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[摘 要]在船舶压载处理系统过程中，由于压载水中含有较多的水生物，有的还含有病原体，在卸载压载水后会将外地水生物排放到码头所在海域中，给当地海域造成生物污染。为了避免这一问题的发生，必须做好船舶压载水处理工作。本文所探究的压载水处理系统是在基于PLC的基础上利用了紫外线辐射技术的新型压载水处理系统。紫外线技术具有杀菌和抑制细菌自我繁殖与复制的作用，不会使压载水产生二次污染，具有较高的可行性，在船舶压载水处理系统中有着良好的应用前景。
[关键词]PLC；船舶压载水；处理系统；控制
中图分类号：U664.83 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）29-0107-02
船舶压载水中有着较多的有害水生生物，在船舶行停泊在码头时，会向海洋中排放压载水，会使得一些海洋生物由其他海域迁徙到码头所在海域，这增加了码头所在海域中的有害水生物，对海洋造成了污染，为了改善这一问题，需要对压载水进行处理，可以利用紫外线辐射技术，紫外灯可以产生大量的紫外线辐射，其可以穿透细菌，可以破坏病毒的核酸结构，具有良好的杀菌效果，这种设备占地小，具有较强的灵活性，利用PLC控制技术对船舶压载水处理系统进行优化时，需要合理的利用紫外线辐射技术，这样才能实现对压载水的处理，才能提高处理系统的可靠性，保证船舶安全的行驶。
一、基于中压紫外线灭菌技术的压载水处理系统概况
根据国际压载水管理公约G8导则（压载水管理系统认可指南）和G9导则（使用活性物质的压载水管理系统的认可程序）规定。我公司研制了一套基于中压紫外线（MPUV）灭菌技术的压载水处理系统，该套系统为模块化设计，可根据船舶吨位对压载水处理能力的要求灵活配置。该系统在运行时，采用两级处理技术，即压载水在进水口被过滤处理一次，然后在经出水口流出之前再次被紫外处理一次。这样消除了在压载舱中任何可能复活或再生长的有机体被排入海洋的可能。压载水处理系统主要包括三个核心单元，过滤单元、紫外线反应器单元和自动控制单元。当压载水加载时，海水经由自清洗过滤器和紫外处理单元，过滤器的反冲洗污物在海水加载的地方就地排放，对别的海域不会引起外来生物入侵和污染，过滤后的压载水经紫外处理，杀死微生物；当压载水卸载时，压载仓内的水由于在加载时已经过滤了，在该过程中不再经过过滤器，但可选择再次经过紫外处理，避免仓内压载水的微生物复活。经压载水系统处理后，压载水的排放达到IMO压载水决议规定标准。
二、压载水处理系统的组成
2.1 过滤单元
过滤单元中含有反冲滤器这一设备，其是由桶体、过滤网、电机、排污蝶阀以及压差开关等部件构成的，过滤的精度为50μm，当反冲滤器中滤网污阻增加，而传感器压差达到20KPa时，滤器的排污阀将自动开启，从而实现反冲洗，这一过程会去除滤网上的杂物以及污物。在系统中还有紫外线辐射装置，在开启后，可以对断面水中的微生物进行灭菌处理，可以避免有害微生物以及细菌进入压载水。
过滤器对压载水有着预处理的作用，其可以防止大体积有机物进入压载舱，具有阻隔污物的作用，这可以减少压载舱中压载水的颗粒物，可以减少压载舱中的沉淀物，还可以防止压载舱中滋生有害的微生物。过滤单元是在紫外反应器之前对压载水进行处理的，其主要是去除大颗粒杂质，还可以去除海洋中的浮游，可以阻隔浮游生物，有效减少了压载水中有害微生物的数量。
2.2 紫外处理单元
紫外处理单元是利用紫外辐射对压载水中的细菌进行处理，紫外线杀菌器具有封闭的结构，采用的是不锈钢金属制成的，其内部有石英套管和紫外线汞齐灯，这种纯天然石英套管对紫外线汞齐灯有着保护作用，可以阻隔压载水，在处理的过程中，需要将压载水引入反应器中，断面过流的速度需要控制在0.75m/s，在处理时，是将紫外线照射到液体上，这种光线可以破坏细菌以及微生物细胞的DNA，在C波段的照射下，吸收大于6000-10000U.W.sec/cm2的剂量，在照射后，细菌以及病毒会丧失繁殖能力，而且会大量死亡，这种处理方法不会产生二次污染，可以保证处理后的压载水满足IMO排放标准。紫外线处理装置对紫外线的剂量有着一定要求，还对灯管的类型以及安装方法进行严格的要求，只有做好这些细节工作，才能保证杀菌的效果。
