一種船舶營運(yùn)狀況監(jiān)測與節(jié)能控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種船舶營運(yùn)狀況監(jiān)測與節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于：包括營運(yùn)監(jiān)測裝置、工控機(jī)、船舶GPS信號裝置，所述的營運(yùn)監(jiān)測裝置設(shè)有傳感器組、信號調(diào)理器及數(shù)據(jù)采集卡，所述的工控機(jī)設(shè)有核心控制存儲模塊、遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊及顯示模塊；由傳感器組感應(yīng)信號數(shù)據(jù)給信號調(diào)理器進(jìn)行調(diào)理，再由數(shù)據(jù)采集卡結(jié)合船舶GPS信號裝置輸出數(shù)據(jù)給工控機(jī)進(jìn)行監(jiān)測控制工作。本實用新型通過工控機(jī)對該營運(yùn)監(jiān)測裝置的歷史和實測數(shù)據(jù)的建模分析達(dá)到控制，實現(xiàn)船舶經(jīng)濟(jì)航道、經(jīng)濟(jì)航速，經(jīng)濟(jì)操舵、機(jī)組匹配和狀態(tài)維修的優(yōu)化，達(dá)到船舶節(jié)能減排的目的。
【專利說明】一種船舶營運(yùn)狀況監(jiān)測與節(jié)能控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種船舶營運(yùn)狀況監(jiān)測與節(jié)能控制系統(tǒng)，特別涉及一種通過對船舶營運(yùn)過程中相關(guān)參數(shù)的監(jiān)控和控制，實現(xiàn)船舶管理節(jié)能、技術(shù)節(jié)能、操作節(jié)能的綜合效果的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]船舶節(jié)能是我國建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的迫切需要。當(dāng)前世界上石油資源日益緊缺，2009年全球石油剩余探明儲量為1855.23億噸，僅可開采50年，天然氣、煤炭也僅可開采100余年，而新能源的利用要落后52年。近年來國際油價節(jié)節(jié)攀升，而全年我國的原油消耗量為3.79億噸，其中一半以上依賴進(jìn)口，我國石油資源形勢緊張。2005年，我國交通運(yùn)輸業(yè)的石油消耗總量約占全社會石油消耗量的29.8%，營業(yè)性運(yùn)輸船舶的燃油消耗總量為1356.4萬噸，2012年預(yù)計達(dá)到2220萬噸左右。而我國的船舶燃油利用得并不經(jīng)濟(jì)，平均油耗比發(fā)達(dá)國家高出10%左右。2008年6月18日，交通運(yùn)輸部提出的運(yùn)輸行業(yè)能耗指標(biāo)中指出:與2005年相比，到2010年和2020年，營運(yùn)船舶單位運(yùn)輸量能耗分別下降10%和20%，而實際上至2010年底，營運(yùn)船舶單位運(yùn)輸量能耗僅下降了 7%，船舶節(jié)能是我國建設(shè)資源節(jié)約型社會的迫切需要。
[0003]船舶節(jié)能是我國建設(shè)環(huán)境友好型社會的迫切需要。目前世界上船舶所排放的C02已達(dá)到11.2億噸，約占全球主要溫室氣體排放量的4.5%。有預(yù)測認(rèn)為，到2020年全球航運(yùn)業(yè)將消耗4億噸燃油，溫室氣體的排放量將在目前基礎(chǔ)上增加75%，同時船舶排放的NO和SO也將造成臭氧層的破壞和大氣污染造成更嚴(yán)重的影響。我國交通運(yùn)輸業(yè)的C02排放量預(yù)計到2015年和2030年將分別達(dá)到5.22億噸和11.08億噸，其中將有1/4會由船舶產(chǎn)生，2009年，哥本哈根全球環(huán)境會議中指出，中國政府承諾:到2020年實現(xiàn)單位GDP的C02排放比2005年下降40%至45%目標(biāo)。為此，中國將把控制溫室排放納入經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展總體規(guī)劃中，交通運(yùn)輸業(yè)是全社會僅次于制造業(yè)的燃油消耗大戶，是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的重要領(lǐng)域之一，水運(yùn)行業(yè)作為交通運(yùn)輸業(yè)的重要組成部分，大力推進(jìn)節(jié)能減排，發(fā)展綠色航運(yùn)，是時代賦予我們的使命。
