TWI506910B - ㄧ種用於船舶之可程式化電力負載控制系統及其運作方法 - Google Patents

Description

一種用於船舶之可程式化電力負載控制系統及其運作方法

本發明係關於一種電力負載控制系統及其運作方法，特別係指一種用於船舶的可程式化電力負載控制系統及其運作方法。

船舶的出現係為了滿足運輸的需求，相較於其他交通工具，船舶具有高載運量、可跨洲航行及運輸成本低廉的優勢。然而，為了載運更多的貨物與人員或是執行各種特殊任務，近年來船舶體積越來越龐大，功能設施多元，相應而生的各式專業化設備、機械設施越來越繁多複雜，導致船舶的電力負載管理及線路配置愈趨困難複雜。

先前技術中，船舶上通常由數個獨立電力供應單元共同供應全船的龐大電力負載，各個電力供應單元的資訊顯示於各自的錶頭，資訊封閉且無橫向連結溝通，操作者必須自行觀察各電力供應單元的錶頭來判斷船舶電力負載狀態。再者，各電力供應單元的電力透過分電盤將電力集中供應至船舶各處，在先前技術中常會利用繼電器、計時器、可程式化邏輯控制器、纜線、感測器、接線端子台、錶頭、按鈕開關、旋鈕開關等元件來調配與控制電力供應單元的動作，但其元件分散且數量眾多，不僅大量佔用寶貴的輪機控制室空間，且電力系統內部的接線繁複耗費人力，操作介面參差不一致而延長操作學習訓練時間，電力系統資訊分散無法集中 檢視監測與操控，系統功能簡單及資料訊息無法記錄等問題。

再者，船舶長期使用下來，其使用的電力供應模組陸續會汰舊換新導致各電力供應模組的廠牌、型號、使用年齡皆不同，各電力供應模組的參數如暖機時間、最大供電量、最大連續運作時間、冷機時間、耐溫範圍等參數逐漸變得參差不齊，唯有多年操作經驗的專業人員才有足夠的歷練能正確操作這些電力供應模組；而電力供應模組在每次進廠保養、維修、更換零件後，上述參數又會進一步受到影響而產生變化，故電力供應模組的控制需依照每一個電力供應模組的狀況客製化才能順利運作。

上述問題在船舶實際航行時，又變得更為艱澀複雜。各類船舶為因應不同使用目的，除基本民生用電設備外，其上所裝備的用電裝置可進一步包含艏推進器、側推進器、艉推進器、舵機、錨機、絞盤機、起重機、吊車、穩定翼等耗電量大的用電裝置；上述用電裝置隨著船舶的不同航行階段，會不斷地啟動關閉，導致船舶整體電力負載量高低起伏不定。在電力供應模組的控制系統各自不相容、無法進行客製化設定的情況下，控制中心最終仍需有專業人員全天候進駐來應付各式狀況，以隨時調整船舶的電力系統來回應用電設備的需求。

由此可知，先前技術具有資訊分散、操作介面不友善、資料訊息無法記錄、配線複雜、成本高昂、體積龐大的問題，且系統顢頇笨重，系統設定的彈性度低，導致人力負擔增加。

本發明係關於一種用於船舶之可程式化電力負載控制系統及其運作方法，其優點在於能整合顯示各項資訊，並因應環境因素自動下 達指令來轉換船舶電力系統與電力來源，具有節省能源及精簡人力的效果。此外，本發明能透過輸入模組即時調整指定參數，可隨時針對不同環境因素及船舶設備來客製化指定參數，以設定不同的條件門檻。

本發明中的用於船舶之可程式化電力負載控制系統包含一偵測系統、一使用者操作介面、一電力控制系統及一警示模組。該偵測系統包含用以偵測船舶一運行參數的至少一偵測模組，以及用以收集該運行參數的一收集模組，其中該至少一偵測模組與該偵測模組相連結。透過該收集模組，本發明能整合該偵測模組所提供的資訊，且亦能大幅簡化後端的配線工作並降低整體裝備體積及重量，大幅減少人力成本與裝備成本。