2.3 自动控制单元
自动控制单元是由PLC控制模块构成的，该控制单位在设计时，需要满足IMO相关要求，要保证单元功能的正常发挥，自动控制单元可以实现对压载水装置的管理，可以实现故障报警，还可以显示系统的运行情况，具有控制与检测的作用。自动控制单元可以对压载水装在流量进行准确的记录、对控制信息进行记录与存储以及对反冲滤器进行控制。紫外线杀菌器在运行的过程中，会受到周围环境的污染，而自动控制单元可以实现对石英套管进行清洗的控制，保证系统中各项装置功能的稳定发挥。在处理系统中，还存在电动蝶阀以及压强开关，这可以有效的对其系统工作状态进行监测。控制单元系统图见图1。
2.4 其他部件
其他部件主要包括系统中的电动蝶阀、紫外线强度传感器、计量装置、温度等。电动蝶阀实现远程遥控，相关工作人员需要设置接线盒，利用PLC控制技术，可以对开关量以及模拟量进行采集，以及对整个系统进行有效的控制。
三、压载水处理系统的工作原理
设备首先将待处理的压载水通过过滤系统进行过滤，将体积大于50微米的微生物、杂质滤去，过程中产生的杂质、残留物将通过检测手段（压差检测）上传值PLC，PLC实时的控制清洗系统对过滤器进行反冲洗，以保证过滤系统能够长期、有效的运行。紫外单元主要通过实时检测压载泵的流量，并且通过紫外线光强传感器测得的紫外线光照强度，计算出当前的剂量，以通讯方式实时控制紫外灯控制器，调节光照强度。由于潮汐的起落及海洋生物的不确定性，压载水的浊度、悬浮物的不可预测性，通过安装浊度仪实时的检测入口水质的情况，并将数据传输到PLC控制系统，PLC通过浊度仪的数据对所需的光强进行预判，再以光强检测传感器检测到的紫外线光照强度完成下一步的调节，并通过将水流速度与紫外线的光照强度计算出当前的剂量，以求将灭活剂量控制在有效的范围内。 四、PLC控制船舶压载水处理系统的关键技术
根据G8导则的规定，压载水处理系统需对设备的运行情况、运行地点、时间等数据进行记录。考虑到远洋船舶将是的全球航行，因此，在控制系统设计时，融入了GRPS数据，由于GPRS的通讯数据与PLC使用的通讯协议、电气接口并不一致，因此需对GPRS数据进行接口对接及数据解码。本系统中的解码程序涉及S7-200PLC接收、解码GPS信号，具体为一种通讯、解码成PLC可使用的数据的程序。
4.1 硬件部分
GPS设备使用NMEA0183（是美国国家海洋电子协会为海用电子设备制定的标准格式）格式。接口为RS422电气接口，支持全双工工作（可同时进行接收及发送）。S7-200使用RS485电气接口，支持半双工工作（接受、发送不能同时进行）由于只需要GPS信号不需要反馈，因此，需要将PLC通讯口与GPS通讯口对应的针脚相连接及完成物理接口的连接。如下图2所示。
4.2 软件部分
NMEA0183发送命令主要有7种，具体如表1所示。
PLC软件接收时使用字符串查找功能查找以“RMC”开始的字符串，并将该字符串保存到寄存器中。使用查找复制命令将需要的字符串数据复制到指定的寄存器中，将字符串转换成需要的数据，进行数据换算，最终得到需要的数据。
五、结语
本文对PLC控制船舶压载水处理系统进行了分析与介绍，这种系统可以降低船舶远航时对海洋资源的污染。压载水中含有大量的细菌以及有害的微生物，不经处理就将压载水排入海洋中，会传播病原生物，还会破坏海洋系统的生态平衡。相关部门对船舶压载水的排放有着一定要求，在对处理系统进行优化设计时，需要合理应用紫外线辐射技术，其可以有效的杀死压载水的细菌与病毒。
参考文献
[1]黄宏，余华峰，刘光明，储鸣.船舶压载水处理设备及应用技术研究进展[J]水处理技术.2012（03）；
