阀门遥控及液舱遥测系统

1、7-5 阀门遥控及液舱遥测系统DMU7-5 阀门遥控及液舱遥测系统阀门遥控及液舱遥测系统7-5-1 系统系统概述概述7-5-2 阀门遥控阀门遥控系统系统7-5-3 液舱遥测系统液舱遥测系统7-5-4 实例实例7-5-5 管理要点管理要点7-5-1 系统概述 阀门遥控系统用于监控以下系统的阀门状态： 船舶压载水 舱底水 货油装卸 液舱遥测系统用于监测包括原油船、成品油船、化学品船： 各压载舱、淡水舱等液位 船舶吃水状态 监测舱内的温度、气体压力 液货密度、重量等7-5-1 系统概述1、阀门遥控系统 阀门遥控系统的阀门驱动方式 电动 液压（主要采用） 气动 电动方式，由于机舱环境潮湿、油船上的危险

2、区域等原因，一般不采用电动方式 气动方式，结构简单、造价低，不污染环境，但是驱动器体积大，有冲击性，难以控制开度，水分造成气动元件锈蚀，一般也不采用7-5-1 系统概述2、液舱遥测系统 液舱遥测系统根据船舶液舱传感器采集到的电信号，进行测量 目前用于液位测量的方法主要有： 压力传感器式 雷达式 为了减少安装于液舱中传感器的数量，可以选用集测量温度、压力以及液位等参数于一体的多功能传感器构成完整的液舱遥测系统7-5-2 阀门遥控阀门遥控系统系统一、阀门遥控功能a) 阀门遥控，包括泵浦的启停等b) 阀门状态监测：开关状态，开度显示c) 故障检测：显示系统的各种数据信息和报警信息自检硬件电路和各个输

3、入输出设备，指示故障点，供提供维护依据7-5-2 阀门遥控阀门遥控系统系统 组成： 液压泵站 电磁换向阀组 控制箱 液压执行机构 阀位指示器二、阀门液压“集中”控制系统图1 阀门液压集中控制系统组成示意图7-5-2 阀门遥控阀门遥控系统系统 特点： 采用集中控制，所有阀门的开闭均由液压泵站提供的液压油实现 无论几个阀门需要开闭，都需要启动液压泵 控制管路长而且复杂，容易漏泄，造成污染 如果泵站出现故障，整个系统将无法工作 对于离泵站较远的阀门，由于管路中存在较大的压力损失，不利于阀门的开闭二、阀门液压集中控制系统7-5-2 阀门遥控阀门遥控系统系统阀门遥控系统1、阀门液压集中控制系统液压原理7

4、-5-2 阀门遥控阀门遥控系统系统 气囊式蓄能器的作用：与单向阀、压力继电器构成保压回路，以补充系统的内泄漏，并且在液压泵出现故障时作为应急油源。 当电磁阀两端电磁铁均断电，阀芯处在中位时，执行机构两端油路无泄漏封闭，锁住阀门。 在阀位指示器上装有两个微动开关，全开或全闭时，摆动杆压合相应的微动开关，使电液控制箱上的阀门状态指示灯亮 结合PLC技术、单片机技术以及工业组网技术实现遥控机远程监控二、阀门液压集中控制系统7-5-2 阀门遥控阀门遥控系统系统 阀门电液分散控制系统是目前最为广泛应用 系统一般由上层控制设备(包括工控机、PLC、MIMIC控制面板)、独立的电液驱动头、阀门等组成 电液驱

5、动头将电机、液压泵、控制附件等集成在一起，组成小型的独立电液驱动头，装在每个遥控阀门上 上层控制设备发出控制指令，控制电液驱动头中的电机或者电磁阀，进而改变阀芯位置，达到阀门开闭的目的三、阀门电液“分散”控制系统7-5-2 阀门遥控阀门遥控系统系统电液驱动头模块组成： 动力模块：包括微型电机、微型径向柱塞泵、溢流阀、单向阀、油箱 安全保护模块：包括压力开关以及安全阀组 液压执行机构：液压缸（往复运动）；齿轮和齿条的液压缸（旋转运动）。设有快速接头，和手动液压泵相连 阀位指示模块：包括微动开关和电阻（电流）式阀位指示器。微动开关装在开关阀上，用于在到位时停止油泵，阀位指示器指示阀门的开度。三、阀

