一种船舶营运状况监测与节能控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种船舶营运状况监测与节能控制系统，其特征在于：包括营运监测装置、工控机、船舶GPS信号装置，所述的营运监测装置设有传感器组、信号调理器及数据采集卡，所述的工控机设有核心控制存储模块、远程监控模块及显示模块；由传感器组感应信号数据给信号调理器进行调理，再由数据采集卡结合船舶GPS信号装置输出数据给工控机进行监测控制工作。本实用新型通过工控机对该营运监测装置的历史和实测数据的建模分析达到控制，实现船舶经济航道、经济航速，经济操舵、机组匹配和状态维修的优化，达到船舶节能减排的目的。
【专利说明】一种船舶营运状况监测与节能控制系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种船舶营运状况监测与节能控制系统，特别涉及一种通过对船舶营运过程中相关参数的监控和控制，实现船舶管理节能、技术节能、操作节能的综合效果的系统。
【背景技术】
[0002]船舶节能是我国建设资源节约型和环境友好型社会的迫切需要。当前世界上石油资源日益紧缺，2009年全球石油剩余探明储量为1855.23亿吨，仅可开采50年，天然气、煤炭也仅可开采100余年，而新能源的利用要落后52年。近年来国际油价节节攀升，而全年我国的原油消耗量为3.79亿吨，其中一半以上依赖进口，我国石油资源形势紧张。2005年，我国交通运输业的石油消耗总量约占全社会石油消耗量的29.8%，营业性运输船舶的燃油消耗总量为1356.4万吨，2012年预计达到2220万吨左右。而我国的船舶燃油利用得并不经济，平均油耗比发达国家高出10%左右。2008年6月18日，交通运输部提出的运输行业能耗指标中指出:与2005年相比，到2010年和2020年，营运船舶单位运输量能耗分别下降10%和20%，而实际上至2010年底，营运船舶单位运输量能耗仅下降了 7%，船舶节能是我国建设资源节约型社会的迫切需要。
[0003]船舶节能是我国建设环境友好型社会的迫切需要。目前世界上船舶所排放的C02已达到11.2亿吨，约占全球主要温室气体排放量的4.5%。有预测认为，到2020年全球航运业将消耗4亿吨燃油，温室气体的排放量将在目前基础上增加75%，同时船舶排放的NO和SO也将造成臭氧层的破坏和大气污染造成更严重的影响。我国交通运输业的C02排放量预计到2015年和2030年将分别达到5.22亿吨和11.08亿吨，其中将有1/4会由船舶产生，2009年，哥本哈根全球环境会议中指出，中国政府承诺:到2020年实现单位GDP的C02排放比2005年下降40%至45%目标。为此，中国将把控制温室排放纳入经济可持续发展总体规划中，交通运输业是全社会仅次于制造业的燃油消耗大户，是建设资源节约型、环境友好型社会的重要领域之一，水运行业作为交通运输业的重要组成部分，大力推进节能减排，发展绿色航运，是时代赋予我们的使命。
[0004]船舶节能是航运企业自身生存发展的迫切需求。自从2009年金融危机以来，船舶运输行业每况愈下，企业普遍处于微利或者亏损的状态，其中的一个重要原因便是由于燃油成本越来越高导致营运成本持续走高造成的。节能降耗成为航运企业降低营运成本的最重要的需求。
[0005]当前，国内外对船舶节能技术的研究主要从技术节能、管理节能和操作节能三个方面进行研究。主要的技术节能措施有船型更新、船舶大型化和标准化、船机桨配合的优化、应用节能型主机、减轻船舶重量与减少船舶阻力、采用轴带发电机、使用替代燃料、加强设备工况监管和维护保养工作、探索替代能源等。在这些方面由于船舶工业已是一个相当成熟的产业，船舶的设计上已能做到很优化，在船型更新、船机桨配合的优化等方面能提升的节能空间较小。而传统柴油机也很难再予以改进，引进国外专利的电控柴油机由于配套难以跟上制约了其推广应用。减轻船舶重量与减少船舶阻力、使用替代燃料、探索替代能源还是一个长期研发的过程。在加强设备工况监管和维护保养工作方面，目前有根据船舶滑油磨粒和船机振动等方面检测进行状态维修的研究，但其目标和方法主要是从技术的可靠性的角度来研究，目前，还没有以船舶节能为目标的状态维修研究。
[0006]在船舶操作节能方面的措施主要有经济航道(航线)的选择、经济航速(主机转速)的选择、最佳浮态、利用潮汐等等。其中最佳浮态、潮汐利用对船舶油耗的影响相对较小，经济航道(航线)的选择、经济航速(主机转速)的选择直接较大地影响到船舶的能耗，但目前主要依赖于人工经验，粗糙模糊，难以达到最优化效果。
[0007]在船舶管理节能方面主要在于对公司治理结构、员工节能意识及积极性和管理手段的加强。目前在技术节能、操作节能能提升船舶的节能空间有限的情况下，基于技术检测的船舶节能管理系统成为可能实现船舶节能的最有效方式，这是实现船舶节能的趋势之所在。
【发明内容】
