船舶压力罐智能控制研究与开发

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　　摘 要：本文采用智能检测系统对压力罐进行实时检测，并与船舶智能控制系统相结合，达到省时省力，安全可靠的作用，实现了对压力罐精准检测并实时反馈的功能。
　　关键词：智能船舶;压力罐;信息感知技术;精准检测
　　中图分类号：U665 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）07-0067-02
　　0引言
　　随着全球智能船舶技术的日益发展，在国际上与国内之间的贸易量迅速增加，从而对当前的船舶技术发展提出了新的考验。针对于此，基于船舶压力罐的智能控制系统研发，对于船舶的研发工作具有举足轻重的作用。近年来，在传感、通信、计算机、信息、自动化、智能控制等技术的引领下，对于船用压力罐的研究与开发不断地发展与突破，船舶压力罐智能化发展较快并取得了一些新的成果。本文首先介绍船舶智能的概念和特点，然后讨论船舶压力罐智能控制当前存在的问题，和研究发展的方向，针对已有的船舶压力罐进行分析，发现现有的压力罐存在一定的风险等级，并对这些风险提出相应的解决方法。以实现船舶压力罐的智能控制研究与开发[1]。
　　1船舶压力罐智能控制与开发的概述
　　1.1智能船舶压力罐基本概念
　　通常来讲，所谓智能船舶，就是利用网络、传感器、通信等技术手段，自动感知和获取船舶自身、载荷物流、港口、海洋环境等方面的信息数据，从而能够保证整个船舶的正确航行。对于船舶压力罐，则一般用于闭式水循环系统中，起到了平衡水量及压力的作用，避免安全阀频繁开启和自动补水阀频繁补水，以达到延长寿命的作用[2]。
　　其中，利用计算机、自动控制、数据智能处理和分析等技术，使得压力罐在航行、货物运输、管理、维护保养等方面实现智能化运行。膨胀罐起到容纳膨胀水的作用外，还能起到补水箱的作用，膨胀罐充入空气，能够获得较大容积来容纳膨胀水量，高、低压膨胀罐可利用本身压力并联向稳压系统补水。
　　本装置各点控制均为智能化的控制，自动运行，压力波动范围小，安全可靠，节能，经济效果好。
　　1.2船舶压力罐系统硬件电路设计
　　压力罐作为船舶运行过程中的一个必须的设备，对于智能船舶压力罐的研究与开发是船舶智能系统的一个重要部分。压力罐系统的安装是由多种传感器共同组成，包括压力传感器、温度传感器、水量传感器等，同时压力罐上面也安装有控水阀，从而控制水量的进入与排出。因此，硬件电路设计主要围绕于各种传感器与控制器之间的连接和线路的规划组成。压力罐智能控制是硬件电路设计的一部分，压力罐在船舶上的主要功能是提供一定的水压，保证能够满足船舶上正常的供水，解决了水压不稳定，水压不够等问题。随着智能船舶涉及的通信、传感器、网络等技术迅猛发展，从而给予了船舶压力罐一个很好的技术基础[3]。
　　2 智能船舶压力罐的发展现状
　　目前的船舶压力罐在运行的过程中，由于缺乏相应的改进，使得压力罐一直处于被动的状态，容易出现很多问题，比如说水压不稳定、无法检测当前水量，无法预测相应的紧急状态等问题。对此，我们对智能船舶的研究有效的解决了上述的问题。完善了在研究和深化船舶信息处理工序的基础上的维护整合感知技术、状态检测和故障诊断等技术，有效维护了航行体系的完整性[4]。
　　3智能船舶压力罐的组成部分
　　其中船舶供水压力罐成套设备一般由主动阻隔阀、水源罐等各部分组成。各局部阐明如下：
　　（1）主动阻隔阀：主要用于阻隔水源，可任意设定标准压力，当水源压力低于该值时，电动机就会启动，保证了机器的正常供水使用。（2）水源罐：其主要作用就是存储水源，当水源不足时，会自动开启补水模式，将输入的水压缩进水源罐储存起来，当需要用水源罐中的水时就能够进行补充，从而能够起到一定的缓冲作用。其中水源罐的大小与规格直接影响了整体的性能，所以在研究和开发过程中，我们考虑了不同的水源罐对正常使用所造成的影响，得出了最稳定的水源罐体积，从而能够保证体积最小的同时保证其性能不受影响。（3）控制器：船舶压力罐的控制器就相当于整个控制的大脑，只有控制器设定相应的程序，才能保证全体各个配件的相互协作。在程序的编写方面，我们实际参考了压力罐的压力实际实际与理论数据，从而保证了控制器在不同的情况下能够在正确的数据下运行。其次对于控制器的运行环境，需要提供相应的工作电压，以及对应的工作电流，以保证控制器的正常稳定运行。
　　4技术研究与程序设计
　　4.1智能船舶压力罐系统信息技术
