本发明涉及一种油轮货油加热蒸汽控制技术，具体地涉及一种油轮货油加热蒸汽的蒸汽供给阀的液压控制系统及方法。
背景技术：
油轮货油加热是油轮货油运输作业过程中的一个重要操作环节。当前，各种海上运输船朝着自动化、智能化、无人船等方向发展，无疑在油轮上采用人工手动控制货油加热蒸汽供给阀开度的货油加热方式，如图1油轮货油加热系统中，具体结构为热水井1；锅炉补水泵2；锅炉3；总蒸汽减压阀4；蒸汽管5；乏汽管6；蒸汽截止阀7；回水截止阀8,10；阻汽器9；旁通阀11；货油舱12；蛇形加热盘管13；虽然简单有效但却已不适应自动化、智能化航海的需求。采用人工控制进行货油加热的方案和加热系统简单，节约设备建造成本，但在实际的货油加热操作中，却经常伴随着因为人工操作的延误或失误导致货油加热不足或加热过头。货油加热不足或加热过头都会导致延长船舶在港卸油的作业时间，从而增加港口使费也使船东或租家损失航次时间。加热过头还会导致用于加热的燃料油的过耗，增加货油加热成本等不良因素。采用人工操作蒸汽供给阀开度的方式进行货油加热作业，增加船员的工作量和在船的工作强度，不利于船员的身心健康。由于油轮的航线、航区复杂；海水温度和气候条件多变；各种不同货油因热物参数的不同，加热和传热效果以及所需要的卸油作业油温也有明显的不同；因此，靠船员的经验，指导软件，指导手册来进行货油加热的相关操作具有人为性，容易导致加热操作过程出现各种问题。同时，不利于货油加热过程的实时监控和实时记录，不利于做到船岸管理人员以及租家、货主等相关人员对货油加热过程的监控和指导。因此，改变目前所具有的传统的以人工操作蒸汽调节阀进行货油加热的落后技术方案，设计出适合油轮货油加热自动控制的系统具有广泛的应用前景和实用价值。
技术实现要素：
本发明的目的是采用液压控制系统替代人工操作，以解决油轮货油加热过程采用手动控制蒸汽供给阀的控制方式。进而可实现货油加热过程的自动控制方式。由于现有油轮采用落后的人工操作加热蒸汽供给阀开度的方式进行货油加热，具有船员工作量大、且易于出现加热不足或加热过头等操作失误，或忘记开、关加热阀的失误等。为此，本发明采用的技术方案如下：
在本发明实施例中，提供了一种油轮货油加热蒸汽的蒸汽供给阀的液压控制系统，其中，该液压控制系统包括液压驱动油缸、液压伺服油缸、三通换向阀、三通比例阀、液压泵、油箱、液压压力传感器、活塞位移传感器以及控制器，液压驱动油缸的驱动端与蒸汽供给阀的阀杆驱动连接，液压压力传感器用于检测液压驱动油缸的压力，活塞位移传感器用于检测液压伺服油缸的活塞位置；其中，液压驱动油缸、三通换向阀和三通比例阀、液压泵、油箱构成第一液压循环回路，液压驱动油缸、液压伺服油缸、三通换向阀和三通比例阀、液压泵、油箱构成第二液压循环回路，控制器根据液压压力传感器或活塞位移传感器的检测结果而控制三通换向阀的通路和/或控制三通比例阀的通路和开度，该液压控制系统采取主控方式与辅控方式相结合的控制策略，其中，主控方式对应于第二液压循环回路的控制，辅控方式对应于第一液压循环回路的控制，优先采用主控方式，当液压压力传感器的测量值对应的蒸汽供给阀的开度与蒸汽供给阀的设定开度之间的偏差值小于预设值时，自动切换成辅控方式，其中，所述预设值为负值，在用户确认该系统没有故障后将辅控方式切换成主控方式。
进一步地，液压驱动油缸的油口通过相应管路分别与液压伺服油缸的第一油口和三通换向阀的第一端口连通，液压伺服油缸的第二油口与三通换向阀的第二端口连通，三通比例阀的第一端口与三通换向阀的第三端口连通，三通比例阀的第二端口与液压泵连通，三通比例阀的第三端口与油箱连通，液压泵与油箱连通；其中，三通比例阀的第一端口和第二端口形成的进油通道，而三通比例阀的第一端口和第三端口形成的卸油通道。
