本發(fā)明涉及船舶安全監(jiān)控技術(shù)，具體涉及一種船用lng/柴油雙燃料發(fā)動機安全監(jiān)控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

由于大量使用化石燃料導(dǎo)致嚴重的環(huán)境污染以及能源結(jié)構(gòu)的日趨緊張，清潔能源開始吸引更多國際組織、行業(yè)以及科研機構(gòu)的關(guān)注，其中l(wèi)ng/柴油雙燃料發(fā)動機在船舶中的應(yīng)用越來越普及。由于天然氣獨特的物理和化學(xué)性質(zhì)決定了這種發(fā)動機存在很多安全隱患問題。目前國內(nèi)外針對lng/柴油雙燃料發(fā)動機的研究，主要以動力性、經(jīng)濟性以及燃燒特性研究為主。針對雙燃料發(fā)動機的安全監(jiān)控研究相對較少。隨著使用天然氣的船舶越來越普及，針對天然氣船舶的安全監(jiān)控也將越來越嚴格。

目前船用lng/柴油雙燃料發(fā)動機安全監(jiān)控系統(tǒng)的研究才剛剛起步，關(guān)于船舶發(fā)動機的監(jiān)控項目比較零散，并且監(jiān)控邏輯較為簡單，沒有做到系統(tǒng)的集成以及整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的搭建，不利于操控人員對整個雙燃料發(fā)動機相關(guān)設(shè)備進行實時的監(jiān)控和管理。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于能夠通過設(shè)計一套船用安全監(jiān)控系統(tǒng)，讓工作人員在控制室或者駕駛室就可以方便的實現(xiàn)對船舶發(fā)動機需要監(jiān)控的設(shè)備進行有效的監(jiān)控和管理。本套安全監(jiān)控系統(tǒng)能夠提供實時、準(zhǔn)確的安全監(jiān)控數(shù)據(jù)報告，方便后期對lng/柴油雙燃料發(fā)動機系統(tǒng)進行分析和處理。

本發(fā)明實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是：包括集控室控制柜、機旁控制柜、串口繼電器、燃氣報警控制器、熱電偶采集模塊、lng儲氣罐通訊模塊、usb轉(zhuǎn)rs485轉(zhuǎn)化器。集控室控制柜作為整個系統(tǒng)的核心，集控室控制柜內(nèi)的工控機通過usb轉(zhuǎn)rs485轉(zhuǎn)化器分別與機旁控制柜內(nèi)可編程控制器(plc)、燃氣報警控制器、lng儲氣罐通訊模塊、熱電偶采集模塊、串口繼電器模塊連接。機旁控制柜內(nèi)的可編程邏輯控制器(plc)連接轉(zhuǎn)速傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、火焰探測器、煙霧探測器、互鎖氣動閥。燃氣報警控制器連接燃氣探測器。lng儲氣罐通訊模塊連接氣罐壓力和液位傳感器。熱電偶采集模塊連接氣缸排氣溫度傳感器。

按上述方案，所述集控室控制柜包括電源模塊、工控機、集控通訊模塊、集控開關(guān)量輸入模塊、集控開關(guān)量輸出模塊。電源模塊為集控室控制柜和機旁控制柜提供電源。通訊模塊與機旁控制柜內(nèi)的可編程控制器(plc)、燃氣報警控制器、lng儲氣罐通訊模塊、熱電偶采集模塊、串口繼電器模塊通訊采集相關(guān)傳感器信號。集控開關(guān)量輸入模塊向工控機輸入試燈、消音、緊急關(guān)斷、電源故障的信號。工控機通過集控開關(guān)量輸出模塊輸出火災(zāi)報警、燃氣泄漏、其他故障、電源、發(fā)動機停機、雙燃料模式、電源故障、閥箱低壓、緊急關(guān)斷、風(fēng)機未運轉(zhuǎn)的信號。以工控機作為上位機，用以與機旁控制柜內(nèi)可編程控制器(plc)、燃氣報警控制器、lng儲氣罐通訊模塊、熱電偶采集模塊、串口繼電器模塊進行通訊交換數(shù)據(jù)，通過組態(tài)王進行所有數(shù)據(jù)的處理和發(fā)送指令。

