船舶中央冷卻單片機控制系統的製作方法
2023-05-15 16:48:31
專利名稱：船舶中央冷卻單片機控制系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種製冷技術領域的系統，特別是一種船舶中央冷卻單片機控制系統。
背景技術：
中央冷卻系統在船舶上廣泛應用是一個必然趨勢，國外應用廣泛且已實現了微機自動控制，取得了大量成功可靠的應用經驗。隨著海水溫度的降低，中央冷卻所需海水流量下降，從而海水泵消耗的泵功也隨之減小，假定在設計點(32攝氏度)時所需海水量為100％，則在24攝氏度附近海水流量僅需約50％，海水泵功耗僅為32攝氏度時的25％，而且數據表明我國近海或者長江水域船舶大部分時間都是在24攝氏度或以下水域航行。從國外大型典型船舶使用中央冷卻自動控制系統的船舶的統計數據來看，在一個設計周期(10年左右)，能源節約可達30萬美元。在中央冷卻系統中如果能夠採用自動控制系統，根據船舶航行水域的溫度、船舶主機負荷、船舶冷卻循環中淡水迴路中的水溫，自動控制不同環境、工況下流過中央冷卻器的海水及冷卻淡水的流量，既可以滿足船舶中各設備的冷卻需要，又可以大大節約能源，而且使得溫度控制更加準確，完全監控，從而提高設備壽命，節省人力、財力，使船舶中央冷卻系統運行安全可靠。
經對現有技術的文獻檢索發現，中國申請(專利)號CN200410040668.5，發明名稱為中央空調冷卻系統自適應優化控制方法及裝置，本技術公開了一種中央空調冷卻水系統自適應優化控制方法及裝置，該方法包括參數採集、數據處理、參數偏差優化值計算、模糊推理、控制量輸出和控制；通過對冷卻水運行參數、冷凍水運行參數、環境溫度以及制冷機能耗的採集，計算製冷量、製冷係數並求取系統運行平衡點，實現對冷卻水泵和風機的優化控制，從而保持最佳的製冷係數ε。其裝置包括模糊控制器、變頻器、溫度傳感器、流量計、電力監測儀以及智能控制單元；上述溫度傳感器，流量計及電力監測儀分別與智能控制單元連接，冷卻泵、風機分別通過變頻器與智能控制單元連接；智能控制單元與模糊控制器連接。該方法和裝置沒有提出多泵控制系統，沒有針對船舶中央冷卻系統提出控制方法。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種船舶中央冷卻單片機控制系統，使其實現船舶中央冷卻系統的自控監控，能源節約，提高中央冷卻系統性能，節省船舶人員配置，從而滿足船舶中各設備的冷卻需要，安全可靠。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括傳感器信號採集處理模塊、決策及優化計算模塊、執行機構控制模塊、顯示模塊、報警模塊、通信模塊。傳感器信號採集處理模塊採集的信號傳遞給決策及優化計算模塊，決策及優化計算模塊將經過程序的優化處理後的信號傳送給執行機構控制模塊、報警模塊、顯示模塊以及通信模塊，執行機構控制模塊接收來自決策及優化計算模塊的信號後，決定相應設備的運轉情況；報警模塊接收決策及優化計算模塊信號，決定是否報警；通信模塊接收決策及優化計算模塊信號，實現單片機和主控臺的通信；顯示模塊接收決策及優化計算模塊信號，實時顯示接收的信息。
所述的傳感器信號採集處理模塊，具體包括海水溫度採集處理模塊、淡水溫度採集處理模塊、壓力信號採集處理模塊、差壓信號採集處理模塊，各模塊採集原始信號，並將採集的信號傳送到決策及優化計算模，為決策及優化計算模塊提供入口參數。
所述的決策及優化計算模塊，根據當前水域溫度，結合傳感器信號採集處理模塊傳送過來的淡水迴路的低溫端溫度值，啟用預置資料庫信息，使用前饋、反饋PID控制方法，計算當前應該啟動的海水泵和淡水泵臺數，以及三通閥的開度。
所述的執行機構控制模塊，根據決策及優化計算模塊計算的結果控制相應執行機構的起停，包括決定管路中閥門的開啟，以及空調艙的閥門的開啟等。
所述的顯示模塊接收決策及優化計算模塊信號，實時顯示海水溫度、三通閥出口溫度等信息。
所述的報警模塊，接收決策及優化計算模塊信號，通過單片機內部程序控制報警。淡水出口溫度時不滿足溫度範圍要求、要求啟動的相關設備沒有啟動以及其他必要的提示信息需要報警時由單片機控制程序控制報警。
所述的通信模塊，負責中央冷卻控制系統和船舶主控系統之間的通信，同過標準的通信接口將中央冷卻控制系統和船舶主控系統連接在一起。