　　船舶压力罐信息感知是指船舶压力罐能够基于各种传感设备、传感网络和信息处理设备，获取压力罐自身的各种信息，能够实时的检测压力罐中的水温，水量等各种数据，使船舶能够更安全、可靠航行。其中各种传感设备与控制器显示器之间的连接网络，需要我们手动的进行布置和规划，在确保正常功能不受到影响的同时，最大程度的减少线路的长度，从而降低了成本，提高了稳定性。压力罐作为一种气压给水设备，其作用相当于水塔和高位水池。由于它的供水压力是借罐内压缩空气维持的，因此，罐体的安装高度可以不受限制。其优点在于建设速度快，容易拆迁，灵活性大，自动化程度高，很适宜用于水源充足、供电正常的船舶进行供水。但其调节水量小，压力衰减快，机泵启动频繁，运行费用高，不适宜用水量大和要求压力稳定的船舶使用[5]。
　　4.2智能船舶压力罐系统的集成原理
　　该智能船舶压力罐系统的主要工作原理就是通过各种传感器采集压力罐内的各种数据，通过各种连接网络，将数据反馈到控制系统，控制系统对数据进行分析和处理之后，进行相应的操作：具体表现在当水位不足或降低控制系统能迅速的在顯示设备中显示其相应的信息，并且在合理的条件下打开抽水泵进行供水操作。同样在水压过高时，控制系统也会停止相应的供水操作，从而保护压力罐的安全工作，为智能船舶航运实时提供了决策和控制信息，以使船舶更加安全、环保、经济、可靠。 　　4.3程序部分研究与开发
　　在船舶压力罐程序的设计部分主要参考了实际产品在使用过程中的主要作用和用途，考虑到了使用过程中容易出现的问题，并予以加强。比如在设定压力罐正常压力的范围时，我们对其进行了大量的实验，最终得出了该压力罐的正常工作压力范围。在程序的设计过程中，参考了实际物体在客观情况下的反应，并且对一些事实基础和物理公式进行了相应的参考，从而保证了程序的正常运行与符合客观事实规律，这样可以最大程度的保证系统的正常运行[6]。
　　5压力罐分类设计与使用流程
　　5.1船舶压力罐的设计工作原理
　　船舶压力罐有隔膜式、气囊式和补气式三种类型。
　　（1）隔膜式压力罐，完全实现气，水分开，水在橡胶隔膜的一侧，另外一侧是预充空气，这种压力罐没有气溶与水的损失问题，可一次充气，长期使用。减少了压力罐的建设成本，扩大了使用范围，适合于船舶的高处供水，提高了水的压力。（2）气囊式压力罐，气，水分开，水在橡胶囊内部，外部与罐体之间的间隙预充空气，这种压力罐没有气溶与水的损失问题，可一次充气，长期使用。这种方式就能最大程度的减少水质的变化，同时能减少气体的消耗。（3）补气式压力罐，空气与水直接接触，经过一段时间后，空气因漏失和溶解于水而减少，使调节水量逐渐减少，水泵启动渐趋领繁，因此需定期补气。这种方式会使气体与液体直接接触，容易造成气体溶解到液体当中，造成船舶用水的水質发生变化[7]。
　　5.2 船舶压力罐的工作原理
　　压力罐一般安装在船舶配水泵与进水口之间。水泵启动后，即向船舶管道供水，多余的水则贮存至罐内，并使罐内水位上升，罐内空气受到压缩，压力随之增高。当罐内压力达到所规定的上限压力值时，由管道与罐顶部相连通的电接点压力表的指标接通上限触点，发出信号，切断电源，停泵。船舶日常继续用水，罐内压缩空气将罐内的水压入船舶管网，水位下降，罐内空气压力也随之下降。当降至所要求的下限压力值时，电接点压力表的指标即接通下限触点，继电器动作，电机与电源接通、水泵重新启动工作。如此反复操作，实现船舶供水管道的稳定，以满足船舶使用者的日常供水需求[8]。
　　6压力罐智能控制程序文件的编译、连接、调试及其结果
　　本设计采用了模块编程法，使用软件对压力罐的各个传感器进行了单独的编程，最后进行整个系统文件的编程与编译。其中，各个传感器模块的程序部分都可以进行单独的编辑，模块化的编程使得编程的难度和后续维护的成本大大降低。通过各个模块反复的调试实验并修改程序，确保压力罐的各个传感器程序没有错误后，连接相应的开发版进行下载编译操作，最终实现系统的完整功能[9]。
　　另外，当系统出现错误后，系统会自动判断是否为可纠正的错误，当错误可以纠正时，系统会自动纠正，并在中控设备给予提醒，确保正常工作不受到影响。当错误无法纠正时，系统会关闭相应的供水管道，将影响降低到最小，等待使用者的手动修复。
　　7总结与展望
　　本设计使用单片机作为开发的核心控制环境，对船舶压力罐系统进行相应的研究与开发，大大提高了船舶智能系统的稳定性和舒适度。压力罐的使用同时也提高了船舶在使用过程中的稳定性，相对于传统的方式有了较大的改进和提升，实现了船舶技术的发展与突破。
　　参考文献
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　　[8] 李超，吴桂涛，杜太利.LNG动力船舶储罐稳压过程[J].中国航海，2014，37（2）：27-30+52.
　　[9] 荣泉森.向压力罐自动供水装置的设计与安装[J].设备管理与维修，2018（8）：133-134.
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