珠海普兰帝船舶工程有限公司,广东珠海519055
自动化应用 自动化控制理论与应用郑 路,朱庆焱
摘 要 采用D可以满足船舶废气处理需CS控制技术实现的船舶废气脱硫系统具有较为完善的电气控制功能,
求。正式研究前,首先对船舶废气排放要求进行介绍,探讨船舶废气脱硫技术原理。在此基础上,具体研究基于D包括其系统结构、主要功能模块实现等,以期为实际CS控制系统的船舶废气脱硫电气控制方案,工程应用提供参考。
关键词 DC船舶废气脱硫系统;电气控制方案 US控制;中图分类号665.13;TP273
引言
面对日益严峻的环境污染问题,在船舶运输中,降低废气排放对海洋和空气环境造成的影响,已经受到世界各国的广泛关注。国际海事组织也制定了相关规定,要求船舶废气必须达到一定标准后才能进行排放。在此背景下,关于船舶废气脱硫系统及其电气控制方案的研究取得较大进展,通过选择合适的电气控制方案,可以进一步提升废气脱硫系统运行效率。
船舶废气排放要求
国际海事组织(造成污染公约》《防止IMO船舶)
已造经成陆大续气污制染定规《国则际》等防相止关船规舶定,旨在控制船舶废气排放量,减轻环境污染压力。同时,在相关规定中,对船舶废气的氮氧化物、硫氧化物、臭氧消耗物质、挥发性有机化合物、颗粒物、燃油供应质量、燃油含硫量等都做出了具体要求。我国环境保护部门也颁布了船舶污染物排放标准,对船舶排放含油污水、垃圾、废弃等做出规定,其中《船用燃料油》(018
)国家标准中的部分船用染料油指标如表G1B1所示741。1—
表1 《船用燃料油》(GB17411—2018
)中的部分船用染料油指标指标
项目
DMA(S10)DMB(S10)运动黏度(40℃)/mm2·s
-1
2.000~6.0002.000~11.000密度(20℃)/kg
·m-3不大于886.5不大于896.5硫含量/mg·kg-1
不大于10不大于10酸值(KOH)/mg
·g-1
不大于0.5不大于0.5闪点(闭口)/℃不低于60.0不低于60.0润滑性/不大于520
不大于520
μm
此外,国际海事组织在2016年伦敦会议上决定从
020年开始实施全球含量0.5不%的限硫标准,即所有航行船舶使用的燃料油的硫能超过控制船舶的硫污染物排放量。目0前.5,%控。制其船最舶终废目气的中是的硫含量的控制方法主要包括采用低硫燃油、采用LNG代
收稿日期:2019-06-09
10
2019年第07期DOI 10.19769/j.zdhy
.2019.07.005替燃油、采用废气脱硫技术等。虽然采用低硫燃油或采用LNG代替染料,都能够从源头上控制硫污染物的排放,但是低硫燃油成本较高,目前船舶燃油系统改造技术也不够成熟,采用LNG绿色染料存在改造成本高、续航能力差的问题。因此,目前船舶废气脱硫技术是控制船舶硫污染物排放量的主要技术手段,应在相关标准要求下,对船舶废气脱硫系统进行合理设计,实现对船舶流污
染物排放量的有效控制[
1]
。船舶废气脱硫技术原理
.1基本技术方法
在船舶废气脱硫技术的应用下,可以继续使用目前含硫量较高的船舶燃料油,缓解燃油标准变化给整个行业带来的冲击,确保新旧标准的稳步衔接。船舶废气脱硫技术是在烟气脱硫技术基础上发展起来的,虽然关于烟气脱硫技术的研究已经有几十年,但船舶废气脱硫技术研究时间尚短。其基本方法可以分为两类,即湿法脱硫与干法脱硫,目前应用较多的是湿法脱硫。湿法脱硫(又可分为闭环脱)。硫技术(一般在公C海L环ose境dL下o运op行)
的和开环脱硫技术环脱硫技术OpenLoop
,在港口、淡水水域或其他敏感水域航行的船船舶可采取开舶,则需要采用闭环脱硫技术。目前关于开环和闭环处理技术的复合应用方法也获得较快发展,即湿法复硫技术(图1所示H。
ybrid)。合脱基于湿法复合脱硫技术的脱硫系统如图1 基于湿法复合脱硫技术的脱硫系统示意图
0122222.2开环脱硫技术
开环脱硫技术主要是指湿法复合脱硫技术中的外围回路,其原理是利用碱性的海水对船舶废气进行洗涤,经过反应生成硫酸或亚硫酸,达到脱硫的目的。在开环处理过程中,海水通过底门进入到脱硫系统中,在洗涤塔中与含硫废气进行反应,吸收理S单Ox气体及颗粒物。经过洗涤处理的废水再进入水处元进行处理,分离泥浆和油,导入泥浆罐中储存,靠岸后进行后续处理。而经过洗涤的废。
