一种船用柴油机脱黑碳清灰控制装置及方法

本发明涉及船用柴油机，具体为一种船用柴油机脱黑碳清灰控制装置及方法。

背景技术：

1、在船用柴油机行业中，黑碳(也称为颗粒物)排放一直是一个严重的环境问题。黑碳是一种致癌物质，对人类健康和环境造成了严重危害。传统的柴油机在运行过程中会产生大量的黑碳颗粒物，这些颗粒物会随着废气排放到大气中，污染空气并加速气候变化。

2、传统的黑碳清灰装置对黑碳颗粒物的净化效率较低，无法彻底清除黑碳，导致排放仍然存在一定的污染，某些黑碳清灰装置需要消耗大量能源，例如清洁剂的喷射会增加燃料消耗，造成资源的浪费，部分装置需要频繁的维护和更换零部件，维护成本较高，且容易出现故障影响船舶运行。

3、因此，本技术提出一种船用柴油机脱黑碳清灰控制装置及方法来解决现有技术中存在的问题是十分必要的。

4、1、专利文件cn114307438b公开了一种基于荷电强化过滤的船舶尾气黑碳深度脱除系统及方法，上述专利实现了通过切换通道实现过滤单元的交替运行，结合高温高压脉冲反吹清灰方式，可根据压差变化自动进行交替反吹清灰，实现系统运行的灵活智能调控，同时延长系统的使用寿命并实现高含硫烟气复杂运行工况下船舶黑碳的长期高效稳定捕集，但上述专利不能实现智能控制策略的制定和执行功能。

5、2、专利文件cn111307996b公开了一种动物性生物样品中黑碳的检测方法，上述专利实现了弥补过往的苯多羧酸方法只能分析环境样品中黑碳的短板，但上述专利不能实现对柴油机运行状态的实时监测和数据采集功能。

6、3、专利文件cn109630239b公开了一种大功率柴油机污染物排放协同处理装置，上述专利实现了大功率柴油机尾气中co、hcs、pm和nox等主要污染物协同处理，但上述专利不能实现对传感器模块采集数据的解析、清洗和分析功能。

7、4、专利文件cn106968760b公开了一种船舶废气脱硫脱硝脱碳一体化系统，上述专利实现了同时减少nox、sox、co2的排放量并实现船舶设备的集成，但上述专利不能实现对柴油机运行状态的全面监控和故障诊断功能。

8、综上所述，上述专利不能实现智能控制策略的制定和执行功能、对柴油机运行状态的实时监测和数据采集功能、对传感器模块采集数据的解析、清洗和分析功能和对柴油机运行状态的全面监控和故障诊断功能，导致对柴油机黑碳颗粒物的净化效率较低，无法彻底清除黑碳，增加燃料消耗，维护时间和成本高和运行效率低下的问题；

9、为此，本技术提出了一种能实现智能控制策略的制定和执行功能、对柴油机运行状态的实时监测和数据采集功能、对传感器模块采集数据的解析、清洗和分析功能和对柴油机运行状态的全面监控和故障诊断功能的船用柴油机脱黑碳清灰控制装置及方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种船用柴油机脱黑碳清灰控制装置及方法，以解决上述背景技术中提出的不能实现智能控制策略的制定和执行功能、对柴油机运行状态的实时监测和数据采集功能、对传感器模块采集数据的解析、清洗和分析功能和对柴油机运行状态的全面监控和故障诊断功能，导致对柴油机黑碳颗粒物的净化效率较低，无法彻底清除黑碳，增加燃料消耗，维护时间和成本高和运行效率低下技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种船用柴油机脱黑碳清灰控制装置，包括控制模块，所述控制模块用于根据清灰监测结果进行智能调节控制柴油机工作；

