專利名稱：船舶中央冷卻單片機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種制冷技術(shù)領(lǐng)域的系統(tǒng)，特別是一種船舶中央冷卻單片機(jī)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
中央冷卻系統(tǒng)在船舶上廣泛應(yīng)用是一個(gè)必然趨勢(shì)，國(guó)外應(yīng)用廣泛且已實(shí)現(xiàn)了微機(jī)自動(dòng)控制，取得了大量成功可靠的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。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(shè)計(jì)點(diǎn)(32攝氏度)時(shí)所需海水量為100％，則在24攝氏度附近海水流量?jī)H需約50％，海水泵功耗僅為32攝氏度時(shí)的25％，而且數(shù)據(jù)表明我國(guó)近?；蛘唛L(zhǎng)江水域船舶大部分時(shí)間都是在24攝氏度或以下水域航行。從國(guó)外大型典型船舶使用中央冷卻自動(dòng)控制系統(tǒng)的船舶的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，在一個(gè)設(shè)計(jì)周期(10年左右)，能源節(jié)約可達(dá)30萬(wàn)美元。在中央冷卻系統(tǒng)中如果能夠采用自動(dòng)控制系統(tǒng)，根據(jù)船舶航行水域的溫度、船舶主機(jī)負(fù)荷、船舶冷卻循環(huán)中淡水回路中的水溫，自動(dòng)控制不同環(huán)境、工況下流過(guò)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(shè)備的冷卻需要，又可以大大節(jié)約能源，而且使得溫度控制更加準(zhǔn)確，完全監(jiān)控，從而提高設(shè)備壽命，節(jié)省人力、財(cái)力，使船舶中央冷卻系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)申請(qǐng)(專利)號(hào)CN200410040668.5，發(fā)明名稱為中央空調(diào)冷卻系統(tǒng)自適應(yīng)優(yōu)化控制方法及裝置，本技術(shù)公開(kāi)了一種中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)自適應(yīng)優(yōu)化控制方法及裝置，該方法包括參數(shù)采集、數(shù)據(jù)處理、參數(shù)偏差優(yōu)化值計(jì)算、模糊推理、控制量輸出和控制；通過(guò)對(duì)冷卻水運(yùn)行參數(shù)、冷凍水運(yùn)行參數(shù)、環(huán)境溫度以及制冷機(jī)能耗的采集，計(jì)算制冷量、制冷系數(shù)并求取系統(tǒng)運(yùn)行平衡點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)冷卻水泵和風(fēng)機(jī)的優(yōu)化控制，從而保持最佳的制冷系數(shù)ε。其裝置包括模糊控制器、變頻器、溫度傳感器、流量計(jì)、電力監(jiān)測(cè)儀以及智能控制單元；上述溫度傳感器，流量計(jì)及電力監(jiān)測(cè)儀分別與智能控制單元連接，冷卻泵、風(fēng)機(jī)分別通過(guò)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(méi)有提出多泵控制系統(tǒng)，沒(méi)有針對(duì)船舶中央冷卻系統(tǒng)提出控制方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種船舶中央冷卻單片機(jī)控制系統(tǒng)，使其實(shí)現(xiàn)船舶中央冷卻系統(tǒng)的自控監(jiān)控，能源節(jié)約，提高中央冷卻系統(tǒng)性能，節(jié)省船舶人員配置，從而滿足船舶中各設(shè)備的冷卻需要，安全可靠。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括傳感器信號(hào)采集處理模塊、決策及優(yōu)化計(jì)算模塊、執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制模塊、顯示模塊、報(bào)警模塊、通信模塊。傳感器信號(hào)采集處理模塊采集的信號(hào)傳遞給決策及優(yōu)化計(jì)算模塊，決策及優(yōu)化計(jì)算模塊將經(jīng)過(guò)程序的優(yōu)化處理后的信號(hào)傳送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制模塊、報(bào)警模塊、顯示模塊以及通信模塊，執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制模塊接收來(lái)自決策及優(yōu)化計(jì)算模塊的信號(hào)后，決定相應(yīng)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況；報(bào)警模塊接收決策及優(yōu)化計(jì)算模塊信號(hào)，決定是否報(bào)警；通信模塊接收決策及優(yōu)化計(jì)算模塊信號(hào)，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和主控臺(tái)的通信；顯示模塊接收決策及優(yōu)化計(jì)算模塊信號(hào)，實(shí)時(shí)顯示接收的信息。
