一种船用LNG/柴油双燃料发动机安全监控系统技术方案

本发明专利技术公开了一种船用LNG/柴油双燃料发动机安全监控系统，集控室控制柜作为整个系统的核心，集控室控制柜内的工控机通过USB转RS485转化器分别与机旁控制柜内可编程控制器、燃气报警控制器、LNG储气罐通讯模块、热电偶采集模块、串口继电器模块连接。机旁控制柜内的可编程逻辑控制器连接转速传感器、温度传感器、压力传感器、火焰探测器、互锁气体阀。燃气报警控制器模块连接燃气探测器。LNG储气罐通讯模块连接气罐压力和液位传感器。热电偶采集模块连接气缸排气温度传感器。能够提供实时、准确的安全监控数据报告，方便后期对LNG/柴油双燃料发动机系统进行分析和处理，便于不同发动机机型以及不同监控方案使用。

【技术实现步骤摘要】
一种船用LNG/柴油双燃料发动机安全监控系统
本专利技术涉及船舶安全监控技术，具体涉及一种船用LNG/柴油双燃料发动机安全监控系统。
技术介绍
由于大量使用化石燃料导致严重的环境污染以及能源结构的日趋紧张，清洁能源开始吸引更多国际组织、行业以及科研机构的关注，其中LNG/柴油双燃料发动机在船舶中的应用越来越普及。由于天然气独特的物理和化学性质决定了这种发动机存在很多安全隐患问题。目前国内外针对LNG/柴油双燃料发动机的研究，主要以动力性、经济性以及燃烧特性研究为主。针对双燃料发动机的安全监控研究相对较少。随着使用天然气的船舶越来越普及，针对天然气船舶的安全监控也将越来越严格。目前船用LNG/柴油双燃料发动机安全监控系统的研究才刚刚起步，关于船舶发动机的监控项目比较零散，并且监控逻辑较为简单，没有做到系统的集成以及整个系统网络构架的搭建，不利于操控人员对整个双燃料发动机相关设备进行实时的监控和管理。
技术实现思路
本专利技术的目的在于能够通过设计一套船用安全监控系统，让工作人员在控制室或者驾驶室就可以方便的实现对船舶发动机需要监控的设备进行有效的监控和管理。本套安全监控系统能够提供实时、准确的安全监控数据报告，方便后期对LNG/柴油双燃料发动机系统进行分析和处理。本专利技术实现上述目的的技术方案是：包括集控室控制柜、机旁控制柜、串口继电器、燃气报警控制器、热电偶采集模块、LNG储气罐通讯模块、USB转RS485转化器。集控室控制柜作为整个系统的核心，集控室控制柜内的工控机通过USB转RS485转化器分别与机旁控制柜内可编程控制器(PLC)、燃气报警控制器、LNG储气罐通讯模块、热电偶采集模块、串口继电器模块连接。机旁控制柜内的可编程逻辑控制器(PLC)连接转速传感器、温度传感器、压力传感器、火焰探测器、烟雾探测器、互锁气动阀。燃气报警控制器连接燃气探测器。LNG储气罐通讯模块连接气罐压力和液位传感器。热电偶采集模块连接气缸排气温度传感器。按上述方案，所述集控室控制柜包括电源模块、工控机、集控通讯模块、集控开关量输入模块、集控开关量输出模块。电源模块为集控室控制柜和机旁控制柜提供电源。通讯模块与机旁控制柜内的可编程控制器(PLC)、燃气报警控制器、LNG储气罐通讯模块、热电偶采集模块、串口继电器模块通讯采集相关传感器信号。集控开关量输入模块向工控机输入试灯、消音、紧急关断、电源故障的信号。工控机通过集控开关量输出模块输出火灾报警、燃气泄漏、其他故障、电源、发动机停机、双燃料模式、电源故障、阀箱低压、紧急关断、风机未运转的信号。以工控机作为上位机，用以与机旁控制柜内可编程控制器(PLC)、燃气报警控制器、LNG储气罐通讯模块、热电偶采集模块、串口继电器模块进行通讯交换数据，通过组态王进行所有数据的处理和发送指令。按上述方案，所述机旁控制柜包括可编程控制器(PLC)、机旁通讯模块、模拟量信号模块、机旁开关量输入模块以及机旁开关量输出模块。