轮机自动化教程---大管轮4.1教程柴油机冷却水控制
轮机自动化
三通调节阀
M
执行电机
冷却器
三通调节阀
M
执行电机
冷却器
图1-1-1 汽缸冷却水温度控制原理
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直接作用式冷却水温度控制
膨胀水柜
冷却器
泵
主 机
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MR-Ⅱ型电动冷却水温度控制系统
一、控制系统的组成及工作过程 图1-1-2 二、电源电路及继电器开关电路 图1-1-3d 三、输入电路和指示电路 图1-1-3a 四、PD控制电路 图1-1-3b 五、脉冲宽度调制电路 图1-1-3c 六、管理要点
C2 R7
D2 D4
R9
增温 D8 R13
D5 T1
R12
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管理要点
1.面板功能 2.投入使用 3.故障排除通则 4.参数调整
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第二节 VAF型燃油粘度控制系统
船舶柴油机，尤其是主机，通常燃用重油。 重油的粘度较大，为便于燃油的输送和雾化， 必须对燃油进行加热，并使其粘度值维持在设 定范围内。
C2 R2
R3 R4 R7
_ C3 TU1
W2 R10
_ C4
+ R6 W1
R9
TU3 +
R11
5
_ C4
TU2 +
图1-1-3b
MRV板，比例微分控制电路
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图1-1-3c MRD板，脉冲宽度调制电路 R10
_
+16V
R8
5 R1
R2
TU1 +
D6
R6
R3 C3
R5
D1 D3
T2
R11 D7 降温
W1
W2 _
C1
R4
船用柴油机中央冷却系统水温的智能控制(初稿)
摘要随着计算机技术、测量仪器和控制技术的高速发展，在现代自动控制领域中，应用了越来越多的先进测量控制技术、设备和方法。
在这些众多的先进测量控制技术中，由于单片微处理器的性能日益提高、价格又不断降低，使其性能价格比的优势非常明显。
因此，如何将单片微处理器应用到船舶自动控制领域，成为目前轮机自动化的焦点课题之一，为越来越多的科研机构所重视。
PID水温控制调节方法出现时间较早，已被大部分现代船舶所淘汰。
因此本文针对传统的柴油机中央冷却系统水温PID控制系统算法较为复杂，不能准确、快速、灵敏、稳定的调节柴油机冷却水的温度，提出了基于89C51单片机的智能冷却水调节系统的控制方案和具体方法。
在建立柴油机中央冷却系统高温淡水（缸套冷却水）冷却回路的动态热力模型基础上，将柴油机功率模糊信号引入到了高温冷却水温度控制系统中。
通过调节三通阀的开度，从而可以达到降低冷却水温度的动态偏差，快速而准确的调节冷却水温度的目的。
比较得出基于功率信号模糊预调节与水温Smith+PID调节的智能控制方法，明显优于常规PID控制方法。
在实际应用中实现了对船舶柴油机冷却水的智能精确控制，减少了油耗，延长了发动机的使用寿命。
关键词：智能控制；89C51单片机；精度高；速度快1AbstractWith the rapid development of computer technology, measuring instruments and control technology, the application of advanced measurement and control technology, equipment and methods were applied in the modern field of automatic control. Due to the improving performance and decreasing price of single-chip microprocessor, its cost performance became outstanding beyond the numerous advanced measurements and control technologies. Therefore, one of the focuses of the current turbine automation topics is to apply the single-chip microprocessor into ship automatic control, which has been paid attention to by more and more research institutions.PID temperature control adjustment method, which has the problems of complexity and can not accurately, rapidly, sensitively and stably control the diesel’s cooling system, had been eliminated by most modern ships. Therefore, this essay will focus on the the problems of the PID control system algorithm of the central cooling system water temperature in conventional diesel engines, and propose a control scheme and approach which is based on the 89C51 micro-controller smart cooling water conditioning system. The solution is to introduce the engine power fuzzy signal into a high-temperature cooling water temperature control system by establishing a dynamic model of the central engine cooling system temperature fresh water ( jacket cooling water ) cooling circuit on the basis of thermodynamic model. By adjusting the opening degree of the three-way valve to achieve the aim of reducing the dynamic deviation of water temperature and quickly and accurately adjusting the cooling water temperature. It can be significantly better than the conventional PID control methods system simulation studies which gains fuzzy intelligent control power signal pre-conditioning and water -based Smith + PID regulator. In practical applications, not only precise control of intelligent engine cooling water vessel is achieved, but also the fuel consumption is reduced and the life of the engine is extended.KEY WORDS:intelligent controls,89C51 microcomputer, high precision, high speed2目录摘要 (1)ABSTRACT (2)第1章绪论 (5)第2章船用柴油机中央冷却系统 (10)2.1船用柴油机中央冷却系统工作过程 (10)2.2系统的构成 (10)2.2.1 系统结构图 (11)2.2.2 系统各组成部分功能说明 (11)2.3 系统的性能指标 (13)2.3.1 系统的主要技术功能 (13)2.3.2 系统的性能特点 (14)第3章系统硬件组成 (15)3.1 系统硬件组成结构图 (15)3.2 系统各部分结构 (16)3.2.1 测温电路 (16)3.2.2 A/D转换电路 (17)3.2.3 键盘与显示电路: (18)3.2.4 串行通讯模块: (19)3.2.5 声光报警电路: (19)3.2.6 主控单元(MCC): (20)第4章系统软件介绍 (22)4.1 温度控制系统算法 (22)4.1.1 系统的整体控制 (22)4.1.2 算法介绍 (23)4.2 计算机软件及功能 (28)4.3 单片机的软件设计 (30)34.3.1 主程序: (31)4.3.2 T.0中断服务子程序 (32)4.3.3 串行口中断服务程序 (33)第5章系统可靠性研究 (34)5.1 系统硬件的可靠性设计 (34)5.2 系统软件的可靠性设计 (36)第6章结论 (38)致谢 (39)参考文献 (40)4第1章绪论1.1课题提出背景船舶柴油机冷却水温度控制技术是轮机自动化技术的重要组成部分。
一 冷却水温度控制系统.