[2]余安-基于PLC的船舶双柴油主机遥控模拟装置的设计与实现[D]大连海事大学2013；
[3]王伟-紫外线法处理船舶压载水应用研究[D].大连海事大学2010；
[4]邸梅-船舶压载水典型处理方法存在的问题及对策研究[D]大连海事大学2012；
[关键词]PLC；船舶压载水；处理系统；控制
中图分类号：U664.83 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）29-0107-02
船舶压载水中有着较多的有害水生生物，在船舶行停泊在码头时，会向海洋中排放压载水，会使得一些海洋生物由其他海域迁徙到码头所在海域，这增加了码头所在海域中的有害水生物，对海洋造成了污染，为了改善这一问题，需要对压载水进行处理，可以利用紫外线辐射技术，紫外灯可以产生大量的紫外线辐射，其可以穿透细菌，可以破坏病毒的核酸结构，具有良好的杀菌效果，这种设备占地小，具有较强的灵活性，利用PLC控制技术对船舶压载水处理系统进行优化时，需要合理的利用紫外线辐射技术，这样才能实现对压载水的处理，才能提高处理系统的可靠性，保证船舶安全的行驶。
一、基于中压紫外线灭菌技术的压载水处理系统概况
根据国际压载水管理公约G8导则（压载水管理系统认可指南）和G9导则（使用活性物质的压载水管理系统的认可程序）规定。我公司研制了一套基于中压紫外线（MPUV）灭菌技术的压载水处理系统，该套系统为模块化设计，可根据船舶吨位对压载水处理能力的要求灵活配置。该系统在运行时，采用两级处理技术，即压载水在进水口被过滤处理一次，然后在经出水口流出之前再次被紫外处理一次。这样消除了在压载舱中任何可能复活或再生长的有机体被排入海洋的可能。压载水处理系统主要包括三个核心单元，过滤单元、紫外线反应器单元和自动控制单元。当压载水加载时，海水经由自清洗过滤器和紫外处理单元，过滤器的反冲洗污物在海水加载的地方就地排放，对别的海域不会引起外来生物入侵和污染，过滤后的压载水经紫外处理，杀死微生物；当压载水卸载时，压载仓内的水由于在加载时已经过滤了，在该过程中不再经过过滤器，但可选择再次经过紫外处理，避免仓内压载水的微生物复活。经压载水系统处理后，压载水的排放达到IMO压载水决议规定标准。
二、压载水处理系统的组成
2.1 过滤单元
过滤单元中含有反冲滤器这一设备，其是由桶体、过滤网、电机、排污蝶阀以及压差开关等部件构成的，过滤的精度为50μm，当反冲滤器中滤网污阻增加，而传感器压差达到20KPa时，滤器的排污阀将自动开启，从而实现反冲洗，这一过程会去除滤网上的杂物以及污物。在系统中还有紫外线辐射装置，在开启后，可以对断面水中的微生物进行灭菌处理，可以避免有害微生物以及细菌进入压载水。
过滤器对压载水有着预处理的作用，其可以防止大体积有机物进入压载舱，具有阻隔污物的作用，这可以减少压载舱中压载水的颗粒物，可以减少压载舱中的沉淀物，还可以防止压载舱中滋生有害的微生物。过滤单元是在紫外反应器之前对压载水进行处理的，其主要是去除大颗粒杂质，还可以去除海洋中的浮游，可以阻隔浮游生物，有效减少了压载水中有害微生物的数量。
2.2 紫外处理单元
紫外处理单元是利用紫外辐射对压载水中的细菌进行处理，紫外线杀菌器具有封闭的结构，采用的是不锈钢金属制成的，其内部有石英套管和紫外线汞齐灯，这种纯天然石英套管对紫外线汞齐灯有着保护作用，可以阻隔压载水，在处理的过程中，需要将压载水引入反应器中，断面过流的速度需要控制在0.75m/s，在处理时，是将紫外线照射到液体上，这种光线可以破坏细菌以及微生物细胞的DNA，在C波段的照射下，吸收大于6000-10000U.W.sec/cm2的剂量，在照射后，细菌以及病毒会丧失繁殖能力，而且会大量死亡，这种处理方法不会产生二次污染，可以保证处理后的压载水满足IMO排放标准。紫外线处理装置对紫外线的剂量有着一定要求，还对灯管的类型以及安装方法进行严格的要求，只有做好这些细节工作，才能保证杀菌的效果。
