本實(shí)用新型屬于壓縮氣體海上運(yùn)輸系統(tǒng)，涉及一種CNG運(yùn)輸船，尤其是一種CNG運(yùn)輸船氣瓶組的控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

壓縮天然氣（CNG）運(yùn)輸船是指運(yùn)送壓縮天然氣的貨船，由于無(wú)需液化裝置和再氣化終端等昂貴的設(shè)施，有利于降低船運(yùn)成本，因此日益受到青睞。

目前，國(guó)內(nèi)首艘CNG安全高效運(yùn)輸船正在研制階段，其將儲(chǔ)氣單元的底部和中部與船體限位、頂端自由膨脹，減小船體顛簸和搖擺對(duì)儲(chǔ)氣單元的沖擊力，并實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)氣單元與管路的隔離，提高了CNG運(yùn)輸船的安全系數(shù)，適用于惡劣的海上環(huán)境。

其中氣瓶組豎直排布在密閉艙室內(nèi)，氣瓶上端借助上端塞組件伸出密閉艙之外，所述配套管路系統(tǒng)借助于上端塞組件和受控氣動(dòng)閥門(mén)設(shè)置在密閉艙上方。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種CNG運(yùn)輸船氣瓶組的控制系統(tǒng)，其在每個(gè)密閉艙室上方設(shè)置分控臺(tái)，各分控臺(tái)通過(guò)總線與中央控制單元通信，形成分布式控制系統(tǒng)，其簡(jiǎn)化了線路連接，而且控制有效、安全。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：

一種CNG運(yùn)輸船氣瓶組的控制系統(tǒng)，包括設(shè)置在貨艙控制室內(nèi)的中央控制單元，所述氣瓶組豎直排布在與貨艙控制室隔離設(shè)置的3~8個(gè)密閉艙室內(nèi)，在每個(gè)密閉艙室上方設(shè)置1~3組配套的分控臺(tái)；各氣瓶組的信號(hào)采集變送器接對(duì)應(yīng)分控臺(tái)的相應(yīng)輸入端，各分控臺(tái)別與中央控制單元雙向連接，形成分氣瓶組的分布式控制系統(tǒng)。

優(yōu)選的，所述分控臺(tái)包括配套設(shè)置的防爆電控箱和氣控箱，信號(hào)采集變送器通過(guò)安裝在電控箱上的安全柵與電控箱內(nèi)的PLC模塊連接，PLC模塊的相應(yīng)輸出端通過(guò)繼電器與氣控箱的受控端連接，形成氣控箱對(duì)應(yīng)氣動(dòng)閥門(mén)組的啟閉結(jié)構(gòu)。

上述技術(shù)方案中，沿船體軸向借助隔板將船體分隔為3~8個(gè)密閉艙室，氣瓶組豎直排布在密閉艙室內(nèi)，每個(gè)密閉艙室設(shè)置配套的防爆電控箱用于采集對(duì)應(yīng)氣瓶組的壓力、溫度、閥門(mén)位置等信息，通過(guò)總線傳送至中央控制單元；中央控制單元給出指令，傳送至分控臺(tái)，分控臺(tái)控制氣瓶組對(duì)應(yīng)閥門(mén)組的通或斷。采用該分布式控制結(jié)構(gòu)，減少了布線和故障率；中央控制單元設(shè)置在與密閉艙室隔離的安全區(qū)域，能夠?qū)崿F(xiàn)有效的安全控制。

所述氣控箱的氣路分別與氣瓶組的進(jìn)出氣閥和緊急排放閥連通，形成充放氣和緊急排放的分控結(jié)構(gòu)。分布式控制可以實(shí)現(xiàn)各分控臺(tái)的獨(dú)立控制，在檢修時(shí)，可以僅切斷對(duì)應(yīng)的密閉艙室；由于控制充放氣閥和緊急排放閥獨(dú)立進(jìn)行控制，在檢修時(shí)，即使某個(gè)密閉艙的充放氣閥是關(guān)閉的，也不影響緊急排放閥的控制，可有效保障CNG船的安全。