进一步地，液压驱动油缸包括液压驱动油缸缸体、液压驱动油缸活塞和液压驱动油缸弹簧，液压驱动油缸活塞将液压驱动油缸缸体分成上下部分，液压驱动油缸弹簧布置在下部分中，其上端抵接液压驱动油缸活塞下表面，下端抵接液压驱动油缸缸体底部，油口布置在上部分中，液压驱动油缸活塞与阀杆固定连接，液压伺服油缸包括液压伺服油缸缸体和液压伺服油缸活塞，液压伺服油缸活塞将液压伺服油缸缸体分成上下室，第一油口布置在上室中，第二油口布置在下室中。
更进一步地，该主控方式控制过程如下：控制器控制三通换向阀，使得三通换向阀的第一端口关闭，第二端口与第三端口导通；控制器根据活塞位移传感器的测量值m和蒸汽供给阀阀门开度目标值s之间的偏差值e(e＝m-s)来控制三通比例阀的开度，以调节液压伺服油缸的活塞位置，进而调节液压驱动油缸活塞的位置，最终实现蒸汽供给阀的开度调节，其中，蒸汽阀供给阀全开对应的测量值m为0，全关对应的测量值m为100％。
又更进一步地，蒸汽供给阀的具体调节过程为：
当e大于0时，三通比例阀的卸油通道打开相应开度，进油通道关闭，液压伺服油缸的下室的液压油经由第二油口、三通换向阀、三通比例阀卸放至油箱内，液压伺服油缸活塞下移，液压驱动油缸中的液压油经由油口和第一油口进入液压伺服油缸的上室，液压驱动油缸活塞在液压驱动油缸弹簧张力作用下向上移动，以开大蒸汽供给阀；
当e小于0时，三通比例阀的进油通道打开相应开度，卸油通道关闭，液压油经由液压泵、三通比例阀、三通换向阀和液压伺服油缸的第二油口进入液压伺服油缸内，从而作用在液压伺服油缸活塞的下表面，推动液压伺服油缸活塞上移，迫使上室的液压油经由第一油口和油口进入液压驱动油缸中，进而推动液压驱动油缸活塞向下移动，以关小蒸汽供给阀。
更进一步地，该辅控方式控制过程如下，控制器控制三通换向阀，使得三通换向阀的第二端口关闭，第一端口与第三端口导通；控制器根据液压压力传感器的测量值m和蒸汽供给阀阀门开度目标值s之间的偏差值e(e＝m-s)来控制三通比例阀的开度，以调节液压驱动油缸活塞的位置，进而实现蒸汽供给阀的开度调节。
又更进一步地，蒸汽供给阀的具体调节过程为：
当e大于0时，三通比例阀的卸油通道打开相应开度，进油通道关闭，液压驱动油缸中的液压油经由油口、三通换向阀和三通比例阀卸放至油箱内，液压驱动油缸活塞在液压驱动油缸弹簧张力作用下向上移动，以开大蒸汽供给阀；
当e小于0时，三通比例阀的进油通道打开相应开度，卸油通道关闭，液压油经由液压泵、三通比例阀、三通换向阀和油口进入液压驱动油缸中，进而推动液压驱动油缸活塞向下移动，以关小蒸汽供给阀。
进一步地，液压驱动油缸和液压伺服油缸都具有各自的零位限位螺母和量程限位螺母。
进一步地，所述三通换向阀为电控三位四通o型换向阀。
进一步地，所述三通比例阀为电控三位四通o型比例阀，其两个控制端分别接受4～12ma和12～20ma的控制信号，分别对应于进油通道和卸油通道的控制，控制信号电流为12ma时，进油通道和卸油通道均关闭。
进一步地，该液压控制系统还可包括人机界面，人机界面与控制器通讯连接。
进一步地，该液压控制系统适用于多个蒸汽供给阀的控制，每个蒸汽供给阀均设置有相应的第一液压循环回路和第二液压循环回路。
进一步地，该液压控制系统还可包括减压阀，减压阀布置在液压泵与三通比例阀之间；
更进一步地，在三通比例阀和减压阀之间以及减压阀和液压泵之间连接有压力表。
进一步地，该液压控制系统还可包括滤器，其布置在油箱与液压泵之间。
在本发明的另一实施例中，提供了一种油轮货油加热蒸汽的蒸汽供给阀的液压控制方法，其中，所述方法通过如上所述的液压控制系统实现。
本发明技术方案带来的有益效果是：
1、由于位于油气区的蒸汽供给阀以及液压驱动油缸都不带阀位电反馈装置，实现货油甲板油气区内作业的零部件不带电荷，也避免可能导致带电的隐患，因此，本发明满足油轮货油作业过程防火防爆的要求。
2、主控方式与辅控方式相结合的控制方案，增强系统的控制精度和系统的稳定性。