3、所述控制模块包括：控制策略单元、运行状态监控单元和远程控制单元；

4、所述控制策略单元结合数据处理结果和清洁效果监测结果，制定智能控制策略，根据实时数据调节柴油机工作参数，降低黑炭生成和灰尘排放；

5、所述运行状态监控单元监测柴油机各项工作参数，根据预设的阈值进行异常监测，并生成警报信息；

6、所述远程控制单元通过互联网连接到中央控制系统，对柴油机进行远程监控和控制，远程调整工作参数，发送控制指令至柴油机控制电脑进行工作状态调节。

7、优选的，所述控制模块通过数据信号线连接有数据处理模块，数据处理模块用于对柴油机工作参数进行实时数据处理分析；

8、数据处理模块包括：数据解析单元和数据分析单元；

9、数据解析单元采用卡尔曼滤波算法去除传感器数据中的噪声，设定温度、压力和流量阈值，超过阈值则发出异常警报，使用高速固态硬盘进行数据存储，支持历史数据查询和分析；

10、数据分析单元结合机器学习技术，建立柴油机运行状态模型，进行预测性维护，利用模型识别柴油机运行异常，提供异常监测报告和诊断建议，根据历史数据分析结果，优化柴油机工作参数，降低能耗和排放。

11、优选的，所述数据处理模块通过数据信号线连接有传感器模块，传感器模块用于实时采集柴油机的工作状态数据；

12、传感器模块包括：温度传感器单元、压力传感器单元和流量传感器单元；

13、温度传感器单元选择热电偶传感器，安装在柴油机燃烧室内，获取准确的燃烧温度数据，使用模拟信号输出，采用can总线通信协议通过电缆连接到数据处理模块；

14、压力传感器选择压电式压力传感器，安装在燃油供给系统的高压油管上，监测燃油压力数据，使用数字信号输出，通过modbus通信协议连接到数据处理模块；

15、流量传感器单元选择电磁流量计，安装在柴油机的燃油供给管道上，监测燃油流量，使用模拟信号输出，采用hart通信协议通过电缆连接到数据处理模块。

16、优选的，所述控制模块通过信号线连接有过滤器模块，过滤器模块用于对柴油机排放的颗粒物进行过滤和效果监测；

17、过滤器模块包括：颗粒物过滤单元、滤清单元和过滤效果监测单元；

18、颗粒物过滤单元选择电除尘器和颗粒捕集器，安装在柴油机排气管道上，通过高电场电除尘原理捕集黑碳颗粒物净化柴油机排放气体；

19、滤清单元采用定时/压差触发的自动清洗装置，保持过滤器长期高效运行，通过数据信号线连接到控制模块，根据颗粒物堆积情况自动调整清洗频率；

20、过滤效果监测单元通过安装的差压传感器监测过滤器前后的压差变化，反应过滤效果，生成过滤效果报告，包括颗粒物捕集效率和压差变化趋势信息。

21、优选的，所述控制模块通过数据信号线连接有清洁装置模块，清洁装置模块用于对柴油机内部进行清洁清灰；

22、清洁装置模块包括：清洁剂供给单元、清洁剂喷射单元和清洁剂效果监测单元；

23、清洁剂供给单元选择化学清洁剂，确保清洁剂均匀喷洒到柴油机内部，采用双层不锈钢储罐方便清洁剂更换；

24、清洁剂喷射单元采用高压喷射装置，通过多喷嘴设计，确保清洁剂均匀喷洒到柴油机内部，通过数据信号线连接到控制模块，根据柴油机工作状态调整清洁剂喷射量；

25、清洁剂效果监测单元通过传感器监测清洁剂的溶解情况和清洁效果，生成清洁剂效果报告，包括清洁剂溶解率和清洁程度指标。

26、优选的，所述控制模块通过数据线连接有监控模块，监控模块用于对柴油机工作异常情况进行实时监测和故障记录；

27、监控模块包括：故障诊断单元、运行日志记录单元和运行状态显示单元；

28、故障诊断单元采用机器学习算法对传感器数据和工作状态进行实时监测和分析，识别潜在故障，利用异常检测技术，对柴油机运行中的异常情况进行及时诊断和处理，生成详细的故障诊断报告；

