公开（公告）号CN106774139A
IPC分类号G05B19/05
申请（专利权）人哈尔滨工程大学;
发明人施悦;蔡煜航;张坤;贲腾;李兆祥;于淼;张朝阳;鲁正;冯睿哲;宋磊;
优先权号
优先权日
申请人地址黑龙江省哈尔滨市南岗区南通大街145号哈尔滨工程大学科技处知识产权办公室;
申请人邮编150001;
CPC分类号G05B19/054;G05B2219/1103
摘要
本发明提供的是一种光能自驱智能船舶污水回收装置及控制方法。太阳能电池板置于船舶顶部并与控制器相连，控制器与两组池组相连，两组蓄电池组与逆变器相连，逆变器与电控箱相连，电控箱悬挂在船舶污水回收装置的正面、电控箱与控制船舶污水回收装置中的液位计、温度传感器、加热器及待控设备通过内部接线端子相连。本发明为了解决现有船舶污水处理装置配套系统电控过程中不直观、操作难、效率低、可靠性差、操作性能低等技术壁垒，同时也为了解决船舶污水回收装置不能脱离船舶本身的供电系统独立工作的问题，提出了一种可使船舶污水处理装置实现光能自驱智能运行的可远程操控的光伏发电系统与电控系统结合装置。
摘要附图
权利要求书
1.一种光能自驱智能船舶污水回收装置，其特征是：太阳能电池板置于船舶顶部并与控制器相连，控制器与两组池组相连，两组蓄电池组与逆变器相连，逆变器与电控箱相连，电控箱悬挂在船舶污水回收装置的正面、电控箱与控制船舶污水回收装置中的液位计、温度传感器、加热器及待控设备通过内部接线端子相连。
2.根据权利要求1所述的光能自驱智能船舶污水回收装置，其特征是：所述电控箱(5)包括电控箱锁(5-1)、启动开关(5-2)、电控箱门(5-3)、急停开关(5-4)、散热口(5-5)、提手(5-6)、电控箱盖(5-7)、通讯天线(5-8)、显控触摸屏(5-9)、安装挂扣(5-10)、定位螺栓(5-11)、PLC(5-12)、A/D模块(5-13)、交流接触器(5-14)、行线槽(5-15)、接线端子(5-16)、开关电源(5-17)、电磁继电器(5-18)、220V空气开关(5-20)、380V空气开关(5-20)、导轨(5-21)；
电控箱整体通过安装挂扣(5-10)悬挂，PLC(5-12)、A/D模块(5-13)、220V空气开关(5-19)、380V空气开关(5-20)并排安装于导轨(5-21)上，导轨(5-21)固定于底板上，8个电磁继电器(5-18)安装于两个空气开关(5-19～5-20)下方，电磁继电器(5-18)下方为开关电源(5-17)，电磁继电器(5-18)和开关电源(5-17)右侧为交流接触器(5-14)；
逆变器输出的三相电接入380V空气开关(5-21)中，380V空气开关(5-21)的输出端分别接入220V空气开关(5-19)、电磁继电器(5-18)、交流接触器(5-14)中，220V空气开关(5-19)的输出端接入PLC(5-12)和开关电源(5-17)中，开关电源(5-17)的输出端接入A/D模块(5-13)、电磁继电器(5-18)、显控触摸屏(5-9)中，A/D模块通过插槽接入PCL(5-12)中，电磁继电器(5-18)中的五个继电器接入交流接触器(5-14)中、三个接入接线端子(5-16)中，交流接触器(5-14)输出端子接入接线端子(5-16)中待用，接线端子(5-16)的另一端与待控船舶污水回收装置的各个待控元件连接。
3.根据权利要求2所述的光能自驱智能船舶污水回收装置，其特征是：所述船舶污水回收装置包括好氧区(6-1)、厌氧区(6-2)、温度传感器插口(10)、加热器(8)、好氧区液位计插口(7)、厌氧区液位计插口(9)、进水泵(11)、出水泵(12)、曝气泵(13)，进水泵(11)与好氧区(6-1)和厌氧区(6-2)相连构成进水系统；出水泵(12)与好氧区微滤膜(6-1-1)相连构成待控反应器的出水系统；曝气泵(13)与好氧区(6-1)相连构成待控反应器的曝气系统，进水泵(11)、出水泵(12)、曝气泵(13)均与电控箱(5)通过电缆相连接。
4.根据权利要求3所述的光能自驱智能船舶污水回收装置，其特征是：电控箱(5)通过通讯天线(5-8)利用WLAN将被控船舶污水回收装置的状态实时传送至手机，并且可通过手机app对被控船舶污水回收装置进行调控。
5.一种权利要求所述的光能自驱智能船舶污水回收装置的控制方法，其特征是：
