CN209044363U - 一种船用供油装置控制系统 - Google Patents

Abstract

一种船用供油装置控制系统，该系统包括：泵组控制机构、粘度控制机构、温度控制机构、燃油切换机构和总控单元，粘度控制机构包括粘度传感器和加热器阀，温度控制机构包括温度传感器和冷却控制器，粘度传感器和温度传感器均与总控单元的输入端连接，燃油切换机构包括燃油切换阀，加热器阀、冷却器阀和燃油切换阀均与总控单元的输出端连接。该系统设计合理、自动化程度高，能够实现燃油的平滑切换，以及温度、粘度调节，有效避免了因温度变化大而产生的析腊现象，确保了系统的可靠性。

Description

一种船用供油装置控制系统

技术领域

本实用新型涉及工业控制领域，特别是一种船用供油装置控制系统。

背景技术

燃油供应装置为船舶主辅机提供适宜粘度、温度、流量、压力条件的燃油，起到了节省燃油成本的作用，因此现有的新建远洋船舶均配备供油装置。

当前国内的供油装置市场主要被发达国家的厂商控制，如瑞典的ALFA LAVAL，荷兰的AURAMARINE、德国的GEA等，而国内的厂家则占据一小部分低端市场，话语权不足。发达国家厂商的供油装置控制系统多基于PLC开发，具备自动化程度、集成度高、售价高的特点；而国内厂商的控制系统则大多是分布式的传统继电器控制，控制箱体积相对较大，自动化程度和集成度相对较低。然而无论是国外还是国内的供油装置厂家，虽然在自动化和集成度方面有所不同，但是其中重要的粘度控制部分均未集成在控制系统，而是通过增加一个粘度总控单元进行控制燃油的粘度，这样增加了供油装置控制系统的成本。

另外，随着船舶朝着智能化方向发展，对船舶配套设备的自动化程度提出了越来越高的要求，同时对船用供油装置的控制系统提出了高自动化程度的要求。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种新型的、高自动化程度、高集成度的船用供油装置控制系统。

本实用新型所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本实用新型是一种船用供油装置控制系统，该系统包括：

燃油切换机构，燃油切换机构包括安装在船用供油装置混油管路上的燃油切换阀；

泵组控制机构，泵组控制机构包括设置于船用供油装置混油管路上的供给泵和压力表；

粘度控制机构，粘度控制机构包括粘度传感器和安装在船用供油装置加热器的加热入口的加热器阀，粘度传感器设置在船用供油装置的供油管路上；

温度控制机构，温度控制机构包括温度传感器和安装在船用供油装置冷却器出口处的冷却器阀，温度传感器设置在船用供油装置的供油管路上；

总控单元，粘度传感器、温度传感器均与总控单元的输入端连接，供给泵、压力表、加热器阀、冷却器阀、燃油切换阀均与总控单元的输出端连接。

本实用新型所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的船用供油装置，该系统还包括远程控制机构，远程控制机构包括设置远程端的触控屏，触控屏与总控单元的输入端无线连接。

本实用新型所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的船用供油装置，该系统还包括报警信息处理机构，报警信息处理机构包括声光报警器，声光报警器与总控单元连接。

本实用新型所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的船用供油装置，该系统还包括安装在船用供油装置供油管路上的流量计和自清滤器。

本实用新型所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的船用供油装置，该系统还包括安装在船用供油装置的油柜上的液位计和自动排气阀。

本实用新型所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的船用供油装置，所述总控单元包括控制器，控制器为PLC。

与现有技术相比，本实用新型的船用供油装置控制系统通过泵组控制机构、粘度控制机构、温度控制机构、报警信息处理机构、远程控制机构以及燃油切换机构与总控单元配合实现燃油的一键切换、平滑切换、温度和粘度调节、油泵自动切换、远程控制和报警信息的修理功能；特别是通过粘度传感器与加热器阀的配合实现对燃油的粘度控制，取代了现有技术中的粘度控制器，大大降低了船用供油控制系统的成本。该系统设计合理、自动化程度高，能够实现燃油的平滑切换，以及温度、粘度调节，有效避免了因温度变化大而产生的析腊现象，确保了系统的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型的一种结构框图；

图2为本实用新型输入转换机构的结构框图；

图3为本实用新型泵组控制机构的结构框图；

图4为本实用新型粘度控制流程图；

图5为本实用新型温度控制流程图；

图6为本实用新型燃油切换流程图；

图7为本实用新型报警信息处理流程图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参照图1-7，本申请的船用供油装置控制系统主要控制对象包括：螺杆泵组、自清滤器、电动转换阀、温度调节阀、流量计、粘度传感器、压力传感器、温度传感器、液位计、自动排气阀。