项目十机舱辅助控制系统【项目描述】Item Description冷却水（Cooling Water）温度控制系统、燃油供油单元（Fuel Oil Feed Unit）自动控制系统、燃油净油单元（Fuel Oil Purification Unit）自动控制系统是船舶机舱（Engine Room）主要的辅助控制系统，控制辅助设备的正常运行，为船舶动力系统（Shipping Dynamical System）设备提供保障。
对机舱辅助控制系统的掌握，正确使用调节是轮管人员（Marine Engineer）必备的基本技能。
通过本项目的学习，学生具体应达到以下要求：一、知识要求（knowledge demand）1.能表述冷却水温度控制系统的组成及工作原理，了解中央冷却水温度控制系统的基本概念；2.能表述燃油供油单元自动控制系统、测黏计（Viscosity Meter）、燃油黏度控制系统的工作原理；3.能表述燃油净油单元自动控制系统的组成及工作原理，熟悉EPC-50控制系统的面板（Panel）操作及I/O信号二、能力要求（ability demand）1.具备冷却水温度自动控制系统的操作与管理能力；2.熟悉燃油供油单元的综合控制，具备燃油供油单元自动控制系统的操作与管理能力；3.具备燃油净油单元自动控制系统的操作与管理能力；三、素质要求（quality demand）1.养成善于动脑、勤于思考、及时发现问题的学习习惯；2.培养理论联系实际、善于分析和解决工程实际问题的能力；3.培养理性思维能力和科学求实的精神；4.培养学习新技术的能力，增强创新意识。
【项目实施】Item implementation任务一冷却水温度控制系统一、学习目标（learning target）1. 掌握此种冷却水温度控制系统的基本组成和特点：2. 掌握冷却水温度控制系统的参数设置及调整；3. 熟悉此冷却水温度控制系统的故障诊断及在轮机自动控制中的应用管理。
船舶柴油机汽缸冷却器水温度自动控制系统的研究与实现
摘要:为了实现机舱自动化控制,设计了以DSP为控制核心的船舶柴油机缸套冷却水自动控制系统,并根据系统需求选用了其他相适应的硬件。
船舶柴油机缸套冷却水温度是监控主机是否正常运行的一个重要热工参数,但其变化具有滞后特性,在该系统引入史密斯补偿的数字PID控制方法后,解决了水温缓慢变化滞后特性引起系统超调量大和振荡的问题,实现了对象的在线控制。
关键词:DSP柴油机冷却水系统温度控制史密斯预估器PID控制滞后特性文章来自：吴云凯Abstract:In order to mi plementautomatic controlofmarine engine compartmen,t an automatic coolingwatercontrolsystemwithDSP as the con-trolkernel for jacketofmarine dieselengine hasbeen designed, and other correspondinghardware is selected in accordancewith the requirementsof the system. The temperature of the coolingwater for jacket is an mi portant thermal parameter formonitoring normal operation of the engine,while it features tmi e-lag characteristic. Having been introduced digitalPID controlwith Smith compensation, the big overshoot and oscillationcaused by tmi e-lag because of the slow change of temperature are elmi inated; thus on-line control of the object can be mi plemented.Keywords:DSP Diesel engineCoolingwater system Temperature control Smith predictor PID control Tmi e-lag characteristic0引言目前,船舶主柴油机大都采用中央冷却水系统[1],汽缸套和汽缸盖几乎都是采用淡水冷却。
