CN206429444U

CN206429444U - 船用风机变频调速系统

Info

Publication number: CN206429444U
Application number: CN201621454796.9U
Authority: CN
Inventors: 王志华; 葛善波
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2016-12-28
Filing date: 2016-12-28
Publication date: 2017-08-22
Anticipated expiration: 2026-12-28

Abstract

本实用新型公开了一种船用风机变频调速系统，包括依次连接配电板、PLC控制器、变频器和轴流风机，其特征在于还包括HMI触控面板，所述的配电板的输出端分为第一支路和第二支路，所述的第一支路与轴流风机的输入端相连；所述的第二支路与PLC控制器的输入端相连，所述的PLC控制器的输出端经电缆线分为第三支路和第四支路，所述的第三支路与HMI触控面板的输入端相连；所述的第四支路与变频器的输入端相连；变频器的输出端与轴流风机的输入端相连。该变频调速系统能根据船舶航行状态、机舱内部温度、空气压力、CO2浓度实现智能控制风机转速，自动调节到节能模式下的最优转速，从而减少风机能耗，优化船舶机舱内部的工作环境。

Description

船用风机变频调速系统

技术领域

本实用新型涉及风机的智能控制领域，具体地指一种船用风机变频调速系统。

背景技术

进入二十一世纪以来，能源危机及全球气候变暖问题日益突出，能源问题不仅成为世界性的重大问题，同时还被各行各业列为重点发展的课题之一，每个行业都十分关心这一急需解决的问题，船舶业也不例外。2013年，国家出台了《船舶工业加快结构调整促进转型升级实施方案》的文件，在该文件中指出在接下来的几年里，国家要大力发展高附加值、高技术的绿色船舶、创新型船舶，此外，在去年年末，国务院又出台关于国民经济十三五规划意见稿，文中指出要引导交通运输设备朝着智能、绿色、安全方向转变，这一系列的政策促使人们对绿色船舶的要求愈加强烈。船舶业作为社会经济发展的重要基础性产业，在促进经济发展，维护国家海洋权益和安全、促进产业转型升级等方面具有重要作用。近年来，我国船舶业发展迅速，成就显著，但同时也要看到，当前船舶业发展还不能完全适应经济化会发展的需要。据相关海事部口统计，船舶虽然是世界贸易运输的主力军，但船舶能源消耗不可忽视，其消耗量约占世界能源的３％至５％，由此看出其耗能数量非常巨大。此外，国际海事组织通过了MARPOL附则VI＂防止船舶污染大气的规定＂的修正案，此修正案适用于400总吨及以上国际航行的所有新船和重大改建的新船，并分阶段逐步开始生效，对船舶NOX及SOX的排放有了更加严格的排放标准。这使得船舶运输行业也正面临着绿色环保要求下的新挑战，必将对各国造船行业产生深远影响。

近年来，欧、美、日等发达国家对船舶变频驱动技术的研究如火如荼，瑞士的ABB、日本的三菱、德国的SIEMENS等公司都已陆续开发出成套的中高压变频产品。截止现在，在船舶方面可使用变频技术的有：电力推进、空调风机及主海水泵等。随着电力电子技术的迅速发展，变频器已经广泛地应用于交流电机的速度控制。虽然它具有高效率的驱动性能、良好的控制特性及节能的特点，但船东考虑到初次投入成本的较高，至今未能在各型新造的船舶上实际使用，急需对现有的变频系统进行改造。随着船舶的大型化，船舶机电设备的功率越来越大；海况和船舶动力设备工况不同，实际需要输出的功率也差异较大；因而，变频调速节能的效果越来越显著。风机是船舶机舱中的重要通风设备，它的运行状况直接影响船舶的安全航行。目前，机舱风机风量控制仍采用人工完成，这就较难根据机舱温度和海况的变化进行风量的及时调节，浪费了大量的电能，不利于节能减排。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是，提供一种船用风机变频调速系统，该变频调速系统能根据船舶航行状态、机舱内部温度、空气压力、CO2浓度实现智能控制风机转速，自动调节到节能模式下的最优转速，从而减少风机能耗，优化船舶机舱内部的工作环境。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种船用风机变频调速系统，包括依次连接配电板、PLC控制器、变频器和轴流风机，其特征在于还包括HMI触控面板，所述的配电板的输出端分为第一支路和第二支路，所述的第一支路与轴流风机的输入端相连；所述的第二支路与PLC控制器的输入端相连，所述的PLC控制器的输出端经电缆线分为第三支路和第四支路，所述的第三支路与HMI触控面板的输入端相连；所述的第四支路与变频器的输入端相连；变频器的输出端与轴流风机的输入端相连。