通过显控触摸屏(5-9)将好氧区(6-1)和厌氧区(6-2)分别设置高低两个液位采集值，高液位设置为距离待控船舶污水回收装置底部4/5液位处，低液位设置为距离待控船舶污水回收装置底部2/5液位处；并设置了一组温度控制范围15-30℃，通过液位传感器和温度传感器不断采集待控船舶污水回收装置内的液位信息，通过电压信号传递到电控箱内的A/D模块，最后通过PLC处理后输出相应应答信号，具体包括：
当好氧区(6-1)液位到达低液位时，启动进水泵，出水泵关闭，污水从厌氧区经进水系统进入好氧区；
当好氧区(6-1)液位到达高液位时，启动出水泵，进水泵关闭，污水从好氧区经出水系统向船外排放；
当好氧区(6-1)和厌氧区(6-2)温度低于15℃时，启动加热器(8)；
当好氧区(6-1)和厌氧区(6-2)温度高于30℃时，关闭加热器(8)；
电控箱控制曝气系统对好氧区(6-1)进行曝气。
6.根据权利要求5所述的光能自驱智能船舶污水回收装置的控制方法，其特征是：通过显控触摸屏(5-9)使被控状态通过动态数字图像直接反馈。
7.根据权利要求6所述的光能自驱智能船舶污水回收装置的控制方法，其特征是：太阳能电池板、控制器、两组蓄电池组、逆变器共同工作，使被控装置脱离船舶原有供电系统独立工作。
说明书
一种光能自驱智能船舶污水回收装置及控制方法
技术领域
本发明涉及的是一种船舶污水回收系统。本发明也涉及的是一种船舶污水回收系统的控制方法。
背景技术
海洋环境的污染日益严重，“第八大陆”的垃圾漩涡，赤潮，有毒物质在海洋生物体内的积累都在向脆弱的人类发起一波又一波的进攻。我国仅渤海未达到清洁海域水质标准的面积就有2.4万平方公里，约占渤海总面积的1/3，而海洋环境污染中有35％的污染物为来自于船舶的污染，船舶污染问题已经引起了世界各国的高度重视。今年初国际海事组织开始执行的最新的MEPC.227(64)决议对于船舶污水排放又提出了更高的标准；同年，中国交通部下发规定，生活污水排放不达标的内河船舶将被禁止驶入“两横一纵两网十八线”水域。
但大部分内河船舶并未配有污水处理设备，即使配有污水处理装置的海洋船舶也没有与之配套的光伏发电系统，导致现有船舶污水处理装置不能脱离船舶本身的供电系统独立工作。除此之外，现有的船舶污水处理系统的电控装置自动化程度低，不具备具有国际标准的高性能指标和可视化人机交互界面，所以在装置运行过程中存在不直观、操作难、效率低等问题，在反应器运行过程中必须人员在场，工作量极大，可靠性差且操作性能低。为了解决上述技术壁垒，研发一种适用于船舶污水处理装置的光伏发电系统与电控系统结合装置迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能实现光能自驱智能运行、可远程操控的光能自驱智能船舶污水回收装置。本发明的目的还在于提供一种一种光能自驱智能船舶污水回收装置的控制方法。
本发明的光能自驱智能船舶污水回收装置包括太阳能电池板、逆变器、控制器、蓄电池组、电控箱、PLC、AD模块、液位计、温度传感器、加热器、交流接触器、接线端子、空气开关、开关电源、显控触摸屏、通讯天线。
所述的太阳能电池板置于船舶顶部，与控制器相连。
所述的控制器与蓄电池逆变器统一放置，控制器除与太阳能电池板连接外，还要与蓄电池组相连。
所述的蓄电池组共有两组，与控制器和逆变器共同放置，除其分别与控制器连接外，还与逆变器相连。
所述的逆变器、蓄电池组和控制器共同放置，除与蓄电池组分别连接外还要与船舶上的污水处理设备相连。
所述的电控箱悬挂在船舶污水回收装置的正面，与逆变器、液位计、温度传感器、加热器及装置上待控设备通过电控箱的内部接线端子相连。
所述的PLC放置于电控箱中，分别与AD模块和电磁继电器相连。
所述的AD模块放置于电控箱中，分别与PLC和输入端子相连。
所述的液位计共两个，分别放置于船舶污水回收装置的好氧柜和厌氧柜中，与电控箱通过模拟量输入接线端子相连。
所述的温度传感器，置于船舶污水回收装置的好氧柜中，与电控箱通过模拟量输入接线端子相连。
所述的加热器，置于船舶污水回收装置的好氧柜中，与电控箱通过输出接线端子相连。
所述的交流接触器放置于电控箱中，分别与电磁继电器和输出接线端子相连。
所述的接线端子放置于电控箱中，外连设备，内连电控箱各个模块。