船舶柴油机冷却系统工作原理
船舶柴油机冷却系统工作原理船舶柴油机冷却系统是一个重要的系统组成部分，能有效地控制柴油机的温度，保障机械设备的安全和稳定运行。
本文将阐述船舶柴油机冷却系统的工作原理，包括冷却水的循环流动、热交换和调节机理。
船舶柴油机冷却系统的工作原理是基于热力学原理的，通过对冷却水的循环流动、与柴油机发热零件之间的热交换以及冷却水的温度调节来控制柴油机的冷却效果。
具体结构包括水面冷却系统和内部冷却系统。
水面冷却系统主要是将海水或淡水通过水泵引入船舶柴油机水箱中，由此达到冷却柴油机的目的。
在水箱中，冷却水和柴油机的发动机之间通过一个热交换器来实现热量的转换。
当柴油机内部发热部件的温度升高时，冷却水会吸收这些热量并迅速流回水箱，实现了的循环。
内部冷却系统是柴油机内部直接对高温部件的冷却工作进行调节，与水面冷却系统相辅相成。
其基本结构是水泵、散热器和水管。
当柴油机开始工作时，水泵将冷却水抽入散热器，然后在散热器中排放。
此时，由于高速碰撞和摩擦，发动机内部的摩擦部件和气缸壁上会产生大量的热量。
热量通过壳体和水管传到散热器的壁面，然后通过水管将热量传导到冷却水内部，进而再次进行循环的利用。
在船舶柴油机冷却系统中，调节机理也很重要。
为了控制柴油机的温度，冷却水需要不断地循环流动，并根据柴油机的用途和负载使用船舶柴油机冷却系统中的通断器、调节杆、水温计来控制水温，由此保持柴油机的稳定工作。
在日常维护中，需要对船舶柴油机冷却系统进行定期的检修和清洁，以保证其顺畅地运行。
一旦发现故障，要及时处理，以免造成更多的损害。
特别是在长时间停运的船舶中，冷却水常常滞留在发动机中，因此必须在重新启动发动机前进行清洗和注油的工作以防止冷却水在启动过程中对机器产生影响。
综上所述，船舶柴油机冷却系统是一个复杂且重要的系统。
正常的运转和维护需要有专业的技术人员进行监视和操作。
在航行途中出现故障或者机器过热时，要及时对船舶柴油机冷却系统进行维修和调试，以确保整个船舶的安全、稳定和经济效益。
第2章 第一节 柴油机气缸冷却水温度自动控制系统
R5
D1
R11 降温
W2
调整VTUI和VTU2可 以调整不灵敏区
TU1负饱和，D1导通； C1经W1R5D1放电，电压降低； 低于VTU1TU1正饱和；T1截止； 显然W1可以调整放电时间。
增温 R13
D2
_
D8
R9
D4
D5 R12
VTU2－
TU2 +
正反馈
T2
TU2负饱和，T2截止
C1 -16V
R4
R5 _ C3 TU1 + R6 _ C4 W1
R8 W2 R10 R9 R11
R13
15 R1 R14 C1
_ C5 TU3 + 5
加法器
温度升高，输出U15增 大，U5增加；反之减小。
TU2 +R7Fra bibliotek比例图1-1-3b
MRV板，比例微分控制电路
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第1章
反馈控制系统实例
第一节 柴油机汽缸冷却水温度自动控制系统
第二节 VAF型燃油粘度控制系统 第三节 VISCOCHIEF型燃油粘度控制系统 第四节 大型油轮辅锅炉水位自动控制
第五节 大型油轮辅锅炉蒸汽压力自动控制
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R10
TU1正饱和，T1截止
R8
正反馈
D6
T1
D7
D3 D1 -16V +16V D2 R9 D4 D5 T2
TU2正饱和，T2导通 正反馈
温度降低， U5（负）降低； VTU2、VTU1 TU1正饱和T1截止；绝对值相等 TU2变为正饱和； D5和T2导通
武汉理工大学轮机自动化最后整理
第一章反馈控制系统一柴油机气缸冷却水温度自动控制系统1.冷却水控制调节原理：把冷却水分成两部分，一部分通过淡水冷却器，经海水冷却使温度降低,另一部分不通过冷却器，直接与经冷却器的淡水混合。
然后进入柴油机气缸的冷却空间，若冷却水温度偏高,则需要减少不经冷却器的旁通水量，增加经冷却器的淡水量，反之亦然2.根据测温元件安装位置不同,气缸冷却水温度控制系统有哪两种控制方式？各有何特点？答:①控制冷却水进口温度，控制在给定值或给定值附近，但冷却水出口温度会随柴油机负荷的变化而有所变化,在超负荷运行时，出口温度将会发生过高现象。
②控制冷却水出口温度，冷却水出口温度可以控制在给定值或给定值附近，但冷却水进口温度会随着柴油机负荷的变化而变化,特别是在负荷增加时,冷却水进口温度会下降。
