船舶压载水管理控制系统的研究

论文摘要

船舶压载水已被GEF(全球环保基金)认定为海洋面临的四大威胁之一。据不完全统计全球每年有将近100亿吨的船舶压载水转运流动,由此而产生的大量微生物非合理性迁移和入侵,对海洋生态平衡造成了严重的影响,有时甚至是灾难性的。因此,近些年来,世界各国和国际海事组织的相关专家都在致力于研究如何对船舶压载水进行有效处理。国际海事组织(IMO)也于2004年2月通过了《船舶压载水及沉淀物控制和管理国际公约》,制定了严格的压载水排放标准。基于压载水处理的重要性,且国内该领域尚无产品投放市场,加之从国外引进成本较高。本文在分析了国内外现有的各种压载水处理技术和方法的基础上,设计了一套环保、简单、实用的压载水管理系统——固液分离结合紫外线消毒,重点研究了该管理系统中控制系统的结构和控制算法。在固液分离部分,研究了固液分离的原理、反冲水处理的方法以及目前所广泛应用的技术。经过论证最终选用节能、高效、结构紧凑的全自动叠片式过滤器。它可完成过滤、连续出水和自动反冲洗过程,使压载水的处理效率得到了很大的提高。在紫外线消毒部分,研究了紫外线消毒的机理,紫外线灯管的分类以及电子镇流器的作用。通过分析比较目前所应用的紫外线消毒技术提出了若干将紫外线消毒应用于船舶压载水处理应该注意的问题。在综合考虑系统耗能和占用空间体积的前提下,选取多根中压紫外线灯管作为紫外线辐射发生源。提出了一种可根据压载水的实时流量自动调节所需紫外线强度大小的模糊控制算法,该算法可使紫外线消毒过程达到一个节能高效的运行效果。经过MATLAB的实验仿真,证明该算法可以达到预期的指标要求。本论文还进行了压载水处理系统硬件结构的设计和软件的编制研究,最终完成了一套实用的压载水管理控制系统。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外压载水处理的技术
• 1.2.1 国外压载水处理的技术
• 1.2.2 国内压载水处理技术
• 1.3 国内外成功的商用压载水处理系统
• 1.3.1 国外船舶压载水处理系统的现状
• 1.3.2 我国船舶压载水处理系统的现状
• 1.4 课题的研究意义及研究内容
• 第二章 压载水处理的技术及其原理
• 2.1 压载水固-液分离
• 2.1.1 反冲水处理
• 2.1.2 压载水固-液分离系统的实现
• 2.2 利用紫外线对压载水消毒
• 2.2.1 应用紫外线处理压载水的研究现状
• 2.2.2 紫外线杀菌消毒原理
• 2.2.3 紫外线杀菌灯管
• 2.2.4 镇流器对紫外线灯管的作用
• 2.2.5 利用紫外线技术对压载水杀菌消毒所存在的问题
• 第三章 紫外线强度控制算法
• 3.1 模糊控制理论
• 3.1.1 模糊控制理论的发展及其简介
• 3.1.2 模糊控制所研究的工具
• 3.1.3 模糊控制器的原理
• 3.2 紫外线强度控制算法的设计
• 3.2.1 紫外线强度控制算法原理
• 3.3 压载水流量和紫外线强度的测量
• 3.3.1 超声波流量计
• 3.3.2 紫外线强度传感器
• 3.4 模糊控制算法的实现
• 3.5 应用MATLAB对模糊控制算法仿真
• 第四章 压载水管理控制系统的设计与实现
• 4.1 可编程逻辑控制器PLC
• 4.1.1 PLC的分类及应用
• 4.2 人机界面
• 4.2.1 人机界面的分类
• 4.2.2 人机界面的原理
• 4.3 Wincc flexible的介绍
• 4.3.1 Wincc flexible的一些特性
• 4.4 系统的设计
• 4.4.1 系统的总体设计
• 4.4.2 PLC控制模块的设计
• 4.4.3 HMI设备的组态
• 4.4.4 系统联调运行结果
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