6、门电液分散控制系统7-5-2 阀门遥控阀门遥控系统系统 阀门电液分散控制系统的优点 具有独立的各控制单元a、单个损坏不影响其它控制单元b、可靠性高 液压控制单元采用集成制造工艺a、不存在管路b、系统中油液较少c、污染小三、阀门电液分散控制系统7-5-3 液舱遥测系统1. 液舱遥测：监测液舱液位、温度、气体压力、液体体积、重量、油液密度、船舶吃水2. 实时+模拟计算：船舶各种装载状态下船舶吃水、船体重心、船体稳心、排水量等各种稳性数据3. 故障检测：系统运行后将循环运行自检程序 一方面，显示舱室内的各种数据信息和报警信息 另一方面，检测硬件电路和各个输入输出设备，定位故障，提供维护依据一、液舱遥

7、测系统的功能7-5-3 液舱遥测系统 液位传感器所测得的液位是传感器垂线上的测量值Lm，而不是舱内浮心垂线的液位Lfc（ Lfc船级社认可的用于计算的参考液位，用于计算液货的容积和重量） 一般传感器都不能装在舱的中心位置，船舶在装卸时总是呈现较大的纵横倾状态，必须通过修正把Lm换算成Lfc二、液舱遥测系统的精度确定横倾修正纵倾修正7-5-3 液舱遥测系统 液位测量的精度取决于： 传感器的精度 前后左右吃水测量的测量精度 系统测得的数据允许存在偏差，经理论计算和实验室测试，液舱遥测系统的典型精度为： 压力传感器式：（4mm+H/1000），H为上部传感器至液面的距离（mm） 雷达式：5mm 温度

8、：0.5二、液舱遥测系统的精度确定7-5-3 液舱遥测系统1. 信号处理单元2. 操作单元3. 显示器4. 打印机5. 数据库6. 传感器7. 通讯模块三、液舱遥测系统组成原理7-5-3 液舱遥测系统1、信号处理单元 由不间断电源、接口板及控制器等构成，其硬件和软件均为智能化模块设计，能与不同类型的传感器接口连接，输出各种数字和模拟信号。控制器一般采用工业用单片机或者PLC 主要功能是： 根据指令，依次扫描、采集每个舱的传感器信号 根据采得的信号对传感器标定自检，确保信号有效 传感器或电缆异常的报警，以确保系统的安全运行，查找并定位故障三、液舱遥测系统组成原理7-5-3 液舱遥测系统2、操作单

9、元 配备工业键盘、鼠标和显示器PC机， 基于Windows操作系统和TCP/IP局域网络协议 安装有液舱遥测系统监控软件，显示监测数据 与信号处理单元通讯，控制其运行 对信号编制表格、图像、打印 具备了网络功能，可联接其它终端或与全船自动化系统连网三、液舱遥测系统组成原理7-5-3 液舱遥测系统3、彩色显示器 显示器为高密度彩色显示器，用来显示所有的图形、数据、报表和报警等4、打印机 用来打印所需的数据、表格，尤其能打印各种配载方案，装卸货报表，以便归档保存5、历史数据库 存储历史状态数据、操作信息等，便于查询检索三、液舱遥测系统组成原理7-5-3 液舱遥测系统6、传感器测量参数包括液位、吃水

10、、温度、压力、油气等根据测量参数以及测量区域不同，传感器的选型以及布置都有所不同大部分压载舱液位测量选择在舱底部安装一个压力传感器；而船舶吃水测量传感器则有三种安装方式：（a）二点吃水测量 （b）三点吃水测量 （c）四点吃水测量三、液舱遥测系统组成原理7-5-3 液舱遥测系统三、液舱遥测系统组成原理 传感器二点吃水测量： 测两出艏、艉吃水并算出艏、艉倾 艏吃水传感器一般装载艏尖舱或隔离空舱或计程仪舱内。艉吃水传感器一般装在机舱后部，也有装在泵舱内的 需在系统内安装一个倾斜仪以测出船的横倾 对于型宽较小的船，如2万载重吨以下，较多采用7-5-3 液舱遥测系统三点吃水测量： 能测出艏、艉和左右吃水

