一种以安全隔离为基础的自动控制船舶安全系统的制作方法

1.本实用新型属于lng船舶领域，尤其涉及一种以安全隔离为基础的自动控制船舶安全系统，应用于以lng为燃料的船舶上的lng燃料供应系统的安全警报及安全切断。


背景技术：

2.随着全世界对环境的不断重视，以lng为主要燃料的船舶也越来越多的航行在大海上。随之而来的气体安全也引起了广泛的注意。海上安全委员会于2015年6月11日通过了《使用气体或其它低闪点燃料船舶国际安全规范》igf规范。以气体为燃料的船舶供气系统安全问题得到了全面的重视和规范指导。以往的燃料控制系统，其侧重点主要在控制方面，对于安全达不到应有的要求。用于控制和安全的传感器交叉使用达不到安全的独立性。传统的应急切断信号采用常闭触点断开报警，这种设计保障了安全性。但是，一旦有断线故障发生，安全系统会误判为报警发生，这严重影响了系统的稳定性和连续性。也有一些系统采用了断路监测输入模块，但无法对短路做出正确的判断，这会造成有报警发生时安全系统没有响应，无法保障安全性。


技术实现要素：

3.为适应规范的要求，并切实保障气体燃料船舶的安全、稳定、连续的运营，本实用新型提供了一种以安全隔离为基础的自动控制船舶安全系统，该系统完全独立于气体燃料供应控制系统，具有全面的短路及短路故障判断方案，在保障安全的前提下极大的满足了燃料系统的稳定性。
4.技术方案如下：
5.一种以安全隔离为基础的自动控制船舶安全系统，包括：安全控制面板、用于信号交互的信号交互系统、电源供应系统、lng供应系统和马达启动系统，所述安全控制面板分别与所述信号交互系统、电源供应系统lng供应系统、马达启动系统连接。
6.进一步的，所述安全控制面板包括：电源单元、plc控制器、数据采集单元、数据输出单元、通讯单元、显示单元，所述plc控制器分别与所述电源单元、数据采集单元、数据输出单元、通讯单元、显示单元连接，所述电源单元分别与数据采集单元、数据输出单元、通讯单元、显示单元连接。
7.进一步的，所述信号交互系统包括：船岸连接系统、主机控制系统、发电机控制系统、锅炉控制系统、监测报警系统、火灾报警系统、可燃气体探测系统、复示板、通风控制系统、复示屏、主控系统，所述船岸连接系统、主机控制系统、发电机控制系统、锅炉控制系统、监测报警系统、火灾报警系统、可燃气体探测系统、复示板、通风控制系统、复示屏、主控系统分别与所述安全控制面板连接。
8.进一步的，所述电源供应系统包括：主配电板和充放电板，所述主配电板和充放电板分别与所述安全控制面板连接。
9.进一步的，所述lng供应系统包括：右舷加注站橇块、右侧储罐、二号压缩机橇块、
一号压缩机橇块、过程处理橇块、左侧储罐、左舷加注站橇块，所述右舷加注站橇块、右侧储罐、二号压缩机橇块、一号压缩机橇块、过程处理橇块、左侧储罐、左舷加注站橇块分别与所述安全控制面板连接。
10.进一步的，所述马达启动系统包括：水乙二醇组合启动器和组合启动屏，所述水乙二醇组合启动器和组合启动屏分别与所述安全控制面板连接。
11.进一步的，所述安全控制面板与信号交互系统、电源供应系统、lng供应系统、马达启动系统的开关量信号连接电路中设有2只5.1kω、1/4w的电阻，2只所述电阻的并联回路连接至模拟量采集单元中。
12.进一步的，所述安全控制面板、信号交互系统、电源供应系统、马达启动系统中设有esd阀门，所述esd阀门为气动阀门。
13.进一步的，所述plc控制器采用et200sp。
14.本实用新型的有益效果是：
15.本实用新型所述的以安全隔离为基础的自动控制船舶安全系统确保船舶用气安全，完全满足《使用气体或其它低闪点燃料船舶国际安全规范》igf规范的同时，极大保障了船舶用气系统的稳定性，避免了不必要的故障信号对船舶燃气供应系统的扰动，提高了安全系统的可靠性和实用性。
附图说明
16.图1为本实用新型的以安全隔离为基础的自动控制船舶安全系统拓扑图；
17.图2为本实用新型安全控制面板连接结构示意图；
18.图3为本实用新型信号交互系统连接结构示意图1；
19.图4为本实用新型信号交互系统连接结构示意图2；
20.图5为本实用新型电源供应系统连接结构示意图；
21.图6为本实用新型lng供应系统连接结构示意图1；
