用于内河船舶的压载舱液位遥测和阀门遥控方法及系统

技术领域

本发明涉及一种用于内河船舶的压载舱液位遥测和阀门遥控方法及系统，属于内河船舶控制技术领域。

背景技术

随着船舶行业的迅速发展，各类内河船舶交通事故频发，这对船舶行业的发展和国内经贸往来都极为不利，因此，保障船舶安全运输显得极为重要。其中影响船舶航行的一个很重要的因素便是船舶稳性，通常通过设置压载水系统来调整船舶的吃水，提高船舶稳性，达到保证航行安全的目的。

目前现有的液位遥测系统相对简单且于单一。例如中国发明专利ZL2020115351576公开的一种泵船液位测量和阀门控制系统，能够实现泵船液位的测量与控制，但无法准确判断液位对船舶稳性的影响，无法对液位进行精确的控制，且只适用于泵船。

上述问题是在用于内河船舶的压载舱液位遥测和阀门遥控过程中应当予以考虑并解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于内河船舶的压载舱液位遥测和阀门遥控方法及系统解决现有技术中存在的缺少液位对船舶稳性影响的准确判断，从而影响对液位的精确控制的问题。

本发明的技术解决方案是：

一种用于内河船舶的压载舱液位遥测和阀门遥控方法，包括以下步骤，

S1、由压载舱液位遥测子系统获取内河船舶的压载舱的采集数据，并将采集数据传送给控制终端；

S2、基于船舶压载水与吃水、稳性之间关系，对船舶压载舱液位的初稳性值即船舶压载后的初稳性值进行计算；

S3、依据步骤S2得到船舶压载后的初稳性值，并依据影响稳性的界限值，判断当前压载舱液位对船舶稳性是否有影响，依据当前压载舱液位对船舶稳性是否有影响，控制终端发送控制命令给压载舱阀门遥控子系统；

S4、压载舱阀门遥控子系统根据控制终端的控制命令，对压载舱内的阀门进行控制。

进一步地，步骤S1中，压载舱液位遥测子系统中，数据采集模块包括液位传感器、压力传感器和温度传感器，液位传感器、压力传感器和温度传感器分别设于压载舱的顶部，由数据采集模块获得采集数据包括液位、压力、温度数据，采集数据通过CAN总线传送单片机，单片机通过第一通信模块将采集数据传送给控制终端。

进一步地，步骤S2中，基于船舶压载水与吃水、稳性之间关系，对船舶压载舱液位的初稳性值即船舶压载后的初稳性值进行计算：

其中，GM为船舶压载后的初稳性值，GM

进一步地，步骤S3中，控制终端发送控制命令给压载舱阀门遥控子系统，具体为，

S31、在步骤S2得到的船舶压载后的初稳性值超过影响稳性的界限值时，控制终端发送控制阀门关闭的控制命令给压载舱阀门遥控子系统；

S32、在步骤S2得到的船舶压载后的初稳性值没有超过影响稳性的界限值时，进而依据判定压载舱液位计算所得的初稳性值与影响稳性的界限值相差是否大于设定阈值，来确定阀门开启或关闭。

进一步地，步骤S32中，依据判定压载舱液位计算所得的船舶压载后的初稳性值与影响稳性的界限值相差是否大于设定阈值，来确定阀门开启或关闭，具体为，

S321、在步骤S2得到的船舶压载后的初稳性值与影响稳性的界限值相差大于设定阈值时，控制终端发送控制阀门开启的控制命令给压载舱阀门遥控子系统；

S322、在步骤S2得到的船舶压载后的初稳性值与影响稳性的界限值相差不大于设定阈值时，控制终端发送控制阀门停止的控制命令给压载舱阀门遥控子系统。

进一步地，步骤S4中，对压载舱内的阀门进行控制，具体为，压载舱阀门遥控子系统中，微控制器通过CAN总线获得控制终端发送的控制命令，微控制器依据收到的控制命令，控制电液阀门驱动装置，实现阀门的开启和关闭，并通过阀位传感器采集阀门位置后，通过CAN总线将收集到的数据反馈给控制终端。