3、本发明能够对货油加热过程的数据进行监控并根据需要自动调节，不会出现加热不够或过度加热的情况，大大降低了工人的劳动强度。
附图说明
图1是现有油轮货油加热系统示意图。
图2是根据本发明实施例的油轮货油加热蒸汽的蒸汽供给阀的液压控制系统的示意图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。图2示出了油轮货油加热的蒸汽供给阀2的液压控制系统。该液压控制系统包括：液压驱动油缸1、液压压力变送器3、液压伺服油缸4、活塞位移传感器5、三通换向阀6、三通比例阀7、减压阀8、液压泵9、控制器16和人机界面18等。液压驱动油缸1可包括液压驱动油缸缸体1-1、液压驱动油缸活塞1-2和液压驱动油缸弹簧1-3。液压驱动油缸活塞1-2将液压驱动油缸缸体1-1分成上下部分，液压驱动油缸弹簧1-3布置在下部分中，其上端抵接液压驱动油缸活塞下表面，下端抵接液压驱动油缸缸体底部。液压驱动油缸缸体1-1的上部分布置有油口b2，油口b2通过相应管路分别与液压伺服油缸4的第一油口b1和三通换向阀6的第一端口b连通。液压驱动油缸活塞1-2与蒸汽供给阀2的阀杆固定连接，以使蒸汽供给阀2的阀杆随着液压驱动油缸活塞1-2上下移动，进而带动蒸汽供给阀2的阀芯动作，实现蒸汽供给阀2的开度调节。具体工作原理为：作用在液压驱动油缸活塞1-2上表面的压力p上大于作用在液压驱动油缸活塞1-2下表面的弹簧张力f以及液压驱动油缸活塞1-2的运动阻力f阻之和(即p上*s＞f+f阻；s液压驱动油缸活塞1-2上表面积)，就会迫使活塞向下移动。相反，当作用在液压驱动油缸活塞1-2下表面的弹簧张力f大于作用在液压驱动油缸活塞1-2上表面的压力与运动阻力f阻之和(即f＞p上*s+f阻；s液压驱动油缸活塞1-2上表面积)，就会迫使液压驱动油缸活塞1-2向上移动。此外，液压驱动油缸1上还可设置有零位限位螺母1-4和量程限位螺母1-5，以限定液压驱动油缸活塞1-2的行程。
液压压力传感器3用于检测液压驱动油缸1的压力。在所示实施例中，由于油口b2、第一油口b1和第一端口b彼此连通，因此，液压压力传感器3可以布置在与液压伺服油缸4的第一油口b1连接的管路上。
液压伺服油缸4可包括液压伺服油缸缸体4-1和液压伺服油缸活塞4-2。液压伺服油缸活塞4-2将液压伺服油缸缸体4-1分成上下室，第一油口b1布置在上室中，第二油口a1布置在下室中。液压伺服油缸4的第二油口a1与三通换向阀6的第二端口a连通。活塞位移传感器5用于检测液压伺服油缸活塞4-2的位置。液压伺服油缸4的工作原理如下：作用在液压伺服油缸活塞4-2下表面的液压力p下大于作用在液压伺服油缸活塞4-2上表面的液压力p上和液压伺服油缸活塞4-2运动阻力f阻之和(即p下*s下＞p上*s上+f阻；s上、s下活塞上、下表面积)，就会迫使液压伺服油缸活塞4-2向上移动。相反，当作用在液压伺服油缸活塞4-2上表面的液压力p上大于作用在液压伺服油缸活塞4-2下表面的液压力p下和液压伺服油缸活塞4-2运动阻力f阻之和(即p上*s上＞p下*s下+f阻；s上、s下活塞上、下表面积)，就会迫使液压伺服油缸活塞4-2向下移动。当液压驱动油缸1与液压伺服油缸4内的密封以及两液压缸之间的液压管系、接头处不漏油的情况下得到：(r02-r02)*h0＝(r12-r12)*h1(式中：r0为液压驱动油缸1的内半径；r0为液压驱动油缸1的活塞杆的内半径；h0为液压驱动油缸活塞1-2的位移；r1为液压伺服油缸4的内半径；r1为液压伺服油缸4活塞杆的内半径；h1为液压伺服油缸活塞4-2的位移)；当液压驱动油缸1和液压伺服油缸4的参数尺寸设计成一样时，可得：h0＝h1。因此，得到如下结论：液压伺服油缸活塞4-2的位移量等于液压驱动油缸活塞1-2的位移量。也就是可以通过控制液压伺服油缸活塞4-2的位移来控制液压驱动油缸活塞1-2的位移。因此，活塞位移传感器5的测量值相当于液压驱动油缸活塞1-2的位移。此外，液压伺服油缸4上还可设置有零位限位螺母4-3和量程限位螺母4-4，以限定液压伺服油缸活塞4-2的行程。
