一种船舶厨房蒸汽收集处理与控制系统及其控制方法与流程

本发明涉及蒸汽收集处理技术领域，更具体的是涉及一种船舶厨房蒸汽收集处理与控制系统及其控制方法。

背景技术：

在船舶厨房中一般采用蒸饭箱对米饭、包子等面食，以及肉、蛋、鱼、蔬菜等副食进行加工。蒸饭箱工作时在蒸饭箱底部加入一定量的淡水，通过加热设备对淡水进行加热，产生蒸汽后，利用蒸汽含有的热量完成对主食和副食的加工。

目前，大部分船舶采用的是传统的自然通风方式排出厨房蒸饭箱工作时因调节蒸饭箱内的工作压力而排放的废蒸汽，这种方式实用性比较强，操作简单。但存在很多问题，第一是效率低下，效果不明显。第二是淡水资源的浪费，这种方式将排放的蒸汽直接排放到空气中，淡水资源得不到回收。第三是产生对船舶餐厅环境的影响，当自然通风不畅时，排出的蒸汽，会造成餐厅的桑拿现象，影响乘员就餐的舒适度。第四易造成安全问题，其一，蒸饭箱上的高压阀如操作不当，易堵塞，造成蒸饭箱内部压力过高，容易产生爆炸；其二，排出的蒸汽凝结在餐厅天花板上，滴在餐厅地板上，造成地板的湿滑，容易造成乘员的滑到，受伤。

技术实现要素：

本发明的目的是针对船舶厨房传统的自然通风方式收集处理蒸汽造成的淡水资源浪费，工作效率低，安全性低等问题，提出一种基于plc的船舶厨房蒸汽收集处理与控制系统，这种系统可以有效的减少淡水资源的浪费，提高蒸饭箱的工作效率，并且能保证系统以及工作人员的安全，提高乘员用餐的舒适性。

为达到上述目的，本发明实现目的所采取的技术方案是：

一种船舶厨房蒸汽收集处理系统，包括收集管路系统、喷淋及板换管路系统、淡水循环管路系统和控制系统。

所述收集管路系统包括常开阀、吸气阀、进气阀、第一压力传感器、蒸饭箱、蒸汽收集罩、蒸汽流量计、蒸汽收集总管、第一管路、第二管路和第三管路，所述蒸饭箱为一个或多个，每个所述蒸饭箱内安装有所述第一压力传感器，所述蒸饭箱与所述蒸汽收集总管之间接有所述第一管路和所述第二管路，所述第一管路上装有所述蒸汽收集罩和所述常开阀，所述第二管路上装有所述进气阀，所述蒸汽收集总管上设有所述蒸汽流量计，所述第一管路的入口端还设有所述第三管路，所述第三管路的末端设有所述吸气阀。

所述喷淋及板换管路系统包括冷却阀、海水板式换热器、喷淋罐和第二压力传感器，所述喷淋罐包括蒸汽进口a、蒸汽出口b、冷却水进口c、冷却水出口d和补充水出口f，所述喷淋罐内设有所述第二压力传感器，所述海水板式换热器包括海水进口g、海水出口h和冷却水出口k，所述喷淋罐的蒸汽进口a与所述蒸汽收集总管连通，所述喷淋罐的冷却水进口c与所述海水板式换热器的冷却水出口k连通，所述海水板式换热器通过其海水进口g和海水出口h通有用于冷却冷却水的海水，所述海水板式换热器的海水进口g处设有所述冷却阀。

所述淡水循环管路系统包括水环真空泵、循环水泵、注水阀、温度传感器、液位传感器和蓄水箱，所述水环真空泵包括补水口m、排水口n、吸气口x和排气口y，所述蓄水箱包括注水口p、进水口q、出水口r、进气口s、排气口t和回水口v，所述水环真空泵的补水口m连通所述喷淋罐的补充水出口f，所述水环真空泵的排水口n连通所述蓄水箱的进水口q，所述水环真空泵的吸气口x连通所述喷淋罐的蒸汽出口b，所述水循环水泵的排气口y连通所述蓄水箱的进气口s，所述循环水泵的进水口连通所述蓄水箱的出水口r，所述循环水泵的出水口连通所述海水板式换热器的冷却水水口c，所述蓄水箱的注水口p设有所述注水阀，所述蓄水箱的回水口v连通所述喷淋罐的冷却水出口d，所述蓄水箱内设有所述温度传感器和所述液位传感器。