[0004]船舶節(jié)能是航運(yùn)企業(yè)自身生存發(fā)展的迫切需求。自從2009年金融危機(jī)以來，船舶運(yùn)輸行業(yè)每況愈下，企業(yè)普遍處于微利或者虧損的狀態(tài)，其中的一個重要原因便是由于燃油成本越來越高導(dǎo)致營運(yùn)成本持續(xù)走高造成的。節(jié)能降耗成為航運(yùn)企業(yè)降低營運(yùn)成本的最重要的需求。
[0005]當(dāng)前，國內(nèi)外對船舶節(jié)能技術(shù)的研究主要從技術(shù)節(jié)能、管理節(jié)能和操作節(jié)能三個方面進(jìn)行研究。主要的技術(shù)節(jié)能措施有船型更新、船舶大型化和標(biāo)準(zhǔn)化、船機(jī)槳配合的優(yōu)化、應(yīng)用節(jié)能型主機(jī)、減輕船舶重量與減少船舶阻力、采用軸帶發(fā)電機(jī)、使用替代燃料、加強(qiáng)設(shè)備工況監(jiān)管和維護(hù)保養(yǎng)工作、探索替代能源等。在這些方面由于船舶工業(yè)已是一個相當(dāng)成熟的產(chǎn)業(yè)，船舶的設(shè)計上已能做到很優(yōu)化，在船型更新、船機(jī)槳配合的優(yōu)化等方面能提升的節(jié)能空間較小。而傳統(tǒng)柴油機(jī)也很難再予以改進(jìn)，引進(jìn)國外專利的電控柴油機(jī)由于配套難以跟上制約了其推廣應(yīng)用。減輕船舶重量與減少船舶阻力、使用替代燃料、探索替代能源還是一個長期研發(fā)的過程。在加強(qiáng)設(shè)備工況監(jiān)管和維護(hù)保養(yǎng)工作方面，目前有根據(jù)船舶滑油磨粒和船機(jī)振動等方面檢測進(jìn)行狀態(tài)維修的研究，但其目標(biāo)和方法主要是從技術(shù)的可靠性的角度來研究，目前，還沒有以船舶節(jié)能為目標(biāo)的狀態(tài)維修研究。
[0006]在船舶操作節(jié)能方面的措施主要有經(jīng)濟(jì)航道(航線)的選擇、經(jīng)濟(jì)航速(主機(jī)轉(zhuǎn)速)的選擇、最佳浮態(tài)、利用潮汐等等。其中最佳浮態(tài)、潮汐利用對船舶油耗的影響相對較小，經(jīng)濟(jì)航道(航線)的選擇、經(jīng)濟(jì)航速(主機(jī)轉(zhuǎn)速)的選擇直接較大地影響到船舶的能耗，但目前主要依賴于人工經(jīng)驗，粗糙模糊，難以達(dá)到最優(yōu)化效果。
[0007]在船舶管理節(jié)能方面主要在于對公司治理結(jié)構(gòu)、員工節(jié)能意識及積極性和管理手段的加強(qiáng)。目前在技術(shù)節(jié)能、操作節(jié)能能提升船舶的節(jié)能空間有限的情況下，基于技術(shù)檢測的船舶節(jié)能管理系統(tǒng)成為可能實現(xiàn)船舶節(jié)能的最有效方式，這是實現(xiàn)船舶節(jié)能的趨勢之所在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為解決上述問題，實現(xiàn)一種基于技術(shù)手段的管理節(jié)能，但可同時達(dá)到管理節(jié)能、技術(shù)節(jié)能、操作節(jié)能的綜合效果，本實用新型提供一種船舶營運(yùn)狀況監(jiān)測與節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于:包括營運(yùn)監(jiān)測裝置、工控機(jī)、船舶GPS信號裝置，所述的營運(yùn)監(jiān)測裝置設(shè)有傳感器組、信號調(diào)理器及數(shù)據(jù)采集卡，所述的工控機(jī)設(shè)有核心控制存儲模塊、遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊及顯示模塊；
[0009]由傳感器組感應(yīng)信號數(shù)據(jù)給信號調(diào)理器進(jìn)行調(diào)理，再由數(shù)據(jù)采集卡結(jié)合船舶GPS信號裝置輸出數(shù)據(jù)給工控機(jī)進(jìn)行監(jiān)測控制工作。
[0010]所述傳感器組設(shè)有最少7個傳感器，包括:船舶燃油傳感器、主機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、船舶對水速傳感器、船舶吃水傳感器、船舶縱傾角傳感器、船舶橫傾角傳感器、船舶主軸扭矩傳感器。
[0011]所述工控機(jī)是一種設(shè)有人機(jī)接口進(jìn)行輸入數(shù)據(jù)調(diào)整的工控機(jī)。
[0012]所述的船舶燃油傳感器是一種帶瞬時流量顯示及遠(yuǎn)程傳輸功能的流量儀傳感器。
[0013]所述的船舶對水速傳感器是一種基于激光多普勒測速技術(shù)的船用測速儀傳感器。
[0014]所述的船舶吃水傳感器是一種波高儀傳感器。
[0015]所述的船舶縱傾角傳感器、船舶橫傾角傳感器是一種高精度數(shù)字防水三軸羅盤傳感器。