2.3 自动控制单元
自动控制单元是由PLC控制模块构成的，该控制单位在设计时，需要满足IMO相关要求，要保证单元功能的正常发挥，自动控制单元可以实现对压载水装置的管理，可以实现故障报警，还可以显示系统的运行情况，具有控制与检测的作用。自动控制单元可以对压载水装在流量进行准确的记录、对控制信息进行记录与存储以及对反冲滤器进行控制。紫外线杀菌器在运行的过程中，会受到周围环境的污染，而自动控制单元可以实现对石英套管进行清洗的控制，保证系统中各项装置功能的稳定发挥。在处理系统中，还存在电动蝶阀以及压强开关，这可以有效的对其系统工作状态进行监测。控制单元系统图见图1。
2.4 其他部件
其他部件主要包括系统中的电动蝶阀、紫外线强度传感器、计量装置、温度等。电动蝶阀实现远程遥控，相关工作人员需要设置接线盒，利用PLC控制技术，可以对开关量以及模拟量进行采集，以及对整个系统进行有效的控制。
三、压载水处理系统的工作原理
设备首先将待处理的压载水通过过滤系统进行过滤，将体积大于50微米的微生物、杂质滤去，过程中产生的杂质、残留物将通过检测手段（压差检测）上传值PLC，PLC实时的控制清洗系统对过滤器进行反冲洗，以保证过滤系统能够长期、有效的运行。紫外单元主要通过实时检测压载泵的流量，并且通过紫外线光强传感器测得的紫外线光照强度，计算出当前的剂量，以通讯方式实时控制紫外灯控制器，调节光照强度。由于潮汐的起落及海洋生物的不确定性，压载水的浊度、悬浮物的不可预测性，通过安装浊度仪实时的检测入口水质的情况，并将数据传输到PLC控制系统，PLC通过浊度仪的数据对所需的光强进行预判，再以光强检测传感器检测到的紫外线光照强度完成下一步的调节，并通过将水流速度与紫外线的光照强度计算出当前的剂量，以求将灭活剂量控制在有效的范围内。 四、PLC控制船舶压载水处理系统的关键技术
根据G8导则的规定，压载水处理系统需对设备的运行情况、运行地点、时间等数据进行记录。考虑到远洋船舶将是的全球航行，因此，在控制系统设计时，融入了GRPS数据，由于GPRS的通讯数据与PLC使用的通讯协议、电气接口并不一致，因此需对GPRS数据进行接口对接及数据解码。本系统中的解码程序涉及S7-200PLC接收、解码GPS信号，具体为一种通讯、解码成PLC可使用的数据的程序。
4.1 硬件部分
GPS设备使用NMEA0183（是美国国家海洋电子协会为海用电子设备制定的标准格式）格式。接口为RS422电气接口，支持全双工工作（可同时进行接收及发送）。S7-200使用RS485电气接口，支持半双工工作（接受、发送不能同时进行）由于只需要GPS信号不需要反馈，因此，需要将PLC通讯口与GPS通讯口对应的针脚相连接及完成物理接口的连接。如下图2所示。
4.2 软件部分
NMEA0183发送命令主要有7种，具体如表1所示。
PLC软件接收时使用字符串查找功能查找以“RMC”开始的字符串，并将该字符串保存到寄存器中。使用查找复制命令将需要的字符串数据复制到指定的寄存器中，将字符串转换成需要的数据，进行数据换算，最终得到需要的数据。
五、结语
本文对PLC控制船舶压载水处理系统进行了分析与介绍，这种系统可以降低船舶远航时对海洋资源的污染。压载水中含有大量的细菌以及有害的微生物，不经处理就将压载水排入海洋中，会传播病原生物，还会破坏海洋系统的生态平衡。相关部门对船舶压载水的排放有着一定要求，在对处理系统进行优化设计时，需要合理应用紫外线辐射技术，其可以有效的杀死压载水的细菌与病毒。
参考文献
[1]黄宏，余华峰，刘光明，储鸣.船舶压载水处理设备及应用技术研究进展[J]水处理技术.2012（03）；
[2]余安-基于PLC的船舶双柴油主机遥控模拟装置的设计与实现[D]大连海事大学2013；
[3]王伟-紫外线法处理船舶压载水应用研究[D].大连海事大学2010；
[4]邸梅-船舶压载水典型处理方法存在的问题及对策研究[D]大连海事大学2012；