所述控制系统包括plc控制器和触摸屏，所述plc控制器与所述触摸屏通过以太网电缆连接，所述常开阀、所述吸气阀、所述进气阀、所述冷却阀、所述注水阀、所述温度传感器、所述液位传感器、所述第一压力传感器、所述第二压力传感器和所述蒸汽流量计与所述plc控制器连接，所述水环真空泵和所述循环水泵通过变频器与总线连接，继而和所述plc控制器连接。

进一步，所述喷淋罐上还设有安全阀。可以避免所述喷淋罐超压，起到保护作用。

进一步，所述喷淋罐还包括补充水进口e，所述补充水进口e与所述海水板式换热器的所述冷却水出口k连通。

进一步，所述控制系统还包括岸端基站和后端计算机，所述plc控制器通过船载ais的船岸通讯与所述岸端基站通讯，所述岸端基站通过陆基网络系统与所述后端计算机通讯。

本发明还提供上述船舶厨房蒸汽收集处理与控制系统的控制方法，包括延时启动阶段、前段抽气阶段、保压阶段和后端抽气阶段共四个工作阶段。

所述延时启动阶段为系统初始化阶段，当所述液位传感器检测到所述蓄水箱的水位达到低水位设定值时，所述plc控制器控制所述注水阀打开注水，当所述液位传感器检测到所述蓄水箱的水位达到高水位设定值时，所述plc控制器控制所述注水阀关闭，当所述温度传感器检测到所述蓄水箱的温度达到高温度设定值且所述蓄水箱水位低于高水位设定值时，所述plc控制器控制所述注水阀打开，当所述温度传感器检测到所述蓄水箱的温度达到低温度设定值时，所述plc控制器控制所述注水阀关闭；

所述前段抽气阶段，此阶段为所述蒸饭箱开始工作阶段，所述蒸饭箱产生大量蒸汽，当所述第一压力传感器检测到所述蒸饭箱内的压力值达到第一压力设定值时，所述plc控制器控制所述冷却阀打开和所述循环水泵启动，并延时控制所述常开阀打开和所述水环真空泵启动。

所述保压阶段，当所述第一压力传感器检测到所述蒸饭箱的压力值达到第二压力设定值时，所述plc控制器控制所述水环真空泵停止和所述常开阀关闭。

所述后端抽气阶段，当所述第一压力传感器检测到所述蒸饭箱内的压力值达到第三压力设定值时，所述plc控制器控制所述进气阀打开和所述水环真空泵启动，并延时控制所述吸气阀打开，当所述第一压力传感器达到第四压力设定值时，所述plc控制器控制所述进气阀关闭和所述水环真空泵停止，并延时控制所述循环水泵停止和所述冷却阀关闭。

进一步，所述plc控制器根据所述喷淋罐内的所述第二压力传感器的压力值控制所述水环真空泵的运行功率，所述plc控制器根据所述蒸汽流量计的流量值控制所述循环水泵的运行功率。

进一步，所述前段抽气阶段中的延时控制时间为1分钟；所述所述后端抽气阶段中的延时控制时间为2分钟。

进一步，当所述水环真空泵和所述循环水泵过载或所述液位传感器检测所述蓄水箱水位达到低低水位设定值或所述温度传感器检测到所述蓄水箱内的温度达到高高温度设定值时，所述plc控制器使系统会停止工作并报警。

进一步，所述触摸屏上的人机界面包括开机界面、主界面、状态显示界面、调试界面、停止界面、启动界面和故障信息界面。

所述开机界面，系统每次启动系统时，进入所述开机界面，所述开机界面显示系统的名称以及相应的提示信息。

所述主界面，当开机界面显示结束后，自动进入所述主界面，在所述主界面中，有所述状态显示界面、所述调试界面、所述停止界面、所述启动界面和所述故障信息界面的入口，所述主界面中还显示当前系统的工作的时间以及工作状态。