[0008]为解决上述问题，实现一种基于技术手段的管理节能，但可同时达到管理节能、技术节能、操作节能的综合效果，本实用新型提供一种船舶营运状况监测与节能控制系统，其特征在于:包括营运监测装置、工控机、船舶GPS信号装置，所述的营运监测装置设有传感器组、信号调理器及数据采集卡，所述的工控机设有核心控制存储模块、远程监控模块及显示模块；
[0009]由传感器组感应信号数据给信号调理器进行调理，再由数据采集卡结合船舶GPS信号装置输出数据给工控机进行监测控制工作。
[0010]所述传感器组设有最少7个传感器，包括:船舶燃油传感器、主机转速传感器、船舶对水速传感器、船舶吃水传感器、船舶纵倾角传感器、船舶横倾角传感器、船舶主轴扭矩传感器。
[0011]所述工控机是一种设有人机接口进行输入数据调整的工控机。
[0012]所述的船舶燃油传感器是一种带瞬时流量显示及远程传输功能的流量仪传感器。
[0013]所述的船舶对水速传感器是一种基于激光多普勒测速技术的船用测速仪传感器。
[0014]所述的船舶吃水传感器是一种波高仪传感器。
[0015]所述的船舶纵倾角传感器、船舶横倾角传感器是一种高精度数字防水三轴罗盘传感器。
[0016]所述的船舶主轴扭矩传感器是一种高精度的扭矩传感器。
[0017]所述显示模块包括机旁显示器、驾驶室显示器和远程公司监控显示装置。
[0018]所述的远程公司监控显示装置是一种使用接收远程无线信号的个人电脑。
[0019]采用上述结构后，采用多个传感器检测船舶油耗、主机转速、船舶对水相对速度、船舶吃水、船舶纵倾角、船舶横倾角、船舶主轴扭矩及船舶GPS信号等船舶营运中的实时数据并存储，通过工控机对该营运监测装置的历史和实测数据的建模分析达到控制，实现船舶经济航道、经济航速，经济操舵、机组匹配和状态维修的优化，达到船舶节能减排的目的。
[0020]从根本上来说是基于技术手段的管理节能，但可同时达到管理节能、技术节能、操作节能的综合效果。【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本实用新型工作原理图。
[0022]图中标示为:
[0023]I营运监测装置、2工控机、3船舶GPS信号装置，11传感器组、12信号调理器、13数据采集卡、21核心控制存储模块、22远程监控模块、23显示模块、111船舶燃油传感器、112主机转速传感器、113船舶对水速传感器、114船舶吃水传感器、115船舶纵倾角传感器、116船舶横倾角传感器、117船舶主轴扭矩传感器、231机旁显示器、232驾驶室显示器、233远程公司监控显示装置。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图，对本实用新型名称的具体实施例作进一步详述，但不构成对本实用新型的任何限制。
[0025]如图1所示:
[0026]一种船舶营运状况监测与节能控制系统，其特征在于:包括营运监测装置1、工控机2、船舶GPS信号装置3，所述的营运监测装置I设有传感器组11、信号调理器12及数据采集卡13，所述的工控机2设有核心控制存储模块21、远程监控模块22及显示模块23 ；
[0027]由传感器组11感应信号数据给信号调理器12进行调理，再由数据采集卡13结合船舶GPS信号装置3输出数据给工控机2进行监测控制工作。
[0028]作为技术的进一步改进，所述传感器组11设有最少7个传感器，包括:船舶燃油传感器111、主机转速传感器112、船舶对水速传感器113、船舶吃水传感器114、船舶纵倾角传感器115、船舶横倾角传感器116、船舶主轴扭矩传感器117，同时设有预留传感器接口。
[0029]作为技术的进一步改进，所述工控机2是一种设有人机接口进行输入数据调整的工控机，可通过人工输入公司的营运时间成本函数，以方便分析得出考虑到时间成本下的推存经济航速和经济航道。
[0030]作为技术的进一步改进，所述的船舶燃油传感器111是一种带瞬时流量显示及远程传输功能的流量仪传感器。
[0031]作为技术的进一步改进，所述的船舶对水速传感器113是一种基于激光多普勒测速技术的船用测速仪传感器。
[0032]作为技术的进一步改进，所述的船舶吃水传感器114是一种波高仪传感器。
[0033]作为技术的进一步改进，所述的船舶纵倾角传感器115、船舶横倾角传感器116是一种高精度数字防水三轴罗盘传感器。
[0034]作为技术的进一步改进，所述的船舶主轴扭矩传感器117是一种高精度的扭矩传感器。
[0035]其中显示模块23包括机旁显示器231、驾驶室显示器232和远程公司监控显示装置233，所述的远程公司监控显示装置233是一种使用接收远程无线信号的个人电脑。