按上述方案，所述機旁控制柜包括可編程控制器(plc)、機旁通訊模塊、模擬量信號模塊、機旁開關(guān)量輸入模塊以及機旁開關(guān)量輸出模塊?？删幊炭刂破?plc)通過通訊模塊與集控室控制柜通訊。機旁模擬量信號模塊向可編程控制器(plc)輸入模擬量信號，模擬量信號模塊采集的信號包括天然氣溫度8、汽化器介質(zhì)溫度9、天然氣壓力10、氣棚溫度11。機旁開關(guān)量輸入模塊向可編程控制器(plc)輸入轉(zhuǎn)速傳感器、風(fēng)機未運轉(zhuǎn)、煙霧探測器即機艙煙霧探測器和氣棚煙霧探測器、火焰探測器即機艙火焰探測器和氣棚火焰探測器、閥箱低壓、互鎖氣動閥即氣動總閥、第一互鎖氣動閥、第二互鎖氣動閥和第三互鎖氣動閥、緊急關(guān)斷的信號。機旁開關(guān)量輸出模塊輸出火災(zāi)報警、燃氣泄漏、其他故障、電源、發(fā)動機停機、雙燃料模式、電源故障、閥箱低壓、緊急關(guān)斷、風(fēng)機未運轉(zhuǎn)的信號。可編程控制器(plc)對采集到的信號進行邏輯判斷，并將信號通訊給組態(tài)王。

按上述方案，所述熱電偶采集模塊用以采集雙燃料發(fā)動機六缸排氣溫度，并通過安全監(jiān)控系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳遞給監(jiān)控軟件組態(tài)王，組態(tài)王通過搭載的控件對數(shù)據(jù)進行邏輯判斷，并做出處理指令。

按上述方案，所示燃氣報警控制器用以采集氣棚處所、機艙室、發(fā)動機曲軸箱的燃氣濃度，并將采集的濃度信號傳遞給組態(tài)王。組態(tài)王判斷燃氣濃度值并做出處理指令。

按上述方案，所述lng儲存氣罐通訊模塊將氣罐內(nèi)的液位和壓力數(shù)據(jù)通過通訊網(wǎng)絡(luò)傳遞給組態(tài)王，由組態(tài)王對數(shù)據(jù)進行判斷并做出處理指令。

本發(fā)明采用工控機作為上位機，針對不同監(jiān)控目標(biāo)可以方便搭載activex控件進行復(fù)雜的邏輯運算。能夠提供實時、準(zhǔn)確的安全監(jiān)控數(shù)據(jù)報告，方便后期對lng/柴油雙燃料發(fā)動機系統(tǒng)進行分析和處理，便于不同發(fā)動機機型以及不同監(jiān)控方案使用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的硬件結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的通訊結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明的集控室控制柜結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明的機旁控制柜結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明的工控機通訊模塊電路圖。

圖6為本發(fā)明的模擬量信號輸入電路圖。

圖7為本發(fā)明的機旁開關(guān)量輸入模塊電路圖。

圖中：1.串口繼電器模塊輸入端，2.串口繼電器模塊輸出端，3.燃氣報警控制器，4.熱電偶采集模塊，5.可編程控制器(plc)，6.lng儲氣罐通訊模塊，7.電控系統(tǒng)(ecu)，8天然氣溫度，9.汽化器介質(zhì)溫度，10.天然氣壓力，11.氣棚溫度，12.轉(zhuǎn)速傳感器，13.風(fēng)機未運轉(zhuǎn)，14.機艙煙霧探測器，15.氣棚煙霧探測器，16.機艙火焰探測器，17氣棚火焰探測器，18.閥箱低壓，19.氣動總閥，20.緊急關(guān)斷，21.第一互鎖氣動閥，22第二互鎖氣動閥，23第三互鎖氣動閥

具體實施方式

為進一步闡述本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和功能，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細說明。

如圖1所示，本發(fā)明的硬件包括工控機與機旁控制柜內(nèi)的可編程控制器(plc)5、燃氣報警控制器3、lng儲氣罐通訊模塊6、熱電偶采集模塊4、串口繼電器模塊、usb轉(zhuǎn)rs485轉(zhuǎn)化器。工控機采用modbus通訊方式與可編程控制器(plc)5、燃氣報警控制器3、lng儲氣罐通訊模塊6、熱電偶采集模塊4、串口繼電器模塊構(gòu)建通訊網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)交換。