在所示实施例中，三通换向阀6为电控三位四通o型换向阀。对于电控三位四通电磁阀6，当a端有控制信号时，第三端口p1与第二端口a导通，且第一端口b和第四端口t1不通；当b端有控制信号时，第三端口p1与第一端口b导通，且第二端口a和第四端口t1不通。三通换向阀6的第三端口p1与三通比例阀7的第一端口b0连通。三通比例阀7的第二端口p0作为进油口与减压阀8连通，第三端口t0作为卸油口与油箱13连通。即，三通比例阀7具有由第一端口b0和第二端口p0形成的进油通道以及由第一端口b0和第三端口t0形成的卸油通道。
在所示实施例中，三通比例阀7选用电控三位四通o型比例阀，并将第四端口a0封闭。三通比例阀7的d端和c端分别接收4～12ma和12～20ma的控制信号，三通比例阀7的阀芯位移量与控制电流成比例。当d端在比例控制信号的作用下，第一端口b0与第二端口p0导通并且其开度对应于控制电流的大小，同时第四端口a0和第三端口t0处于关闭状态；当c端在比例控制信号的作用下，第一端口b0与第三端口t0导通并且其开度对应于控制电流的大小，同时第四端口a0和第二端口p0处于关闭状态。当控制信号电流为12ma时，三通比例阀7处于中位，端口p0、t0、a0、b0均处于关闭状态，即进油通道和卸油通道均关闭。因此，液压驱动油缸1、液压压力传感器3、三通换向阀6和三通比例阀7构成第一液压循环回路；而液压驱动油缸1、液压伺服油缸4、活塞位移传感器5、三通换向阀6和三通比例阀7构成第二液压循环回路。即，第一液压循环回路和第二液压循环回路可以通过控制三通换向阀6来选择。
减压阀8设置在三通比例阀7和液压泵9之间，以确保液压油压力稳定。当然，在其它实施例中，减压阀8也可以省略，即第二端口p0与液压泵9连通。液压泵9与油箱13连通，以将油箱13中的液压油泵出并通过第一液压循环回路或第二液压循环回路进入液压驱动油缸1中，进而实现对蒸汽供给阀2的调节。
该液压驱动系统采用主控方式与辅控方式相结合的控制策略来控制蒸汽供给阀2。其中，主控方式的控制过程如下：控制器18向三通换向阀6的a端输出控制信号，使得第三端口p1与第二端口a相通，即选择第二液压循环回路。控制器16根据活塞位移传感器5的测量值对应的蒸汽供给阀2的开度m和蒸汽供给阀2的开度目标值s的偏差值e(e＝m-s)来控制三通比例阀7的开度，以调节液压伺服油缸活塞4-2的位置，进而调节液压驱动油缸活塞1-2的位置，最终实现蒸汽供给阀2的开度调节。其中，m、s均转换成4-20ma的形式。即，开度0对应于20ma、开度100％对应于4ma。具体地，当e＝0时，三通比例阀7两端的作用电流为12ma，三通比例阀7的阀芯位于中位。若偏差值e＞0，则向三通比例阀7的c端输出控制直流电流i，且满足12ma＜i＝(e+12)ma≤20ma，此时液压伺服油缸4的下室的液压油经由油口或端口a1、a、p1、b0、t0卸放至油箱13内，液压伺服油缸活塞4-2下移，液压驱动油缸1中的液压油经由油口b2、b1进入液压伺服油缸4的上室，液压驱动油缸活塞1-2在液压驱动油缸弹簧张力作用下向上移动，以开大蒸汽供给阀；若偏差值e＜0，则向三通比例阀7的d端输出控制直流电流i，且满足4ma≤i＝(e+12)＜12ma，此时液压油经由端口p0、b0、p1、a、a1作用在液压伺服油缸活塞4-2的下表面，推动液压伺服油缸活塞4-2上移，迫使液压伺服油缸活塞4-2上部的液压油经过油口b1、b2去推动液压驱动油缸活塞1-2，以克服弹簧张力和运动阻力，向下移动关小蒸汽供给阀。
