[發明專利]一種船舶中央冷卻水多段比值控制系統及方法

有效

• 申請號: 201810456383.1
• 申請日: 2018-05-14
• 公開（公告）號: CN108750064B
• 公開（公告）日: 2023-09-08
• 發明（設計）人: 王永祥
• 申請（專利權）人: 廣州航海學院
• 主分類號: B63H21/38
• 分類號: B63H21/38;B63J2/12
• 代理公司: 東莞高瑞專利代理事務所(普通合伙) 44444
• 代理人: 楊英華;張陽

本發明公開了一種船舶中央冷卻水多段比值控制系統及方法，包括船舶主機系統、淡水冷卻泵、冷卻器、三通閥控制器、PLC控制器和現場操作箱，所述船舶主機系統分別連接PLC控制器和淡水冷卻泵，淡水冷卻泵還連接冷卻器和三通閥控制器，本發明的有益效果是：(1)根據閥門開度控制變頻器頻率進而控制海水變頻泵轉速，其中閥門開度與變頻器頻率之間的對應關系采用多段比值控制函數。(2)增加開關函數，采用smith滯環比較器，增強系統穩定性。(3)板式換熱器出口海水溫度達到安全界限49℃時，本設計系統的變頻器自動切換到最高限制頻率運行。(4)減少三通閥頻繁動作。

技術領域

本發明涉及一種控制系統，具體是一種船舶中央冷卻水多段比值控制系統及方法。

背景技術

目前船舶中央冷卻水控制系統普遍采用工頻泵全速運行，由三通閥溫控器調節旁通量使低溫淡水回路進口溫度穩定在36℃。這種控制方法雖簡單、投資少、穩定性良好，但海水泵長期在超出實際所需的功率下運行，能耗大、執行機構動作頻繁、三通閥磨損大。

瑞典Alfa?Laval公司開發的ENGARD型船舶中央冷卻水系統，雖可根據中央冷卻水系統熱負荷變化對海水泵進行變極調速，并且海水泵采用不同組合實現流量分級變化，降低一定能耗和延長三通閥使用壽命，但仍存在改進空間。國內雖有學者已提出根據三通閥開度來改變海水變頻泵轉速的控制模式，可并未給出具體實現方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種船舶中央冷卻水多段比值控制系統，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種船舶中央冷卻水多段比值控制系統，包括船舶主機系統、淡水冷卻泵、冷卻器、三通閥控制器、PLC控制器和現場操作箱，所述船舶主機系統分別連接PLC控制器和淡水冷卻泵，淡水冷卻泵還連接冷卻器和三通閥控制器，冷卻器還連接海水泵、海水出口和PLC控制器，PLC控制器還分別連接人機操作界面、現場操作箱和三通閥控制器。

作為本發明的進一步技術方案：所述冷卻器與海水泵之間接有壓力傳感器和溫度傳感器，所述冷卻器與海水出口之間接有壓力傳感器和溫度傳感器，船舶主機系統和淡水冷卻泵之間設有溫度傳感器，船舶主機系統和淡水冷卻泵之間設有溫度傳感器，冷卻器和PLC控制器之間設有溫度傳感器。

作為本發明的進一步技術方案：所述冷卻器為板式冷卻器。

作為本發明的進一步技術方案：所述現場操作箱與海水泵均設有多個，并且每一個現場操作箱和海水泵一一對應，現場操作箱和海水泵之間設有壓力開關。

作為本發明的進一步技術方案：所述淡水冷卻泵設有多個。

一種船舶中央冷卻水多段比值控制方法，包含以下步驟：

步驟(1)：連結好各設備；

步驟(2)：三通閥控制器采用常規PID控制，三通閥閥門開度按以下公式設定對三通閥控制器的淡水閥門開度進行控制：輸出4-20mA電流改變三通閥位置α(t)。輸入傳感器信號x(t)為PT100，r(t)為溫度設定值，三通閥溫控器輸入信號是溫度偏差信號e(t)＝r(t)-x(t)；控制器采用比例積分調節規律，設閥門初始位置為α₀，e(t)與控制器輸出位置增量dα(t)關系滿足下式：閥門開度輸出位置為：α＝α₀+∫dα(t)；此位置信號α由PLC采集送入變頻器，變頻器根據此采集信號輸出相應頻率來改變海水變頻泵轉速，Ti為積分時間，Kp為比例值；

步驟(3)：設定PLC按以下設計函數對變頻器頻率進行控制：當α60％，f＝25Hz；

當60％≤α85％，f＝k₁(α－0.6)+25；當85％≤α95％，f＝k₂(α－0.85)+40；當95％≤α，f＝50Hz。