該使用者操作介面包含與該收集模組相連結的一監控模組、與該監控模組相連結且係用以整合顯示該運行參數的一顯示模組、以及與該監控模組相連結且係用以設定一指定參數的一輸入模組。透過該顯示模組，本發明能將以往分散在不同螢幕的資訊整併在同一處，以便工作人員更全面地掌握船舶的該運行參數；透過該輸入模組，本發明能針對不同環境因素及船舶設備來隨時修改該指定參數，使得本發明有更好的設定彈性與設備相容性；透過該監控模組，本發明能將該運行參數及該指定參數儲存於該監控模組中。

其中，上述的該監控模組包含一自動轉換模式，係由該監控模組依據該指定參數來分析該運行參數，並由該監控模組自動下達一指令來轉換船舶電力系統與電力來源。該監控模組可進一步包含一半自動轉換模式以及一手動轉換模式；該半自動轉換模式係由該控制模組依據該指定參數來判斷該運行參數，當條件到達指定之參數時，系統會自動顯示可執 行之動作，但由工作人員手動下達該指令來轉換船舶電力系統與電力來源；而該手動轉換模式係由工作人員判斷該運行參數並手動下達該指令來轉換船舶電力系統與電力來源。工作人員能依照自己的習慣及經驗多寡，在上述三種轉換模式中選擇最適合的轉換模式，並在該使用者操作介面的協助下即時調整船舶電力系統，以達到節省能源、延長電力供應模組壽命與降低成本的效果。

該電力控制系統包含與該監控模組相連結且係用以接收並執行該指令的一控制模組，以及與該控制模組相連結且係用以提供船舶電力的至少一電力供應模組。該警示模組與該監控模組相連結，係用以在該運行參數達到該指定參數時提出警示。

有鑑於近年來國內外大型船舶數量明顯成長，本發明之用於船舶之可程式化電力負載控制系統及其運作方法可克服先前技術中船舶的問題，協助船舶業的發展。本發明的優點在於能整合顯示各項船舶運行參數、簡化後端配線工作，以達到減少成本、環保節能及精簡人力的效果；同時，本發明能隨時針對不同環境因素及船舶設備來客製化指定參數，故具有較佳的設備相容性，能減少設備更換時的困難及成本。

10‧‧‧偵測系統

11‧‧‧收集模組

12‧‧‧偵測模組

20‧‧‧使用者操作介面

21‧‧‧監控模組

22‧‧‧顯示模組

23‧‧‧輸入模組

30‧‧‧電力控制系統

31‧‧‧控制模組

32‧‧‧電力供應模組

40‧‧‧警示模組

圖1為本發明一實施例之用於船舶之可程式化電力負載控制系統結構圖。

圖2為本發明一實施例之用於船舶之可程式化電力負載控制系統的控制方法流程圖。

圖3為本發明一實施例之用於船舶之可程式化電力負載控制系統的控制方 法之自動轉換模式流程圖。

圖4為本發明一實施例之用於船舶之可程式化電力負載控制系統的控制方法之半自動轉換模式流程圖。

圖5為本發明一實施例之用於船舶之可程式化電力負載控制系統的控制方法之手動轉換模式流程圖。

圖6為本發明一實施例之用於船舶之可程式化電力負載控制系統的控制方法之警示模組的無人當值操作流程圖。

圖1為本發明一實施例之用於船舶之可程式化電力負載控制系統結構圖。在此實施例中，用於船舶之可程式化電力負載控制系統包含一偵測系統10、一使用者操作介面20、一電力控制系統30、及一警示模組40。該偵測系統10包含用以偵測船舶一運行參數的至少一偵測模組12，以及用以收集該運行參數的一收集模組11，其中該至少一偵測模組12與該收集模組11相連結。該使用者操作介面20包含與該收集模組11相連結的一監控模組21、與該監控模組21相連結且係用以整合顯示該運行參數的一顯示模組22、以及與該監控模組21相連結且係用以設定一指定參數的一輸入模組23，其中該指定參數係儲存於該監控模組21中；該監控模組21包含一自動轉換模式，係由該監控模組21依據該指定參數來分析該運行參數，並由該監控模組21自動下達一指令來轉換船舶電力系統與電力來源；該電力控制系統30包含與該監控模組21相連結且係用以接收並執行該指令的一控制模組31，以及與該控制模組31相連結且係用以提供船舶電力的至少一電力供應模組32；該警示模組40與該監控模組21相連結，係用以在該運行參數 達到該指定參數時提出警示。

