CN1760777A - 船舶中央冷却单片机控制系统 - Google Patents

Abstract

一种制冷技术领域的船舶中央冷却单片机控制系统，包括：传感器信号采集处理模块、决策及优化计算模块、执行机构控制模块、显示模块、报警模块、通信模块，传感器信号采集处理模块采集的信号传递给决策及优化计算模块，决策及优化计算模块将经过程序的优化处理后的信号传送给执行机构控制模块、报警模块、显示模块、通信模块，执行机构控制模块接收来自决策及优化计算模块的信号后，决定相应设备的运转情况；报警模块接收决策及优化计算模块信号，决定是否报警；通信模块接收决策及优化计算模块信号，实现单片机和主控台的通信；显示模块实时显示接收的信息。本发明实现冷却系统的能源节约，节省船舶人员配置，安全可靠。

Description

船舶中央冷却单片机控制系统

技术领域

本发明涉及的是一种制冷技术领域的系统，特别是一种船舶中央冷却单片机控制系统。

背景技术

中央冷却系统在船舶上广泛应用是一个必然趋势，国外应用广泛且已实现了微机自动控制，取得了大量成功可靠的应用经验。随着海水温度的降低，中央冷却所需海水流量下降，从而海水泵消耗的泵功也随之减小，假定在设计点(32摄氏度)时所需海水量为100％，则在24摄氏度附近海水流量仅需约50％，海水泵功耗仅为32摄氏度时的25％，而且数据表明我国近海或者长江水域船舶大部分时间都是在24摄氏度或以下水域航行。从国外大型典型船舶使用中央冷却自动控制系统的船舶的统计数据来看，在一个设计周期(10年左右)，能源节约可达30万美元。在中央冷却系统中如果能够采用自动控制系统，根据船舶航行水域的温度、船舶主机负荷、船舶冷却循环中淡水回路中的水温，自动控制不同环境、工况下流过中央冷却器的海水及冷却淡水的流量，既可以满足船舶中各设备的冷却需要，又可以大大节约能源，而且使得温度控制更加准确，完全监控，从而提高设备寿命，节省人力、财力，使船舶中央冷却系统运行安全可靠。

经对现有技术的文献检索发现，中国申请(专利)号：CN200410040668.5，发明名称为：中央空调冷却系统自适应优化控制方法及装置，本技术公开了一种中央空调冷却水系统自适应优化控制方法及装置，该方法包括参数采集、数据处理、参数偏差优化值计算、模糊推理、控制量输出和控制；通过对冷却水运行参数、冷冻水运行参数、环境温度以及制冷机能耗的采集，计算制冷量、制冷系数并求取系统运行平衡点，实现对冷却水泵和风机的优化控制，从而保持最佳的制冷系数ε。其装置包括模糊控制器、变频器、温度传感器、流量计、电力监测仪以及智能控制单元；上述温度传感器，流量计及电力监测仪分别与智能控制单元连接，冷却泵、风机分别通过变频器与智能控制单元连接；智能控制单元与模糊控制器连接。该方法和装置没有提出多泵控制系统，没有针对船舶中央冷却系统提出控制方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种船舶中央冷却单片机控制系统，使其实现船舶中央冷却系统的自控监控，能源节约，提高中央冷却系统性能，节省船舶人员配置，从而满足船舶中各设备的冷却需要，安全可靠。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：传感器信号采集处理模块、决策及优化计算模块、执行机构控制模块、显示模块、报警模块、通信模块。传感器信号采集处理模块采集的信号传递给决策及优化计算模块，决策及优化计算模块将经过程序的优化处理后的信号传送给执行机构控制模块、报警模块、显示模块以及通信模块，执行机构控制模块接收来自决策及优化计算模块的信号后，决定相应设备的运转情况；报警模块接收决策及优化计算模块信号，决定是否报警；通信模块接收决策及优化计算模块信号，实现单片机和主控台的通信；显示模块接收决策及优化计算模块信号，实时显示接收的信息。

所述的传感器信号采集处理模块，具体包括海水温度采集处理模块、淡水温度采集处理模块、压力信号采集处理模块、差压信号采集处理模块，各模块采集原始信号，并将采集的信号传送到决策及优化计算模，为决策及优化计算模块提供入口参数。

所述的决策及优化计算模块，根据当前水域温度，结合传感器信号采集处理模块传送过来的淡水回路的低温端温度值，启用预置数据库信息，使用前馈、反馈PID控制方法，计算当前应该启动的海水泵和淡水泵台数，以及三通阀的开度。