采用上述技術(shù)方案產(chǎn)生的有益效果在于：（1）本實(shí)用新型采用分控臺(tái)用于采集氣瓶組的壓力、溫度等信號(hào)，再分別將該信號(hào)傳遞至中央控單元，其線路連接簡(jiǎn)單、故障率低，且故障便于排查，控制有效；（2）通過(guò)ControlNet現(xiàn)場(chǎng)總線連接到分控臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)的信息遠(yuǎn)程檢測(cè)和控制；中央PLC控制器通過(guò)冗余以太網(wǎng)和工控機(jī)人機(jī)交互系統(tǒng)通信，把現(xiàn)場(chǎng)信息和數(shù)據(jù)發(fā)給工控機(jī)并接受工控機(jī)人機(jī)交互系統(tǒng)的指令，保障CNG船的安全運(yùn)行和操作系統(tǒng)的可靠性。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型硬件連接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是CNG船氣瓶組控制系統(tǒng)的布局結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1代表密封艙室，2代表分控臺(tái)，3代表貨艙控制室，4代表氣瓶組，5代表工控機(jī)人機(jī)交互系統(tǒng)，6代表電控柜，10代表船體。

具體實(shí)施方式

參見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型包括的CNG運(yùn)輸船包括船體10，限位在船體10上的氣瓶組4、配套管路系統(tǒng)以及相應(yīng)的控制單元和伺服機(jī)構(gòu)；所述氣瓶組4沿船體呈豎直排布，氣瓶組上端借助上端塞組件伸出密封艙室1之外，配套管路系統(tǒng)借助于上端塞組件設(shè)置在密封艙室1上方。其中氣瓶組的控制系統(tǒng)，包括設(shè)置在貨艙控制室3內(nèi)的中央控制單元，在每個(gè)密閉艙室1上方設(shè)置1~3組配套的分控臺(tái)2；各氣瓶組4的信號(hào)采集變送器接對(duì)應(yīng)分控臺(tái)2的相應(yīng)輸入端，各分控臺(tái)2分別與中央控制單元雙向連接，形成分氣瓶組的分布式控制系統(tǒng)。

參見(jiàn)圖1，CNG運(yùn)輸船借助隔板沿船體軸線分隔為5個(gè)密閉艙室1，每個(gè)密閉艙室1上方設(shè)置2組分控臺(tái)分布于船體中央巡回通道兩側(cè)。所述分控臺(tái)包括配套設(shè)置的防爆電控箱和氣控箱，信號(hào)采集變送器通過(guò)安裝在電控箱上的安全柵與電控箱內(nèi)的PLC模塊連接，PLC模塊的相應(yīng)輸出端通過(guò)繼電器與氣控箱的受控端連接，形成氣控箱對(duì)應(yīng)氣動(dòng)閥門(mén)組的啟閉結(jié)構(gòu)。所述氣瓶組的信號(hào)采集變送器包括設(shè)置在氣瓶組4單元匯氣管上的壓力變送器、設(shè)置氣瓶上的溫度變送器、以及設(shè)置在排放桅內(nèi)的可燃?xì)怏w變送器。

每個(gè)氣瓶的充放氣支管至兩列氣瓶中間的單元匯氣管，各單元匯氣管分別經(jīng)前半?yún)^(qū)總管或后半?yún)^(qū)總管匯集至裝卸氣總管上，所述裝卸氣總管的兩端延伸至船體10兩側(cè)、分別借助裝卸氣座彎管與裝卸氣座連通。每個(gè)單元匯氣管引出一個(gè)φ14×2分管到分控臺(tái)的閥門(mén)座，安裝儀表閥和壓力變送器及壓力表；每個(gè)單元匯氣管所連接的氣瓶組設(shè)有2個(gè)溫度變送器，將每個(gè)分控臺(tái)所管轄的各單元或管段的壓力變送器信號(hào)線、溫度變送器信號(hào)線、排放桅可燃?xì)怏w濃度檢測(cè)信號(hào)線、閥門(mén)位置檢測(cè)線匯總到分控臺(tái)的防爆電控箱，通過(guò)設(shè)于箱內(nèi)的PLC模塊將各變送器采集的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過(guò)帶冗余的C-BUS總線網(wǎng)輸送至貨艙控制室3的電控柜6。

