新型船舶排油监控系统设计与实现

图 1 排油监控系统图
测量含油污水中的油分浓度值；（2） 流量计———用测 量单位时间内排出含油污水的量；（3） 船舶航行速度 指示器———给出船舶航行速度；（4） 取样系统———传 递代表性含油污水至油分浓度计；（5） 停止舷外排放 的舷外排放 控 制 装 置———在 参 数 超 标 状 态 下 停 止 舷 外排放；（6 ） 控制系统———对数据进行计算分析，自 动控制阀门的状态，另外包括了显示、存储功能［3］.
瞬时油份浓度不得超过 15 mg / L . ［1］ 本文所设计的排 油监控系统是根据 GB / T 12918—2009《油船排油监 控系统技 术 条 件 》要 求 所 设 计 的，将 油 份 浓 度 信 号、 船速信号、及流量信号等模拟量信号送入单片机进行 计算分析，经过计算油量瞬间排放率和排放总量，从 而决定是否打开舷外排放阀进行排放，当油量的瞬间 排放率不超过 30L / n mile 时，油份浓度也不得超过 15 mg / L ，排放总量未超过上次载油量的 1 /30000 时， 由单片机发出打开舷外排放阀的指令，进行正 常排 放. 当参数越限时即不符合公约要求的排放标准时发 出声光报警，并关闭舷外排放阀，停止排放［2］.
0 引言 根据《73 /78 防污公约》及 1992 年 MARPL73 /78
修正案［Res. MEPC. 51（31） ］，150 总吨及以上所有油 船都应安装经主管机关认可的排油监控系统，对油船 含油污水的排放提出了更高的要求. 根据修正案的排 放规定，油船在排 放 含 油 污 水 时 ，船 舶 不 在 特 殊 区 域 内，货油舱处所含油污水的排放距最近陆地 50n mile 以上，机器 处 所 的 舱 底 含 油 污 水 的 排 放 距 最 近 陆 地 12n mile 以上，正在航行途中，油量的瞬间排放率不 超过 30L / n mile；排入海中的总油量，不得超过上航 次载油量的 1 /30000；排油监控系统正在运行中，即
3 排油监控系统软件设计 本文所设计的油船排油监控系统软件采用 C51
计算机高级语言编写，并且采用模块化的思想进行程 序 设 计，具 有 可 读 性 好、便 于 修 改、可 移 植 性 好 等 优 点［5］. 首先根据整个系统的设计要求，设计出监控系 统主程序，其次设计出单片机与各个外部设备连接的 监控驱动程序，这些设备包括键盘、液晶显示、打印机 等，另外还有串行通信、时钟日期等驱动控制程序，最 后根据监控系统的需要，设计模拟量采集及开关量的 输入输出程序. 整个系统软件设计运用模块化思想， 程序设计简单，程 序 运 行 速 度 快，从 而 使 整 个 系 统 更 加可靠，运行效率高，人机界面友好，操作简单［6］.
［3］ 蔡伟昭. 油船排油监控系统设计［J］. 广船科技，2002 （2） ： 27-31.
［4］ 张立科. 8051 系列单片机 C 程序设计完全手册［M］. 北京：人民邮电出版社，2006.
［5］ 黄浩，赵光宙，刘栋良. 基于 VB 的排油污水监控系统 工业控制计算［J］. 工业控制计算机：2005（7） ： 28-30.
关键词： 油船； 排油监控； 单片机； SD 卡 中图分类号：TP271. 4 文献标识码：B 文章编号：1005-8354（2011）01-0025-04
Design of New Oil Discharge Monitoring and Control System
ZHOU Fei-yun，ZHAO You-tao，LIU Yan-cheng，ZHANG Qiao-fen
收稿日期：2010-10-14 作者简介：周飞云（1986-） ，男，硕士研究生，主要研究方向为“机电一体化”.
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本文的创新之处在于将 SD 卡用于存储监控数 据，并能保存 18 个月，另外通过 RS485 从 GPS 定位系 统将船舶位置信号采集并送给控制单元，从而进行能 够根据不同区域的排放要求进行处理.