[0016]所述的船舶主軸扭矩傳感器是一種高精度的扭矩傳感器。
[0017]所述顯示模塊包括機(jī)旁顯示器、駕駛室顯示器和遠(yuǎn)程公司監(jiān)控顯示裝置。
[0018]所述的遠(yuǎn)程公司監(jiān)控顯示裝置是一種使用接收遠(yuǎn)程無線信號的個人電腦。
[0019]采用上述結(jié)構(gòu)后，采用多個傳感器檢測船舶油耗、主機(jī)轉(zhuǎn)速、船舶對水相對速度、船舶吃水、船舶縱傾角、船舶橫傾角、船舶主軸扭矩及船舶GPS信號等船舶營運(yùn)中的實時數(shù)據(jù)并存儲，通過工控機(jī)對該營運(yùn)監(jiān)測裝置的歷史和實測數(shù)據(jù)的建模分析達(dá)到控制，實現(xiàn)船舶經(jīng)濟(jì)航道、經(jīng)濟(jì)航速，經(jīng)濟(jì)操舵、機(jī)組匹配和狀態(tài)維修的優(yōu)化，達(dá)到船舶節(jié)能減排的目的。
[0020]從根本上來說是基于技術(shù)手段的管理節(jié)能，但可同時達(dá)到管理節(jié)能、技術(shù)節(jié)能、操作節(jié)能的綜合效果?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0021]圖1是本實用新型工作原理圖。
[0022]圖中標(biāo)示為:
[0023]I營運(yùn)監(jiān)測裝置、2工控機(jī)、3船舶GPS信號裝置，11傳感器組、12信號調(diào)理器、13數(shù)據(jù)采集卡、21核心控制存儲模塊、22遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊、23顯示模塊、111船舶燃油傳感器、112主機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、113船舶對水速傳感器、114船舶吃水傳感器、115船舶縱傾角傳感器、116船舶橫傾角傳感器、117船舶主軸扭矩傳感器、231機(jī)旁顯示器、232駕駛室顯示器、233遠(yuǎn)程公司監(jiān)控顯示裝置。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖，對本實用新型名稱的具體實施例作進(jìn)一步詳述，但不構(gòu)成對本實用新型的任何限制。
[0025]如圖1所示:
[0026]一種船舶營運(yùn)狀況監(jiān)測與節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于:包括營運(yùn)監(jiān)測裝置1、工控機(jī)2、船舶GPS信號裝置3，所述的營運(yùn)監(jiān)測裝置I設(shè)有傳感器組11、信號調(diào)理器12及數(shù)據(jù)采集卡13，所述的工控機(jī)2設(shè)有核心控制存儲模塊21、遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊22及顯示模塊23 ；
[0027]由傳感器組11感應(yīng)信號數(shù)據(jù)給信號調(diào)理器12進(jìn)行調(diào)理，再由數(shù)據(jù)采集卡13結(jié)合船舶GPS信號裝置3輸出數(shù)據(jù)給工控機(jī)2進(jìn)行監(jiān)測控制工作。
[0028]作為技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，所述傳感器組11設(shè)有最少7個傳感器，包括:船舶燃油傳感器111、主機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器112、船舶對水速傳感器113、船舶吃水傳感器114、船舶縱傾角傳感器115、船舶橫傾角傳感器116、船舶主軸扭矩傳感器117，同時設(shè)有預(yù)留傳感器接口。
[0029]作為技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，所述工控機(jī)2是一種設(shè)有人機(jī)接口進(jìn)行輸入數(shù)據(jù)調(diào)整的工控機(jī)，可通過人工輸入公司的營運(yùn)時間成本函數(shù)，以方便分析得出考慮到時間成本下的推存經(jīng)濟(jì)航速和經(jīng)濟(jì)航道。
[0030]作為技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的船舶燃油傳感器111是一種帶瞬時流量顯示及遠(yuǎn)程傳輸功能的流量儀傳感器。
[0031]作為技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的船舶對水速傳感器113是一種基于激光多普勒測速技術(shù)的船用測速儀傳感器。