本發明可以根據實際應用船舶的具體情況，採用軟體實現，通過對軟體進行適當的修改而進行應用。主要的控制思想是根據船舶航行中船舶航行水域的溫度、船舶主機負荷、船舶冷卻循環中淡水迴路中的水溫，設計自動控制程序，分析船舶設備熱負荷的變化情況，在船舶不同運行環境下、不同工況下調整冷卻淡水迴路的三通閥開度以及海水泵與淡水泵的臺數，取得最優的控制方案，從而節約能源。本發明能夠保證中央冷卻系統中淡水出水水溫準確，波動小，提高船上設備冷卻的可靠性，從而提高船上設備壽命。本發明按船舶設備熱負荷的變化情況動態調節流經中央冷卻器海水及淡水流量，節約能源的同時也提高了中央冷卻系統各個設備的使用壽命。據統計，在船舶中央冷卻系統的整個壽命期，運行費用佔了總費用的60-70％。採用本發明的自動控制系統後，對某些船舶的分析表明，可以節約中央冷卻系統運行費用60％左右，節能效果非常明顯。同時中央冷卻系統的運行狀態完全處於監控狀態，安全可靠。
圖1本發明系統框圖具體實施方式
如圖1所示，本發明包括傳感器信號採集處理模塊、決策及優化計算模塊、執行機構控制模塊、顯示模塊、報警模塊、通信模塊。傳感器信號採集處理模塊採集的信號傳遞給決策及優化計算模塊，決策及優化計算模塊將經過程序的優化處理後的信號傳送給執行機構控制模塊、報警模塊、顯示模塊以及通信模塊，執行機構控制模塊接收來自決策及優化計算模塊的信號後，決定相應設備的運轉情況；報警模塊接收決策及優化計算模塊信號，決定是否報警；通信模塊接收決策及優化計算模塊信號，實現單片機和主控臺的通信；顯示模塊接收決策及優化計算模塊信號，實時顯示接收的信息。
所述的傳感器信號採集處理模塊，具體包括海水溫度採集處理模塊、淡水溫度採集處理模塊、壓力信號採集處理模塊、差壓信號採集處理模塊，各模塊採集原始信號，並將採集的信號傳送到決策及優化計算模，為決策及優化計算模塊提供入口參數。
所述的傳感器信號採集處理模塊中，海水溫度採集處理模塊、淡水溫度採集處理模塊、壓力信號採集處理模塊、差壓信號採集處理模塊均通過傳感器實現原始信號的採集，具體包括a)安裝在船舶各艙底的溫度傳感器採集當前船舶航行水域的溫度，作為決策及優化計算模塊的一個輸入參數，同時與報警模塊相連；b)安裝在各管路的壓力傳感器採集各管路壓力，測量結果提供給決策及優化計算模塊，同時與報警模塊相連；c)安裝在各個船艙的中央冷卻器兩端的差壓傳感器測量中冷器兩端的差壓信號，作為決策及優化計算模塊的一個輸入參數。
所述的決策及優化計算模塊，根據當前水域溫度，結合傳感器信號採集處理模塊傳送過來的淡水迴路的低溫端溫度值，啟用預置資料庫信息，使用前饋、反饋PID控制方法，計算當前應該啟動的海水泵和淡水泵臺數，以及三通閥的開度。
所述的執行機構控制模塊，根據決策及優化計算模塊計算的結果控制相應執行機構的起停，包括泵組控制模塊和三通閥控制模塊以及相應的閥門控制模塊。其中a)泵組控制模塊提供單片機與電機控制觸點之間過渡的電路。利用光電隔離保證了單片機不受外部電流衝擊。b)三通閥控制模塊根據優化算法中的PID模塊計算的結果調節三通閥的開度，使三通閥出口水溫穩定在要求的範圍。c)閥門控制模塊根據管路設計特點，結合當前泵組起停狀況，決定管路中閥門的開啟，以及空調艙的閥門的開啟等。
所述的顯示模塊接收決策及優化計算模塊信號，實時顯示海水溫度、三通閥出口溫度等信息。
所述的報警模塊，接收決策及優化計算模塊信號，通過單片機內部程序控制報警。淡水出口溫度時不滿足溫度範圍要求、要求啟動的相關設備沒有啟動以及其他必要的提示信息需要報警時由單片機控制程序控制報警。
所述的通信模塊，負責中央冷卻控制系統和船舶主控系統之間的通信，同過標準的通信接口將中央冷卻控制系統和船舶主控系統連接在一起。在主控臺可以監控中央冷卻系統的運行狀況，必要的時候也可以通過主控臺控制中央冷卻系統。通信模塊提供了包括RS485、RS232和CAN在內的多種通信方式，實現和船舶主控系統的整合。為主控臺獲取中央冷卻系統的信息提供了可能。
本發明使用時，在船舶中央冷卻系統各艙中央冷卻器海水進出口、淡水進出口處分別安裝海水溫度傳感器、淡水溫度傳感器，在各艙海水泵管路安裝水泵壓力傳感器；在各艙中央冷卻其兩端安裝差壓傳感器；以上各路傳感器信號連接到主控單片機傳感器信號採集處理模塊。將受控設備包括泵組、三通閥和閥門連接到單片機相應的執行機構控制模塊。手動開啟一臺海水泵以及任意機艙的淡水泵。進入自動控制程序。