可编程控制器(PLC)通过通讯模块与集控室控制柜通讯。机旁模拟量信号模块向可编程控制器(PLC)输入模拟量信号，模拟量信号模块采集的信号包括天然气温度8、汽化器介质温度9、天然气压力10、气棚温度11。机旁开关量输入模块向可编程控制器(PLC)输入转速传感器、风机未运转、烟雾探测器即机舱烟雾探测器和气棚烟雾探测器、火焰探测器即机舱火焰探测器和气棚火焰探测器、阀箱低压、互锁气动阀即气动总阀、第一互锁气动阀、第二互锁气动阀和第三互锁气动阀、紧急关断的信号。机旁开关量输出模块输出火灾报警、燃气泄漏、其他故障、电源、发动机停机、双燃料模式、电源故障、阀箱低压、紧急关断、风机未运转的信号。可编程控制器(PLC)对采集到的信号进行逻辑判断，并将信号通讯给组态王。按上述方案，所述热电偶采集模块用以采集双燃料发动机六缸排气温度，并通过安全监控系统通讯网络将数据传递给监控软件组态王，组态王通过搭载的控件对数据进行逻辑判断，并做出处理指令。按上述方案，所示燃气报警控制器用以采集气棚处所、机舱室、发动机曲轴箱的燃气浓度，并将采集的浓度信号传递给组态王。组态王判断燃气浓度值并做出处理指令。按上述方案，所述LNG储存气罐通讯模块将气罐内的液位和压力数据通过通讯网络传递给组态王，由组态王对数据进行判断并做出处理指令。本专利技术采用工控机作为上位机，针对不同监控目标可以方便搭载ActiveX控件进行复杂的逻辑运算。能够提供实时、准确的安全监控数据报告，方便后期对LNG/柴油双燃料发动机系统进行分析和处理，便于不同发动机机型以及不同监控方案使用。附图说明图1为本专利技术的硬件结构示意图。图2为本专利技术的通讯结构示意图。图3为本专利技术的集控室控制柜结构示意图。图4为本专利技术的机旁控制柜结构示意图。图5为本专利技术的工控机通讯模块电路图。图6为本专利技术的模拟量信号输入电路图。图7为本专利技术的机旁开关量输入模块电路图。图中：1.串口继电器模块输入端，2.串口继电器模块输出端，3.燃气报警控制器，4.热电偶采集模块，5.可编程控制器(PLC)，6.LNG储气罐通讯模块，7.电控系统(ECU)，8天然气温度，9.汽化器介质温度，10.天然气压力，11.气棚温度，12.转速传感器，13.风机未运转，14.机舱烟雾探测器，15.气棚烟雾探测器，16.机舱火焰探测器，17气棚火焰探测器，18.阀箱低压，19.气动总阀，20.紧急关断，21.第一互锁气动阀，22第二互锁气动阀，23第三互锁气动阀具体实施方式为进一步阐述本专利技术的结构和功能，以下结合附图对本专利技术作详细说明。如图1所示，本专利技术的硬件包括工控机与机旁控制柜内的可编程控制器(PLC)5、燃气报警控制器3、LNG储气罐通讯模块6、热电偶采集模块4、串口继电器模块、USB转RS485转化器。工控机采用Modbus通讯方式与可编程控制器(PLC)5、燃气报警控制器3、LNG储气罐通讯模块6、热电偶采集模块4、串口继电器模块构建通讯网络进行数据交换。如图2所示，工控机采用组态王作为监控软件并运行相关监测控件。采用Modbus通讯方式，组态王作为主站,会定时向从站发出询问命令，可编程控制器(PLC)5、燃气报警控制器3、LNG储气罐通讯模块6、热电偶采集模块4、串口继电器模块作为从站，完成主从站之间的数据交换。工控机通过USB转RS485转化器与可编程控制器(PLC)5、燃气报警控制器3、LNG储气罐通讯模块6、热电偶采集模块4、串口继电器模块构建通信网络进行数据交换。工控机通讯模块电路图如图5所示，串口继电器模块输入端1和串口继电器模块输出端2用于执行相关信号指令，控制控制柜面板上的指示灯。