續上述圖1實施例之用於船舶之可程式化電力負載控制系統結構圖，其中該運行參數可以為電壓、電流、頻率、功率、推進引擎轉速、電力負載量、時間、航行速度、經緯度、或船舶裝置連結狀況；相對應地，該指定參數可以為電壓值、電流值、頻率值、功率值、推進引擎轉速數值、電力負載量數值、時間、航行速度數值、經緯度、電力供應模組運轉時間、或船舶裝置連結狀況；其中該電力供應模組32可以為發電機、電容器、電池、或岸電電力供應系統。

續上述圖1實施例之用於船舶之可程式化電力負載控制系統結構圖，其中該監控模組21可進一步為一半自動轉換模式或一手動轉換模式。當該監控模組21為該半自動轉換模式，且該運行參數達到該指定參數時，該監控模組21能依據該指定參數來判斷該運行參數，在使用者操作介面上自動顯示可執行之動作，但係由人力手動下達指令來轉換船舶電力系統與電力來源；當該監控模組21進一步為一手動轉換模式，且該運行參數達到該指定參數時，係由人力判斷該運行參數並手動下達指令來轉換船舶電力系統與電力來源。

圖2為本發明一實施例之用於船舶之可程式化電力負載控制系統的控制方法流程圖。在此實施例中，用於船舶之可程式化電力負載控制系統的控制方法步驟包含：A.透過一輸入模組23依船舶設備及船舶航行狀況設定一指定參數；B.一偵測模組12偵測船舶一運行參數，並送至一收集模組11；C.該收集模組11將該運行參數送至一監控模組21，並透過一顯示模組22整合顯示該運行參數；D.當該運行參數達到該指定參數時，一警 示模組40提出警示，且該監控模組21自動下達一指令來轉換船舶電力系統與電力來源；E.一控制模組31接收並執行該指令來控制一電力供應模組32。

續上述圖2實施例之用於船舶之可程式化電力負載控制系統的控制方法流程圖，其中該運行參數可以為電壓、電流、頻率、功率、推進引擎轉速、電力負載量、時間、航行速度、經緯度、電力供應模組運轉時間、或船舶裝置連結狀況；相對應地，該指定參數可以為電壓值、電流值、頻率值、功率值、推進引擎轉速數值、電力負載量數值、時間、航行速度數值、經緯度、或船舶裝置連結狀況；其中該電力供應模組32可以為發電機、電容器、電池、或岸電電力供應系統。

續上述圖2實施例之用於船舶之可程式化電力負載控制系統的控制方法流程圖，其中該監控模組21可進一步為一半自動轉換模式或一手動轉換模式。當該監控模組21為該半自動轉換模式，且該運行參數達到該指定參數時，該監控模組21能依據該指定參數來判斷該運行參數，在使用者操作介面上自動顯示可執行之動作，但係由人力手動下達指令來轉換船舶電力系統與電力來源；當該監控模組21進一步為一手動轉換模式，且該運行參數達到該指定參數時，係由人力判斷該運行參數並手動下達指令來轉換船舶電力系統與電力來源。

