LNG动力船动力监控系统设计开发

摘要

随着全球减少碳排放的呼声日益高涨，作为碳排放大户的航运企业纷纷表示将参与开发新的节能技术，研发新能源船型，推动未来全球航运市场向节能低碳方向发展。在技术进步和油价攀升的大背景下，LNG（液化天然气）以其环保、清洁、经济的特征在传统能源市场的替代作用愈加明显。LNG作为动力燃料正在全球船用燃料市场进行有益的探索和尝试，为未来中国船用燃料市场展现了新的蓝图。因此本文针对我国内河LNG动力船舶，设计开发一套LNG动力船动力监控系统，通过分布在LNG储罐、供气管路、发动机等各部位的传感器，来实时监控整个动力系统的运行状态;通过机旁控制箱、驾驶室控制箱上的人机界面和按钮以及分布在整个改造区域的其他按钮来操作系统运行;系统通过气控阀、喷射阀、风机、报警器等执行元件来执行系统的指令，保证LNG动力船动力系统安全可靠运行。 根据习近平总书记提出的推动长江经济带发展及长江生态环境保护修复工作政策指导，以内河双机双桨、单储罐LNG动力船为设计基础，按照《天然气燃料动力船规范》(CCS2017)中对于LNG动力船动力监控系统产品的技术要求，选用HE203可编程控制器为安保控制器，选用HEU-DF100型双燃料发动机控制器为发动机控制元件，采用模块化、通用化的设计思想，设计了动力箱、机旁控制箱、驾驶室监控箱等硬件，组成了满足单储罐、双机双桨LNG动力船使用的动力监控系统。在硬件设计的基础上进行监控系统软件的开发，采用总线式网络拓扑结构，模块化设计理念，在已有的双燃料发动机控制模块基础上开发了LNG动力船运行监控与操纵模块、安保控制模块、人机界面模块等功能，并进行了控制策略设计。每个功能模块实现相应的功能，功能模块之间通过CAN总线进行数据交互。可以使系统操作人员快速有效的识别系统运行状态，并根据系统提示作出正确的响应;可根据故障等级作出相应的安全动作，最大限度的保证动力系统安全稳定的运行。 最后根据中国船级社相关规范的技术要求，对所开发系统进行功能性试验、环境试验、电磁兼容实验，并最终通过实验测试验证。根据检验结果显示，此系统功能完善、安全可靠，稳定性高，交互性强。因此，本文设计的LNG动力船动力监控系统完全可以满足我国内河LNG动力船使用要求，具备进行技术推广和应用的条件。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1引言

1．2 LNG动力船技术特点

1．3 LNG动力船动力监控系统国内外发展现状

1．3．1国外发展现状

1．3．2国内发展现状

1．4本文的主要工作

第2章LNG动力船动力监控系统总体设计

2．1 LNG动力船动力系统工作原理

2．2 LNG动力船动力监控系统技术要求

2．2．1 LNG动力船动力监控系统技术指标要求

2．2．2 LNG动力船动力监控系统软件总体需求分析

2．2．3LNG动力船动力监控系统硬件总体需求分析

2．3 LNG动力船动力监控系统基本结构

2．3．1双燃料发动机控制系统

2．3．2运行监测与操纵系统

2．3．3安保控制系统

2．4本章小结

第3章LNG动力船动力监控系统硬件设计

3．1动力监控系统硬件总体设计方案

3．2发动机控制器(ECU)的选型及研究

3．2．1发动机控制器(ECU)选型

3．2．2发动机控制器(ECU)端口的分配

3．3发动机控制器功能模块

3．3．1燃气喷射阀驱动(PWM)

3．3．2开关量输出(DO)

3．3．3温度采集电路(PT100)

3．3．4模拟量输入AI

3．3．5开关量输入DI±

3．3．6脉冲量输入PI

3．3．7 CAN总线通信

3．4安保控制器选型及研究

3．4．1安保控制器选型

3．4．2安保控制器端口的分配

3．5安保控制器功能模块

3．5．1开关量输出(DO)

3．5．2温度采集电路

3．5．3模拟量输入AI

3．5．4开关量输入DI±

3．5．5传感器5V供电电源

3．5．6 CAN总线通信

3．5．7 RS232总线通信

3．6动力监控系统电气控制箱设计

3．6．1机舱动力箱设计

3．6．2机旁控制箱设计

3．6．3驾驶室监控箱的设计

3．6．4控制箱实物图

3．7本章小结

第4章LNG动力船动力监控系统软件设计

4．1动力监控系统软件方案设计

4．2监控系统软件总体结构及编译环境介绍

4．2．1监控系统软件总体结构介绍

4．2．2编译环境介绍

4．3构件层软件设计

4．3．1逻辑控制

4．3．2故障报警

4．3．3模拟量数据采集

4．3．4数据处理

4．3．5通讯设计

4．4人机界面软件设计

4．4．1调试界面设计

4．4．2发动机监控界面设计

4．4．3用户操作界面设计

4．5本章小结

第5章动力监控系统试验测试研究

5．1动力监控系统产品性能要求

5．2功能试验台介绍

5．3功能试验研究

5．3．1开机自检试验

5．3．2风机启动试验

5．3．3液相主阀控制试验

5．3．4远程控制试验

5．3．5气相主阀控制试验

5．3．6气相支路互锁阀控制试验

5．3．7故障报警试验

5．3．8主、备电源转换试验

5．3．9紧急停气试验

5．3．10发动机燃气喷射试验

5．4实验测试结果

5．7本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

个人简历

致谢

附录