所述的空气开关共两个，分别为220V空气开关与380V空气开关，380V空气开关分别与逆变器、电磁继电器、220V空气开关和交流接触器相连，220V空气开关分别与PLC和开关电源相连。
所述的开关电源为24V直流电源，分别与220V空气开关、电磁继电器、AD模块和显控触摸屏相连。
所述的显控触摸屏放置于电控箱箱门上，与开关电源、通讯天线和PLC相连。
所述的通讯天线放置于电控箱顶部，与显控触摸屏相连，并与手机通过WLAN相连。
所述进水泵与好氧区和厌氧区相连，构成了待控反应器的进水系统；出水泵与位于好氧区内部的微滤膜相连构成了待控反应器的出水系统；曝气泵与好氧区相连，构成了待控反应器的曝气系统。
所述进水泵，出水泵，曝气泵均与电控箱相连。
本发明的光能自驱智能船舶污水回收装置的控制方法包括：
一、将太阳能电池板放于船舶顶部，接受太阳光照射后，太阳能电池板内部进行光电转化，产生的电能进入控制器中。
二、控制器在检测两组蓄电池状态后，选择电量不足的一组蓄电池与太阳能电池板相连继续充电，电量充足的一组蓄电池与逆变器相连持续放电；随着时间推移，与逆变器相连的一组蓄电池进入欠压状态，而与太阳能电池板相连的一组蓄电池进入饱和状态，经控制器和逆变器检测，若充电电池组充电完成或放电电池组电量不足时交换两组蓄电池的工作状态，如此往复。
三、蓄电池将电能传递给逆变器，逆变器将直流电转化为交流电后与用电设备相连，完成对用电设备的持续供电。
四、控制器在整个过程中还有着防止蓄电池过充、过流、温度过高；还可以防止蓄电池中电能反方向进入太阳能电池板中来保护太阳能电池板。
五、电控箱在整个过程中起到对装置的自动运行和智能化控制，能够实时监控水位、温度，诊断故障原因，利用通讯天线通过WLAN将故障原因发送至手机APP并报警，同时启动应急程序保护微滤膜和曝气头，还可根据需要定时反冲洗、回泥，解决了膜污染严重和人工操控复杂的问题。
六、通过电控装置的显控触摸屏将好氧区和厌氧区分别设置高低两个液位采集值，高液位设置为距离待控反应器底部4/5液位处，低液位设置为距离待控反应器底部2/5液位处；并设置了一组温度控制范围：15-30℃；电控装置通过液位传感器和温度传感器不断采集待控反应器内的液位信息，通过电压信号传递到电控箱内的A/D模块，最后通过PLC处理后输出相应应答信号，具体方式如下：
当待控反应器好氧区液位到达低液位时，启动进水泵，出水泵关闭，污水从厌氧区经进水系统进入好氧区；
当待控反应器好氧区液位到达高液位时，启动出水泵，进水泵关闭，污水从好氧区经出水系统向船外排放；
当待控反应器好氧区和厌氧区温度低于15℃时，启动加热器；
当待控反应器好氧区和厌氧区温度高于30℃时，关闭加热器；
电控箱控制曝气系统对好氧区进行曝气。
本发明装置及方法具备以下有益效果：
(1)本发明装置采用先进的光伏发电-PLC控制一体化设计；两组蓄电池交替供电，确保持续提供电能；可使整套电控装置实现零能耗运行，同时有效节约船上电能，随购随用，无须加装大功率发电机组。
(2)本发明装置通过利用电力电子的DC/DC电路做媒介来实现对光伏电池输出功率的控制，最终实现给负载提供稳定电压。保证不论每天的光强和温度如何变化，光伏电池都能够迅速持续工作在最大功率点处。提高独立光伏发电系统的工作效率。有效减少太阳能板占地面积，节省大量空间。
(3)本发明装置采用可编程控制器，用于存储用户程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字/模拟式输入/输出控制各个出水泵、粉碎泵、曝气泵、循环泵、加热器等其他待控设备元件运行，数字或模拟信号的发送与接收，智能调节、控制反应器各区液位、温度，完全自主运行，保证反应器运行于安全液面、最佳温度、最高效率，无需人工操控。
(4)本发明装置优化了人机交互界面。不仅可于显控触摸屏可视化控制反应器，实现傻瓜式操作，还可通过WirelessLocalAreaNetworks利用手机APP远程控制。
(5)本发明装置可实现故障诊断、错误报警、自我修复。通过大量的经验积累，体现于程序中，根据液位计、温度计等的反馈数据，利用程序智能诊断故障原因并自我调节，同时向手机APP端发送故障警报，同步传输故障信息，自我修复，也可远程执行修复程序，实现运行零风险。
(6)本发明装置通过实验准则关联式计算，实验验证微滤膜的最佳运行状态，智能调节反冲洗时间，有效延长微滤膜寿命2-3倍。