11、，并算出纵倾、横倾 艏吃水传感器安装在艏尖舱或隔离舱内、计程仪器舱内，后二点吃水装在泵舱内 这类布置现在用得较少三、液舱遥测系统组成原理 传感器7-5-3 液舱遥测系统四点吃水测量： 能分别测出艏、艉和左右吃水并单独算出纵倾和横倾 艏、艉吃水传感器的安装位置与二点吃水的一样。左右吃水传感器分别安装在船中左右舷的压载舱内 2万载重吨以上的船舶几乎都采用这种布置方式 有了四点吃水测量，还能直接观察到船体的中拱或中垂现象三、液舱遥测系统组成原理传感器7-5-3 液舱遥测系统 液货舱传感器的形式选择 由于要监测舱内的液位、温度和气压，传感器的布置选型稍微复杂 主要分类及布置方式包括： 压力传感器式 雷

12、达式三、液舱遥测系统组成原理传感器7-5-3 液舱遥测系统1）压力传感器方式如图，该液舱内装有3个压力/温度传感器，经组合计算可测得舱内的液位、温度、气压和密度PT-100高精度温度传感器附装在压力传感器内顶部传感器装在液舱的顶部，测量舱内的气压和气体温度。底部传感器测量舱内的液位和温度三、液舱遥测系统组成原理传感器7-5-3 液舱遥测系统高低位传感器优点（特点）：能测量密度，并进一步自动计算装载重量，不须人工输入密度，而且有些液货密度的温度系数很大，因此很难得到高精度的重量计算结果 对于当代多品种化学品船，绝对不允许货品混淆，有了实际密度测量，即可在系统中设入密度报警。在装货时，一旦实际密度

13、超过设定密度的极限即给出报警，提醒当班人员核查，以避免更严重的混装事故三、液舱遥测系统组成原理传感器7-5-3 液舱遥测系统2）雷达方式装在甲板上，若只需测量舱内的液位，安装工作要比压力传感式的简单。液货船还要在舱内安装温度、舱内气体压力传感器雷达测量器需远离侧壁肋骨等，以避免干扰液位测量公式为： 2C TLHC 雷达波速；T 雷达波发出到返回的时间；H 总高三、液舱遥测系统组成原理传感器7-5-3 液舱遥测系统三、液舱遥测系统组成原理传感器BM70系列雷达液位计7-5-3 液舱遥测系统雷达方式特点(1) 一体化设计，无可动部件，不存在机械磨损，使用寿命长(2)非接触式测量，不需要传输媒介，不

14、受大气、舱内液体挥发雾（如强化学品）、液体的密度、浓度等物理特性的影响(3)几乎能用于所有液体的液位测量。介电常数大于1.5的非导电介质(空气的介电常数为1.0)也能够保证足够的反射波，介电常数越大，反射信号越强(4)测量范围大，最大的测量范围可达035m，可用于高温、高压的液位测量三、液舱遥测系统组成原理传感器7-5-3 液舱遥测系统7、通讯模块 应具备网络通讯功能，可以联接多个终端液货船可将燃油舱的信息传送至机舱集中控制台，便于轮机部门及时了解燃油舱燃油消耗情况系统还可提供安装在甲板上的就地指示器以便装卸时就地读出驾驶室配置终端计算机，使当班驾驶员能在驾驶室直接了解船的实时装载、吃水、稳性

15、等各种状态 在当代最新开发应用的全船自动化系统中，可接入到全船监控系统中，与全船自动化系统连网三、液舱遥测系统组成原理7-5-3 液舱遥测系统液舱传感器安装示意图四、传感器的安装液舱传感器有多种形式的安装方式可供选则：l 舱内安装l 舱外安装l 舱顶部安装l 侧边安装等7-5-4 阀门遥控及液舱遥测系统实例 大连海事大学新造教学实习船采用目前先进的阀门电液分散控制系统，阀门遥控及液舱遥测通过一套系统实现 该系统主要由阀门电液驱动头及传感器单元、中间控制模块PLC、监控机及MIMIC控制面板等三个部分组成“育鲲”船阀门遥控及液舱遥测系统7-5-4 阀门遥控及液舱遥测系统实例“育鲲”船阀门遥控及液

