一种LNG燃料动力船控制、监测和安全系统的制作方法

本实用新型涉及船舶控制系统领域，尤其涉及一种LNG燃料动力船控制、监测和安全系统。

背景技术：

国际海事组织(IMO)所颁布的《防止船舶造成污染国际公约》(MARPOL)附则Ⅵ，将对全球及排放控制区逐步实施更加严格的NOx和SOx排放要求。传统的船舶采用柴油作为主要燃料，限制NOx和SOx排放成本较高且成效有限，LNG燃料具有清洁环保、经济高效的优势，对节能减排、优化能源结构、改善空气质量和保护水域污染意义重大。

船舶LNG发动机分为两种，即LNG单燃料和柴油-LNG双燃料，单燃料发动机使用天然气完全代替柴油，双燃料发动机是在现有柴油机的基础上，增加LNG供气系统及双燃料电控喷射系统，从而实现发动机的纯柴油和柴油-LNG混燃两种工作模式。

对于LNG燃料动力船而言，安全是至关重要的，现有技术下的LNG燃料动力船安保系统与控制系统往往集成在一起，互相关联，当一个系统出现问题时，其他系统也会出现故障。

因此，设计一种能够全方位预警并处理隐患的LNG燃料动力船控制、监测和安全系统很有现实意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于:为了解决现有技术下缺少一种能够全方位监测、预警并紧急处理隐患的LNG燃料动力船控制、监测和安全系统，本实用新型提供了一种LNG燃料动力船控制、监测和安全系统，对LNG燃料船全船安全报警系统、气体充装系统、燃料供应系统、气体阀件单元、机舱等进行监控，并根据储罐温度、液位、压力及各现场气体探测器、感温感烟传感器进行相关联锁保护及紧急切断，将相关监控及安保状态发送至驾驶室、有人机舱位置。可将气体燃料发动机、配电系统等其它设备工作及报警状态传至驾驶室、有人机舱位置，具有安全可靠的优点。

本实用新型采用的技术方法如下：

一种LNG燃料动力船控制、监测和安全系统，包括中央控制器、显示单元、电源处理单元、通信处理单元、信号采集单元和信号输出单元，所述中央控制器分别与显示单元、电源处理单元、信号采集单元、信号输出单元和通信处理单元电连接，还包括安保控制柜和驾控台，所述中央控制器设于安保控制柜中，所述信号采集单元通过信号安全隔离栅控制监测仪器，所述信号输出单元通过中间继电器控制紧急切断阀、声光报警器和防爆风机。

进一步地，所述通信处理单元分别连接火灾报警板、驾控台远程报警板和发动机。

进一步地，所述电源处理单元分别接入交流220V电源和直流24V电源，所述交流220V电源和直流24V电源互为冗余。

进一步地，所述电源处理单元分别接入交流220V电源和直流24V电源，所述交流220V电源为主电源，由AC220V低压配电板提供，所述直流24V电源为备用电源，由DC24V低压配电板提供，所述电源处理单元中还设有应急备用电源，所述应急备用电源由DC24V/7Ah蓄电池提供。

进一步地，所述监测仪器包括液位传感器、压力传感器、温度传感器和可燃气体传感器。

进一步地，所述液位传感器、压力传感器、温度传感器和可燃气体传感器均设在与发动机相连的气体燃料充装系统和气体燃料供应系统中。

进一步地，所述火灾报警板和通信处理单元间采用标准MODBUS协议通讯连接，所述驾控台远程报警板和通信处理单元采用工业以太网通讯连接，所述发动机和通信处理单元间采用CAN协议通讯连接。

进一步地，所述监测仪器将采集到的环境参数转换成4～20毫安的电流信号经过安全隔离栅后，进入信号采集单元，并传送给中央控制器进行分析和处理。

进一步地，所述安保柜控制面板和驾控台远程报警板均采用工业触摸屏，安保柜控制面可显示监测仪器的实时数据、工艺流程图、设备运行状态和操作控制，驾控台远程报警板可显示监测仪器的实时数据、设备运行状态和操作控制。

综上所述，由于采用了上述技术方法，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型可对LNG燃料船全船安全报警系统、气体充装系统、燃料供应系统、气体阀件单元、机舱等进行监控，并根据储罐温度、液位、压力及各现场气体探测器、感温感烟传感器进行相关连锁保护及紧急切断。