式中，C 为瞬间排放率（ L / n mile） ；m 为油份浓度 （ mg / L） ；Q 为含油污水排出量（ m3 / h） ；V 为船舶航行 速度（ n mile / h） .
t
∑ 排油总量计算公式： L = （ Qm） ti·t × 10 －3 ti = 0
（2） 式中，L 为排油总量（ L） ；t 为排放含油污水的累 积时间（ h） ；mti为 ti 时排水中油分浓度（ mg / L） ；Qti 为 ti 时含油污水排出量（ m3 ） . 由式（1） 和式（2） 可知，要监测瞬时排放率和排 油总量，就必须测得排水中油分浓度、单位时间排水 量、排水时船舶航行速度和排水时间，经过计算输出 控制信号，并在液晶显示器上显示记录. 因此排油监 控系统主要包括以下设备：（1） 油分浓度计———用来
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图 4 排油监控源自文库统软件流程图
5 运行总结 排油监控系统在大连海事大学轮机模拟器上实
际运行时性能 良 好，能 够 根 据 设 计 要 求，实 时 监 控 船 舶含油污水的排放，一旦油分浓度等相关参数超标或 者系统出现故 障 时，会 发 出 声 光 报 警，同 时 关 闭 舷 外 阀停止排污，每次报警都会自动打印相关参数并能存 储在 SD 卡中，另外本系统除能够查询和打印所选定 的一段时间的 相 关 数 据 外，在 排 放 运 行 过 程 中，每 隔 五分钟自动打印并保存当前监控参数留存. 系统能够 在线实时的显示具体的时间和日期，油份浓度，航速， 瞬时排放率，排油总量，经度，纬度，舷外阀、冲洗水阀 的状态等数据 （ 以上的数据都是实时更新的数据）.
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图 2 控制单元结构框图
图 3 控制单元电路简图
系统中控制模块的 CPU 选用 STC12C5A60S2 单 片机，是高速、低功耗超、强抗干扰的新一代 8051 单 片机，指令完全兼容传统 8051，但速度快 8-12 倍，片 上集有 1280 字节 RAM，60kEPROM，其自带八路十位 精度 AD 转换，不必另加 AD 转换芯片，转换速度可达 250K / S［4］. DS1302 时钟 日 期 电 路 放 在 CPU 板 上，另 外 STC12C5A60S2 有 双 串 口 和 SPI 接 口，能 够 实 现 RS232、RS485 双串口通讯以及与 SD 卡 方 便 连 接 通 信，正好满足本 监 控 系 统 的 要 求 ，为 了 满 足 系 统 对 大 量数据的处理功能，扩展了一个 6264. 图 3 为控制单 元的部分电路简图.
2 排油监控系统控制器设计 本文所设计的排油监控系统的控制器由 CPU 板
和人机交互界面板组成，其中 CPU 板上包括了模拟 量输入输 出、开 关 量 的 输 入 输 出、RS232 串 口 通 讯、 RS485 串口通讯、打印及存储数据等功能模块，人机 交互界面板包括液晶显示及 20 键的专用键盘及驱动 电路. 控制单元结构见图 2.
满足最新公约及防污法规的要求.
参考文献：
［1］ IMO.“1973 年国际防止船舶造成污染公约”的 1978 年议定书［S］. London：［s. n. ］，1978.
［2］ 刘雁澄，殷佩海，孙秀军. 船舶污油水排放监控系统的 研制［J］. 大连海事大学学报，1999，25（4） ： 70-73.
（ Marine Engineering College，Dalian Maritime University，Dalian 116026，China）
Abstract：Oil discharge monitoring and control system is used to monitor the bilge water of ship and oily ballast water from oil tanker. this paper analyzed the status of vessel oil discharge and the deficiencies of mainstream vessel oil discharge monitor system，designed a new type of oil discharge monitoring and control system according to the resolution of IMO. MEPC. 107（49） and IMO. MEPC. 108（49） . The oil discharge monitoring system This article designed could measure signals of oil density，ship speed，flow and Ship position signal by sensors ，calculated by computer to control oily wastewater discharge，can also display ，print and store monitoring data by SD card ，meet the latest national standard GB / T 12918-2009“oil tanker oil discharge monitoring system technical conditions”and international convention. Key words：oil tanker； oil discharge monitoring and control system； single-chip computer； SD card
1 排油监控系统总体设计 根据《73 /78 防污公约》规定，油船排放含油污水
包括含油压载水和洗舱水必须在排油监控系统监控 下，所排放的含油污水油分浓度小于 15 mg / L，使油 的瞬间排放率小于 30L / n mile，排油总量小于载油量 （ T） 的 1 /30000.
瞬间排放率由下列公式计算：C = Q × m × 10 －3 V （1）
新型船舶排油监控系统设计与实现
周飞云， 赵友涛， 刘彦呈， 张巧芬
（ 大连海事大学 轮机工程学院，大连 116026）
摘 要： 在分析现有主流排油监控系统不足之处的基础上，根据 IMO. MEPC. 107 （49） 和 IMO. MEPC. 108（49） 决议案的最新要求，设计出一种新型的排油监控系统. 通过读取油份浓度、 船速、流量和船舶位置信号，经过计算机的计算分析，从而自动控制含油污水的排放，并能实现 显示、打印及通过 SD 卡存储监控数据的功能，满足最新国家标准 GB / T 12918-2009《油船排油监 控系统技术条件》及国际公约的要求.