所述启动界面，通过所述主界面中所述启动界面的入口进入所述启动界面，所述启动界面中可以对若干所述蒸饭箱并进行命名，并对所选中的所述蒸饭箱的工作阶段参数的进行设定并启动。

所述状态显示界面，通过所述主界面中所述启动界面的入口进入所述状态显示界面，所述状态显示界面显示系统中所述常开阀、所述吸气阀、所述进气阀、所述冷却阀和所述注水阀的状态、所述温度传感器、所述液位传感器、所述第一压力传感器、所述第二压力传感器和所述蒸汽流量计的检测值以及所述水环真空泵和所述循环水泵的工作状态。

所述调试界面，通过所述主界面中所述启动界面的入口进入所述调试界面，所述调试界面是针对设备厂家对系统中所述常开阀、所述吸气阀、所述进气阀、所述水环真空泵、所述循环水泵、所述冷却阀和所述注水阀、所述温度传感器、所述液位传感器、所述第一压力传感器、所述第二压力传感器和所述蒸汽流量计进行测试，不对用户开放，为了防止误操作对所述调试界面设置了进入密码。

所述停止界面，通过所述主界面中所述启动界面的入口进入所述停止界面，所述停止界面是针对系统需要提前结束工作或者更换所述蒸饭箱中的食物而设置的，可以针对单独一台所述蒸饭箱也可以使整个系统全部停止工作。

所述故障信息界面，通过所述主界面中所述启动界面的入口进入所述故障信息界面，所述故障信息界面显示相应的故障信息，当系统出现故障时，在所述主界面中会出现所述故障信息界面的入口，可以查看相应的故障信息以方便排出故障。

进一步，在系统工作一周后，会在所述主界面中提醒更换所述蓄水箱中的淡水信息，在所述温度传感器检测到所述蓄水箱的温度达到高高温度设定值时所述主界面会给出超温警示信息。

本发明的优点和有益效果主要是：本发明设计的船舶厨房蒸汽收集处理与控制系统及其控制方法将蒸饭箱和蒸汽收集以及处理结合起来，有效的提高了蒸饭箱的自动化程度，减少了工作人员的工作量，同时将蒸饭箱产生的废蒸汽冷却回收，相比较传统的自然通风方式节省了大量的淡水资源，避免了船舶高温厨房蒸汽向餐厅的蔓延，提高了就餐的舒适性，杜绝了因水蒸气凝结造成餐厅地板湿滑，从而造成乘员滑到、受伤的现象。在系统中通过plc使蒸饭箱自动按照设定压力运行，对一些关键部分设置了保护机制，大大提高了系统和工作人员的安全性。

附图说明

图1为本发明实施例的系统工作原理图；

图2为本发明实施例的系统框图；

图3为本发明实施例的控制流程图；

图4为本发明实施例的人机交互界面架构图；

图中：1为常开阀，2为吸气阀，3为进气阀，4为水环真空泵，5为循环水泵，6为冷却阀，7为注水阀，8为温度传感器，9为液位传感器，10为第一压力传感器，11为plc控制器，12为触摸屏，13为海水板式换热器，14为蓄水箱，15为喷淋罐，16为蒸饭箱，17为第二压力传感器，18为蒸汽收集罩，19为蒸汽流量计，20为变频器，21为安全阀，22为蒸汽收集总管。