进一步的，还包括监测机舱内部温度值的温度传感器、监测机舱内部空气压力的空气压力传感器、监测机舱内部CO₂浓度的CO₂浓度传感器，各传感器的信号输出端分别与PLC控制器的输入端连接。

进一步的，所述的配电板与380V三相交流电供变电系统连接；配电板的输出端口经电缆线分为第一支路和第二支路，所述的第一支路经变压器转化电压至220V交流电输送至轴流风机，所述的第二支路经变压器、漏电开关、熔断器转化至24V标准电压输送至PLC控制器。

进一步的，所述PLC控制器为西门子S7-1200PLC控制器。

进一步的，所述HMI触控面板为西门子HMI控制面板。

进一步的，所述的PLC控制器内部采用的控制单元是模糊PID控制器。

工作时，通过空气压力传感器、温度传感器、CO2浓度传感器采集的机舱内部参数，转化成数字量模拟信号后按权重比传递给PLC，PLC控制器按照设定程序运算后输出信号给变频器，进而控制轴流风机转速，实现对风机变频控制，因此风机的能耗将会相对减少。风机变频调速系统的任务就是使风机能够根据机舱内部实际的工作环境自动调节到最优转速下工作，从而使风机的运行状态始终能处于最优工况，最终保证降低风机的能耗。

进一步地，通过调试触摸板参数设定值以及根据船舶航行状态和机舱内部不同工况，变频器对轴流风机智能调速，风机自动调节到最优的转速模式，尽可能地减少“大转速”运行的情况，从而保证船用风机在节能方面取得一个最佳的平衡点。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

其一，本实用新型通过空气压力传感器、温度传感器、CO2浓度传感器采集信号按预设的权重比计算后得出最终输入参数（频率值），从而能够根据船舶航行状态以及机舱内部不同工况，变频器对轴流风机智能调速，风机自动调节到最优的转速模式，从而保证船用风机在节能方面取得一个最佳的平衡点。

其二，本实用新型通过PLC控制器输出参数值至变频器，进而调节风机转速，而不是依靠传统的继电器电路控制，可操作性更高、控制精度更为精确，更能保证风机转速调节的准确性。

其三，本实用新型通过HMI触控面板来实现现场调控，触控面板上不仅显示机舱内部实时参数，工作人员还可以通过修改控制面板上的参数进而调节风机转速，实现快速调节机舱内部工作环境。

附图说明

图1为一种船用风机变频调速系统结构示意图；

其中：配电板1、PLC控制器2、变频器3、HMI触控面板4、轴流风机5、温度传感器6、空气压力传感器7、CO₂浓度传感器8、第一支路9、第二支路10、第三支路11、第四支路12。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

图中所示的船用风机变频调速系统，包括依次连接的配电板1、PLC控制器2、变频器3、HMI触控面板4、轴流风机5，配电板1的输出端口经电缆线分为第一支路9和第二支路10，第一支路9与轴流风机5的输入端相连；第二支路10与PLC控制器2的输入端相连，PLC控制器2的输出端分为第三支路11和第四支路12，第三支路11与HMI触控面板4的输入端相连，第四支路12与变频器3的输入端相连；变频器3的输出端与轴流风机5的输入端相连。