所述的傳感器信號(hào)采集處理模塊，具體包括海水溫度采集處理模塊、淡水溫度采集處理模塊、壓力信號(hào)采集處理模塊、差壓信號(hào)采集處理模塊，各模塊采集原始信號(hào)，并將采集的信號(hào)傳送到?jīng)Q策及優(yōu)化計(jì)算模，為決策及優(yōu)化計(jì)算模塊提供入口參數(shù)。
所述的決策及優(yōu)化計(jì)算模塊，根據(jù)當(dāng)前水域溫度，結(jié)合傳感器信號(hào)采集處理模塊傳送過(guò)來(lái)的淡水回路的低溫端溫度值，啟用預(yù)置數(shù)據(jù)庫(kù)信息，使用前饋、反饋PID控制方法，計(jì)算當(dāng)前應(yīng)該啟動(dòng)的海水泵和淡水泵臺(tái)數(shù)，以及三通閥的開(kāi)度。
所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制模塊，根據(jù)決策及優(yōu)化計(jì)算模塊計(jì)算的結(jié)果控制相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的起停，包括決定管路中閥門的開(kāi)啟，以及空調(diào)艙的閥門的開(kāi)啟等。
所述的顯示模塊接收決策及優(yōu)化計(jì)算模塊信號(hào)，實(shí)時(shí)顯示海水溫度、三通閥出口溫度等信息。
所述的報(bào)警模塊，接收決策及優(yōu)化計(jì)算模塊信號(hào)，通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部程序控制報(bào)警。淡水出口溫度時(shí)不滿足溫度范圍要求、要求啟動(dòng)的相關(guān)設(shè)備沒(méi)有啟動(dòng)以及其他必要的提示信息需要報(bào)警時(shí)由單片機(jī)控制程序控制報(bào)警。
所述的通信模塊，負(fù)責(zé)中央冷卻控制系統(tǒng)和船舶主控系統(tǒng)之間的通信，同過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的通信接口將中央冷卻控制系統(tǒng)和船舶主控系統(tǒng)連接在一起。
本發(fā)明可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用船舶的具體情況，采用軟件實(shí)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)軟件進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷亩M(jìn)行應(yīng)用。主要的控制思想是根據(jù)船舶航行中船舶航行水域的溫度、船舶主機(jī)負(fù)荷、船舶冷卻循環(huán)中淡水回路中的水溫，設(shè)計(jì)自動(dòng)控制程序，分析船舶設(shè)備熱負(fù)荷的變化情況，在船舶不同運(yùn)行環(huán)境下、不同工況下調(diào)整冷卻淡水回路的三通閥開(kāi)度以及海水泵與淡水泵的臺(tái)數(shù)，取得最優(yōu)的控制方案，從而節(jié)約能源。本發(fā)明能夠保證中央冷卻系統(tǒng)中淡水出水水溫準(zhǔn)確，波動(dòng)小，提高船上設(shè)備冷卻的可靠性，從而提高船上設(shè)備壽命。本發(fā)明按船舶設(shè)備熱負(fù)荷的變化情況動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)流經(jīng)中央冷卻器海水及淡水流量，節(jié)約能源的同時(shí)也提高了中央冷卻系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備的使用壽命。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在船舶中央冷卻系統(tǒng)的整個(gè)壽命期，運(yùn)行費(fèi)用占了總費(fèi)用的60-70％。采用本發(fā)明的自動(dòng)控制系統(tǒng)后，對(duì)某些船舶的分析表明，可以節(jié)約中央冷卻系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用60％左右，節(jié)能效果非常明顯。同時(shí)中央冷卻系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)完全處于監(jiān)控狀態(tài)，安全可靠。