具体实施方式

为了使本发明的上述目的，系统特点能够浅显易懂，更易于被技术人员理解，下面结合附图对整个控制系统的具体实施进行详细说明。

如图1所示，一种船舶厨房蒸汽收集处理与控制系统，包括收集管路系统、喷淋及板换管路系统、淡水循环管路系统和控制系统。

所述收集管路系统包括常开阀1、吸气阀2、进气阀3、第一压力传感器10、蒸饭箱16、蒸汽收集罩18、蒸汽流量计19、蒸汽收集总管22、第一管路、第二管路和第三管路，所述蒸饭箱16为一个或多个(图1所述蒸饭箱16数量为1个)，每个所述蒸饭箱16内安装有所述第一压力传感器10，所述蒸饭箱16与所述蒸汽收集总管22之间接有所述第一管路和所述第二管路，所述第一管路上装有所述蒸汽收集罩18和所述常开阀1，所述第二管路上装有所述进气阀3，所述蒸汽收集总管22上设有所述蒸汽流量计19，所述第一管路的入口端还设有所述第三管路，所述第三管路的末端设有所述吸气阀2。

所述喷淋及板换管路系统包括冷却阀6、海水板式换热器13、喷淋罐15和第二压力传感器17，所述喷淋罐15包括蒸汽进口a、蒸汽出口b、冷却水进口c、冷却水出口d和补充水出口f，所述喷淋罐15内设有所述第二压力传感器17，所述海水板式换热器13包括海水进口g、海水出口h和冷却水出口k，所述喷淋罐15的蒸汽进口a与所述蒸汽收集总管22连通，所述喷淋罐15的冷却水进口c与所述海水板式换热器13的冷却水出口k连通，所述海水板式换热器13通过其海水进口g和海水出口h通有用于冷却冷却水的海水，所述海水板式换热器13的海水进口g处设有所述冷却阀6。

所述淡水循环管路系统包括水环真空泵4、循环水泵5、注水阀7、温度传感器8、液位传感器9和蓄水箱14，所述水环真空泵4包括补水口m、排水口n、吸气口x和排气口y，所述蓄水箱14包括注水口p、进水口q、出水口r、进气口s、排气口t和回水口v，所述水环真空泵4的补水口m连通所述喷淋罐15的补充水出口f，所述水环真空泵4的排水口n连通所述蓄水箱14的进水口q，所述水环真空泵4的吸气口x连通所述喷淋罐15的蒸汽出口b，所述水循环水泵5的排气口y连通所述蓄水箱14的进气口s，所述循环水泵5的进水口连通所述蓄水箱14的出水口r，所述循环水泵5的出水口连通所述海水板式换热器13的冷却水水口c，所述蓄水箱14的注水口p设有所述注水阀7，所述蓄水箱14的回水口v连通所述喷淋罐15的冷却水出口d，所述蓄水箱14内设有所述温度传感器8和所述液位传感器9。

所述控制系统包括plc控制器11和触摸屏12，所述plc控制器11与所述触摸屏12通过以太网电缆连接，所述常开阀1、所述吸气阀2、所述进气阀3、所述冷却阀6、所述注水阀7、所述温度传感器8、所述液位传感器9、所述第一压力传感器10、所述第二压力传感器17和所述蒸汽流量计19与所述plc控制器11连接，所述水环真空泵4和所述循环水泵5通过变频器20与总线连接，继而和所述plc控制器11连接。

所述喷淋罐15上还设有安全阀21。

所述喷淋罐15还设有补充水进口e，所述补充水进口e与所述海水板式换热器13的所述冷却水出口k连通。

图2为本发明实施例的系统框图，如图2所示，所述控制系统还包括岸端基站和后端计算机，所述plc控制器11通过船载ais的船岸通讯与所述岸端基站通讯，所述岸端基站通过陆基网络系统与所述后端计算机通讯。图中显示所述蒸发箱16的数量为3个，图中1号电动阀对应所述常开阀1，2号电动阀对应所述吸气阀2，3号电动阀对应所述进气阀3，电动阀6对应所述冷却阀6，电动阀7对应所述注水阀7，所述温度传感器1个指所述温度传感器8，所述液位传感器1个指所述液位传感器9，所述压力传感器2个指所述第一压力传感器10和所述第二压力传感器17，所述蒸汽流量计1个指所述蒸汽流量计19。