22.图7为本实用新型lng供应系统连接结构示意图2；
23.图8为本实用新型lng供应系统连接结构示意图3；
24.图9为本实用新型马达启动系统连接结构示意图；
25.图10为本实用新型开关量信号连接电路中电阻连接示意图；
26.图11为本实用新型气动阀门连接示意图；
27.图中附图标记如下：1
‑
安全控制面板、2
‑
船岸连接系统、3
‑
主机控制系统、4
‑
发电机控制系统、5
‑
锅炉控制系统、6
‑
监测报警系统、7
‑
火灾报警系统、8
‑
可燃气体探测系统、9
‑
复示板、10
‑
通风控制系统、11
‑
复示屏、12
‑
主控系统、13
‑
主配电板、14
‑
充放电板、15
‑
水乙二醇组合启动器、16
‑
组合启动屏、17
‑
其他设备a、18
‑
右舷加注站橇块、19
‑
右侧储罐、20
‑
二号压缩机橇块、21
‑
一号压缩机橇块、22
‑
过程处理橇块、23
‑
左侧储罐、24
‑
左舷加注站橇块、25
‑
其他设备b。
具体实施方式
28.下面结合附图1
‑
11对以安全隔离为基础的自动控制船舶安全系统做进一步说明。
29.为适应规范的要求，并切实保障气体燃料船舶的安全、稳定、连续的运营。本实用
新型提供了一套全面覆盖《使用气体或其它低闪点燃料船舶国际安全规范》(igf规范)的安全系统。该系统完全独立于气体燃料供应控制系统，具有全面的短路及短路故障判断方案。这套安全控制系统在保障安全的前提下极大的满足了燃料系统的稳定性。
30.实施例1
31.一种以安全隔离为基础的自动控制船舶安全系统，包括：安全控制面板1、用于信号交互的信号交互系统、电源供应系统、lng供应系统和马达启动系统，所述安全控制面板1分别与所述信号交互系统、电源供应系统lng供应系统、马达启动系统连接。
32.进一步的，所述安全控制面板1包括：电源单元、plc控制器、数据采集单元、数据输出单元、通讯单元、显示单元，所述plc控制器分别与所述电源单元、数据采集单元、数据输出单元、通讯单元、显示单元连接，所述电源单元分别与数据采集单元、数据输出单元、通讯单元、显示单元连接。
33.所述安全控制面板1还包括esd按钮、越控选择开关。所述安全控制面板1实现报警和监测，应急切断、回路故障检测、与mcp进行通讯、dc24v绝缘低报警、越控功能。
34.进一步的，所述信号交互系统包括：船岸连接系统2、主机控制系统3、发电机控制系统4、锅炉控制系统5、监测报警系统6、火灾报警系统7、可燃气体探测系统8、复示板9、通风控制系统10、复示屏11、主控系统12，所述船岸连接系统2、主机控制系统3、发电机控制系统4、锅炉控制系统5、监测报警系统6、火灾报警系统7、可燃气体探测系统8、复示板9、通风控制系统10、复示屏11、主控系统12分别与所述安全控制面板1连接。
35.所述复示板9包括按钮(包括esd)、指示灯、蜂鸣器。
36.进一步的，所述电源供应系统包括：主配电板13和充放电板14，所述主配电板13和充放电板14分别与所述安全控制面板1连接。
37.进一步的，所述lng供应系统包括：右舷加注站橇块18、右侧储罐19、二号压缩机橇块20、一号压缩机橇块21、过程处理橇块22、左侧储罐23、左舷加注站橇块24，所述右舷加注站橇块18、右侧储罐19、二号压缩机橇块20、一号压缩机橇块21、过程处理橇块22、左侧储罐23、左舷加注站橇块24分别与所述安全控制面板1连接。
38.所述右舷加注站橇块18包括：隔爆型esd电磁阀控制电源(dc24v)、本安型仪表(pt100)、急停按钮(pb101b)；所述右侧储罐19包括：隔爆型esd电磁阀控制电源(dc24v)、本安型仪表(4～20ma、pt100)、急停按钮(pb101b)；所述二号压缩机橇块20和一号压缩机橇块21包括：本安型仪表(开关型)；所述过程处理橇块22包括：隔爆型esd电磁阀控制电源(dc24v)、隔爆型仪表(开关型)、本安型仪表(4～20ma、pt100)、急停按钮(pb101b)；所述左侧储罐23包括：隔爆型esd电磁阀控制电源(dc24v)、本安型仪表(4～20ma、pt100)、急停按钮(pb101b)；所述左舷加注站橇块24包括隔爆型esd电磁阀控制电源(dc24v)、本安型仪表(pt100)、急停按钮(pb101b)。