燃气报警控制器3监测气棚、机舱和发动机曲轴箱处的燃气浓度。热电偶采集模块4采集六缸排气温度信号，可编程控制器(PLC)5采集现场各个传感器信号，LNG储气罐通讯模块6将气罐的液位和压力信号通讯给工控机，最后组态王将故障信号通讯给发动机电控系统(ECU)7。如图3所示，位于集控室内的集控室控制柜包括电源模块、工控机、集控通讯模块、集控开关量输入模块、集控开关量输出模块。电源模块为集控室控制柜和机旁控制柜提供电源。通讯模块与机旁控制柜内可编程控制器(PLC)5、燃气报警控制器3、LNG储气罐通讯模块6、热电偶采集模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种船用LNG/柴油双燃料发动机安全监控系统，其特征在于：包括集控室控制柜、机旁控制柜、串口继电器、燃气报警控制器(3)、热电偶采集模块(4)、LNG储气罐通讯模块(6)、USB转RS485转化器；集控室控制柜作为整个系统的核心，集控室控制柜内的工控机通过USB转RS485转化器分别与机旁控制柜内可编程控制器(PLC)(5)、燃气报警控制器(3)、LNG储气罐通讯模块(6)、热电偶采集模块(4、串口继电器模块连接；机旁控制柜内的可编程逻辑控制器(PLC)(5)连接转速传感器、温度传感器、压力传感器、火焰探测器和烟雾探测器；燃气报警控制器(3)连接燃气探测器；LNG储气罐通讯模块(6)连接气罐压力和液位传感器；热电偶采集模块(4)连接气缸排气温度传感器。

【技术特征摘要】
1.一种船用LNG/柴油双燃料发动机安全监控系统，其特征在于：包括集控室控制柜、机旁控制柜、串口继电器、燃气报警控制器(3)、热电偶采集模块(4)、LNG储气罐通讯模块(6)、USB转RS485转化器；集控室控制柜作为整个系统的核心，集控室控制柜内的工控机通过USB转RS485转化器分别与机旁控制柜内可编程控制器(PLC)(5)、燃气报警控制器(3)、LNG储气罐通讯模块(6)、热电偶采集模块(4、串口继电器模块连接；机旁控制柜内的可编程逻辑控制器(PLC)(5)连接转速传感器、温度传感器、压力传感器、火焰探测器和烟雾探测器；燃气报警控制器(3)连接燃气探测器；LNG储气罐通讯模块(6)连接气罐压力和液位传感器；热电偶采集模块(4)连接气缸排气温度传感器。2.根据权利要求1所述的船用LNG/柴油双燃料发动机安全监控系统，其特征在于：所述集控室控制柜包括电源模块、工控机、集控通讯模块、集控开关量输入模块、集控开关量输出模块；电源模块为集控室控制柜和机旁控制柜提供电源；通讯模块与机旁控制柜内的可编程控制器(PLC)(5)、燃气报警控制器(3)、LNG储气罐通讯模块(6)、热电偶采集模块(4)、串口继电器模块通讯采集相关传感器信号；集控开关量输入模块向工控机输入试灯、消音、紧急关断、电源故障的信号；工控机通过集控开关量输出模块输出火灾报警、燃气泄漏、其他故障、电源、发动机停机、双燃料模式、电源故障、阀箱低压(18)、紧急关断(20)、风机未运转(13)的信号；以工控机作为上位机，用以与机旁控制柜内可编程控制器(PLC)(5)、燃气报警控制器(3)、LNG储气罐通讯模块(6)、热电偶采集模块(4)、串口继电器模块进行通讯交换数据，通过组态王进行所有数据的处理和发送指令。3.根据权利要求1或2所述的船用LNG/柴油双燃料发动机安全监控系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：李煜辉，谢程，厉雷，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42