16、舱遥测系统（分散控制系统）7-5-4 阀门遥控及液舱遥测系统实例“育鲲”船阀门遥控及液舱遥测系统7-5-4 阀门遥控及液舱遥测系统实例“育鲲”船阀门遥控及液舱遥测系统7-5-4 阀门遥控及液舱遥测系统实例“育鲲”船阀门遥控及液舱遥测系统7-5-4 阀门遥控及液舱遥测系统实例 采用西门子S7200PLC控制技术 监控机与PLC主站之间采用以太网通讯 PLC主站与从站之间采用RS485串行通讯 整个控制系统分散控制、集中管理“育鲲”船实例 特点7-5-4 阀门遥控及液舱遥测系统实例 该系统能够实现对机舱舱底水、压载水等系统73个遥控阀门的遥控要求，其中两个阀门可以开度控制 实现压载泵、舱底压载通用

17、泵、舱底泵、舱底消防通用泵（1号、2号）的遥控起、停控制 能够将PLC采集到的阀门状态信号、各液舱液位、温度信号、船舶吃水信号等在监控机进行实时显示 可以通过多种方式完成对阀门及响应泵浦的操作，其中有计算机界面操作、MIMIC模拟面板旋钮操作或阀门电液控制系统的本地操作“育鲲”船实例 功能7-5-4 阀门遥控及液舱遥测系统实例 监控机采用工业PC，Windows系统 可以通过多种方式完成对每一个遥控阀门及每一台泵的操作，如计算机界面操作、MIMIC模拟面板旋钮操作或本地操作 历史数据库： 实现事件记录 数据查询 打印报警等“育鲲”船实例 一、监控机及上位机软件“育鲲”船实例 二、MIMIC 面

18、板7-5-4 阀门遥控及液舱遥测系统实例（a）压载水系统“育鲲”船实例 二、MIMIC 面板7-5-4 阀门遥控及液舱遥测系统实例（b）舱底水系统“育鲲”船实例 三、阀门电液驱动头7-5-4 阀门遥控及液舱遥测系统实例 采用丹麦DAMCOS公司生产阀门驱动头 电液驱动头由动力模块、液压执行机构、阀门位置指示三个部分组成 动力模块将电机、液压泵、控制附件等部件集成在一起，组成独立的电液控制器，装在每个液舱阀门的液压执行机构上 由PLC电信号控制液压油路中电磁阀的通、断电来控制阀门的开关“育鲲”船实例 三、阀门电液驱动头7-5-4 阀门遥控及液舱遥测系统实例 电液驱动头优点： 采用集成油路，省去管

19、路的连接和接头，降低系统复杂性 增加现场添加和更改回路的柔性 结构紧凑、安装维护方便、泄漏少、震动小 利于实现典型液压系统的集成化和标准化 DAMCOS公司生产的阀门电液驱动头动力模块有以下两种主要形式：（1）Local Power Unit，简称LPU（2）LPUM“育鲲”船实例 三、阀门电液驱动头7-5-4 阀门遥控及液舱遥测系统实例1、LPU： 直接安装在阀门执行机构上，在船舶领域应用广泛 LPU由可变容积式液压泵、驱动液压泵的异步电机以及其他阀门功能模块组成，主要有两种型号： LPU-S（single）、LPU-D（double）通过改变可变容积式液压泵的流量来改变阀门执行机构的运转速

20、度，同时电机功率也会相应变化由于只需要当阀门处在全开或者全关位置的时候才需要高扭矩，只要泵的压力超过一个特定值，阀门执行机构就开始动作“育鲲”船实例 三、阀门电液驱动头7-5-4 阀门遥控及液舱遥测系统实例蝶阀（BRC型执行机构）全关、全开的运动过程9.8MPa2.5MPa安全阀开启，液压油释放至油箱，阀门全开；达到延迟时间后，电机停转，阀门通过双向止回阀保持在全开位置“育鲲”船实例 三、阀门电液驱动头7-5-4 阀门遥控及液舱遥测系统实例（1）LPU-S控制单作用弹簧关闭式执行机构。通过油压克服弹簧弹力，实现阀门的开控制，而通过弹簧弹力实现阀门的关控制为防止液压油流回油箱，开阀期间电磁阀(1

