基于船舶舵机设备数据评估舵机设备能效的方法与系统与流程

本发明涉及一种能效比计算方法，属于船舶设备领域，尤其涉及一种基于船舶舵机设备数据评估舵机设备能效的方法与系统。

背景技术：

1、船舶设备作为船舶主要能耗来源，对设备能耗的远程检测、分析与等级评估是实现碳减排量以及提高船舶管理水平的有效手段，开展船舶设备能效监测与评估对于降低碳排放和营运成本、提升船舶设备能效管理水平具有重要的意义。

2、船舶舵机设备工作时的做功效率在理想状态下即为额定功率，并不会出现做功损失，然而，在设备实际运行过程中，由于现场工况、航行状态等多种因素的影响，导致舵机的实际做功效率往往不能达到额定功率，存在不同程度的功率浪费，因此如何节能降耗是船舶舵机设备使用过程中的一个重要问题。

3、研究节能降耗需要知晓设备当前的能效，舵机设备的能效除了设备本身的制造水平外，还取决于船舶运行状态、转舵角度、电机等的运行工况，故对舵机设备的运行状态进行高频率监测，并对能效监测结果进行计算和分析，从而使用户可以根据能效计算分析结果对舵机进行调试或维护，以达到节能减排的目标。但是目前对于舵机设备的能耗异常主要依据人工判断，而人工判断存在一定的时效滞后，无法准确反馈设备能效水平，导致船舶设备节能效果不好。

4、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术中存在的能效异常判断存在滞后，无法准确反馈设备能效水平的缺陷与问题，提供一种不仅可以及时对能效能耗进行判断，而且可以准确反馈设备能效水平的一种基于船舶舵机设备数据评估舵机设备能效的方法与系统。

2、为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种基于船舶舵机设备数据评估舵机设备能效的方法，所述方法包括：

3、s1、实时监测采集船舶运行时的舵机的运行数据；

4、s2、对运行数据进行数据效验；若运行数据存在异常，则反馈异常数据；若运行数据不存在异常，则对其进行预处理，获得统一运行数据；

5、s3、基于统一运行数据，采用舵机能效计算模型进行计算，获得瞬时能效比值；

6、s4、基于瞬时能效比值对数据计算结果进行效验；若计算结果存在异常，则反馈异常数据；若计算结果不存在异常，则进行步骤s5；

7、s5、基于瞬时能效比值，采用平均能效计算模型进行计算，获得平均能效比值；

8、s6、根据平均能效比值划分能效等级，并基于能效等级对舵机设备能效水平进行展示。

9、所述步骤s1中，所述船舶运行时的舵机的运行数据包括：流量、油缸压力、转舵角度、转舵时间与功率因子。

10、所述步骤s2中，所述对运行数据进行数据效验是指：

11、通过数据仓储手段，在接收过程中通过多线程机制，按照船舶设备的工作阈值效验运行数据有效范围；若运行数据处于船舶设备的工作阈值之内，则代表相关的船舶设备运行正常；若运行数据处于船舶设备的工作阈值之外或为空数据时，则代表相关的船舶设备运行存在异常或采集设备出现异常，并将该运行数据异常进行反馈。

12、所述步骤s2中，所述预处理是指：对运行数据进行取整、去重或归一化处理。

13、所述步骤s3中，所述舵机能效计算模型如下：

14、

15、其中：pin为输入功率，pout为输出有用功率；

16、

17、其中：nin为工作电机的数量，uin为电机输入电压，iin为电流，为功率因子；

18、

19、δθ＝|θ1-θ2|；

20、

21、其中：p1、p2、p3、p4为多个油缸的实时油压值，sram为柱塞的横截面积，rtiller为舵柄臂的半径，δθ为监测时段内从θ1到θ2舵角的变化弧度，δt为监测时段内从θ1到θ2变化舵角的时间，θ1、θ2为任意一次操舵起始舵角弧度。

22、所述s4中，基于瞬时能效比值对数据计算结果进行效验是指：

23、基于瞬时能效比值对计算结果的数据范围进行效验；若数据范围处于船舶设备的工作阈值百分比之外，则代表计算结果存在异常；若数据范围处于船舶设备的工作阈值百分比之内，则代表计算结果不存在异常。