壓力變送器、溫度變送器選用本安防爆結(jié)構(gòu)，通過(guò)船用儀表專用鎧裝電纜連接到分控臺(tái)，電控箱為防爆隔爆結(jié)構(gòu)，防爆電控箱至貨艙控制室3的電控柜6之間為同軸電纜。

每個(gè)防爆電控箱對(duì)應(yīng)一個(gè)氣動(dòng)控制箱，即氣控箱，控制分控臺(tái)所轄單元或管段閥門(mén)的動(dòng)作。閥門(mén)動(dòng)作控制系統(tǒng)按密閉艙室設(shè)置，由中央控制單元將控制指令分發(fā)至各分控臺(tái)，緊急排放的控制與進(jìn)出氣閥門(mén)的控制分別設(shè)置。

從貨艙控制室3至分控臺(tái)的防爆電控箱，再至氣控箱的線纜，均采用船用阻燃鎧裝電纜，并且防爆電控箱與電控柜之間、以及防爆電控箱與氣控箱之間采用阻燃鎧裝電纜連接。橋架布線，進(jìn)入防爆電控箱采用填料函密封，電磁氣動(dòng)閥為隔爆防爆型，連接處采用填料函密封。

所述中央控制單元包括電控柜6、工控機(jī)人機(jī)系統(tǒng)5、以及與所述氣控箱連通的氣源控制系統(tǒng)；所述電控柜內(nèi)配置與所述PLC模塊連接的中央PLC控制器，所述中央PLC控制器與工控機(jī)人機(jī)系統(tǒng)雙向連接；所述氣源控制系統(tǒng)與CNG運(yùn)輸船上的壓縮機(jī)系統(tǒng)連接。電控柜內(nèi)配有電源和中央PLC控制器；所述中央PLC控制器采用互為主副的兩套冗余PLC控制器，所述防爆電控箱通過(guò)冗余阻燃鎧裝電纜分別與中央PLC控制器的冗余PLC控制器連接。PLC控制器采用了美國(guó)Rockwell公司Allen Bradley-ControlLogix系列模塊化PLC-1756系列產(chǎn)品，負(fù)責(zé)處理氣瓶組的狀態(tài)信號(hào)并將其傳輸至工控機(jī)人機(jī)系統(tǒng)；負(fù)責(zé)按預(yù)設(shè)程序檢查控制節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，執(zhí)行預(yù)設(shè)程序；并負(fù)責(zé)將工控機(jī)人機(jī)系統(tǒng)下達(dá)的指令轉(zhuǎn)換成邏輯信號(hào)，指揮分控臺(tái)的動(dòng)作，參見(jiàn)圖2。

工控機(jī)人機(jī)系統(tǒng)，依據(jù)管理程序發(fā)布控制指令，接收電控柜傳來(lái)的數(shù)字信號(hào)并進(jìn)行運(yùn)算處理，顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)，形成直觀和便于操作的人機(jī)界面。還具備與CNG船總控制系統(tǒng)通訊和連鎖控制的功能。

氣源控制系統(tǒng)為設(shè)在貨艙控制室3的氣源閥門(mén)總站，功能為將控制氣源的壓縮空氣分配到各分控臺(tái)2，具有壓縮空氣總卸荷功能，以便在危險(xiǎn)時(shí)令相關(guān)貨艙各儲(chǔ)氣單元所有進(jìn)出氣閥門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)。氣源來(lái)自船上的空壓機(jī)，氣體經(jīng)凈化、干燥，供氣壓力6～7bar，驅(qū)動(dòng)閥門(mén)執(zhí)行器最小工作壓力5.5 bar。貨艙系統(tǒng)所有閥門(mén)同時(shí)動(dòng)作所需氣量230NL(標(biāo)準(zhǔn)狀況升)。

綜上所述，本實(shí)用新型采用分布式控制系統(tǒng)，將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)通過(guò)防爆電控箱傳送至中央控制單元，中央控制單元進(jìn)行運(yùn)算處理，顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)，再將指令下達(dá)至分控臺(tái)，指揮分控臺(tái)的動(dòng)作。