2.本实用新型提供了一套独立的安全系统，当发生紧急情况时，有紧急停止信号、可燃气体报警信号或火灾报警信号进入此安全系统时，系统进入安保状态。

3.本实用新型设计了一套冗余电源，任何一路电源出现故障，不会影响本系统的正常运行；并且系统自带UPS功能，断电后可持续为本系统供电30分钟。

4.本实用新型安全系统和供气系统完全独立，确保任何情况下都不会出现供气故障。

附图说明

本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本实用新型系统连接框图；

图2是本实用新型安保控制柜面板图；

图3是本实用新型远程报警板面板图；

图4是本实用新型充装控制界面图；

图5是本实用新型供气控制界面图。

具体实施方式

为了本技术领域的人员更好的理解实用新型，下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例1：

一种LNG燃料动力船控制、监测和安全系统，包括中央控制器、显示单元、电源处理单元、通信处理单元、信号采集单元和信号输出单元，所述中央控制器分别与显示单元、电源处理单元、信号采集单元、信号输出单元和通信处理单元电连接，还包括安保控制柜和驾控台，所述中央控制器设于安保控制柜中，所述信号采集单元通过信号安全隔离栅控制监测仪器，所述信号输出单元通过中间继电器控制紧急切断阀、声光报警器和防爆风机。

作为一种优选的实施方式，所述通信处理单元分别连接火灾报警板、驾控台远程报警板和发动机。

作为一种优选的实施方式，所述电源处理单元分别接入交流220V电源和直流24V电源，所述交流220V电源和直流24V电源互为冗余，所述交流220V电源为主电源，由AC220V低压配电板提供，所述直流24V电源由DC24V低压配电板提供，所述电源处理单元中还设有应急备用电源，所述应急备用电源由DC24V/7Ah蓄电池提供，该蓄电池通过UPS模块进行充放电控制，蓄电池属于铅酸电池，不推荐用户对其自行更换，后背电池控制箱中蓄电池控制板需要专业人员操作，由于蓄电池短路瞬间电流大，作业时请务必确认蓄电池的电极，以避免不要的损失，蓄电池放电时间按照负载功率设计，放电时间可维持30分钟。

作为一种优选的实施方式，所述监测仪器包括液位传感器、压力传感器、温度传感器和可燃气体传感器。

作为一种优选的实施方式，所述液位传感器、压力传感器、温度传感器和可燃气体传感器均设在与发动机相连的气体燃料充装系统和气体燃料供应系统中。

作为一种优选的实施方式，所述火灾报警板和通信处理单元间采用标准MODBUS协议通讯连接，所述驾控台远程报警板和通信处理单元采用工业以太网通讯连接，所述发动机和通信处理单元间采用CAN协议通讯连接。

作为一种优选的实施方式，所述监测仪器将采集到的环境参数转换成4～20毫安的电流信号经过安全隔离栅后，进入信号采集单元，并传送给中央控制器进行分析和处理。

作为一种优选的实施方式，所述安保柜控制面板和驾控台远程报警板均采用工业触摸屏，安保柜控制面可显示监测仪器的实时数据、工艺流程图、设备运行状态和操作控制，驾控台远程报警板可显示监测仪器的实时数据、设备运行状态和操作控制。

作为一种优选的实施方式，中央控制器根据信号采集单元的仪表信号，经过处理后发送命令给信号输出单元，信号输出单元经过中间继电器实现对现场的紧急切断阀、声光报警器和风机进行控制。

如图所示，安保柜控制面板主要包括触摸显示屏、电源指示灯、系统运行指示灯、系统相关控制、充装控制、左供气控制和右供气控制等部分组成，当外接主电源断开或者外接备电源断开时，红色指示灯亮，同时报警蜂鸣器发出声光报警，当系统有报警时间发生时，报警蜂鸣器闪烁并发出声光报警，直到按下消音或复位按钮，报警蜂鸣器恢复正常，当出现下列情况时，声光报警器会报警/闪烁：