圖3為本發明一實施例之用於船舶之可程式化電力負載控制系統的控制方法之自動轉換模式流程圖。在此實施例中，工作人員可在船舶控制中心內，透過使用者操作介面20中做為輸入模組23的鍵盤來針對數個運行參數設定各自指定參數，而在這些指定參數中，其中一項指定參數為航行速度基準值，用以將航行速度劃分為高速航行(航行速度大於20節)、 中速航行(航行速度介於10至20節之間)及低速航行(航行速度低於10節)。當船舶航行途中，各個偵測模組12不斷監視各項運行參數，並將運行參數即時送至做為收集模組11的匯流排統一彙整後，進一步傳送給使用者操作介面20，再由使用者操作介面20中做為監控模組21的電腦進行分析；其中，設置於定位系統(Positioning System)中的航行速度偵測模組將所偵測的航行速度數值透過匯流排傳送至使用者操作介面20，並將航行速度數值顯示於使用者操作介面20的螢幕上。

續上述圖3實施例之用於船舶之可程式化電力負載控制系統的控制方法之自動轉換模式流程圖。當船舶離港全速駛向預定航道，航行速度數值高於20節時，電腦依航行速度判斷船舶處於高速航行狀態，並自動下達啟動第二電容器的指令至做為控制模組31的邏輯晶片，同時透過警示模組40於螢幕上顯示警示；當邏輯晶片接收該指令後，啟動第二電容器暖機程序，並於暖機程序完成之後自動將第二電容器並聯上電力系統中的分電盤；如此，船舶高速航行時，可立即因應推進器及穩定翼等耗電設備所消耗的電力，以達到調整船舶電力負載的效果。接著，當船舶進入預定航道，航行速度降低至15節的速度穩定巡航時，電腦依航行速度判斷船舶處於中速航行狀態，並自動下達關閉第二電容器的指令至邏輯晶片，同時透過警示模組40於螢幕上顯示警示；當邏輯晶片接收該指令後，啟動第二電容器解聯程序，將第二電容器依序自電力系統中的分電盤上解聯、冷機並關機；如此，船舶穩定巡航時，因推進器運轉趨緩而減少的電力消耗便能吸收掉，以達到節能的效果。最後，當船舶抵達港口，航行速度數值低於10節時，電腦依航行速度判斷船舶處於低速航行狀態，並再度自動下達 啟動第二電容器的指令至邏輯晶片，同時透過警示模組40於螢幕上顯示警示；當邏輯晶片接收該指令後，啟動第二電容器暖機程序，並於暖機程序完成之後自動將第二電容器並聯上電力系統中的分電盤；如此，便能為接下來船泊靠港時會使用到的起重機、側向推進器、錨機、絞盤機、陀螺儀等用電裝置預先備好電力，以達到便利省時的效果。

圖4為本發明一實施例之用於船舶之可程式化電力負載控制系統的控制方法之半自動轉換模式流程圖。在此實施例中，工作人員可在船舶控制中心內，透過使用者操作介面20中做為的輸入模組23的觸控螢幕來針對數個運行參數設定各自指定參數，而在這些指定參數中，其中一項指定參數為電力負載量基準值，同時一併設定電力供應模組32的啟動順序，指定「第二發電機」為第一順位的備用電力供應模組32。當船舶航行途中，各個偵測模組12不斷監視各項運行參數，並將運行參數即時送至做為收集模組11的匣道器統一彙整後，進一步傳送給使用者操作介面20，再由使用者操作介面20中做為監控模組21的伺服器進行分析；其中，設置於電力系統中的電力負載量偵測模組將所偵測的電力負載量數據透過匣道器傳送至使用者操作介面20，並將電力負載量數據顯示於使用者操作介面20的顯示器上；當電力負載量數據達到原先設定的電力負載量基準值後，伺服器於顯示器顯示「啟動第二發電機」的選項，同時透過警示模組40發出警鈴，以提醒工作人員電力負載量已經到達基準值並建議準備啟動第二電力提供單元；工作人員在獲得提醒後，以人工確認運行參數並手動按下「啟動第二發電機」的選項來下達啟動第二發電機的指令，並將透過伺服器將指令傳送至做為控制模組31的邏輯控制器(Logic Controller)；邏輯控制器接 收到指令後，啟動第二發電機暖機程序，並於暖機程序完成之後自動將第二電力單元並聯上電力系統中的分電盤。