24、所述步骤s5、基于瞬时能效比值，采用平均能效计算模型进行计算，获得平均能效比值是指：

25、首先，监测舵机舵角，当舵角出现变化时，开始计时，并根据计算频率持续获取舵角的电流数据iin；若计算周期内电流数据iin＞0，则分别计算输入功率pin与输出有用功率pout，并循环累加获得平均输入功率与平均输出有用功率，直至计算周期内iin≤0，则停止计时，随后根据平均能效计算模型进行计算，获得平均能效比；

26、所述平均能效计算模型如下：

27、ηevg＝(∑pout)/(∑pin)；

28、其中：∑pin为平均输入功率，∑pout为平均输出有用功率。

29、所述步骤s6、根据平均能效比值划分能效等级，并基于能效等级对舵机设备能效水平进行展示是指：

30、将不同数值的平均能效比划分为不同的能效等级，根据能效等级对舵机设备的能效水平进行展示，同时对达到预警阈值的能效等级进行异常预警。

31、所述能效等级包括：一级能效、二级能效与三级能效；

32、所述一级能效为：平均能效比值＞80％；所述二级能效为：60％＜平均能效比值＜80％；所述三级能效为：平均能效比值＜60％。

33、一种基于船舶舵机设备数据评估舵机设备能效的系统，所述系统包括：

34、船舶数据采集模块，用于实时监测采集船舶运行时的舵机运行数据；

35、船舶运行数据效验模块，用于对采集的舵机运行数据的有效性进行效验与预处理；

36、船舶瞬时能效计算模块，用于基于舵机能效计算模型进行数据计算，获得船舶的瞬时能效比值；

37、船舶数据计算效验模块，用于计算结果的有效性进行效验；

38、船舶平均能效计算模块，用于基于平均能效计算模型进行数据计算，获得船舶的平均能效比值；

39、船舶能效展示模块，用于划分船舶的能效等级，并基于能效等级对舵机设备能效水平进行展示；

40、船舶交互模块，用于展示船舶的能效数据与异常数据，提供可视化人机交互。

41、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

42、1、本发明基于船舶舵机设备数据评估舵机设备能效的方法中，首先监测采集船舶运行时的舵机运行数据，然后对其进行数据效验，接着进行预处理，获得统一运行数据，随后基于统一运行数据，采用舵机能效计算模型进行数据计算，获得瞬时能效比，再对数据计算结果进行效验，并监测舵机舵角的变化周期，进行平均能效比计算，获得平均能效比值，然后根据平均能效比值划分异常等级，对舵机设备能效水平进行评估；本设计在应用中，通过实时数据的采集计算，及时获得船舶的能效比数据，使得船上工作人员可以第一时间获取船舶舵机的能耗状态，以便对船舶舵机的能耗异常进行评估调整，达到节能降耗的目的，并且在能效比计算过程中，对数据进行效验，确保了计算结果的准确性。因此，本发明不仅可以及时对设备能耗进行判断，而且可以准确反馈设备能效水平。

43、2、本发明基于船舶舵机设备数据评估舵机设备能效的方法中，不仅对运行数据进行数据效验，并且对数据计算结果进行效验；本设计在应用中，通过对运行数据的效验保证了采集数据的准确性，并且对数据计算结果再次进行效验，确保了计算结果的合理性，保证了设备能耗水平的准确反馈。因此，本发明可以准确反馈设备能效水平。

44、3、本发明基于船舶舵机设备数据评估舵机设备能效的系统中，包括船舶数据采集模块、船舶运行数据效验模块、船舶瞬时能效计算模块、船舶数据计算效验模块、船舶平均能效计算模块、船舶能效展示模块与船舶交互模块；本发明在应用中，通过各模块的配合，对船舶的运行状态、能效比等信息进行实时运行计算，并实时反馈结果，以便及时了解船舶舵机的能效状态，同时可以对异常数据与能效比数据进行展示，具有良好的易用性。因此，本发明不仅可以及时对设备能耗进行判断，而且易用性较好。