本申请提出的船用供油装置控制系统能够实现三种燃油的一键切换、平滑切换、温度和粘度调节、油泵自动切换、远程控制和报警信息的修理功能，由此将控制系统总体分为输入转换机构、泵组控制机构、粘度控制机构、温度控制机构、报警信息处理机构、远程控制机构以及燃油切换机构。

1）输入转换机构：输入转换机构的主要流程是通过识别触摸屏的油品选择指令，然后根据指令选择三通阀的电机进行正转或反转，从而带动阀杆上升或下降，当阀杆移动到极限位置时则阀门由状态A完全变为状态B，同时产生限位信号提供给PLC，PLC发出指令给触摸屏用以显示当前的油品类型。

2）泵组控制机构：泵组控制机构用来检测泵的运行状态，如果存在故障或其他原因导致的压力过低现象，则切换备用泵，产生报警信号。

3）粘度控制机构：通过PID参数调节的方法实现对燃油的粘度进行控制，控制系统通过监测当前的燃油粘度信号，对比系统的设置值，驱动温控调节阀的动作来达到合适的粘度范围。

4）温度控制机构：类似于粘度控制机构，通过设置PID参数调节的方法实现对燃油的粘度进行控制，控制系统通过监测当前的燃油粘度信号，对比系统的设置值，驱动温控调节阀的动作来达到合适的粘度范围。

5）报警信息处理机构：报警信息处理机构将当前的报警信息（通断信号）预处理后输送至触摸屏进行准确显示的过程。

6）远程控制机构：在远程端设置一块触控屏，通过触控屏的操作实现相关功能，同时具备相应的显示能力。远程端触控屏通过网络接口与本地触控屏通信。两块触控屏都可以将操作发送指令到PLC，PLC控制设备状态，设备状态改变时将信息反馈给PLC， PLC作出相关响应后发送状态信息至本地和远程触控屏。

7）燃油切换机构：通过选择燃油种类，控制系统接收燃油切换命令，驱动电控阀动作，在动作过程中，根据燃油的温度和粘度的变化速率，自行调节阀门动作速度，实现了燃油的平滑切换。

本申请的船用供油控制方法:

1）一键式燃油选择和平滑切换：当前船用供油装置厂商大部分采用手动切换模式，对于有3种燃油的设备，需要两次手动切换燃油转换阀，该控制系统可以实现HFO、MDO和MGO的自动一键式切换，通过选择触控屏上不同的燃油状态，可以实现两个燃油电动转换阀的自动切换，由于手动切换过程中不容易控制切换的平滑度，导致燃油温度和粘度的急剧变化，产生“析蜡”现象，导致压差变大，使供油装置的过滤系统和泵组受到冲击，降低设备的使用寿命，为了避免在燃油转换过程中出现这种现象，该项目通过电动转换阀的应用，调节燃油转换过程的时间，使得燃油足够平顺切换，一般粘度变化不超过1cSt/min，温度变化不超过2℃/min，这样就可以保证燃油的平滑切换。

（2）实时粘度监控：加热器的加热入口设置加热器阀，用来控制进入加热器的蒸汽量的大小，温度调节阀、粘度计、粘度控制机构共同实现了燃油的粘度控制。其中，粘度计用来检测管道中当前粘度，并将之转化为电信号提供给粘度控制机构，该控制系统会对比当前粘度值和用户设置粘度值之后，如果当前粘度高于设定值，那么供油装置控制系统将会加大加热器阀的开度，使得蒸汽量增加，以降低燃油的粘度，实时粘度控制的响应时间小于0.5min，精度为0.1 cSt，实现了燃油粘度的实时监控。

（3）实时温度监控：对于HFO而言，实时温度控制是对应于实时粘度控制的另外一种模式，对于固定标号的燃油，燃油的温度和粘度存在一一对应的关系，其控制原理与粘度控制相似。对于MDO和MGO而言，实时温度控制是作用于冷却器之后的冷却器阀的，该冷却器阀的作用是控制燃油通过冷却器和旁路的比例。温度传感器采集燃油的温度，与系统内设置的合理温度值进行比较，当燃油温度较低时，该供油装置控制系统会增大加热器阀（HFO模式）的开度或者减少燃油通过板冷（MDO、MGO模式）的比例，该系统响应时间小于0.5min，精度为0.1 ℃，从而实现了温度的实时监控。

HFO: Heavry fuel oil, 船用重燃油，船舶在应用中使用最多的燃油；MDO:Marine diesel oil，船用柴油，进入特定海域或港口时使用；MGO: Marine gas oil，船用轻柴油，进入特定海域或港口时使用；