充装系统安保信号：

1、溢出口温度低；2、储罐液位高；3、充装ESD(ESD为应急关断系统)按钮按下(安保柜、充装区、远程报警板)；4、可燃气体浓度高；5、压缩空气压力低；

系统安保信号：

1、主机供气ESD按钮按下(安保柜、远程报警板)；2、压缩空气压力低；3、储罐冷箱可燃气体浓度高；4、燃气双壁管内外管之间(GVU阀箱内部)可燃气体浓度高；5、主机上方可燃气体浓度高；6、主机紧急停车；7、主机故障停车；8、燃气温度低低。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础之上做出如下改进：

远程报警板显示板安装在架控室的驾控台上，由触摸显示屏、系统报警指示灯、充装ESD、左供气ESD、右供气ESD组成，是安保系统延伸报警显示单元，在此面板上可以显示主要设备运行状态、查询报警事件等，同时可以远程切断充装流程和供气流程。

控制系统操作流程：

充装控制：

顶部进液：进入充装控制界面，选择“顶部进液”，按下安保柜或充装防爆操作柱上的“充装启动”按钮，系统自动打开顶部进液阀、回气阀和气体充装阀，进入顶部充装流程；

底部进液：进入充装控制界面，选择“底部进液”，按下安保柜或充装防爆操作柱上的“充装启动”按钮，系统自动打开底部进液阀、回气阀和气体充装阀，进入底部充装流程；

停止充装流程：在充装过程中，当储罐液位达到储罐最高液位的90％或检测到溢流口温度低于低限设定值时，系统自动停止充装流程并关闭相应的阀门如果需要手动停止充装流程，按下安保柜或充装区防爆操作柱上的“充装停止”按钮即可。

供气控制：

启动供气

(1)进入供气控制界面，按下“启动供气“按钮后，出液阀打开，风机打开，界面显示“供气准备好”，关闭透气阀，延时1秒后打开主气体燃料阀，开始5分钟计时。

(3)在五分钟计时时间内，如果有主机启动信号，则会进入‘正常供气状态’，打开进机阀。如果在五分钟的计时时间内没有检测到启动信号，则会回到供气预热阶段，系统关闭总阀，延时8秒后关闭透气阀。在没有超时的情况下，按下启动按键则会重启计时器。

(4)进入正常供气后：

1、如果收到停止供气信号或按下停止供气按钮，会进入停止供气状态，关闭‘供气备好信号’，关闭总阀和出液阀，延时8秒后关闭透气阀，再延时10秒关进机阀和风机(从关阀时开始，预热灯会一直闪烁到结束为止)。

2、如果出现故障，会进入‘供气故障状态’，关闭‘供气备好信号’，故障灯开始闪烁，关闭总阀和出液阀，延时8秒后关闭透气阀，再延时10秒关进机阀和风机(从关阀时开始，预热灯会一直闪烁到结束为止)

停止供气流程

停止供气一般分为两种情况。在正常使用过程中，当发动机停止运行时，控制柜接收到发动机正常停机信号，立即关闭左机左燃气总阀、左出液阀、左燃气进气阀，打开左放散阀，此过程由控制柜自动完成。在调试时或者某些特殊情况下也可以使用控制面板上的“左供气停止按钮”进行停止供气。当按下左供气停止按钮时，系统立即关闭左机左燃气总阀、左出液阀、左燃气进气阀，打开左放散阀，左机停止供气。另外，在停止供气后长按控制屏的上的“风机关”按钮，关闭左右风机。

供气ESD：

在船航行过程中，若发生紧急情况，可手动按下位于机舱或驾驶室的左供气ESD按钮，此时左机立即停止供气(特别注意：该按钮按下时，左发动机将因失去燃料而停机)。待危险解除后可顺时针旋转ESD按钮，解除紧急停车。

参数设置：

在安保柜触摸屏界面点击“参数设置”，进入参数设置登陆界面，输入账号和密码后，会进入参数设置界面，可以在此界面修改各项报警限值。(注：出厂前各种报警限值已经设置完备，用户不需要对其重新设置，以免发生人为故障。)

报警事件：

在显示界面点击“菜单”→“报警事件”，进入历史查询界面，用户可查徇重要参数记录和报警记录。

手动控制：

在显示界面点击“菜单”→“阀门调试”，进入参数设置登陆界面，输入账号和密码后进入左机阀门调试界面。按下各个阀门对应的按钮，可以开启/关闭相应阀门，调试完成后按返回可以返回主界面。

以上所述得仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都属于实用新型的保护范围。