所述的执行机构控制模块，根据决策及优化计算模块计算的结果控制相应执行机构的起停，包括决定管路中阀门的开启，以及空调舱的阀门的开启等。

所述的显示模块接收决策及优化计算模块信号，实时显示海水温度、三通阀出口温度等信息。

所述的报警模块，接收决策及优化计算模块信号，通过单片机内部程序控制报警。淡水出口温度时不满足温度范围要求、要求启动的相关设备没有启动以及其他必要的提示信息需要报警时由单片机控制程序控制报警。

所述的通信模块，负责中央冷却控制系统和船舶主控系统之间的通信，同过标准的通信接口将中央冷却控制系统和船舶主控系统连接在一起。

本发明可以根据实际应用船舶的具体情况，采用软件实现，通过对软件进行适当的修改而进行应用。主要的控制思想是根据船舶航行中船舶航行水域的温度、船舶主机负荷、船舶冷却循环中淡水回路中的水温，设计自动控制程序，分析船舶设备热负荷的变化情况，在船舶不同运行环境下、不同工况下调整冷却淡水回路的三通阀开度以及海水泵与淡水泵的台数，取得最优的控制方案，从而节约能源。本发明能够保证中央冷却系统中淡水出水水温准确，波动小，提高船上设备冷却的可靠性，从而提高船上设备寿命。本发明按船舶设备热负荷的变化情况动态调节流经中央冷却器海水及淡水流量，节约能源的同时也提高了中央冷却系统各个设备的使用寿命。据统计，在船舶中央冷却系统的整个寿命期，运行费用占了总费用的60-70％。采用本发明的自动控制系统后，对某些船舶的分析表明，可以节约中央冷却系统运行费用60％左右，节能效果非常明显。同时中央冷却系统的运行状态完全处于监控状态，安全可靠。

附图说明

图1本发明系统框图

具体实施方式

如图1所示，本发明包括：传感器信号采集处理模块、决策及优化计算模块、执行机构控制模块、显示模块、报警模块、通信模块。传感器信号采集处理模块采集的信号传递给决策及优化计算模块，决策及优化计算模块将经过程序的优化处理后的信号传送给执行机构控制模块、报警模块、显示模块以及通信模块，执行机构控制模块接收来自决策及优化计算模块的信号后，决定相应设备的运转情况；报警模块接收决策及优化计算模块信号，决定是否报警；通信模块接收决策及优化计算模块信号，实现单片机和主控台的通信；显示模块接收决策及优化计算模块信号，实时显示接收的信息。

所述的传感器信号采集处理模块，具体包括海水温度采集处理模块、淡水温度采集处理模块、压力信号采集处理模块、差压信号采集处理模块，各模块采集原始信号，并将采集的信号传送到决策及优化计算模，为决策及优化计算模块提供入口参数。

所述的传感器信号采集处理模块中，海水温度采集处理模块、淡水温度采集处理模块、压力信号采集处理模块、差压信号采集处理模块均通过传感器实现原始信号的采集，具体包括：a)安装在船舶各舱底的温度传感器采集当前船舶航行水域的温度，作为决策及优化计算模块的一个输入参数，同时与报警模块相连；b)安装在各管路的压力传感器采集各管路压力，测量结果提供给决策及优化计算模块，同时与报警模块相连；c)安装在各个船舱的中央冷却器两端的差压传感器测量中冷器两端的差压信号，作为决策及优化计算模块的一个输入参数。

所述的决策及优化计算模块，根据当前水域温度，结合传感器信号采集处理模块传送过来的淡水回路的低温端温度值，启用预置数据库信息，使用前馈、反馈PID控制方法，计算当前应该启动的海水泵和淡水泵台数，以及三通阀的开度。

所述的执行机构控制模块，根据决策及优化计算模块计算的结果控制相应执行机构的起停，包括泵组控制模块和三通阀控制模块以及相应的阀门控制模块。其中a)泵组控制模块提供单片机与电机控制触点之间过渡的电路。利用光电隔离保证了单片机不受外部电流冲击。b)三通阀控制模块根据优化算法中的PID模块计算的结果调节三通阀的开度，使三通阀出口水温稳定在要求的范围。c)阀门控制模块根据管路设计特点，结合当前泵组起停状况，决定管路中阀门的开启，以及空调舱的阀门的开启等。

所述的显示模块接收决策及优化计算模块信号，实时显示海水温度、三通阀出口温度等信息。

所述的报警模块，接收决策及优化计算模块信号，通过单片机内部程序控制报警。淡水出口温度时不满足温度范围要求、要求启动的相关设备没有启动以及其他必要的提示信息需要报警时由单片机控制程序控制报警。