21、6)一直保持通电当阀门达到全开时： 压力至150bar，安全阀(7)开启，液压油流回油箱 电机断电，通过由电磁阀组成的液压锁保持在当前位置LPU-S系统液压原理图“育鲲”船实例 三、阀门电液驱动头7-5-4 阀门遥控及液舱遥测系统实例LPU-S系统液压原理图 为了防止因温度突升引起压力升高，设有安全阀8，225bar时开启。在开阀过程中，切断电机电源，阀门可以停止在中间的任何位置 阀门全开时，压力开关14将检测因泄漏或温度波动而引起压降，让电机通电几秒，以保持油压，防止开度偏移 关闭阀门时，电磁阀16断电，通过弹簧弹力作用在液压执行机构上，液压油B口、节流阀13、电磁阀16被压回油箱“育鲲”船

22、实例 三、阀门电液驱动头7-5-4 阀门遥控及液舱遥测系统实例LPU-S系统具有以下三种应急操作方式：a通过便携式手动泵（BRCF型液压执行机构） 便携式手动泵连接在两个快速接口（9）和（11）上 当达到需要位置时，手动泵可以拆除b通过手动杆（KFR） 开阀时，手动解除机械锁，逆时针转动手动杆 关阀时，顺时针转动手动杆，直到机械锁重新啮合c通过永久连接式手动泵 开阀：手动泵一直运转，直到阀门到达需要位置； 关阀：通过打开位于手动泵泵体上的旁通阀应急操作结束后，梭形阀复位，阀门自动处于遥控控制状态“育鲲”船实例 三、阀门电液驱动头7-5-4 阀门遥控及液舱遥测系统实例（2）LPU-D用于控制双作

23、用液压执行机构。阀门的开启以及关闭，均需要通过液压实现 电机运转可变容积式液压泵电磁阀14液控单向阀A或B口开度变化另一路单向阀（在进油压力作用下开启）电磁阀14油箱 阀门全开时压力150bar 泵安全阀15打开流回油箱电机停转电磁阀断电液压执行机构锁闭在当前位置安全阀6和11防止因温度突然升高引起的压力升高225bar“育鲲”船实例 三、阀门电液驱动头7-5-4 阀门遥控及液舱遥测系统实例LPU-D系统具有以下两种应急操作方式：a通过便携式手动泵（BRCF型液压执行机构）便携式手动泵连接在两个快速接口，直接与A口和B口连接，执行机构在任何一种液压油流动方向上均可以动作当手动泵拆除以后，执行机

24、构可以锁定在任意位置b通过永久连接式手动泵通过位于手动泵泵体上的控制杆选择阀门的开启或者关闭，达到所需位置时，执行机构可以锁定在任意位置应急操作结束后，梭形阀复位，阀门自动处于遥控控制状态“育鲲”船实例 三、阀门电液驱动头7-5-4 阀门遥控及液舱遥测系统实例2、LPUM：也是电液集成系统，由异步电机、液压泵以及一些阀门功能模块组成，可直接安装在阀门执行机构上，包括LPUM-S和LPUM-D两种类型。LPUM-SLPUM-D“育鲲”船实例 三、阀门电液驱动头7-5-4 阀门遥控及液舱遥测系统实例3、液压执行机构（阀门驱动装置）四种液压执行机构“育鲲”船实例 三、阀门电液驱动头7-5-4 阀门遥

25、控及液舱遥测系统实例（1）BRC：一种90（1/4转）液压双作用平衡旋转驱动装置 带有内置转换机构阀，能将液压能转换成旋转力，产生的扭矩与施加的压力成正比 整个90的旋转过程保持着恒定的高扭矩输出 平衡旋转原理则消除了侧向力和阀杆的弯曲受力 旋转力由一个多螺旋花键产生，该花键与活塞的相同齿形花键啮合 适配于90旋转阀门“育鲲”船实例 三、阀门电液驱动头7-5-4 阀门遥控及液舱遥测系统实例（2） BRCF ：一种90（1/4转）液压单作用平衡旋转驱动装置 它在设计上和功能上与BRC极为相似，均属平衡旋转工作原理，且具有高扭矩输出 但是BRCF是单作用式，只把液压油引向活塞的一侧，而另外一侧，即