[0036]采用多个传感器检测船舶油耗、主机转速、船舶对水相对速度、船舶吃水、船舶纵倾角、船舶横倾角、船舶主轴扭矩及船舶GPS信号等船舶营运中的实时数据并存储，通过工控机对该营运监测装置的历史和实测数据的建模分析达到控制，实现船舶经济航道、经济航速，经济操舵、机组匹配和状态维修的优化，达到船舶节能减排的目的。
[0037]使用时，通过船舶GPS信号可得出船舶的经纬度位置和一定时间间隔内的位移，从而可以得出船舶的对地航速；船舶的对地航速减去船舶对水相对速度可得出水流速度。
[0038]对工控机2安装有处理软件，接收到检测数据后，通过数学模型对检测的数据进行回归分析，可得到一定装载和水流条件下主机转速-船舶航速之间的函数关系、主机转速与瞬时油耗之间的函数关系；一定装载条件下不同逆水或顺水流速和主机转速条件下的公里油耗；不同装载条件下，主轴转速与功率关系函数。
[0039]软件可分析得出经济航速、经济航道建议，对于由于船机故障引起的公理油耗与主机转速等异常进行报警，以提醒进行状态维修。这些可以分别在机旁显示器231、驾驶室显示器232和远程公司监控显示装置233进行显示。
[0040]工控机2是设有人机接口，也可以通过人工输入公司的营运时间成本函数，以分析得出考虑到时间成本下的推存经济航速和经济航道。
[0041]本实用新型对船舶油耗等数据进行了实时检测和远程监控，改变了传统的油尺计量方式，使公司和船员能实时掌握航次油耗全过程和局部过程；能推存出最佳的经济航速、主机转速和经济航道；能对船舶主推进装置的异常进行报警，和能够比对异常前后的公量油耗情前，提醒进行状态维修。可用人工输入公司的营运时间成本函数，使得推存经济航速考虑了时间成本，达到利润的最大化。
[0042]从根本上来说是以采用技术手段为基础管理节能方式，但可同时达到管理节能、技术节能、操作节能的综合效果。在管理节能方面，该系统对船舶耗油进行实时精细化检测，改变了传统的人为的粗糙的存油量管理模式，并且利用远程系统公司可以在陆上进行远程实时监控，有助于提升员工节能意识，避免个人的随意性和不正确的行为。在操作节能方面，通过对检测的船舶营运状况的历史和实时数据分析，进行经济航道(航线)和经济航速(主机转速)的优化。在技术节能方面，可以起到监控船舶状况进行状态维修的作用。
[0043]本实用新型实现了很好的节能效果，实用中最低节省燃油14%以上。
【权利要求】
1.一种船舶营运状况监测与节能控制系统，其特征在于:包括营运监测装置(I)、工控机(2)、船舶GPS信号装置(3)，所述的营运监测装置(I)设有传感器组(11)、信号调理器(12)及数据采集卡(13)，所述的工控机(2)设有核心控制存储模块(21)连接远程监控模块(22)及显示模块(23)； 由传感器组(11)感应信号数据给信号调理器(12 )进行调理，再由数据采集卡(13 )结合船舶GPS信号装置(3)输出数据给工控机(2)进行监测控制工作。
2.根据权利要求1所述的一种船舶营运状况监测与节能控制系统，其特征在于:所述传感器组(11)设有最少7个传感器，包括:船舶燃油传感器(111)、主机转速传感器(112)、船舶对水速传感器(113)、船舶吃水传感器(114)、船舶纵倾角传感器(115)、船舶横倾角传感器(116 )、船舶主轴扭矩传感器(117 )。
3.根据权利要求1所述的一种船舶营运状况监测与节能控制系统，其特征在于:所述工控机(2 )是一种设有人机接口进行输入数据调整的工控机。
4.根据权利要求2所述的一种船舶营运状况监测与节能控制系统，其特征在于:所述的船舶燃油传感器(111)是一种带瞬时流量显示及远程传输功能的流量仪传感器。
5.根据权利要求2所述的一种船舶营运状况监测与节能控制系统，其特征在于:所述的船舶对水速传感器(113)是一种基于激光多普勒测速技术的船用测速仪传感器。
6.根据权利要求2所述的一种船舶营运状况监测与节能控制系统，其特征在于:所述的船舶吃水传感器(114)是一种波高仪传感器。
7.根据权利要求2所述的一种船舶营运状况监测与节能控制系统，其特征在于:所述的船舶纵倾角传感器(115)、船舶横倾角传感器(116)是一种高精度数字防水三轴罗盘传感器。
8.根据权利要求2所述的一种船舶营运状况监测与节能控制系统，其特征在于:所述的船舶主轴扭矩传感器(117)是一种高精度的扭矩传感器。
9.根据权利要求1所述的一种船舶营运状况监测与节能控制系统，其特征在于:所述显示模块(23)包括机旁显示器(231)、驾驶室显示器(232)和远程公司监控显示装置(233)。
10.根据权利要求9所述的一种船舶营运状况监测与节能控制系统，其特征在于:所述的远程公司监控显示装置(233 )是一种使用接收远程无线信号的个人电脑。
【文档编号】G05B19/418GK203595935SQ201320783842
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2013年11月27日 优先权日:2013年11月27日
【发明者】陈爱国 申请人:陈爱国