[发明专利]一种船舶中央冷却水多段比值控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种船舶中央冷却水多段比值控制系统及方法，包括船舶主机系统、淡水冷却泵、冷却器、三通阀控制器、PLC控制器和现场操作箱，所述船舶主机系统分别连接PLC控制器和淡水冷却泵，淡水冷却泵还连接冷却器和三通阀控制器，本发明的有益效果是：(1)根据阀门开度控制变频器频率进而控制海水变频泵转速，其中阀门开度与变频器频率之间的对应关系采用多段比值控制函数。(2)增加开关函数，采用smith滞环比较器，增强系统稳定性。(3)板式换热器出口海水温度达到安全界限49℃时，本设计系统的变频器自动切换到最高限制频率运行。(4)减少三通阀频繁动作。

技术领域

本发明涉及一种控制系统，具体是一种船舶中央冷却水多段比值控制系统及方法。

背景技术

目前船舶中央冷却水控制系统普遍采用工频泵全速运行，由三通阀温控器调节旁通量使低温淡水回路进口温度稳定在36℃。这种控制方法虽简单、投资少、稳定性良好，但海水泵长期在超出实际所需的功率下运行，能耗大、执行机构动作频繁、三通阀磨损大。

瑞典Alfa Laval公司开发的ENGARD型船舶中央冷却水系统，虽可根据中央冷却水系统热负荷变化对海水泵进行变极调速，并且海水泵采用不同组合实现流量分级变化，降低一定能耗和延长三通阀使用寿命，但仍存在改进空间。国内虽有学者已提出根据三通阀开度来改变海水变频泵转速的控制模式，可并未给出具体实现方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种船舶中央冷却水多段比值控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种船舶中央冷却水多段比值控制系统，包括船舶主机系统、淡水冷却泵、冷却器、三通阀控制器、PLC控制器和现场操作箱，所述船舶主机系统分别连接PLC控制器和淡水冷却泵，淡水冷却泵还连接冷却器和三通阀控制器，冷却器还连接海水泵、海水出口和PLC控制器，PLC控制器还分别连接人机操作界面、现场操作箱和三通阀控制器。

作为本发明的进一步技术方案：所述冷却器与海水泵之间接有压力传感器和温度传感器，所述冷却器与海水出口之间接有压力传感器和温度传感器，船舶主机系统和淡水冷却泵之间设有温度传感器，船舶主机系统和淡水冷却泵之间设有温度传感器，冷却器和PLC控制器之间设有温度传感器。

作为本发明的进一步技术方案：所述冷却器为板式冷却器。

作为本发明的进一步技术方案：所述现场操作箱与海水泵均设有多个，并且每一个现场操作箱和海水泵一一对应，现场操作箱和海水泵之间设有压力开关。

作为本发明的进一步技术方案：所述淡水冷却泵设有多个。

一种船舶中央冷却水多段比值控制方法，包含以下步骤：

步骤(1)：连结好各设备；

步骤(2)：三通阀控制器采用常规PID控制，三通阀阀门开度按以下公式设定对三通阀控制器的淡水阀门开度进行控制：输出4-20mA电流改变三通阀位置α(t)。输入传感器信号x(t)为PT100，r(t)为温度设定值，三通阀温控器输入信号是温度偏差信号e(t)＝r(t)-x(t)；控制器采用比例积分调节规律，设阀门初始位置为α₀，e(t)与控制器输出位置增量dα(t)关系满足下式：阀门开度输出位置为：α＝α₀+∫dα(t)；此位置信号α由PLC采集送入变频器，变频器根据此采集信号输出相应频率来改变海水变频泵转速，Ti为积分时间，Kp为比例值；

步骤(3)：设定PLC按以下设计函数对变频器频率进行控制：当α60％，f＝25Hz；

当60％≤α85％，f＝k₁(α－0.6)+25；当85％≤α95％，f＝k₂(α－0.85)+40；当95％≤α，f＝50Hz。