还包括温度传感器6、空气压力传感器7、CO2浓度传感器8，温度传感器6、空气压力传感器7、CO2浓度传感器8均通过电缆与PLC控制器2的输入端相连。

上述技术方案中，所述的配电板与380V三相交流电供变电系统连接；配电板1的输出端口经电缆线分为第一支路9和第二支路10，所述的第一支路9经变压器转化电压至220V交流电输送至轴流风机5，所述的第二支路10经变压器、漏电开关、熔断器转化至24V标准电压输送至PLC控制器。

上述技术方案中，所述PLC控制器2为西门子S7-1200PLC控制器。相比传统的继电器电路控制抗干扰性更好、控制精度更为精确、可操作性更高，大大方便了现场设计和使用。

上述技术方案中，所述HMI触控面板为西门子HMI控制面板。

上述技术方案中，PLC控制器2内部采用的控制单元是模糊PID控制器。

工作时，上述传感器在机舱内采集的参数输送到PLC控制器2中，通过控制程序运算输出结果到变频器3中进而对轴流风机5进行调速。操作HMI触控面板4还可以对上述三个传感器的参数值按权重比，权重比也可以通过触控面板4设置相应权重值，在PLC控制器2中进行整合计算输出给变频器3进而调节轴流风机5的转速。另外调试上述各传感器的权重比也会改变机舱内部的工况，因此HMI触控面板4的主要任务是设置变频器3频率设定值和调节上述各传感器采集参数的权重比进而调节风机转速，使机舱内部工况保持在一个最佳工作点。该HMI触控面板可对轴流风机的转向，PLC控制器内部各参数计算结果等数据进行显示与记录，以便管理人员进行进一步的研究和分析。同时也可对报警进行显示和记录，并给予相关报警的支持信息，便于管理人员进行维护和管理。

模糊PID自整定控制使得二次元件输出动态响应性能大大改善，具有良好校正性能。温度传感器6、空气压力传感器7、CO₂浓度传感器8的信号输出端均与PLC控制器的信号输入端相连，从而将测得数值传送给模糊PID控制系统，该控制系统会根据各传感器的输送参数进行计算后输送给变频器进而调节风机转速。当传感器输入信号值低于设定值时，增加轴流风机转速；传感器输入信号值与设定值相近时，轴流风机转速近似保持不变；当传感器输入信号值高于设定值时，适当减小轴流风机转速。

由此本实用新型可以根据船舶的航行状态、机舱内部不同的工况等因素实现对风机转速的调节，自动调节到节能模式下的最优转速，从而减少风机能耗，优化船舶机舱内部的工作环境。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型所揭露的技术范围之内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种船用风机变频调速系统，包括依次连接配电板、PLC控制器、变频器和轴流风机，其特征在于还包括HMI触控面板，所述的配电板的输出端分为第一支路和第二支路，所述的第一支路与轴流风机的输入端相连；所述的第二支路与PLC控制器的输入端相连，所述的PLC控制器的输出端经电缆线分为第三支路和第四支路，所述的第三支路与HMI触控面板的输入端相连；所述的第四支路与变频器的输入端相连；变频器的输出端与轴流风机的输入端相连。

2.根据权利要求1所述的船用风机变频调速系统，其特征还在于：还包括监测机舱内部温度值的温度传感器、监测机舱内部空气压力的空气压力传感器、监测机舱内部CO₂浓度的CO₂浓度传感器，各传感器的信号输出端分别与PLC控制器的输入端连接。

3.根据权利要求1所述的船用风机变频调速系统，其特征还在于：所述的配电板与380V三相交流电供变电系统连接；配电板的输出端口经电缆线分为第一支路和第二支路，所述的第一支路经变压器转化电压至220V交流电输送至轴流风机，所述的第二支路经变压器、漏电开关、熔断器转化至24V标准电压输送至PLC控制器。

4.根据权利要求1所述的船用风机变频调速系统，其特征还在于：所述PLC控制器为西门子S7-1200PLC控制器。

5.根据权利要求1所述的船用风机变频调速系统，其特征还在于：所述HMI触控面板为西门子HMI控制面板。

6.根据权利要求书1所述的船用风机变频调速系统，其特征还在于所述的PLC控制器内部采用的控制单元是模糊PID控制器。