26、驱动装置的上部，则包含一组盘式弹簧 该弹簧起到故障保障作用，在发生故障、液压被切断的情况下，弹簧就会关闭阀门“育鲲”船实例 三、阀门电液驱动头7-5-4 阀门遥控及液舱遥测系统实例（3） KC ：一种90（1/4转）液压线性双作用驱动装置 内置转换机构，并装有直接可视的位置指示器 KC把液压能量转换为线性运动，推力与所施加压力成正比 KC在工作过程中没有外部活动部件，内置装置在温度发生变化时保持压力 KC可以在任何环境下工作。可以简便的适配于所有为人熟知的截止阀，所有型号都能直接加置模块式控制功能“育鲲”船实例 三、阀门电液驱动头7-5-4 阀门遥控及液舱遥测系统实例（4） KF/KFR ：9

27、0液压线性单作用弹簧关闭驱动装置 内置转换机构，并装有直接可视的位置指示器 液压动作时，输出杆被提起（阀门打开），弹簧组被压缩；释放压力时，弹簧组向下压输出杆，关闭阀门 没有外部活动部件，可在任何环境下工作 配备了独特的应急系统，可以借助内置手摇泵打开和关闭阀门 压力重新建立后，在液压刚打开驱动装置时，手摇泵功能就会自动脱开，遥控复位“育鲲”船实例 四、阀位指示器和传感器7-5-4 阀门遥控及液舱遥测系统实例1、阀位指示器系统采用DPI系列阀位指示器，用于BRC型、BRCF型阀门执行机构，温度使用范围为-2080，主要有以下三种型号的阀位指示器： DPI-C：用于阀门开关位置指示，输出开关量信

28、号 DPI-E：用于阀门开度指示，输出模拟量信号； DPI-B：液压旁通DPI-C和DPI-E阀位指示器可以组合安装在不同的模块或者安装在LPU系统里面，仅仅需要内部接线“育鲲”船实例 四、阀位指示器和传感器7-5-4 阀门遥控及液舱遥测系统实例 阀门或者执行机构的位置通过一个十分精确的电位计或者两个微开关实现 DPI指示器的校准：当阀门或者执行机构处在关闭位置的时候，通过调整DPI螺栓实现： 对于DPI-C，将电位计调至300欧姆； 对于DPI-E，将关开关调至关闭位置； 在“开”位置时检查指示器的输出信号是否一致 应根据阀门在系统中位置以及功能的不同，选择相应的遥控阀门，并且确定与之匹配的

29、动力模块、液压执行机构、阀门位置指示器“育鲲”船实例 四、阀位指示器和传感器7-5-4 阀门遥控及液舱遥测系统实例2、传感器传感器单元检测各个液舱的液位、温度信号、船舶艏、舯（左舷、右舷）、艉吃水状态信号，作为中间控制模块PLC的输入信号。液位检测采用DAMCOS提供的MAS2600舱柜液位传感器传感器不受机械冲击和振动的影响，具备优异的耐海水腐蚀特性、线性和滞后特性，过载能力强，允许在舱柜注满瞬间或舱柜在风大浪急的海况下压力的骤升“育鲲”船实例 五、LPU系统的PLC控制原理7-5-4 阀门遥控及液舱遥测系统实例 PLC采用循环扫描的工作方式，对系统内部的各种任务进行查询、判断和执行 PLC以扫描方式顺序读入所有输入端子的状态，这样，PLC1、PLC2、PLC3、PLC4、PLC5得以采集到各个阀、泵的状态信号以及液位、温度等传感器信号 PLC主站一方面与监控机建立通讯，将收到的信息发送给监控机，实现监控机对阀门等状态的监视，另一方面，发送至PLC6、PLC7输出，控制MIMIC面板上的指示灯，使阀门以及泵的实时状态也得以在MIMIC面板上显示10-4 实例“育鲲”船实例 五、LPU系统的PLC控制原理7-5-5 管理要点1阀