依據圖4之半自動轉換模式流程圖的另一實施例中，當電力負載量數據達到原先設定的電力負載量基準值後，伺服器於顯示器顯示「啟動第二發電機」的選項，同時透過警示模組40發出警鈴，並主動啟動第二發電機的暖機程序；工作人員在獲得提醒後，以人工確認運行參數並手動按下「啟動第二發電機」的選項來下達啟動第二發電機的指令；邏輯控制器接收「啟動第二發電機」指令後即刻將第二發電機連上電力系統中的分電盤。在此實施例中，因伺服器主動啟動第二發電機的暖機程序，當工作人員下達「啟動第二發電機」指令後，邏輯控制器立即將第二發電機連上電力系統中的分電盤，減少工作人員等待暖機程序完成的時間。

依據圖4之半自動轉換模式流程圖的又一實施例中，當電力負載量數據達到原先設定的電力負載量基準值後，伺服器於顯示器顯示「啟動第二發電機」的選項，同時透過警示模組40發出警鈴提醒工作人員；工作人員以手動按下「啟動第二發電機」的選項來下達啟動第二發電機的指令；當邏輯控制器接收到指令後，啟動第二發電機暖機程序，並於暖機完成後回傳暖機程序完成的訊息給伺服器；伺服器接收到暖機程序完成的訊息後，於顯示器顯示「連結第二發電機」的選項，並再次透過警示模組40發出警鈴提醒工作人員；工作人員以手動按下「連結第二發電機」的選項來下達連結第二發電機的指令；邏輯控制器接收到指令後，將第二電力單元並聯上電力系統中的分電盤，並於連結完成後傳送連結程序完成的訊息給伺服器，伺服器再透過顯示器顯示連結完成的資訊。

圖5為本發明一實施例之用於船舶之可程式化電力負載控制系統的控制方法之手動轉換模式流程圖。在此實施例中，各個偵測模組12於船舶航行途中不斷監視各項運行參數，並將運行參數即時送至做為收集模組11的路由器統一彙整；路由器則進一步傳送彙整完的運行參數至使用者操作介面20，並透過顯示面板顯示運行參數；工作人員可在船舶控制中心內，透過顯示面板進行人工分析；當工作人員判斷電壓數據異常過高時，工作人員透過使用者操作介面20中做為輸入模組23的麥克風來聲控下達啟動備用電池槽指令；當做為控制模組31的處理器接收到指令後，啟動備用電池槽並將備用電池槽聯結上電力系統中的分電盤，並於連結完成後傳送備用電池槽啟動完成的訊息給做為監控模組21的中控電腦；中控電腦收到備用電池槽啟動完成的訊息後再透過顯示面板顯示該訊息。

圖6為本發明一實施例之用於船舶之可程式化電力負載控制系統的控制方法之警示模組的無人當值操作流程圖。在此實施例中，工作人員可在船舶控制中心內，透過使用者操作介面20中做為輸入模組23的鍵盤針對數個運行參數設定各自指定參數；其中一項指定參數是工作人員結合使用者操作介面20與電子海圖後，將電子海圖中的港口經緯度設定為指定參數而成的；工作人員進一步將警示模組40的警示位置設置於寢室後，離開控制中心進入至寢室中。當船舶航行途中，設置於全球定位系統(Global Positioning System)中的地理座標偵測模組將所偵測的船舶位置經緯度透過做為收集模組11的匯流排傳送至使用者操作介面20，並將船舶位置經緯度顯示於使用者操作介面20的螢幕上；當船舶位置經緯度接近電子海圖中的港口經緯度時，做為監控模組21的電腦於螢幕上顯示警示資訊，並透過警 示模組40於寢室內亮起警示燈；同時，電腦自動下達啟動第二發電機的指令至做為控制模組31的邏輯晶片；當邏輯晶片接收指令後，啟動第二發電機暖機程序，並於暖機程序完成之後自動將第二發電機並聯上電力系統中的分電盤；如此，當工作人員接獲警告進入控制中心時，電腦已備妥靠岸時側推進器、錨機、絞盤機、陀螺儀等用電裝置所需的電力，工作人員能立刻執行船舶靠岸程序。