辅控方式的控制过程如下：控制器16向三通换向阀6的b端输出控制信号，使得第三端口p1与第一端口b相通，即选择第一液压循环回路。控制器16根据液压压力变送器3的测量值对应的蒸汽供给阀2的开度m和蒸汽供给阀2的开度目标值s的偏差值e(e＝m-s)来控制三通比例阀7的开度，以控制液压驱动油缸活塞1-2的位置，进而控制蒸汽供给阀2的开度。其中，m、s均转换成4-20ma的形式。即，开度0对应于20ma、开度100％对应于4ma。当e＝0时，三通比例阀7两端的作用电流为12ma，三通比例阀7的阀芯位于中位。若偏差值e＞0，则向三通比例阀7的c端输出控制直流电流i，且满足12ma＜i＝(e+12)ma≤20ma，此时液压驱动油缸活塞1-2上方(即，液压驱动油缸缸体1-1的上部分)的液压油通过油口或端口b2、b、p1、b0、t0卸放至油箱13中，液压驱动油缸活塞1-2在液压驱动油缸弹簧张力的左右下向上移动，以开大蒸汽供给阀2。若偏差值e＜0，则向三通比例阀7的d端输出控制直流电流i，且满足4ma≤i＝(e+12)＜12ma，液压油通过端口或油口p0、b0、p1、b、b2作用在液压伺服油缸活塞1-2的上表面，推动活塞克服弹簧张力和运动阻力向下移动，以关小蒸汽供给阀2。
该液压驱动系统优先采用主控方式，当液压压力传感器3的测量值对应的蒸汽供给阀2的开度与蒸汽供给阀的设定开度之间的偏差值e小于预设值n时，即当液压驱动油缸1与液压伺服油缸4之间的管系、接头、活塞密封等存在漏油现象时(例如，假设50％开度对应于10公斤压力，预设值n为-1公斤，而实际测得的压力为8公斤，就表示存在漏油现象。)，自动切换成辅控方式。其中，预设值为负值。在用户确认漏油现象已消除后，将辅控方式切换成主控方式。
辅控方式切换成主控方式由人机界面18进行确认时，控制器16首先将通过辅控方式将蒸汽供给阀2调节控制在全关位置，随后切换成主控方式并将蒸汽供给阀2调节控制在全开位置，随后再切换回辅控方式将蒸汽供给阀控制在全开位置，再随后将辅控方式切换回主控方式。此时，完成主控方式下活塞位移传感器5的零位和量程与蒸汽供给阀2的零位与量程的一一对应关系。随后将蒸汽供给阀通过主控方式控制在目标位置上。进入下一个采用主控方式的正常循环控制过程。
控制器16和人机界面18通讯连接(例如，通过网络通讯线17)，使得用户可以通过人机界面18对蒸汽供给阀2及其液压控制系统进行监视和操作。它们的具体结构和功能均为本领域技术人员所熟知，这里不再进行描述。
此外，该液压控制系统还可包括设置在三通比例阀7和减压阀8之间以及减压阀8和液压泵9之间的压力表10、11，以便于用户了解液压油的压力情况。
此外，该液压控制系统还可包括滤器12，其布置在油箱13与液压泵9之间，用于防止液压油中的异物对液压泵9、减压阀8、三通比例阀7和三通换向阀6造成损坏。
油轮货油舱舱容大小的不同，舱内一般安装2～4支路的蒸汽供给管路，就需要控制2～4个位于货油舱加热进口处的蒸汽供给阀。每个蒸汽供给阀的液压控制系统均设置有相应的第一液压循环回路和第二液压循环回路，以能够采用如上所述的主控方式和辅控方式相结合的控制策略。即，每个蒸汽供给阀的液压控制系统具有公共的减压阀8、液压泵9、压力表10、11、滤器12和油箱13，以及独立的液压驱动油缸1、液压压力变送器3、液压伺服油缸4、活塞位移传感器5、三通换向阀6、三通比例阀调节7。以每个油舱为独立控制组(n个油舱分为n组)，对每个蒸汽供给阀的控制时间为t，依次对每组内(n个蒸汽供给阀)的每个蒸汽供给阀进行调节控制，每组控制循环时间周期为t(t＝n*t)，不断进行循环加热调节控制。
在本发明的另一实施例中，还提供了一种油轮货油加热蒸汽的蒸汽供给阀的液压控制方法，该方法通过如上所述的液压控制系统实现。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。