圖1本發(fā)明系統(tǒng)框圖具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明包括傳感器信號(hào)采集處理模塊、決策及優(yōu)化計(jì)算模塊、執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制模塊、顯示模塊、報(bào)警模塊、通信模塊。傳感器信號(hào)采集處理模塊采集的信號(hào)傳遞給決策及優(yōu)化計(jì)算模塊，決策及優(yōu)化計(jì)算模塊將經(jīng)過(guò)程序的優(yōu)化處理后的信號(hào)傳送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制模塊、報(bào)警模塊、顯示模塊以及通信模塊，執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制模塊接收來(lái)自決策及優(yōu)化計(jì)算模塊的信號(hào)后，決定相應(yīng)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況；報(bào)警模塊接收決策及優(yōu)化計(jì)算模塊信號(hào)，決定是否報(bào)警；通信模塊接收決策及優(yōu)化計(jì)算模塊信號(hào)，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和主控臺(tái)的通信；顯示模塊接收決策及優(yōu)化計(jì)算模塊信號(hào)，實(shí)時(shí)顯示接收的信息。
所述的傳感器信號(hào)采集處理模塊，具體包括海水溫度采集處理模塊、淡水溫度采集處理模塊、壓力信號(hào)采集處理模塊、差壓信號(hào)采集處理模塊，各模塊采集原始信號(hào)，并將采集的信號(hào)傳送到?jīng)Q策及優(yōu)化計(jì)算模，為決策及優(yōu)化計(jì)算模塊提供入口參數(shù)。
所述的傳感器信號(hào)采集處理模塊中，海水溫度采集處理模塊、淡水溫度采集處理模塊、壓力信號(hào)采集處理模塊、差壓信號(hào)采集處理模塊均通過(guò)傳感器實(shí)現(xiàn)原始信號(hào)的采集，具體包括a)安裝在船舶各艙底的溫度傳感器采集當(dāng)前船舶航行水域的溫度，作為決策及優(yōu)化計(jì)算模塊的一個(gè)輸入?yún)?shù)，同時(shí)與報(bào)警模塊相連；b)安裝在各管路的壓力傳感器采集各管路壓力，測(cè)量結(jié)果提供給決策及優(yōu)化計(jì)算模塊，同時(shí)與報(bào)警模塊相連；c)安裝在各個(gè)船艙的中央冷卻器兩端的差壓傳感器測(cè)量中冷器兩端的差壓信號(hào)，作為決策及優(yōu)化計(jì)算模塊的一個(gè)輸入?yún)?shù)。
所述的決策及優(yōu)化計(jì)算模塊，根據(jù)當(dāng)前水域溫度，結(jié)合傳感器信號(hào)采集處理模塊傳送過(guò)來(lái)的淡水回路的低溫端溫度值，啟用預(yù)置數(shù)據(jù)庫(kù)信息，使用前饋、反饋PID控制方法，計(jì)算當(dāng)前應(yīng)該啟動(dòng)的海水泵和淡水泵臺(tái)數(shù)，以及三通閥的開(kāi)度。
所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制模塊，根據(jù)決策及優(yōu)化計(jì)算模塊計(jì)算的結(jié)果控制相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的起停，包括泵組控制模塊和三通閥控制模塊以及相應(yīng)的閥門控制模塊。其中a)泵組控制模塊提供單片機(jī)與電機(jī)控制觸點(diǎn)之間過(guò)渡的電路。利用光電隔離保證了單片機(jī)不受外部電流沖擊。b)三通閥控制模塊根據(jù)優(yōu)化算法中的PID模塊計(jì)算的結(jié)果調(diào)節(jié)三通閥的開(kāi)度，使三通閥出口水溫穩(wěn)定在要求的范圍。c)閥門控制模塊根據(jù)管路設(shè)計(jì)特點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)前泵組起停狀況，決定管路中閥門的開(kāi)啟，以及空調(diào)艙的閥門的開(kāi)啟等。
所述的顯示模塊接收決策及優(yōu)化計(jì)算模塊信號(hào)，實(shí)時(shí)顯示海水溫度、三通閥出口溫度等信息。
所述的報(bào)警模塊，接收決策及優(yōu)化計(jì)算模塊信號(hào)，通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部程序控制報(bào)警。淡水出口溫度時(shí)不滿足溫度范圍要求、要求啟動(dòng)的相關(guān)設(shè)備沒(méi)有啟動(dòng)以及其他必要的提示信息需要報(bào)警時(shí)由單片機(jī)控制程序控制報(bào)警。