本发明还提供上述船舶厨房蒸汽收集处理系统的控制方法，包括延时启动阶段、前段抽气阶段、保压阶段和后端抽气阶段共四个工作阶段。图3为本发明实施例的控制流程图。

所述延时启动阶段为系统初始化阶段，当所述液位传感器9检测到所述蓄水箱14的水位达到低水位设定值时，所述plc控制器11控制所述注水阀7打开注水，当所述液位传感器9检测到所述蓄水箱14的水位达到高水位设定值时，所述plc控制器11控制所述注水阀7关闭，当所述温度传感器8检测到所述蓄水箱14的温度达到高温度设定值(实施例中高温度设定值为45℃)且所述蓄水箱14水位低于所述高水位设定值时，所述plc控制器11控制所述注水阀7打开，当所述温度传感器8检测到所述蓄水箱14的温度达到低温度设定值(实施例中低温度设定值为40℃)时，所述plc控制器11控制所述注水阀7关闭。

所述前段抽气阶段，此阶段为所述蒸饭箱16开始工作阶段，所述蒸饭箱16产生大量蒸汽，当所述第一压力传感器10检测到所述蒸饭箱16内的压力值达到第一压力设定值时，所述plc控制器11控制所述冷却阀6打开和所述循环水泵5启动，并延时控制所述常开阀1打开和所述水环真空泵4启动。在所述前段抽气，根据所述蒸汽流量计19所测量的蒸汽流量改变所述循环水泵5的运行功率，所述蒸饭箱16开始工作时段蒸汽量较少，此时通过所述plc控制器11控制所述变频器20使所述循环水泵5的运行功率处于较低的水平。同时根据所述喷淋罐15内的所述第二压力传感器17所测的压力改变所述水环真空泵4的运行功率，当所述喷淋罐15内的蒸汽压力较低时通过所述plc控制器11控制所述变频器20降低所述水环真空泵4运行功率或者停止所述水环真空泵4，对所述水环真空泵4的功率调节需要根据所述喷淋罐15内所述第二压力传感器17所测的压力值决定。

所述保压阶段，当所述第一压力传感器10检测到所述蒸饭箱16的压力值达到第二压力设定值时，所述plc控制器11控制所述水环真空泵4停止和所述常开阀1关闭。让所述蒸饭箱16内压力保持一定范围足以蒸熟食物。

所述后端抽气阶段，当所述第一压力传感器10检测到所述蒸饭箱16内的压力值达到第三压力设定值时，所述plc控制器11控制所述进气阀3打开和所述水环真空泵4启动，并延时控制所述吸气阀2打开，当所述第一压力传感器10达到第四压力设定值时，所述plc控制器11控制所述进气阀3关闭和所述水环真空泵4停止，并延时控制所述循环水泵5停止和所述冷却阀6关闭。此过程中所述喷淋罐15聚集大量蒸汽，根据所述蒸汽流量计19所测的蒸汽流量需要通过所述plc控制器11控制所述变频器20加大所述循环水泵5运行功率，从而提高冷却水的供应量。根据所述喷淋罐15内的所述第二压力传感器17所测的蒸汽压力，通过所述plc控制器11控制所述变频器20提高所述水环真空泵4的运行功率，加大抽取所述喷淋罐15内的蒸汽量，防止所述喷淋罐15内压力过大。

所述plc控制器11根据所述喷淋罐15内的所述第二压力传感器17的压力值控制所述水环真空泵4的运行功率，所述plc控制器11根据所述蒸汽流量计19的流量值控制所述循环水泵5的运行功率。

所述前段抽气阶段中的延时控制时间为1分钟；所述所述后端抽气阶段中的延时控制时间为2分钟。

当所述水环真空泵4和所述循环水泵5过载或所述液位传感器9检测所述蓄水箱14水位达到低低水位设定值或所述温度传感器8检测到所述蓄水箱14内的温度达到高高温度设定值时，所述plc控制器11使系统会停止工作并报警。

图4为本发明实施例的人机交互界面架构图，所述触摸屏12上的人机界面包括开机界面、主界面、状态显示界面、调试界面、停止界面、启动界面和故障信息界面。

所述开机界面，系统每次启动系统时，进入所述开机界面，所述开机界面显示系统的名称以及相应的提示信息。

所述主界面，当开机界面显示结束后，自动进入所述主界面，在所述主界面中，有所述状态显示界面、所述调试界面、所述停止界面、所述启动界面和所述故障信息界面的入口，所述主界面中还显示当前系统的工作的时间以及工作状态。