29、运行日志记录单元记录柴油机的运行状态、参数调整记录和故障信息数据，通过数据分析提供运行日志的统计分析和趋势分析，为运维提供决策依据，支持根据时间节点追溯柴油机运行状态和操作记录，方便问题排查和历史回顾；

30、运行状态显示单元设计直观的用户界面，通过显示屏实时显示柴油机的各项运行参数、工作状态和清洁剂剩余量信息，通过图表和曲线形式展示数据，提供实时监控功能，随时查看柴油机的运行状态并及时调整参数。

31、优选的，所述状态显示单元通过通信线束连接有用户界面模块，用户界面模块与控制模块通过数据线连接，用户接模块用户实时显示柴油机各项数据；

32、用户界面模块包括：数据显示单元和报警提示单元；

33、数据显示单元实时显示柴油机的各项数据，采用折线图和柱状图表方式直观呈现数据变化趋势，支持查询历史数据，提供数据导出和分析功能；

34、报警提示单元设定警报阈值，当柴油机出现异常状态时发出警报并提示操作员，在界面上清晰显示警报信息，提供快速警报处理功能。

35、优选的，所述控制模块通过数据信号线连接有远程通信模块，远程通信模块用于对清灰控制装置进行远程数据传输和控制；

36、远程通信模块包括：数据传输单元；

37、数据传输单元通过tcp协议进行数据传输，提供远程访问接口，允许授权用户远程连接并管理柴油机。

38、优选的，所述方法包括以下步骤：

39、s1、数据采集监测：通过传感器模块实时采集柴油机的运行数据，并将数据传输到数据处理模块；

40、s2、控制策略设计：通过控制模块基于数据分析结果和模型预测，制定智能控制策略，考虑柴油机负荷、工作环境因素，优化控制参数；

41、s3、控制执行优化：将控制模块生成的控制指令传输至清洁装置模块和过滤器模块，对柴油机实时控制，通过远程通信模块采用远程通信技术进行远程控制操作；

42、s4、效果评估报告：监测柴油机运行情况，评估控制策略的效果，检查黑碳排放量和颗粒物排放浓度等指标，确定清灰效果。

43、优选的，所述方法还包括以下步骤：

44、s11、利用数据处理模块对传感器采集的数据进行监测和分析，检测柴油机运行状态，判断存在的黑碳生成和灰尘排放问题；

45、s21、根据智能控制策略生成相应的调节燃油供给量、空气流量、清洁剂喷射量控制指令；

46、s31、根据监控模块控制反馈和实时监测数据，对控制策略进行优化调整，目标是降低黑碳生成和灰尘排放，提高柴油机运行效率和环保性能；

47、s41、根据控制模块评估结果生成清灰效果报告、环境排放报告，显示在用户界面模块，针对评估结果进行调整，优化控制策略和参数设置。

48、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

49、1.本发明通过安装有控制模块，实现了智能控制策略的制定和执行功能，解决现有技术智能化程度不足、控制精度低的问题，提高柴油机运行效率、降低黑碳排放；

50、2.本发明通过安装有传感器模块，实现了对柴油机运行状态的实时监测和数据采集功能，解决现有技术数据采集不及时、精度低的问题，提高数据采集准确性、保证实时监测；

51、3.本发明通过安装有数据处理模块，实现了对传感器模块采集数据的解析、清洗和分析功能，解决现有技术数据处理效率低、处理精度差的问题，提高数据分析准确性、为智能控制策略提供可靠依据；

52、4.本发明通过安装有监控模块，实现了对柴油机运行状态的全面监控和故障诊断功能，解决现有技术监控不全面、故障诊断不及时的问题，提高柴油机运行稳定性、减少故障发生和停机时间。