摘 要

为了使船舶的燃油消耗降低从而使船舶的运营成本尽可能的减少,各国的船舶企业一直在寻找各式各样的手段来降低燃油消耗。因为船舶航行阻力与航速成正相关,船舶航速的降低可以使船舶阻力减小,因而在给定的航期条件下,为了使船舶的燃油消耗减少,我们可以合理地去降低船舶的航行速度，使船舶所受的阻力减小，从而降低在给定航期下的船舶油耗。因为在实际航行过程中,船舶的燃油消耗量与柴油机转速、船舶航速之间会有一个最佳的匹配点。根据船舶整个航程的海况,整体规划航速,在航运要求下尽可能的降低船舶的耗油量对船舶具有深远的意义。

本文根据现有的船舶节能的理论与技术,主要研究和设计了自动寻优车钟控制系统的控制策略与基本组成,相比只通过理论推导得出最佳航行速度的复杂与不便，该系统能实时实地将航行期间船舶的单位距离下燃油消耗量采集，通过自动或手动的控制方式控制船舶航行于最佳航速下，从而获得最好的经济效益，给船舶运营商提高船舶经济效益，更好的节能减排提供了新思路，新方法。

本文主要完成了以下工作:

(1)概括总结了当前船舶节能的方法及原理,

(2)依据对航速优化方案原理的研究对自动寻优车钟进行了功能分析

(3)结合影响航速和柴油主机的耗油量的因素,根据影响耗油量的因素制定了寻优车钟的控制策略。

关键词:航速 寻优 节能 单位距离油耗 自动控制

Abstract

In order to reduce the fuel consumption of the ship so that the operating costs of the ship as much as possible to reduce the country's shipping companies have been looking for a variety of means to reduce fuel consumption. Since the ship's navigational resistance is positively related to the speed of the ship, the reduction in the speed of the ship can reduce the ship's resistance, so that in order to reduce the fuel consumption of the ship under a given period of time, we can reasonably reduce the speed of the ship's voyage. Because in the actual voyage process, the speed of the host, the ship's voyage speed and the ship's fuel consumption will have an optimal match point. According to the ship's entire range of sea conditions, the overall planning speed, in the shipping requirements as much as possible to reduce the ship's fuel consumption on the ship has far-reaching significance.

Based on the theory and technology of existing ship energy saving, this paper mainly studies and designs the control strategy and basic composition of the automatic optimization of the clock control system, so that the system can collect the fuel consumption of the unit in real time and according to the fuel consumption Through the automatic or manual control mode, the ship is operated at the lowest speed and working condition of the unit, so as to avoid the inconvenience of obtaining the best navigation speed through the theoretical deduction, which provides a new way and direction for the ship energy saving.

    This paper mainly completed the following work:

(1) summarizes the current methods and principles of energy saving of ships,

(2) Based on the study of the principle of speed optimization program, the function of automatic optimization

(3) Combining the factors that affect the fuel consumption of the speed and diesel main engine, the control strategy of the optimal vehicle clock is established according to the factors influencing the fuel consumption.

    Key words: speed optimization energy saving unit distance fuel consumption automatic control

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1研究目的及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1 国外研究现状 1

1.2.2 国内研究现状 2

1.3本文研究的主要内容 3

第2章 自动寻优车钟的功能与组成分析 4

2.1功能分析 4

2.1.1 系统功能 4

2.1.2信号类别 4

2.1.3传感器选型 5

2.1.4数据存储 9

2.2 系统组成 9

2.2.1主控制器单元 11

2.2.2车钟信号切换与控制单元 12

2.2.3信号采集处理单元 14

2.2.4 系统CAN 组网通讯 15

第三章 船舶航速的选择与机桨匹配优化分析 16

3.1船舶航速的选择 16

3.1.1 船舶航速、主机功率与油耗量之间的关系 16

3.1.2 主机功率与主机转速间的关系 17

3.1.3 船舶降速航行的经济性分析 17

3.1.3.1 降速航行的节能原理 17

3.1.4 最佳航行速度的选择 20

3.1.4.1 最佳航速的选择方法 20

3.2 船、机、桨匹配优化策略研究 20

3.2.1 船机桨工况配合 21

3.2.2 优化方法 21

第四章 自动控制策略设计 23

4.1主控制器单元 23

4.1.1 主程序的说明 24

4.1.2 主程序的设计 26

4.1.3 处理与显示模块的程序设计 27

4.1.4 寻优模块的程序设计 28

4.1.5 修正模块程序设计 30

4.2 信号采集处理单元 32

4.3 车钟信号切换控制单元 32

第五章 结论与展望 34

4.1 结论 34

致 谢 35

参考文献 36

第一章 绪 论

1.1研究目的及意义

燃油费用是船舶运输成本费用的重要组成部分,众多航运企业一直努力设法降低船舶的油耗。因衡量船舶自身节能力大小的标尺是船舶的单位距离燃油消耗量。因为船舶航行阻力与航速成正相关，降速可以使船舶所受阻力减小，为了使船舶的燃油消耗减少，我们可以使船舶适当降速航行。但降低航行速度会使螺旋桨的敞水效率降低又会导致能耗增加。经研究发现，一方面柴油机的转速，船舶的航行速度，水流的流速会影响螺旋桨的推进效率。在另一个方面，柴油机因工况的差异也会产生其转速的变化。所以，船舶运营商一直追求一个最佳的航速，使船舶在这个航速下具有单位距离的最低油耗量^[5]。

航运企业一直把获得经济效益视为企业生存发展的重中之重。船舶的航行速度的变化极为敏感的影响着船舶的经济效益。所谓航速寻优也就是选择船舶最佳航行速度的过程。从船舶节能的角度出发,船速的下降不一定使主机的燃油消耗率也随之下降。从经济角度来讲降低航速其实看的是时间于油价的关系。因此,要综合的去考虑所有因素对于船速的影响以最终确定最佳航速是一项复杂而重要的工作

本文的目的是设计自动寻优车钟控制系统的控制策略时期通过自动或手动的控制方式确定并使船舶运行于最佳航速下，从而获得最高的经济效益。

1.2国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

国外关于船舶营运航速寻优和减少燃油费用的研究包括从流体动力学角度设计螺旋桨推力，提高其推进效率；合理的规划船舶班轮次数、航线、停泊时间以及提高港口装卸货效率；使用新能源来提高经济效益等方面，研究文献如下所示：