本申请的实用新型原理：

该系统采用PLC+触控屏的控制模式，选用西门子公司S7¬200smart系列PLC总控单元及其扩展功能模块，它集成度高、质量可靠、技术先进、扩展方便，提供网络接口和PPI通讯接口，可方便的与计算机、触摸屏等智能设备相连接，控制原理如图1所示。对各个油泵、阀门、传感器等所有电气设备进行运行控制和管理，以保证整个系统的正常工作，实现人机交互、运行操控、故障报警、数据查询与记录等功能，实现燃油的粘度控制、温度控制、泵组控制、报警信息处理、远程控制等功能。

该系统采用PID对温度、粘度进行调控，PID控制器是根据PID控制原理对整个控制系统进行偏差调节，从而使被控变量的实际值与工艺要求的预定值一致，不同的控制规律适用于不同的生产过程，必须合理选择相应的控制规律，否则PID控制器将达不到预期的控制效果；PID控制器（比例-积分-微分控制器），由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成，通过Kp,Ki,Kd三个参数的设定，PID控制器主要适用于基本线性和动态特性不随时间变化的系统；

PID控制器是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件，这个控制器把收集到的数据和一个参考值进行比较，然后把这个差别用于计算新的输入值，这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值，这样可以使系统更加准确，更加稳定。可以通过数学的方法证明，在其他控制方法导致系统有稳定误差或过程反复的情况下，一个PID反馈回路却可以保持系统的稳定。

本实用新型对燃油温度和粘度的调节采用PID调节，分别以温度或粘度为输出，以阀门开度为输入，建立PID关系式，并根据实验测得系数，以满足控制需求；使得本系统检测油箱内温度变化低于2℃/min，粘度变化小于1cst/min，控制器通过检测温度或粘度的变化速度，调整油路电动调节阀的开度，从而控制温度变化和粘度变化保持在一个稳定的数值，让系统保持稳定。

具体过程为，该船用控制系统通过输出脉冲信号控制冷却器阀、加热器阀的动作，设置在设备出口端的粘度、温度传感器，实时监测粘度和温度信号，与系统设置的目标值进行比对，当实际值与系统设置值差距较大，控制系统将输出长脉冲信号，驱动冷却器阀或加热器阀的动作；当实际测量值与系统设置值接近，则系统输出的脉冲信号越来越短，进行冷却器阀或加热器阀的微调，直至实际测量值在设置值的合理范围内。

与现有技术相比，本实用新型的优点及技术效果：

1）一键式的平滑切换燃油，避免了因温度变化大而产生的析腊现象；

2）温度和粘度的双模式控制，确保了控制系统的可靠性；

3）粘度和温度控制集成在供油装置控制系统中，降低控制系统开发成本，提高了控制系统的集成度；

4）船用供油装置远程监测与控制，关键阀门均采用电控阀门，实现了远程操作，提高了自动化水平。

Claims (6)

1.一种船用供油装置控制系统，其特征在于：该系统包括：

燃油切换机构，燃油切换机构包括安装在船用供油装置混油管路上的燃油切换阀；

泵组控制机构，泵组控制机构包括设置于船用供油装置混油管路上的供给泵和压力表；

粘度控制机构，粘度控制机构包括粘度传感器和安装在船用供油装置加热器的加热入口的加热器阀，粘度传感器设置在船用供油装置的供油管路上；

温度控制机构，温度控制机构包括温度传感器和安装在船用供油装置冷却器出口处的冷却器阀，温度传感器设置在船用供油装置的供油管路上；

总控单元，粘度传感器、温度传感器均与总控单元的输入端连接，供给泵、压力表、加热器阀、冷却器阀、燃油切换阀均与总控单元的输出端连接。

2.根据权利要求1所述的船用供油装置控制系统，其特征在于：该系统还包括远程控制机构，远程控制机构包括设置远程端的触控屏，触控屏与总控单元的输入端无线连接。

3.根据权利要求1所述的船用供油装置控制系统，其特征在于：该系统还包括报警信息处理机构，报警信息处理机构包括声光报警器，声光报警器与总控单元连接。

4.根据权利要求1所述的船用供油装置控制系统，其特征在于：该系统还包括安装在船用供油装置供油管路上的流量计和自清滤器。

5.根据权利要求1所述的船用供油装置控制系统，其特征在于：该系统还包括安装在船用供油装置的油柜上的液位计和自动排气阀。

6.根据权利要求1所述的船用供油装置控制系统，其特征在于：所述总控单元包括控制器，控制器为PLC。