一种实现上述任一项所述的用于内河船舶的压载舱液位遥测和阀门遥控方法的系统，包括压载舱液位遥测子系统、压载舱阀门遥控子系统和控制终端，

压载舱液位遥测子系统：用于获取内河船舶的压载舱的采集数据，并将采集数据传送给控制终端；

控制终端：基于船舶压载水与吃水、稳性之间关系的公式，对船舶压载舱液位的初稳性值即船舶压载后的初稳性值进行计算，并依据影响稳性的界限值，判断当前压载舱液位对船舶稳性是否有影响；依据压载舱液位对船舶稳性是否有影响，发送控制命令给压载舱阀门遥控子系统；

压载舱阀门遥控子系统：根据控制终端的控制命令，对压载舱内的阀门进行控制。

进一步地，压载舱液位遥测子系统包括数据采集模块、单片机和第一通信模块，数据采集模块包括液位传感器、压力传感器和温度传感器，数据采集模块获取采集数据并发给单片机，单片机通过第一通信模块将采集数据发送给控制终端。

进一步地，压载舱阀门遥控子系统包括阀位传感器、微控制器、电液阀门驱动装置、阀门和第二通信模块，微控制器通过第二通信模块接收控制终端的控制命令，微控制器通过电液阀门驱动装置实现对阀门的开启、关闭或停止控制，阀位传感器通过电液阀门驱动装置获取阀门位置后发送给微控制器，微控制器将阀门位置息通过第二通信模块发送给控制终端。

本发明的有益效果是：该种用于内河船舶的压载舱液位遥测和阀门遥控方法及系统，能够通过检测液位，并通过基于船舶压载水与吃水、稳性之间关系的公式，得到液位对船舶稳性影响的准确判断，进而实现对液位的精确控制，能够有效减少船舶压载水对稳性的不利影响。本发明系统功能齐全且便于操作，能够精确实现内河船舶压载水的测量、控制以及监测，有效保证内河船舶的稳性。

附图说明

图1是本发明实施例用于内河船舶的压载舱液位遥测和阀门遥控方法的流程示意图；

图2是本发明实施例用于内河船舶的压载舱液位遥测和阀门遥控系统的说明示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例

一种用于内河船舶的压载舱液位遥测和阀门遥控方法，如图1，包括以下步骤，

S1、由压载舱液位遥测子系统获取内河船舶的压载舱的采集数据，并将采集数据传送给控制终端；

步骤S1中，压载舱液位遥测子系统中，数据采集模块包括液位传感器、压力传感器和温度传感器，如图2，液位传感器、压力传感器和温度传感器分别设于压载舱的顶部，由数据采集模块获得采集数据包括液位、压力、温度数据，采集数据通过CAN总线传送单片机，单片机通过第一通信模块将采集数据传送给控制终端。

S2、基于船舶压载水与吃水、稳性之间关系，对船舶压载舱液位的初稳性值即船舶压载后的初稳性值进行计算：

其中，GM为船舶压载后的初稳性值，GM

S3、依据步骤S2得到船舶压载后的初稳性值，并依据影响稳性的界限值0.3m，判断当前压载舱液位对船舶稳性是否有影响，依据当前压载舱液位对船舶稳性是否有影响，控制终端发送控制命令给压载舱阀门遥控子系统；

S31、在步骤S2得到的船舶压载后的初稳性值超过影响稳性的界限值时，控制终端发送控制阀门关闭的控制命令给压载舱阀门遥控子系统；

S32、在步骤S2得到的船舶压载后的初稳性值没有超过影响稳性的界限值时，进而依据判定压载舱液位计算所得的初稳性值与影响稳性的界限值相差是否大于设定阈值，来确定阀门开启或关闭。

S321、在步骤S2得到的船舶压载后的初稳性值与影响稳性的界限值相差大于设定阈值时，控制终端发送控制阀门开启的控制命令给压载舱阀门遥控子系统；

S322、在步骤S2得到的船舶压载后的初稳性值与影响稳性的界限值相差不大于设定阈值时，控制终端发送控制阀门停止的控制命令给压载舱阀门遥控子系统。

S4、压载舱阀门遥控子系统根据控制终端的控制命令，对压载舱内的阀门进行控制。

步骤S4中，对压载舱内的阀门进行控制，具体为，压载舱阀门遥控子系统中，微控制器通过CAN总线获得控制终端发送的控制命令，微控制器依据收到的控制命令，控制电液阀门驱动装置，实现阀门的开启和关闭，并通过阀位传感器采集阀门位置后，通过CAN总线将收集到的数据反馈给控制终端。