39.进一步的，所述马达启动系统包括：水乙二醇组合启动器15和组合启动屏16，所述水乙二醇组合启动器15和组合启动屏16分别与所述安全控制面板1连接。
40.所述水乙二醇组合启动器15实现水乙二醇泵的应急切断、水乙二醇泵运行反馈、水乙二醇系统温度、压力信号(4～20ma)；所述组合启动屏16实现燃料泵和压缩机运行反馈、燃料泵和压缩机的应急切断。
41.进一步的，所述安全控制面板1与信号交互系统、电源供应系统、lng供应系统、马
达启动系统的开关量信号连接电路中设有2只5.1kω、1/4w的电阻，2只所述电阻的并联回路连接至模拟量采集单元中。
42.进一步的，所述安全控制面板1、信号交互系统、电源供应系统、马达启动系统中设有esd阀门，所述esd阀门为气动阀门。
43.进一步的，所述plc控制器采用et200sp。
44.图1是一种以安全隔离为基础的船舶安全系统自动控制原理拓扑图。系统主要由安全控制面板(1)，系统的信号交互部分(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(10)(11)(12)等，电源供应(13)(14)，lng供应系统的各功能单元(18)(19)(20)(21)(22)(23)(24)等，以及马达启动单元(15)(16)组成。
45.安全控制面板(1)由电源单元(双电源转换)、数据计算单元(plc)、数据采集单元(ai\di)、数据输出单元(ao\do)、通讯单元(com)、显示单元(hmi)组成。安全控制面板(1)由主配电板(13)和充放电板(14)提供2路电源，以主配电板(13)电源为主电源，充放电板(14)电源为应急电源。2路电源互为热备。通过数据采集单元(ai\di)采集来自安全区的船岸连接系统(2)、可燃气体探测系统(8)、火灾报警系统(7)、通风控制系统(10)以及燃气用户(3)(4)(5)的报警信号。来自危险区的报警信号经过安全栅隔离由数据采集单元(ai\di)采集，包括左右舷加注站(24)(18)、左右储罐气穹平台(23)(19)、压缩机单元(20)(21)、以及燃气处理单元(22)。
46.数据计算单元(plc)经过逻辑判断对应相应报警切断esd电磁阀电源及马达电源。
47.所有的与安全相关的压力、温度、液位等报警点采用独立的传感器，上述传感器与用于控制的传感器完全独立，这保障了系统的独立完整性，不会造成交叉故障的影响。
48.所有用于安全系统的模拟量传感器使用iii型以上的仪表，即传感器发出的信号都是4
‑
20ma电流信号或者1
‑
5v电压信号。这样可以对每一路模拟量信号进行断线、短路及传感器故障的监测。
49.所有开关量信号加入2只5.1kω1/4w的电阻，按照图10方式连接。回路连接至模拟量采集单元中，配合直流24v电源。正常状态时触点处于打开状态，回路电阻为5.1kω，回路电流约为4.7ma；警报发生时触点闭合，回路电阻为5.1x1/2kω，即2.55kω，回路电路约为9.4ma。如上即可通过4
‑
20ma采集通道判断报警及断线、短路状态，从而避免误报警和漏报警现象的发生。
50.esd阀门采用气动阀门，控制气源先经过安全系统电磁阀，再经过控制系统电磁阀后进入气动阀门，如图11所示。这种设计保障了安全系统的切断优先性，和独立性。
51.选用西门子公司生产的et200sp系列产品中的cpu 1512sp f
‑
1pn作为安全系统控制器。这是一款满足sil3等级的故障安全型cpu。
52.其平均失效概率(pfdavg)<2.00e
‑
05
53.每小时故障概率(pfh)<1.00e
‑
09 1/h
54.这保障了系统的低故障率。
55.系统采用双电源供电。一路电源采用来自主配电板的交流220v供电；一路电源采用船舶充放电板的直流24v供电。双电源互为热备，电源切换时不会造成安全系统中断。只有两路电源均无法供电时才会造成安全系统的失电。这保障了安全系统的持续保障功能。
56.整个系统采用故障安全型设计。当安全系统发生致命故障时(如系统失电、控制器
故障等)，系统将发出切断信号。此时，所有esd阀门及旋转机构均处于安全切断状态。这保障了安全系统致命故障不会造成安全事故。
