CNG運輸船氣瓶組的控制系統的制作方法

本實用新型屬于壓縮氣體海上運輸系統，涉及一種CNG運輸船，尤其是一種CNG運輸船氣瓶組的控制系統。

背景技術：

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

目前，國內首艘CNG安全高效運輸船正在研制階段，其將儲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儲氣單元的沖擊力，并實現儲氣單元與管路的隔離，提高了CNG運輸船的安全系數，適用于惡劣的海上環境。

其中氣瓶組豎直排布在密閉艙室內，氣瓶上端借助上端塞組件伸出密閉艙之外，所述配套管路系統借助于上端塞組件和受控氣動閥門設置在密閉艙上方。

技術實現要素：

本實用新型要解決的技術問題是提供一種CNG運輸船氣瓶組的控制系統，其在每個密閉艙室上方設置分控臺，各分控臺通過總線與中央控制單元通信，形成分布式控制系統，其簡化了線路連接，而且控制有效、安全。

為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是：

一種CNG運輸船氣瓶組的控制系統，包括設置在貨艙控制室內的中央控制單元，所述氣瓶組豎直排布在與貨艙控制室隔離設置的3~8個密閉艙室內，在每個密閉艙室上方設置1~3組配套的分控臺；各氣瓶組的信號采集變送器接對應分控臺的相應輸入端，各分控臺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。

優選的，所述分控臺包括配套設置的防爆電控箱和氣控箱，信號采集變送器通過安裝在電控箱上的安全柵與電控箱內的PLC模塊連接，PLC模塊的相應輸出端通過繼電器與氣控箱的受控端連接，形成氣控箱對應氣動閥門組的啟閉結構。

上述技術方案中，沿船體軸向借助隔板將船體分隔為3~8個密閉艙室，氣瓶組豎直排布在密閉艙室內，每個密閉艙室設置配套的防爆電控箱用于采集對應氣瓶組的壓力、溫度、閥門位置等信息，通過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，分控臺控制氣瓶組對應閥門組的通或斷。采用該分布式控制結構，減少了布線和故障率；中央控制單元設置在與密閉艙室隔離的安全區域，能夠實現有效的安全控制。

所述氣控箱的氣路分別與氣瓶組的進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構。分布式控制可以實現各分控臺的獨立控制，在檢修時，可以僅切斷對應的密閉艙室；由于控制充放氣閥和緊急排放閥獨立進行控制，在檢修時，即使某個密閉艙的充放氣閥是關閉的，也不影響緊急排放閥的控制，可有效保障CNG船的安全。

采用上述技術方案產生的有益效果在于：（1）本實用新型采用分控臺用于采集氣瓶組的壓力、溫度等信號，再分別將該信號傳遞至中央控單元，其線路連接簡單、故障率低，且故障便于排查，控制有效；（2）通過ControlNet現場總線連接到分控臺，實現了現場的信息遠程檢測和控制；中央PLC控制器通過冗余以太網和工控機人機交互系統通信，把現場信息和數據發給工控機并接受工控機人機交互系統的指令，保障CNG船的安全運行和操作系統的可靠性。

附圖說明

圖1是本實用新型硬件連接結構示意圖；

圖2是CNG船氣瓶組控制系統的布局結構示意圖；

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

具體實施方式

參見圖1，本實用新型包括的CNG運輸船包括船體10，限位在船體10上的氣瓶組4、配套管路系統以及相應的控制單元和伺服機構；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，配套管路系統借助于上端塞組件設置在密封艙室1上方。其中氣瓶組的控制系統，包括設置在貨艙控制室3內的中央控制單元，在每個密閉艙室1上方設置1~3組配套的分控臺2；各氣瓶組4的信號采集變送器接對應分控臺2的相應輸入端，各分控臺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。

參見圖1，CNG運輸船借助隔板沿船體軸線分隔為5個密閉艙室1，每個密閉艙室1上方設置2組分控臺分布于船體中央巡回通道兩側。所述分控臺包括配套設置的防爆電控箱和氣控箱，信號采集變送器通過安裝在電控箱上的安全柵與電控箱內的PLC模塊連接，PLC模塊的相應輸出端通過繼電器與氣控箱的受控端連接，形成氣控箱對應氣動閥門組的啟閉結構。所述氣瓶組的信號采集變送器包括設置在氣瓶組4單元匯氣管上的壓力變送器、設置氣瓶上的溫度變送器、以及設置在排放桅內的可燃氣體變送器。

每個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前半區總管或后半區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、分別借助裝卸氣座彎管與裝卸氣座連通。每個單元匯氣管引出一個φ14×2分管到分控臺的閥門座，安裝儀表閥和壓力變送器及壓力表；每個單元匯氣管所連接的氣瓶組設有2個溫度變送器，將每個分控臺所管轄的各單元或管段的壓力變送器信號線、溫度變送器信號線、排放桅可燃氣體濃度檢測信號線、閥門位置檢測線匯總到分控臺的防爆電控箱，通過設于箱內的PLC模塊將各變送器采集的模擬量轉換成數字信號，通過帶冗余的C-BUS總線網輸送至貨艙控制室3的電控柜6。

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

每個防爆電控箱對應一個氣動控制箱，即氣控箱，控制分控臺所轄單元或管段閥門的動作。閥門動作控制系統按密閉艙室設置，由中央控制單元將控制指令分發至各分控臺，緊急排放的控制與進出氣閥門的控制分別設置。

從貨艙控制室3至分控臺的防爆電控箱，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，進入防爆電控箱采用填料函密封，電磁氣動閥為隔爆防爆型，連接處采用填料函密封。

所述中央控制單元包括電控柜6、工控機人機系統5、以及與所述氣控箱連通的氣源控制系統；所述電控柜內配置與所述PLC模塊連接的中央PLC控制器，所述中央PLC控制器與工控機人機系統雙向連接；所述氣源控制系統與CNG運輸船上的壓縮機系統連接。電控柜內配有電源和中央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Rockwell公司Allen Bradley-ControlLogix系列模塊化PLC-1756系列產品，負責處理氣瓶組的狀態信號并將其傳輸至工控機人機系統；負責按預設程序檢查控制節點狀態，執行預設程序；并負責將工控機人機系統下達的指令轉換成邏輯信號，指揮分控臺的動作，參見圖2。

工控機人機系統，依據管理程序發布控制指令，接收電控柜傳來的數字信號并進行運算處理，顯示系統工作狀態，形成直觀和便于操作的人機界面。還具備與CNG船總控制系統通訊和連鎖控制的功能。

氣源控制系統為設在貨艙控制室3的氣源閥門總站，功能為將控制氣源的壓縮空氣分配到各分控臺2，具有壓縮空氣總卸荷功能，以便在危險時令相關貨艙各儲氣單元所有進出氣閥門處于關閉狀態。氣源來自船上的空壓機，氣體經凈化、干燥，供氣壓力6～7bar，驅動閥門執行器最小工作壓力5.5 bar。貨艙系統所有閥門同時動作所需氣量230NL(標準狀況升)。

綜上所述，本實用新型采用分布式控制系統，將現場數據通過防爆電控箱傳送至中央控制單元，中央控制單元進行運算處理，顯示系統工作狀態，再將指令下達至分控臺，指揮分控臺的動作。