權利要求
1.一種船舶中央冷卻單片機控制系統，包括傳感器信號採集處理模塊、決策及優化計算模塊、執行機構控制模塊、顯示模塊、報警模塊、通信模塊，其特徵在於，傳感器信號採集處理模塊採集的信號傳遞給決策及優化計算模塊，決策及優化計算模塊將經過程序的優化處理後的信號傳送給執行機構控制模塊、報警模塊、顯示模塊以及通信模塊，執行機構控制模塊接收來自決策及優化計算模塊的信號後，決定相應設備的運轉情況；報警模塊接收決策及優化計算模塊信號，決定是否報警；通信模塊接收決策及優化計算模塊信號，實現單片機和主控臺的通信；顯示模塊接收決策及優化計算模塊信號，實時顯示接收的信息。
2.根據權利要求1所述的船舶中央冷卻單片機控制系統，其特徵是，所述的傳感器信號採集處理模塊，具體包括海水溫度採集處理模塊、淡水溫度採集處理模塊、壓力信號採集處理模塊、差壓信號採集處理模塊，各模塊採集原始信號，並將採集的信號傳送到決策及優化計算模，為決策及優化計算模塊提供入口參數。
3.根據權利要求1或者2所述的船舶中央冷卻單片機控制系統，其特徵是，所述的傳感器信號採集處理模塊中，海水溫度採集處理模塊、淡水溫度採集處理模塊、壓力信號採集處理模塊、差壓信號採集處理模塊均通過傳感器實現原始信號的採集，具體包括a)安裝在船舶各艙底的溫度傳感器採集當前船舶航行水域的溫度，作為決策及優化計算模塊的一個輸入參數，同時與報警模塊相連；b)安裝在各管路的壓力傳感器採集各管路壓力，測量結果提供給決策及優化計算模塊，同時與報警模塊相連；c)安裝在各個船艙的中央冷卻器兩端的差壓傳感器測量中冷器兩端的差壓信號，作為決策及優化計算模塊的一個輸入參數。
4.根據權利要求1所述的船舶中央冷卻單片機控制系統，其特徵是，所述的決策及優化計算模塊，根據當前水域溫度，結合傳感器信號採集處理模塊傳送過來的淡水迴路的低溫端溫度值，啟用預置資料庫信息，使用前饋、反饋PID控制方法，計算當前應該啟動的海水泵和淡水泵臺數，以及三通閥的開度。
5.根據權利要求1所述的船舶中央冷卻單片機控制系統，其特徵是，所述的執行機構控制模塊，包括泵組控制模塊和三通閥控制模塊以及相應的閥門控制模塊，其中泵組控制模塊提供單片機與電機控制觸點之間過渡的電路，利用光電隔離保證單片機不受外部電流衝擊；三通閥控制模塊根據優化算法中的PID模塊計算的結果調節三通閥的開度，使三通閥出口水溫穩定在要求的範圍；閥門控制模塊根據管路設計特點，結合當前泵組起停狀況，決定管路中閥門的開啟，以及空調艙的閥門的開啟。
6.根據權利要求1所述的船舶中央冷卻單片機控制系統，其特徵是，所述的顯示模塊接收決策及優化計算模塊信號，實時顯示海水溫度、三通閥出口溫度。
7.根據權利要求1所述的船舶中央冷卻單片機控制系統，其特徵是，所述的報警模塊，接收決策及優化計算模塊信號，通過單片機內部程序控制報警，淡水出口溫度超出溫度範圍要求、設備故障以及必要的提示信息需要報警時由單片機控制程序控制報警。
8.根據權利要求1所述的船舶中央冷卻單片機控制系統，其特徵是，所述的通信模塊，負責中央冷卻控制系統和船舶主控系統之間的通信，同過標準的通信接口將中央冷卻控制系統和船舶主控系統連接在一起，在主控臺能監控中央冷卻系統的運行狀況，或者通過主控臺控制中央冷卻系統。
全文摘要
一種製冷技術領域的船舶中央冷卻單片機控制系統，包括傳感器信號採集處理模塊、決策及優化計算模塊、執行機構控制模塊、顯示模塊、報警模塊、通信模塊，傳感器信號採集處理模塊採集的信號傳遞給決策及優化計算模塊，決策及優化計算模塊將經過程序的優化處理後的信號傳送給執行機構控制模塊、報警模塊、顯示模塊、通信模塊，執行機構控制模塊接收來自決策及優化計算模塊的信號後，決定相應設備的運轉情況；報警模塊接收決策及優化計算模塊信號，決定是否報警；通信模塊接收決策及優化計算模塊信號，實現單片機和主控臺的通信；顯示模塊實時顯示接收的信息。本發明實現冷卻系統的能源節約，節省船舶人員配置，安全可靠。
文檔編號B63J2/00GK1760777SQ20051003097
公開日2006年4月19日 申請日期2005年11月3日 優先權日2005年11月3日
發明者董威, 唐建文 申請人:上海交通大學