[0032]作為技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的船舶吃水傳感器114是一種波高儀傳感器。
[0033]作為技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的船舶縱傾角傳感器115、船舶橫傾角傳感器116是一種高精度數(shù)字防水三軸羅盤傳感器。
[0034]作為技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的船舶主軸扭矩傳感器117是一種高精度的扭矩傳感器。
[0035]其中顯示模塊23包括機(jī)旁顯示器231、駕駛室顯示器232和遠(yuǎn)程公司監(jiān)控顯示裝置233，所述的遠(yuǎn)程公司監(jiān)控顯示裝置233是一種使用接收遠(yuǎn)程無線信號的個人電腦。
[0036]采用多個傳感器檢測船舶油耗、主機(jī)轉(zhuǎn)速、船舶對水相對速度、船舶吃水、船舶縱傾角、船舶橫傾角、船舶主軸扭矩及船舶GPS信號等船舶營運(yùn)中的實時數(shù)據(jù)并存儲，通過工控機(jī)對該營運(yùn)監(jiān)測裝置的歷史和實測數(shù)據(jù)的建模分析達(dá)到控制，實現(xiàn)船舶經(jīng)濟(jì)航道、經(jīng)濟(jì)航速，經(jīng)濟(jì)操舵、機(jī)組匹配和狀態(tài)維修的優(yōu)化，達(dá)到船舶節(jié)能減排的目的。
[0037]使用時，通過船舶GPS信號可得出船舶的經(jīng)緯度位置和一定時間間隔內(nèi)的位移，從而可以得出船舶的對地航速；船舶的對地航速減去船舶對水相對速度可得出水流速度。
[0038]對工控機(jī)2安裝有處理軟件，接收到檢測數(shù)據(jù)后，通過數(shù)學(xué)模型對檢測的數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，可得到一定裝載和水流條件下主機(jī)轉(zhuǎn)速-船舶航速之間的函數(shù)關(guān)系、主機(jī)轉(zhuǎn)速與瞬時油耗之間的函數(shù)關(guān)系；一定裝載條件下不同逆水或順?biāo)魉俸椭鳈C(jī)轉(zhuǎn)速條件下的公里油耗；不同裝載條件下，主軸轉(zhuǎn)速與功率關(guān)系函數(shù)。
[0039]軟件可分析得出經(jīng)濟(jì)航速、經(jīng)濟(jì)航道建議，對于由于船機(jī)故障引起的公理油耗與主機(jī)轉(zhuǎn)速等異常進(jìn)行報警，以提醒進(jìn)行狀態(tài)維修。這些可以分別在機(jī)旁顯示器231、駕駛室顯示器232和遠(yuǎn)程公司監(jiān)控顯示裝置233進(jìn)行顯示。
[0040]工控機(jī)2是設(shè)有人機(jī)接口，也可以通過人工輸入公司的營運(yùn)時間成本函數(shù)，以分析得出考慮到時間成本下的推存經(jīng)濟(jì)航速和經(jīng)濟(jì)航道。
[0041]本實用新型對船舶油耗等數(shù)據(jù)進(jìn)行了實時檢測和遠(yuǎn)程監(jiān)控，改變了傳統(tǒng)的油尺計量方式，使公司和船員能實時掌握航次油耗全過程和局部過程；能推存出最佳的經(jīng)濟(jì)航速、主機(jī)轉(zhuǎn)速和經(jīng)濟(jì)航道；能對船舶主推進(jìn)裝置的異常進(jìn)行報警，和能夠比對異常前后的公量油耗情前，提醒進(jìn)行狀態(tài)維修?？捎萌斯ぽ斎牍镜臓I運(yùn)時間成本函數(shù)，使得推存經(jīng)濟(jì)航速考慮了時間成本，達(dá)到利潤的最大化。
[0042]從根本上來說是以采用技術(shù)手段為基礎(chǔ)管理節(jié)能方式，但可同時達(dá)到管理節(jié)能、技術(shù)節(jié)能、操作節(jié)能的綜合效果。在管理節(jié)能方面，該系統(tǒng)對船舶耗油進(jìn)行實時精細(xì)化檢測，改變了傳統(tǒng)的人為的粗糙的存油量管理模式，并且利用遠(yuǎn)程系統(tǒng)公司可以在陸上進(jìn)行遠(yuǎn)程實時監(jiān)控，有助于提升員工節(jié)能意識，避免個人的隨意性和不正確的行為。在操作節(jié)能方面，通過對檢測的船舶營運(yùn)狀況的歷史和實時數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)航道(航線)和經(jīng)濟(jì)航速(主機(jī)轉(zhuǎn)速)的優(yōu)化。在技術(shù)節(jié)能方面，可以起到監(jiān)控船舶狀況進(jìn)行狀態(tài)維修的作用。
[0043]本實用新型實現(xiàn)了很好的節(jié)能效果，實用中最低節(jié)省燃油14%以上。
【權(quán)利要求】