以上圖式說明，僅為說明本發明之技術思想及特點，目的在於使熟習此技藝之人士能充分瞭解本發明之內容並能據以實施之，並不能以此限定本發明之專利範圍，若依本發明所揭示精神所為之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

10‧‧‧偵測系統

11‧‧‧收集模組

12‧‧‧偵測模組

20‧‧‧使用者操作介面

21‧‧‧監控模組

22‧‧‧顯示模組

23‧‧‧輸入模組

30‧‧‧電力控制系統

31‧‧‧控制模組

32‧‧‧電力供應模組

40‧‧‧警示模組

Claims (8)

1. 一種用於船舶之可程式化電力負載控制系統，包含一偵測系統、一使用者操作介面、一電力控制系統及一警示模組；其中該偵測系統包含至少一偵測模組，係用以偵測船舶一運行參數；以及一收集模組，與該至少一偵測模組相連結，係用以收集該運行參數；其中該使用者操作介面包含一監控模組，與該收集模組相連結；該監控模組包含一自動轉換模式，係由該監控模組依據一指定參數來分析該運行參數，並由該監控模組自動下達一指令來轉換船舶電力系統與電力來源；一顯示模組，與該監控模組相連結，係用以整合顯示該運行參數；以及一輸入模組，與該監控模組相連結，係用以設定該指定參數，其中該指定參數係儲存於該監控模組中；其中該電力控制系統包含一控制模組，與該監控模組相連結，用以接收並執行該指令；以及至少一電力供應模組，與該控制模組相連結，用以提供船舶電力；其中該警示模組，與該監控模組相連結，係用以在該運行參數達到該指定參數時提出警示。
2. 如請求項1所述的用於船舶之可程式化電力負載控制系統，其中該運行參數為電壓、電流、頻率、功率、推進引擎轉速、電力負載量、時間、航行速度、經緯度、船舶裝置連結狀況、或該電力供應模組的運轉時間。
3. 如請求項1所述的用於船舶之可程式化電力負載控制系統，其中該指定參數為電壓值、電流值、頻率值、功率值、推進引擎轉速數值、電力負載 量數值、時間、航行速度數值、經緯度、船舶裝置連結狀況、或該電力供應模組的運轉時間。
4. 如請求項1所述的用於船舶之可程式化電力負載控制系統，其中該電力供應模組為發電機、電容器、電池、或岸電電力供應系統。
5. 一種用於船舶之可程式化電力負載控制系統的控制方法，步驟包含：A.透過一輸入模組依船舶設備及船舶航行狀況設定一指定參數；B.一偵測模組偵測船舶一運行參數，並送至一收集模組；C.該收集模組將該運行參數送至一監控模組，並透過一顯示模組整合顯示該運行參數；D.當該運行參數達到該指定參數時，一警示模組提出警示，且該監控模組自動下達一指令來轉換船舶電力系統與電力來源；E.一控制模組接收並執行該指令來控制一電力供應模組。
6. 如請求項5所述的用於船舶之可程式化電力負載控制系統的控制方法，其中該指定參數為電壓值、電流值、頻率值、功率值、推進引擎轉速數值、電力負載量數值、時間、航行速度數值、經緯度、船舶裝置連結狀況、或該電力供應模組的運轉時間。
7. 如請求項5所述的用於船舶之可程式化電力負載控制系統的控制方法，其中該運行參數為電壓、電流、頻率、功率、推進引擎轉速、電力負載量、時間、航行速度、經緯度、船舶裝置連結狀況、或該電力供應模組的運轉時間。
8. 如請求項5所述的用於船舶之可程式化電力負載控制系統的控制方法，其中該電力供應模組為發電機、電容器、電池、或岸電電力供應系統。