所述的通信模塊，負(fù)責(zé)中央冷卻控制系統(tǒng)和船舶主控系統(tǒng)之間的通信，同過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的通信接口將中央冷卻控制系統(tǒng)和船舶主控系統(tǒng)連接在一起。在主控臺(tái)可以監(jiān)控中央冷卻系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，必要的時(shí)候也可以通過(guò)主控臺(tái)控制中央冷卻系統(tǒng)。通信模塊提供了包括RS485、RS232和CAN在內(nèi)的多種通信方式，實(shí)現(xiàn)和船舶主控系統(tǒng)的整合。為主控臺(tái)獲取中央冷卻系統(tǒng)的信息提供了可能。
本發(fā)明使用時(shí)，在船舶中央冷卻系統(tǒng)各艙中央冷卻器海水進(jìn)出口、淡水進(jìn)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(hào)連接到主控單片機(jī)傳感器信號(hào)采集處理模塊。將受控設(shè)備包括泵組、三通閥和閥門連接到單片機(jī)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制模塊。手動(dòng)開(kāi)啟一臺(tái)海水泵以及任意機(jī)艙的淡水泵。進(jìn)入自動(dòng)控制程序。
權(quán)利要求
1.一種船舶中央冷卻單片機(jī)控制系統(tǒng)，包括傳感器信號(hào)采集處理模塊、決策及優(yōu)化計(jì)算模塊、執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制模塊、顯示模塊、報(bào)警模塊、通信模塊，其特征在于，傳感器信號(hào)采集處理模塊采集的信號(hào)傳遞給決策及優(yōu)化計(jì)算模塊，決策及優(yōu)化計(jì)算模塊將經(jīng)過(guò)程序的優(yōu)化處理后的信號(hào)傳送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制模塊、報(bào)警模塊、顯示模塊以及通信模塊，執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制模塊接收來(lái)自決策及優(yōu)化計(jì)算模塊的信號(hào)后，決定相應(yīng)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況；報(bào)警模塊接收決策及優(yōu)化計(jì)算模塊信號(hào)，決定是否報(bào)警；通信模塊接收決策及優(yōu)化計(jì)算模塊信號(hào)，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和主控臺(tái)的通信；顯示模塊接收決策及優(yōu)化計(jì)算模塊信號(hào)，實(shí)時(shí)顯示接收的信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶中央冷卻單片機(jī)控制系統(tǒng)，其特征是，所述的傳感器信號(hào)采集處理模塊，具體包括海水溫度采集處理模塊、淡水溫度采集處理模塊、壓力信號(hào)采集處理模塊、差壓信號(hào)采集處理模塊，各模塊采集原始信號(hào)，并將采集的信號(hào)傳送到?jīng)Q策及優(yōu)化計(jì)算模，為決策及優(yōu)化計(jì)算模塊提供入口參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的船舶中央冷卻單片機(jī)控制系統(tǒng)，其特征是，所述的傳感器信號(hào)采集處理模塊中，海水溫度采集處理模塊、淡水溫度采集處理模塊、壓力信號(hào)采集處理模塊、差壓信號(hào)采集處理模塊均通過(guò)傳感器實(shí)現(xiàn)原始信號(hào)的采集，具體包括a)安裝在船舶各艙底的溫度傳感器采集當(dāng)前船舶航行水域的溫度，作為決策及優(yōu)化計(jì)算模塊的一個(gè)輸入?yún)?shù)，同時(shí)與報(bào)警模塊相連；b)安裝在各管路的壓力傳感器采集各管路壓力，測(cè)量結(jié)果提供給決策及優(yōu)化計(jì)算模塊，同時(shí)與報(bào)警模塊相連；c)安裝在各個(gè)船艙的中央冷卻器兩端的差壓傳感器測(cè)量中冷器兩端的差壓信號(hào)，作為決策及優(yōu)化計(jì)算模塊的一個(gè)輸入?yún)?shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶中央冷卻單片機(jī)控制系統(tǒng)，其特征是，所述的決策及優(yōu)化計(jì)算模塊，根據(jù)當(dāng)前水域溫度，結(jié)合傳感器信號(hào)采集處理模塊傳送過(guò)來(lái)的淡水回路的低溫端溫度值，