如圖2所示，工控機采用組態(tài)王作為監(jiān)控軟件并運行相關(guān)監(jiān)測控件。采用modbus通訊方式，組態(tài)王作為主站,會定時向從站發(fā)出詢問命令，可編程控制器(plc)5、燃氣報警控制器3、lng儲氣罐通訊模塊6、熱電偶采集模塊4、串口繼電器模塊作為從站，完成主從站之間的數(shù)據(jù)交換。工控機通過usb轉(zhuǎn)rs485轉(zhuǎn)化器與可編程控制器(plc)5、燃氣報警控制器3、lng儲氣罐通訊模塊6、熱電偶采集模塊4、串口繼電器模塊構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)交換。工控機通訊模塊電路圖如圖5所示，串口繼電器模塊輸入端1和串口繼電器模塊輸出端2用于執(zhí)行相關(guān)信號指令，控制控制柜面板上的指示燈。燃氣報警控制器3監(jiān)測氣棚、機艙和發(fā)動機曲軸箱處的燃氣濃度。熱電偶采集模塊4采集六缸排氣溫度信號，可編程控制器(plc)5采集現(xiàn)場各個傳感器信號，lng儲氣罐通訊模塊6將氣罐的液位和壓力信號通訊給工控機，最后組態(tài)王將故障信號通訊給發(fā)動機電控系統(tǒng)(ecu)7。

如圖3所示，位于集控室內(nèi)的集控室控制柜包括電源模塊、工控機、集控通訊模塊、集控開關(guān)量輸入模塊、集控開關(guān)量輸出模塊。電源模塊為集控室控制柜和機旁控制柜提供電源。通訊模塊與機旁控制柜內(nèi)可編程控制器(plc)5、燃氣報警控制器3、lng儲氣罐通訊模塊6、熱電偶采集模塊4、串口繼電器模塊通訊采集相關(guān)傳感器信號。集控開關(guān)量輸入模塊向工控機輸入試燈、消音、緊急關(guān)斷、電源故障的信號。工控機通過集控開關(guān)量輸出模塊輸出火災(zāi)報警、燃氣泄漏、其他故障、電源、發(fā)動機停機、雙燃料模式、電源故障、閥箱低壓、緊急關(guān)斷、風(fēng)機未運轉(zhuǎn)的信號。

如圖4所示，位于發(fā)動機旁的機旁控制柜包括可編程控制器(plc)5、機旁通訊模塊、模擬量信號模塊、機旁開關(guān)量輸入模塊以及機旁開關(guān)量輸出模塊?？删幊炭刂破?plc)5通過通訊模塊與集控室控制柜通訊。機旁模擬量信號模塊向可編程控制器(plc)5輸入模擬量信號，其中模擬量信號輸入電路圖如圖6所示，模擬量信號模塊采集的信號包括天然氣溫度8，用以監(jiān)測天然氣溫度是否偏低；汽化器介質(zhì)溫度9，用以監(jiān)測換熱器內(nèi)汽化器介質(zhì)溫度是否偏低；天然氣壓力10，用以監(jiān)測天然氣管道壓力是否低于正常值；氣棚溫度11，用以監(jiān)測氣棚環(huán)境溫度是否低于正常值。機旁開關(guān)量輸入模塊向可編程控制器(plc)5輸入轉(zhuǎn)速傳感器12、風(fēng)機未運轉(zhuǎn)13、機艙煙霧探測器14、氣棚煙霧探測器15、機艙火焰探測器16、氣棚火焰探測器17、閥箱低壓18、氣動總閥19、第一互鎖氣動閥21、第二互鎖氣動閥12、第三互鎖氣動閥13、緊急關(guān)斷20的信號。開關(guān)量輸入模塊電路圖如圖7所示，轉(zhuǎn)速傳感器12用以測量的發(fā)動機轉(zhuǎn)速，風(fēng)機未運轉(zhuǎn)13用以監(jiān)控風(fēng)機是否運轉(zhuǎn)，機艙煙霧探測器14、氣棚煙霧探測器15、機艙火焰探測器16、氣棚火焰探測器17用來監(jiān)控機艙和氣棚的火災(zāi)情況。閥箱低壓18，用來監(jiān)控閥箱氣源壓力，保證氣源壓力充足。氣動閥組中氣動總閥19，以及采取緊急關(guān)斷后的緊急關(guān)斷信號20。第一互鎖氣動閥21，第二互鎖氣動閥22，第三互鎖氣動閥23，用來監(jiān)控天然氣供應(yīng)管路情況?？删幊炭刂破?plc)5通過機旁開關(guān)量輸出模塊輸出火災(zāi)報警、燃氣泄漏、其他故障、電源、發(fā)動機停機、雙燃料模式、電源故障、閥箱低壓18、緊急關(guān)斷20、風(fēng)機未運轉(zhuǎn)13的信號。

當(dāng)以上監(jiān)控項目出現(xiàn)故障信號的時候，上位機監(jiān)控軟件采集到相關(guān)信號并經(jīng)過邏輯判斷后觸發(fā)聲光報警、開啟控制的故障指示燈、觸發(fā)互鎖氣動閥和總閥的動作，并將故障信號通訊給發(fā)動機電控系統(tǒng)(ecu)7。