船舶排油监控系统的设计

毛攀峰 张海玲

(浙江国际海运职业技术学院 船舶工程学院，浙江 舟山 316021)

随着世界的贸易往来不断增大，海运业也持续繁荣，因此船舶的数量不断增加，由此也带来了一个问题——船舶的含有污水排放。国际海事组织为此也出台了多种法律、法规来规范船舶含油污水的排放。但是因为监管措施和监控设备的的不完善，仍然存在船舶将含油污水肆意排入大海的情况。因此设计出一套既符合国际公约，又能实际防止船舶含油污水的不规范排油的监控系统具有重要的意义。

1 排油监控系统的功能要求

本文设计的排油监控系统，符合《73/78国际防止船舶造成污染公约》(经MEPC.117(52)号决议通过的附则Ⅰ修正案)中关于排油监控系统的新的设计要求。整个系统通过数据采集和分析处理单元将传感器传送过来的模拟信号转换为数字信号，由核心处理器—STM32进行分析计算，通过与标准的参数进行比较来决定是否打开排放阀进行污水排放，并且给出相应的报警信号。本系统主要有以下几个功能模块。

(1)A/D转换模块

在本系统中，A/D转换模块主要采集速度传感器、流量计和油分浓度计传送过来的4～20mA的标准电流信号。将这些信号送入STM32，进行计算分析。STM32自带有12位精度的A/D转换口，因此大大简化了硬件设计。

(2)CPU模块

本文采用的CPU模块是32位处理器—STM32，其功能主要是对采集到的数

据进行分析计算，通过与标准的参数进行比较做出相应处理。根据《73/78国际防止船舶造成污染公约》规定，排放的含油污水的油分浓度必须小于15ppm，油的瞬间排放率小于30L/n mile，排油总量不得超过上次载油量的1/30000。如此苛刻的要求需要高性能的处理器。

(3)人机交互模块

本设计中通过采用北京文迪科技的触摸屏实现公约所要求的相关数据的显示和相关参数的设定，此模块可与CPU模块通过SPI总裁实现串行通信。

(4)监控数据存储及打印模块

按照公约的要求，所有的数据记录装置必须要包括一个打印机，记录的数据可以在打印机上清晰的显示。本文采用一款微型打印机完成数据的打印并通过SD卡存储所要求的数据。

2 系统硬件结构设计

根据功能的要求，本文所设计的排油监控系统主要是分为两大单元，分别是计算机单元和测控单元。

2.1 计算机单元

计算机单元由控制单元、计算单元、显示单元和打印控制单元等部分组成。

图1 计算机单元结构图

结构如图1所示。

计算机单元将根据测量单元来的信号计算出排放水的实际含油量，并按计程仪和流量计的信号计算出瞬时排放率。当排放总量、瞬时排放率超出限度时，或者系统出现故障时，将自动向测控单元发出关闭排放阀的指令。系统在运行时，检测到的参数将在显示器上进行显示，并由打印机进行记录。此外，在计算机单元的人机界面中可以选择信号的输入方式或人工输入信号值。

2.2 测控单元

测控单元主要是起到测量和控制的作用。它将接收到的各种信号通过485总线传送到计算机单元，并从计算机单元接受指令去控制排放阀的状态，采样泵的启动/停止和油分浓度计的清洗程序。结构如图2所示。

图2 测控单元结构图

3 系统软件结构设计

3.1 软件组成及架构

在监控系统的硬件结构设计完成之后，对于系统的软件设计也是相当重要的，只有编写正确的软件，系统才能有序的协调各个硬件的正常运行，才能满足监控的要求。本文的软件是采用C51高级计算机语言编写，并且是采用模块化的思想进行编写设计。

本文设计的排油监控的应用程序主要包括九个模块，具体见图3所示。

图3 排油监控系统软件功能框图

3.2 系统运行流程

系统开机之后启动自检程序，对系统的各个端口及外部设备进行初始化，如果初始化失败，系统则会发出报警信号，需要对其进行人工复位或者系统重启。当初始化成功之后，系统会进入显示的主界面，由用户对其进行初值设置，比如时间、油分浓度报警值等等参数。手动设置完成之后，整个系统进入监控的主循环。图4为系统的软件流程图。

系统进入监控主流程之后，通过定时中断采样对船舶的流量、航速、油分浓度等数据进行采集，由于这些数据都是模拟量，所以需要经过处理器的A/D转换后送到STM32处理器进行计算分析。当油分浓度、排放总量和瞬时排放量这三个参数中的任意一个数值超过了之前设定的预定值时，系统便会立刻做出反应，自动发出信号关闭污水排放阀，同时通过声光报警系统发出声光报警信号，并且自动启动清洗水阀对系统进行清洗。与此同时，所有的数据会在触摸屏上实时显示出来，当报警信号出现时，本系统还能通过打印机打印故障信息，并将此信息存储于SD卡中。

图4 软件系统流程图

4 结语

本文按照《73/78国际防止船舶造成污染公约》(经MEPC.117(52)号决议通过的附则Ⅰ修正案)中关于船舶排油监控系统的新要求，设计了一种新型的排油监控系统，通过数据采集和分析单元实时采集各种参数，从而为之后的报警控制决策提供可靠的依据。这对于减少船舶含油污水的排放、保护海洋环境具有十分重要的意义。

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