实施例还提供一种实现上述任一项所述的用于内河船舶的压载舱液位遥测和阀门遥控方法的系统，如图2，包括压载舱液位遥测子系统、压载舱阀门遥控子系统和控制终端，

压载舱液位遥测子系统：用于获取内河船舶的压载舱的采集数据，并将采集数据传送给控制终端；

控制终端：基于船舶压载水与吃水、稳性之间关系的公式，对船舶压载舱液位的初稳性值即船舶压载后的初稳性值进行计算，并依据影响稳性的界限值，判断当前压载舱液位对船舶稳性是否有影响；依据压载舱液位对船舶稳性是否有影响，发送控制命令给压载舱阀门遥控子系统；

压载舱阀门遥控子系统：根据控制终端的控制命令，对压载舱内的阀门进行控制。

压载舱液位遥测子系统包括数据采集模块、单片机和第一通信模块，数据采集模块包括液位传感器、压力传感器和温度传感器，数据采集模块获取采集数据并发给单片机，单片机通过第一通信模块将采集数据发送给控制终端。

压载舱液位遥测子系统中的数据采集模块采用导波雷达液位计、扩散硅压力传感器、PT100温度传感器采集液位、压力、温度等数据，经放大、A/D转换后，变为数字形式进入AT89C51单片机，这些数据经AT89C51单片机处理后通过CAN通信接口电路发送到CAN总线上。再通过CAN总线传送至CAN/以太网通信模块，经通信协议转换后，将结果传送至显示控制终端。控制终端采用显示操作面板，接收压载舱液位遥测子系统发送的数据，并根据计算的结果通过压载舱阀门遥控子系统，控制操作阀门的开启、关闭或停止按钮。压载舱阀门遥控子系统中，微控制器通过CAN总线连接电液阀门驱动装置，电液阀门驱动装置连接阀门，依据操作命令控制阀门。

压载舱阀门遥控子系统包括阀位传感器、微控制器、电液阀门驱动装置、阀门和第二通信模块，微控制器通过第二通信模块接收控制终端的控制命令，微控制器通过电液阀门驱动装置实现对阀门的开启、关闭或停止控制，阀位传感器通过电液阀门驱动装置获取阀门位置后发送给微控制器，微控制器将阀门位置通过第二通信模块发送给控制终端。

压载舱阀门遥控子系统中，对压载舱内的阀门进行开启/停止/关闭操作。微控制器通过CAN总线向电液阀门驱动装置发送开启/停止/关闭阀门的操作命令，CAN总线接口子模块采用C8051F040微控制器自带的CAN控制器和采用TJA1050的CAN收发器，实现显示操作面板与电液阀门驱动装置中C8051F040微控制器的通信。C8051F040微控制器收到操作命令后，对液压阀门动力装置进行操作，通过阀位传感器采集阀门位置等数据，经CAN总线将收集到的数据传送至显示操作面板。液压阀门动力装置在C8051F040微控制器的操作下，对电机驱动模块进行控制，实现阀门的开启/停止/关闭。控制终端接收电液阀门驱动装置中C8051F040微控制器传送来的阀门位置等数据，并显示出来，对压载舱内阀门进行实时监控。

该种用于内河船舶的压载舱液位遥测和阀门遥控方法及系统，能够通过检测液位，并通过基于船舶压载水与吃水、稳性之间关系的公式，得到液位对船舶稳性影响的准确判断，进而实现对液位的精确控制，能够有效减少船舶压载水对稳性的不利影响。压载舱液位遥测子系统和压载舱阀门遥控子系统均采用CAN总线连接，均通过通信模块与控制终端通信，且压载舱阀门遥控子系统采用电液阀门驱动装置，避免使用水泵和管路系统，适用于各类内河船舶。本发明系统功能齐全且便于操作，能够精确实现内河船舶压载水的测量、控制以及监测，有效保证内河船舶的稳性。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。