水则进行稀释,达到排放标准后直接排放到海水中
[2]
2.3闭环脱硫技术
闭环脱硫技术主要是指湿法复合脱硫技术中的内部回路,采用氢氧化钠水溶液对船舶废气进行处理,吸收其中的用,并通SOx过。不氢氧化钠洗涤水可以在循环仓中进行循环使断加入氢氧化钠,保持循环水的以上。采用这种钠碱法对船舶废气进行洗涤,p脱H在硫效9率.0可以达到低,一般为开环系统99%左右,而且闭环系统的能耗、水流量均较可以采用冷却器中的1/海2左右。在湿法复合脱硫系统中,
水对闭环系统进行降温,从而确
保闭环系统具有较好的吸收率[
3]
。3基于DCS的船舶废气脱硫系统电气控制方
案研究
3.1DCS控制系统结构
通信技术DCS控制系统即分散控制系统,依托于计算机技术、、自动控制技术和可视化技术等实现。通过采用分散控制方案,可以实现分级管理目的,并提高系统配置的灵活性,实现集中操作和组态控制等功能。一个D过程监控级和通信网络等部分组成CS控制系统主要由过程控制级、,在系统功能结构上与差异。DCS控制系统和PLC控制系P统LC系统存在较大的差异性如表所示。由于两者的差异性,DCS系统更加侧重于数据处2
理和闭环控制,其系统安全性、灵活性主要取决于通信系统设计。一般DCS系统可采用同轴电缆、双绞线、光纤等作为通信媒介。在船舶应用场景下,则采用串行通信接口技术、以外网技术或现场总线技术。
表2 DCS控制系统和PLC控制系统的差异性
比较项目DCS控制系统PLC控制系统侧重点系统控制逻辑控制控制信号以模拟量为主以数字量为主
通信系统主要为Internet接口
包括PPI、USB、Internet接口等
扩展性
较好
较差
3.2DSC控制系统功能
基于制,可以发挥其DCS控制系统实现船舶废气脱硫系统电气控
控制功能完善的优势,对复杂的船舶废气脱硫系统进行分析,梳理控制规律。而且身具有较高的运行可靠性,软硬件均采用模D块C化S系统本结构搭建,系统开发较为容易,适合在船舶废气脱硫系统中推广应用。在其组态软件开发下,编程过程较为简单,系
自动化控制理论与应用 自动化应用统实现后通过提供友好的交互界面,可以方便实际操作。此外,已经在火电厂DCS控制系统还具有性价比高的特点,目前等场景下的湿法烟气脱硫工艺中得到了广泛应用,自动化控制水平较高。通过采用,能够在一定程度D上C提S控制系统设计船舶废气脱硫系统高其系统控制效率及工艺安全性,充分满足系统电气控制的功能需求。
3.3主要功能模块设计
在具体的功能模块设计过程中,考虑到船舶湿法复合脱硫系统自身结构较为复杂,包含众多的电气设备,需要保证功能模块划分的合理性。可以将船舶湿法复合脱硫系统划分为五个基本控制单元,即碱液供应单元、循环水单元、洗涤水单元、排气单元和海水单元。在设计控制系统的过程中,需要将电控系统进行模块化和D分C散S控制,在五个基本控制单元块的交I互O模块的基础上,设计主控单元,实现各功能模功能。由于船舶废气脱硫系统的泵功率较大,应考虑实际安装情况,在各功能单元的设计过程中,通过配置电气动力柜,实现对各种动力设备的自动化控制。电气控制系统中的主控单元与各基本单元IO模块可采用EtherGAT或Modbus协议通信,
并将动力柜与各基本单元,从而简化IO模块进行连接,具体可采用电气硬连接方式电气接线设计。整个系统的电气控制结构如图2所示。
图2 DCS电气控制系统结构
3.4主控单元解决方案
在主控单元设计过程中,应充分考虑人机交互性能,可采用I制X和HM人I人机交互解决方案。由处理器完成逻辑任务控机交互处理功能,在程。然后通过串口与C各O功DE能SY模S运行环境下完成控制编块的块建立通信连接,实现主控单元的控制功能。在该IO模解决方案下,可以减少系统连接过程中的接线设计,而且系统可扩展性较好,方便以后的维护升级。在系统运行过程中,主控模块可整合远程访问管理权限,实现集中控制,系统可操作性较好。在DCS控制系统的远程PLC,为IO模块扩展提供支持IO模块
中,也包含紧凑型。系统中的块,灵活性较强IO模块可实现自动配置,生成数字量或模拟量模。其中,模拟量模块以字、字节形式传输数据,数字量模块以位形式传输数据,可以方便设备参数的采集和读取,控制功能较为完善。
