海盾壓載水自動控制及監控報警系統開發

劉明，鄒寧，張允彥

（威海中遠造船科技有限公司，山東 威海 264200）

1 裝置簡介

海盾壓載水處理系統主要由負壓式自清洗過濾器+紫外反應器+控制單元組成。過濾器極大降低了壓載水中的沉積物負荷，去除大型生物體；紫外反應器是采用中壓紫外燈管殺滅水質中的浮游生物、病毒和其他微生物；控制單元主要是用于對設備運行、邏輯控制、監控報警控制。系統正常工作模式分壓載、排載、掃艙三種模式，系統在壓載模式下運行，本地水經過過濾器過濾，攔截下來≥50微米固體和海洋生物，當壓差傳感器達到設定值時，系統會自動通過排污泵將沉積物排到原海域，以防出現生物異地侵蝕的情況，然后通過紫外反應器進行滅活殺菌處理，最后，才打入船舶壓載艙中。在壓載的過程中，由于船舶的壓載泵的流量會根據吃水以及壓載水系統的變化而變化，所以，當實際流量大于額定流量時，壓艙水流速加快，紫外光照時間變短，此時，控制單元會通過調節紫外反應器后的比例閥開度來控制流量，確保壓艙水處理達標。當本地水質較清澈時，紫外光照射穿透力強，控制系統也會根據光強傳感器反饋參數調節紫外燈輸出功率，以達到節能目的。考慮到紫外殺菌方式的壓載水管理系統沒有殘余滅活能力以及生物的光復活性，海洋生物有可能出現復活或者是繁殖，因此，在排載時仍進行一次紫外殺滅。排載模式下運行，船舶壓艙水由壓載泵吸出，經過濾器和紫外反應器處理后，排出舷外；當壓載艙內水量較少時，壓載泵無法正常排載，需由噴射泵引入驅動水，帶動壓艙水完成掃艙流程。

2 系統組成

負壓式自清洗過濾器是在原氣體輔助液體式反沖洗濾器的基礎上進行優化升級的，濾芯均采用50微米的濾網編制而成，過濾效果一樣，優勢在于水質較差水域壓載時，氣體輔助液體式反沖洗濾器反沖洗頻繁，耗氣量較大，對船舶空壓機要求較高，噪聲大，且會產生幾秒斷流現象，對船舶裝卸貨有一定影響；而負壓式自清洗過濾器無需耗氣，可連續作業，當濾器壓差達到預設值，控制系統就開啟自動清洗循環，由旋轉電機帶動排污軸上的吸嘴進行圓周運動，將濾網內部的積層清除，經排污口排出，運行時，系統不會產生斷流現象。

紫外反應器采用“十字交叉”布局，使高劑量輸出介質中壓燈管與流體垂直，借助計算機輔助光場和流場耦合技術設計而成。內部安裝導流板和旋流板，可有效減緩水流對于紫外燈管的沖擊。中間位置安裝有超聲波清洗裝置，利用超聲波的空化作用，將聲能轉化為機械振動，對石英套管表面的污物進行撞擊、剝離，以達到清洗、阻垢效果。

控制單元主要有系統控制箱、紫外控制柜、紫外電源柜、遠程控制箱（可選）及濾器接線盒組成。系統控制箱主要職能：人機交互界面，紫外燈、閥門等執行部件的控制及反饋信號的輸入，溫度、壓力、光強、流量等傳感器信號讀取，全自動控制邏輯，設備運行數據采集與存儲，故障報警與記錄，應急停止。紫外控制柜主要是為紫外電源柜提供電源。紫外電源柜裝有紫外驅動器，是紫外燈的配電、監控和控制中心，將收集到的紫外燈運行信息發給PLC，以實現燈管功率調節、運行故障報警等功能。遠程控制箱一般安裝于壓載水控制室或甲板辦公室，通過通訊電纜與系統控制箱連接，以實現對本系統的遠程控制和監控，方便船員在多地操作。

3 控制系統的設計

控制系統操作界面主要由“Home”“UV Manager”“Alarm”“Log”和“Maint”五個界面組成，通過點擊觸摸屏上對應的按鈕進行切換，實現對系統的運行操作、報警監控、數據記錄及參數選擇等功能。

3.1 Home 界面

Home界面主要實現系統運行手/自動選擇、壓載/排載/掃艙模式選擇、運行泵的選擇及IMO/USCG標準選擇等，監控系統運行中閥門狀態、濾器運行及排污泵啟動情況，顯示壓力、光強、溫度傳感器及流量計實時讀數，通過GPS信號記錄船舶所在位置，實現本地/遠程操作切換，系統啟動/停止等功能。

