7所述的一种海洋平台舱室空调控制系统，其特征在于，所述控制器包括PLC控制器。

9.一种海洋平台舱室空调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取红外探测器探测的舱室内的人员数量和热源；

根据所述舱室内的人员数量和热源确定舱室内发热量；

获取二氧化碳探测器检测的舱室内的二氧化碳含量；

根据所述舱室内的二氧化碳含量和所述室外的空气流速确定所述空调的新风和回风比例；

获取温湿度传感器检测的室外的温湿度；

获取空气流速传感器检测的室外的空气流速；

根据所述室外的温湿度、所述新风和回风比例、所述舱室内发热量、墙壁换热量、舱室设定温度以及平台作业影响因子确定湿热负荷量；

根据所述湿热负荷量确定所述空调加热和加湿的蒸汽流量；

根据所述新风和回风比例或所述空调加热和加湿的蒸汽流量调节所述空调的工作状态。

10.一种存储介质，其特征在于，其中存储有计算机可执行的程序，所述计算机可执行的程序被处理器执行时用于实现如权利要求9任一项所述的海洋平台舱室空调控制方法。

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