(下转第14页)
2019年第07期 11
()下料机器人工作范围。确定下料机器人工作范2
围是设备机械设计的基本前提。掌握玻璃以及塑料托盘的尺寸大小范围,结合其他组件的结构和工艺要求,并考虑避免干扰,初步确定下料机器人在X轴、Y轴、Z轴方1300mm、Z轴方向150mm。
()下料机器人的允许运行速度和承载能力。下料3机器人的运行速度、运行加速度是保证机器人运行性能的关键参数,也是顺利完成自动化下料的关键。但是在实际生产中,下料机器人必须花费一定的时间才能获得需要的运行速度,同时应该提升一定的加速度。因此,自动化下料系统的惯性力将不断增加,同时机械结构具有更高的要求。因此,应选取合理的速度和加速度。下料机器人的可操作性是指操纵器端部可承受的最大负载能力。机器人手臂上的力量不仅与负载有关,还受机器人加速度的影响。考虑到装卸机器人的要求,建议将末端。负荷能力设定为2kg
()下料机器人末端执行器的设计。为了确保玻璃4
搬运动作的高效精准,本次研究选用SMC公司生产的真可降Z轴旋转。R5型旋转机减速方式为谐波齿轮驱动,低负载惯量,提升输出转矩。R5型旋转机额定功率P,额定转矩T,减速比i,同步轮传动比为1,主动轮、从动(上接第11页)
空吸盘作为末端执行器,选用AMAHA旋转轴机型实现向的有效运动行程为:X轴方向1800mm、Y轴方向
自动化应用 自动化控制理论与应用3]
:轮的直径为4其设计功率的计算方法如下[0mm,
Pd=P1×(K0+Ki+Kr+Kh)
其中,Pd、Pr、K0、Ki、Kr、Kh分别表示设计功率、额定功率、使用系数、惰轮使用系数、增速使用系数、运行使用系数。
3结语
综上所述,随着自动化技术的不断发展,工业生产自动化水平不断提升。对自动下料机在玻璃基板切割生产中的应用设计进行深入研究,具体论述了自动下料机各部件的设计过程,首先分析了自动下料机应具备的功能,提出了基本的机械结构设计方案,对升降传送机构的导程、载荷、转速;下料机器人的塑料托盘的提取部件、运行装置;下料机器人的主要参数的设计进行了分析计算,获得自动下料机器人机械结构设计优化方案。
参考文献
[]朱泽珲.]数控机床下料手机械结构设计分析[中国机1J.
():械,2015959-60.[]佚名.鞋材硫化设备自动上下料机构设计与研究[广2D].
州:华南理工大学,2017.[]张浩然.]数控机床下料手机械结构设计分析[科技经济3J.
():市场,2018326-28.
3.5动力柜设计与安装
动力柜的设计安装需要与船舶电气设备布置情况紧密结合,合理确定设计方案。某船舶废弃脱硫系统的电气设备组成情况如表3所示。由于各类电气设备数量较多,而且布置较为分散,如果采用P需要将各类LC控制方式,设备控制信号连接到控制柜,线缆布置较为烦琐,而且控制柜体积较大。采用DCS控制系统则可以解决这方面的问题。可以基于DCS控制系统的主控单元+IO模块控制方式,对动力柜进行灵活布置,由于主控单元与IO模块之间采用串行通信方式,可以减少电气接线数量和长度,动力柜体积较小,更加方便实际场景的布置安装。这也能够在一定程度上体现出DCS控制系统的应用优势。
表3 某船舶废气脱硫系统电气设备组成
设备控制阀门泵和风机传感器
数量20个11台38个
4结语
综上所述,目前船舶废气脱硫技术仍然是控制船舶硫污染物排放的关键措施。基于DCS控制系统实现船
舶废气脱硫系统的电气控制方案,不仅具有完善的控制功能,而且系统运行稳定性强,能够满足船舶湿法复合脱硫系统的应用需求,解决其复杂的电气控制问题。因此,应积极拓宽D对船舶废气脱硫系统CS控制系统的应用,进行优化。
参考文献
[]王伟,刘雪雷,王廷勇.基于D1CS的船舶废气脱硫系统电
]():气控制方案[船舶工程,J.2018,40S1230-232.[]吴绍芝,]任晓莉,李云旺.船舶废气脱硫系统研究[广州2J.
():航海学院学报,2018,26233-35,43.[]杨会甲.废气污染物二氧化硫脱硫实验系统测控关键技3
,术研究[北京:中国矿业大学(北京)D].2014.
2019年第07期14
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容