1.一種船舶營運(yùn)狀況監(jiān)測與節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于:包括營運(yùn)監(jiān)測裝置(I)、工控機(jī)(2)、船舶GPS信號裝置(3)，所述的營運(yùn)監(jiān)測裝置(I)設(shè)有傳感器組(11)、信號調(diào)理器(12)及數(shù)據(jù)采集卡(13)，所述的工控機(jī)(2)設(shè)有核心控制存儲模塊(21)連接遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊(22)及顯示模塊(23)； 由傳感器組(11)感應(yīng)信號數(shù)據(jù)給信號調(diào)理器(12 )進(jìn)行調(diào)理，再由數(shù)據(jù)采集卡(13 )結(jié)合船舶GPS信號裝置(3)輸出數(shù)據(jù)給工控機(jī)(2)進(jìn)行監(jiān)測控制工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種船舶營運(yùn)狀況監(jiān)測與節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述傳感器組(11)設(shè)有最少7個傳感器，包括:船舶燃油傳感器(111)、主機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器(112)、船舶對水速傳感器(113)、船舶吃水傳感器(114)、船舶縱傾角傳感器(115)、船舶橫傾角傳感器(116 )、船舶主軸扭矩傳感器(117 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種船舶營運(yùn)狀況監(jiān)測與節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述工控機(jī)(2 )是一種設(shè)有人機(jī)接口進(jìn)行輸入數(shù)據(jù)調(diào)整的工控機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種船舶營運(yùn)狀況監(jiān)測與節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的船舶燃油傳感器(111)是一種帶瞬時流量顯示及遠(yuǎn)程傳輸功能的流量儀傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種船舶營運(yùn)狀況監(jiān)測與節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的船舶對水速傳感器(113)是一種基于激光多普勒測速技術(shù)的船用測速儀傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種船舶營運(yùn)狀況監(jiān)測與節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的船舶吃水傳感器(114)是一種波高儀傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種船舶營運(yùn)狀況監(jiān)測與節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的船舶縱傾角傳感器(115)、船舶橫傾角傳感器(116)是一種高精度數(shù)字防水三軸羅盤傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種船舶營運(yùn)狀況監(jiān)測與節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的船舶主軸扭矩傳感器(117)是一種高精度的扭矩傳感器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種船舶營運(yùn)狀況監(jiān)測與節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述顯示模塊(23)包括機(jī)旁顯示器(231)、駕駛室顯示器(232)和遠(yuǎn)程公司監(jiān)控顯示裝置(233)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種船舶營運(yùn)狀況監(jiān)測與節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的遠(yuǎn)程公司監(jiān)控顯示裝置(233 )是一種使用接收遠(yuǎn)程無線信號的個人電腦。
【文檔編號】G05B19/418GK203595935SQ201320783842
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】陳愛國 申請人:陳愛國