所述的通信模块，负责中央冷却控制系统和船舶主控系统之间的通信，同过标准的通信接口将中央冷却控制系统和船舶主控系统连接在一起。在主控台可以监控中央冷却系统的运行状况，必要的时候也可以通过主控台控制中央冷却系统。通信模块提供了包括RS485、RS232和CAN在内的多种通信方式，实现和船舶主控系统的整合。为主控台获取中央冷却系统的信息提供了可能。

本发明使用时，在船舶中央冷却系统各舱中央冷却器海水进出口、淡水进出口处分别安装海水温度传感器、淡水温度传感器，在各舱海水泵管路安装水泵压力传感器；在各舱中央冷却其两端安装差压传感器；以上各路传感器信号连接到主控单片机传感器信号采集处理模块。将受控设备包括泵组、三通阀和阀门连接到单片机相应的执行机构控制模块。手动开启一台海水泵以及任意机舱的淡水泵。进入自动控制程序。

Claims (8)

1、一种船舶中央冷却单片机控制系统，包括：传感器信号采集处理模块、决策及优化计算模块、执行机构控制模块、显示模块、报警模块、通信模块，其特征在于，传感器信号采集处理模块采集的信号传递给决策及优化计算模块，决策及优化计算模块将经过程序的优化处理后的信号传送给执行机构控制模块、报警模块、显示模块以及通信模块，执行机构控制模块接收来自决策及优化计算模块的信号后，决定相应设备的运转情况；报警模块接收决策及优化计算模块信号，决定是否报警；通信模块接收决策及优化计算模块信号，实现单片机和主控台的通信；显示模块接收决策及优化计算模块信号，实时显示接收的信息。

2、根据权利要求1所述的船舶中央冷却单片机控制系统，其特征是，所述的传感器信号采集处理模块，具体包括海水温度采集处理模块、淡水温度采集处理模块、压力信号采集处理模块、差压信号采集处理模块，各模块采集原始信号，并将采集的信号传送到决策及优化计算模，为决策及优化计算模块提供入口参数。

3、根据权利要求1或者2所述的船舶中央冷却单片机控制系统，其特征是，所述的传感器信号采集处理模块中，海水温度采集处理模块、淡水温度采集处理模块、压力信号采集处理模块、差压信号采集处理模块均通过传感器实现原始信号的采集，具体包括：a)安装在船舶各舱底的温度传感器采集当前船舶航行水域的温度，作为决策及优化计算模块的一个输入参数，同时与报警模块相连；b)安装在各管路的压力传感器采集各管路压力，测量结果提供给决策及优化计算模块，同时与报警模块相连；c)安装在各个船舱的中央冷却器两端的差压传感器测量中冷器两端的差压信号，作为决策及优化计算模块的一个输入参数。

4、根据权利要求1所述的船舶中央冷却单片机控制系统，其特征是，所述的决策及优化计算模块，根据当前水域温度，结合传感器信号采集处理模块传送过来的淡水回路的低温端温度值，启用预置数据库信息，使用前馈、反馈PID控制方法，计算当前应该启动的海水泵和淡水泵台数，以及三通阀的开度。

5、根据权利要求1所述的船舶中央冷却单片机控制系统，其特征是，所述的执行机构控制模块，包括泵组控制模块和三通阀控制模块以及相应的阀门控制模块，其中泵组控制模块提供单片机与电机控制触点之间过渡的电路，利用光电隔离保证单片机不受外部电流冲击；三通阀控制模块根据优化算法中的PID模块计算的结果调节三通阀的开度，使三通阀出口水温稳定在要求的范围；阀门控制模块根据管路设计特点，结合当前泵组起停状况，决定管路中阀门的开启，以及空调舱的阀门的开启。

6、根据权利要求1所述的船舶中央冷却单片机控制系统，其特征是，所述的显示模块接收决策及优化计算模块信号，实时显示海水温度、三通阀出口温度。

7、根据权利要求1所述的船舶中央冷却单片机控制系统，其特征是，所述的报警模块，接收决策及优化计算模块信号，通过单片机内部程序控制报警，淡水出口温度超出温度范围要求、设备故障以及必要的提示信息需要报警时由单片机控制程序控制报警。

8、根据权利要求1所述的船舶中央冷却单片机控制系统，其特征是，所述的通信模块，负责中央冷却控制系统和船舶主控系统之间的通信，同过标准的通信接口将中央冷却控制系统和船舶主控系统连接在一起，在主控台能监控中央冷却系统的运行状况，或者通过主控台控制中央冷却系统。