57.系统设有报警锁定功能，当报警发生后将启动报警锁定程序。在人工确认并复位前，即使报警自行消除相应设备仍会处于切断状态。这种设计极大的保障了船舶用气系统的安全系数。
58.安全系统设有一套带钥匙旋钮用于切换正常和越控模式。本系统越控功能用于越控lng储罐的溢流报警和高高压力报警。溢流报警用于防止储罐内的lng液体过多，溢流出储罐，造成船舶结构中的普通钢材低温损伤。但在航行中由于风浪造成船舶的姿态变化有可能形成溢流报警的误触发，影响航行中燃料的使用。高高压力报警用于防止储罐高压后的次生伤害，但在解除了压力上升因素后需要对储罐内的高压力进行释放处理，以避免安全阀起跳造成的能源浪费。所以对以上报警进行了越控设计。
59.本实用新型通过了中国船级社(ccs)，美国船级社(abs)，法国船级社(bv)，挪威船级社(dnv
‑
gl)等多家船级社的认证。并已经在多艘lng燃料船舶上进行了实际应用，现场效果理想。本实用新型对于报警信号的断线、短路故障判断准确；对于因果关系执行准确，没有误切断现象发生；越控功能良好的保证了供气连续性；危险状态时切断及时，没有漏切、漏报现象发生。
60.实施例2
61.作为一种新的实施例，或者是对实施例1的补充。
62.一种以安全隔离为基础的自动控制船舶安全系统，所述的系统一种以安全隔离为基础的船舶安全系统，安全控制面板(1)由电源单元(双电源转换)、数据计算单元(plc)、数据采集单元(ai\di)、数据输出单元(ao\do)、通讯单元(com)、显示单元(hmi)组成。安全控制面板(1)由主配电板(13)和充放电板(14)提供2路电源，以主配电板(13)电源为主电源，充放电板(14)电源为应急电源。2路电源互为热备。通过数据采集单元(ai\di)采集来自安全区的船岸连接系统(2)、可燃气体探测系统(8)、火灾报警系统(7)、通风控制系统(10)以及燃气用户(3)(4)(5)的报警信号。来自危险区的报警信号经过安全栅隔离由数据采集单元(ai\di)采集，包括左右舷加注站(24)(18)、左右储罐气穹平台(23)(19)、压缩机单元(20)(21)、以及燃气处理单元(22)。
63.所有开关量信号加入2只5.1kω1/4w的电阻，按照图10方式连接。回路连接至模拟量采集单元中，配合直流24v电源。正常状态时触点处于打开状态，回路电阻为5.1kω，回路电流约为4.7ma；警报发生时触点闭合，回路电阻为5.1x1/2kω，即2.55kω，回路电路约为9.4ma。如上即可通过4
‑
20ma采集通道判断报警及断线、短路状态，从而避免误报警和漏报警现象的发生。
64.整个系统采用故障安全型设计。当安全系统发生致命故障时(如系统失电、控制器故障等)，系统将发出切断信号。此时，所有esd阀门及旋转机构均处于安全切断状态。这保障了安全系统致命故障不会造成安全事故。
65.系统采用双电源供电。一路电源采用来自主配电板的交流220v供电；一路电源采用船舶充放电板的直流24v供电。
66.esd阀门采用气动阀门，控制起源先经过安全系统电磁阀，再经过控制系统电磁阀后进入气动阀门。这种设计保障了安全系统的切断优先性，和独立性。
67.本实施例还包括其他设备a17和其他设备b25，所述其他设备a17包括：消防控制站esd按钮(pbx02)、逃生通道esd按钮(pbx03)、货控室esd按钮(pbx04)；所述其他设备b25包括：隔爆型控制空气压力(开关型)、隔爆型水乙二醇膨胀水箱液位(开关型)。
68.本实用新型提供一种以安全隔离为基础的船舶安全系统自动控制设计策略。该系统主要由报警数据采集、数据逻辑运算和切断信号输出三部分组成。报警数据采集主要包括模拟量信号的采集和开关量信号的的采集。数据逻辑运算主要由故障安全型plc依照故障安全逻辑完成，切断逻辑覆盖并不止于《使用气体或其它低闪点燃料船舶国际安全规范》(igf规范)。切断信号输出依照断电安全、失气安全的故障安全设计理念完成。由于本设计策略从根本上排除了各类型故障对于安全系统的干扰，因此提高了安全系统的可靠性和实用性。
69.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。