所述启动界面，通过所述主界面中所述启动界面的入口进入所述启动界面，所述启动界面中可以对若干所述蒸饭箱16并进行命名，并对所选中的所述蒸饭箱16的工作阶段参数的进行设定并启动。

所述状态显示界面，通过所述主界面中所述启动界面的入口进入所述状态显示界面，所述状态显示界面显示系统中所述常开阀1、所述吸气阀2、所述进气阀3、所述冷却阀6和所述注水阀7的状态、所述温度传感器8、所述液位传感器9、所述第一压力传感器10、所述第二压力传感器17和所述蒸汽流量计19的检测值以及所述水环真空泵4和所述循环水泵5的工作状态。

所述调试界面，通过所述主界面中所述启动界面的入口进入所述调试界面，所述调试界面是针对设备厂家对系统中所述常开阀1、所述吸气阀2、所述进气阀3、所述水环真空泵4、所述循环水泵5、所述冷却阀6和所述注水阀7、所述温度传感器8、所述液位传感器9、所述第一压力传感器10、所述第二压力传感器17和所述蒸汽流量计19进行测试，不对用户开放，为了防止误操作对所述调试界面设置了进入密码。

所述停止界面，通过所述主界面中所述启动界面的入口进入所述停止界面，所述停止界面是针对系统需要提前结束工作或者更换所述蒸饭箱16中的食物而设置的，可以针对单独一台所述蒸饭箱16也可以使整个系统全部停止工作。

所述故障信息界面，通过所述主界面中所述启动界面的入口进入所述故障信息界面，所述故障信息界面显示相应的故障信息，当系统出现故障时，在所述主界面中会出现所述故障信息界面的入口，可以查看相应的故障信息以方便排出故障。

在系统工作一周后，会在所述主界面中提醒更换所述蓄水箱14中的淡水信息，在所述温度传感器检测到所述蓄水箱14的温度达到高高温度设定值时所述主界面会给出超温警示信息。

系统工作原理：所述蒸饭箱16中的废蒸汽通过所述常开阀1、所述进气阀3和所述吸气阀2排出，同时通过控制所述常开阀1、所述进气阀3和所述吸气阀2对所述蒸饭箱16中的压力进行控制。然后排放废蒸汽进入所述喷淋罐15中进行喷淋冷却，冷却的蒸汽和冷却水通过所述水环真空泵4进入所述蓄水箱14中，所述蓄水箱14中的淡水通过所述循环水泵5进入所述海水板式换热器13，通过所述冷却阀6控制海水进入所述板式换热器13对淡水进行降温。冷却的淡水通过管路进入所述喷淋罐15中对排放的废蒸汽进行冷却。

如图2所示，本发明的系统由所述plc控制器11为控制核心，输入端为所述触摸屏12上的控制参数设定值和控制按钮触点、所述温度传感器8、所述蒸汽流量计19、所述第一压力传感器10、所述第二压力传感器17以及所述液位传感器9；输出端为电动阀、所述水环真空泵4和所述循环水泵5，所述电动阀具体包括所述常开阀1、所述吸气阀2、所述进气阀3、所述冷却阀6和所述注水阀7。通过所述触摸屏12对所述plc控制器11的参数进行设置，系统程序在所述plc控制器11中运行，所述plc控制器11对系统中相应的电动阀、泵等输出端进行控制以达到系统工作要求。所述触摸屏12能记录每次所述蒸饭箱16工作的食物的品类及加工量，将记录的每次所述蒸饭箱16工作的主副食的品类及加工量信息通过以太网电缆传输到所述plc控制器11中，通过船载ais的船岸通讯，将上述信息通过ais基站的载波，发射到岸端基站，再通过陆基网络系统，传送给船舶运营公司的后端计算机，以便对船舶进行合理补给。

应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。