啟用預(yù)置數(shù)據(jù)庫(kù)信息，使用前饋、反饋PID控制方法，計(jì)算當(dāng)前應(yīng)該啟動(dòng)的海水泵和淡水泵臺(tái)數(shù)，以及三通閥的開(kāi)度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶中央冷卻單片機(jī)控制系統(tǒng)，其特征是，所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制模塊，包括泵組控制模塊和三通閥控制模塊以及相應(yīng)的閥門控制模塊，其中泵組控制模塊提供單片機(jī)與電機(jī)控制觸點(diǎn)之間過(guò)渡的電路，利用光電隔離保證單片機(jī)不受外部電流沖擊；三通閥控制模塊根據(jù)優(yōu)化算法中的PID模塊計(jì)算的結(jié)果調(diào)節(jié)三通閥的開(kāi)度，使三通閥出口水溫穩(wěn)定在要求的范圍；閥門控制模塊根據(jù)管路設(shè)計(jì)特點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)前泵組起停狀況，決定管路中閥門的開(kāi)啟，以及空調(diào)艙的閥門的開(kāi)啟。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶中央冷卻單片機(jī)控制系統(tǒng)，其特征是，所述的顯示模塊接收決策及優(yōu)化計(jì)算模塊信號(hào)，實(shí)時(shí)顯示海水溫度、三通閥出口溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶中央冷卻單片機(jī)控制系統(tǒng)，其特征是，所述的報(bào)警模塊，接收決策及優(yōu)化計(jì)算模塊信號(hào)，通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部程序控制報(bào)警，淡水出口溫度超出溫度范圍要求、設(shè)備故障以及必要的提示信息需要報(bào)警時(shí)由單片機(jī)控制程序控制報(bào)警。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶中央冷卻單片機(jī)控制系統(tǒng)，其特征是，所述的通信模塊，負(fù)責(zé)中央冷卻控制系統(tǒng)和船舶主控系統(tǒng)之間的通信，同過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的通信接口將中央冷卻控制系統(tǒng)和船舶主控系統(tǒng)連接在一起，在主控臺(tái)能監(jiān)控中央冷卻系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，或者通過(guò)主控臺(tái)控制中央冷卻系統(tǒng)。
全文摘要
一種制冷技術(shù)領(lǐng)域的船舶中央冷卻單片機(jī)控制系統(tǒng)，包括傳感器信號(hào)采集處理模塊、決策及優(yōu)化計(jì)算模塊、執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制模塊、顯示模塊、報(bào)警模塊、通信模塊，傳感器信號(hào)采集處理模塊采集的信號(hào)傳遞給決策及優(yōu)化計(jì)算模塊，決策及優(yōu)化計(jì)算模塊將經(jīng)過(guò)程序的優(yōu)化處理后的信號(hào)傳送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制模塊、報(bào)警模塊、顯示模塊、通信模塊，執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制模塊接收來(lái)自決策及優(yōu)化計(jì)算模塊的信號(hào)后，決定相應(yīng)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況；報(bào)警模塊接收決策及優(yōu)化計(jì)算模塊信號(hào)，決定是否報(bào)警；通信模塊接收決策及優(yōu)化計(jì)算模塊信號(hào)，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和主控臺(tái)的通信；顯示模塊實(shí)時(shí)顯示接收的信息。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)冷卻系統(tǒng)的能源節(jié)約，節(jié)省船舶人員配置，安全可靠。
文檔編號(hào)B63J2/00GK1760777SQ20051003097
公開(kāi)日2006年4月19日 申請(qǐng)日期2005年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月3日
發(fā)明者董威, 唐建文 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)