3.2 UV Manager界面

UV Manager界面主要用于顯示紫外反應器各燈管運行狀態、單次運行時間和累計運行時間，以便于操作者可直觀看到燈管情況，并根據燈管使用時間及損耗程度及時更換燈管。

3.3 Alarm 界面

Alarm界面主要用于記錄系統運行中各設備的故障情況，包括閥門故障、燈管故障、傳感器故障、流量計故障、通訊故障、GPS信號故障、旁通閥門開關信息等，程序設計時，已對每個零部件故障進行單獨反饋，以達到故障反饋精確到點的目的，便于船員判斷故障原因、排查并消除故障，當故障檢修完成后，對應的報警記錄會自動消除，系統恢復正常。

3.4 Log 界面

Log界面主要用于記錄系統運行的時間、經緯度、操作模式及處理水質容積等信息，數據主要來源于船舶駕駛臺GPS和Home界面操作和模式選擇，存儲于系統記憶卡中，可容納兩年數據，支持數據端口下載留存，以便于檢察官和港口國檢查。

3.5 Maint界面

Maint界面主要供系統開發、現場調試工程師使用，根據現場情況進行系統內部數據修改及相應部件操作控制，該界面設有密碼，僅對具備一定專業技術的人員開放。

3.6 壓載/排載模式

紫外燈管暖燈需要3～5分鐘，在壓載模式下運行，應先打開排舷外閥門，壓艙水經過壓載泵、濾器、紫外反應器后打到本地水域，即所謂的SEA TO SEA，待燈管暖燈完成后，關閉排舷外閥門，打開進艙閥門，壓艙水可正常打入壓載艙。在排載模式下運行，壓艙水先在船舶內部循環，待燈管暖燈結束后，打開排舷外閥門，關閉內部循壞閥門，壓艙水可正常排出船舶。在整個系統運行過程中，內部設備均根據既定程序自動完成，操作者無須單獨完成濾器、閥門、紫外等設備的啟動，只需通過RUN/STOP完成系統啟/停即可。

4 性能測試

4.1 性能檢測

為確保系統運行穩定可靠，應定期對零部件進行性能測試。

第一點針對鎮流器的檢查。需要鎮流器，在整個測試過程中一直保持正常的啟動，點亮燈管。

第二點針對超聲波清洗裝置的檢查。檢測清洗裝置能否在系統運行的過程中正常的清洗。

第三點針對閥門的檢查。主要檢查閥門能否在測試的過程中按照既定好的程序進行有效的開關。

第四點針對溫度傳感器的檢查。在檢查溫度傳感器的時候，需要顯示正常下的工作記錄值，其記錄值的狀況與實際不能夠偏差超過5%。

第五點針對壓力傳感器的檢查。檢查壓力傳感器的時候，需要測試中的壓力傳感器的數值和正常工作的時候，其數值壓力偏差不能夠超過2%。

第六點，針對紫外線傳感器的檢查。檢測紫外線燈管能否正常的啟動，其光強數值不能夠低于80%。

第七點針對故障報警的檢測。重點測試整個系統，如果在運行的過程中出現了故障，聲光報警器能否及時的發出提示音。

4.2 濾器保養

系統運行結束后，兩個小時內需用淡水對濾器進行保養，防止濾器腐蝕、濾筒堵塞及海生物繁衍。如在水質較差水域使用后到達干凈水域，需要先運行10分鐘以上，清潔濾筒內部臟污，然后再進行淡水保養。

4.3 能源故障檢測

在對電氣以及電子部件進行相應的額定電壓以及頻率檢測的時候，需要在系統設備正常運行下進行檢測，在五分鐘內切斷能源三次，每次切段時間都要保持在30秒，在試驗完畢后，檢查鎮流器的自動保護功能，重新上電操作后其是否能夠正常開啟。經過檢測，鎮流器在重新上電后操作可以正常開啟。

5 結語

本文中所介紹的海盾壓載水處理系統，主要是依照壓載水管理系統認可指南要求所設計的，其內部的零部件是比較少的，整個系統操作簡單方便，無論是維護還是調節，都是比較方便的，系統經過了性能測試，也達到了相關的使用需求。整個程序采用分層控制，邏輯功能強、傳輸數據精準、快捷，軟件的控制界面也比較生動，可以讓工作人員更加快速地完成系統的控制?？梢愿鶕唧w的工作情況調整方式以及工作參數，所以，整個系統還是比較有應用價值的。