3.参照图1.1所示，指出反馈环节，调节器和执行机构，并画出系统的控制原理图反馈环节：T802型热敏电阻调节器：MR—Ⅱ型调节器执行机构：限位开关过载保护继电器三相交流伺服电机控制原理图：给定值MR-Ⅱ调节器执行机构三通阀T802传感器4 参照图工电路，分析其比例微分原理,并指出如何整定比例系数和微分时间？答调整电位器W1 可改变放大倍数K，即可整定比例为分调节器的比例带PB，调整W2可整定微分时间图1.2说明电路在系统中的作用 图1.b08*u 68BR U R R =+； 001537A U U U U R R --= ;所以1508*8*77()()368368B B A A A R U R U R R U U U U U R R R R R R =--=--++;157()3B A R U U U R =-二．V AF 型燃油粘度自动控制系统1.分析图中VAF 燃油粘度控制系统，简述燃油粘度控制系统的功能 答：功能：在燃油进入高压油泵以前，把燃油粘度作为被控量，根据燃油粘度的偏差值，控制加热器蒸汽调节阀的开度或电加热器的接触器,使燃油粘度维持在给定值上。
柴油机气缸冷却水温度控制系统共26页word资料
第四章柴油机冷却水温度控制系统概述柴油机装置中的冷却循环，是指在系统中的介质从柴油机或装置中吸收了热量而提高温度后，再经冷却器放出热量使温度降低，然后回到柴油机或装置中去。
在中、小型柴油机装置中，只有缸套冷却水和滑油系统的温度需要调节。
而大功率柴油机装置管路系统复杂，需要进行温度控制的参数，除缸套冷却水和滑油系统外，尚有活塞冷却系统，增压空气冷却器的冷却水系统、喷油嘴冷却系统，以及冷却淡水及滑油的舷外水冷却系统等。
柴油机运行时，气缸套和缸盖必须用淡水来冷却。
总是希望把冷却水温度维持在设备说明书所规定的数值上，这对柴油机安全、可靠和经济地运行十分重要。
如果冷却水出口温度过高，则缸套内温度就高，油膜容易蒸发，加剧缸套的磨损；使缸套和缸体所形成的冷却水腔接合处的橡胶密封圈损坏；还会使燃烧时的过量空气系数减少，略微降低指示功率和效率。
如果冷却水出口温度过低，又会使散热损失增加；特别是缸套内外温差太大，会导致热应力增大，时间一长容易出现裂纹；当使用含硫的燃油时，由于缸壁温度较低，燃气中的二氧化硫、三氧化硫可能会形成亚硫酸、硫酸，使缸套等受到腐蚀。
冷却水温度的控制方法通常是采用三通调节阀把气缸冷却淡水分成两部分：一部分通过淡水冷却器，用海水冷却淡水使其温度降低；另一部分不通过淡水冷却器，与经过冷却的淡水混合，然后进入柴油机气缸的冷却空间。
若冷却水温度高于给定值，则开大主阀，增加通过淡水冷却器的淡水量；关小旁通阀，减少不经冷却器旁通的水量，使冷却水温度降回到给定值。
若冷却水温度低于给定值，则关小主阀，开大旁通阀，减少经冷却器的水量，使冷却水温度回升到给定值。
控制这两部分水量比例大小的部件是三通调节阀，也是该控制系统的执行机构。
冷却水温度自动控制系统根据测温元件的位置不同有两种控制方案：一种方案是把测温元件装在柴油机冷却水进口管路上，测温元件的输出信号与冷却水进口温度成比例地变化。
测温元件的输出信号送入调节器，调节器把冷却水温度的给定值和测量值相比较得到偏差值，然后按照某种作用规律输出控制信号到执行机构，从而改变三通调节阀的开度，把冷却水的进口温度控制在给定值或给定值附近。
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感温元件
主
调
机
节
器
感温元件
主
调
机
节
器
三通调节阀
M
执行电机
冷却器
三通调节阀
M
执行电机
冷却器
气缸冷却水温度控制原理
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气缸冷却水温度控制系统方案
• 重要性： 柴油机在运行时，缸套和缸盖必用淡水
冷却，温度必须控制在45°- 75°。 控制方案： （1)把感温元件放在柴油机冷却水进口管 路上。 • （2）把感温元件放在柴油机冷却水出口 管路上。
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系 统 的
组 成 及
工 作 过 程
（一）系统的组成及工作过程
• 组成：测温元件T802；
•
MR-Ⅱ型温度指示调节仪；
•
接触器和开关箱；
•
过载保护继电器；
•
执行电机和三通阀；
•
冷却器。
• （1）热敏电阻T802
• 特点： 具有负的温度系数，T↑→Rt↓。
•
T＝20℃，Rt＝802Ω。
• （2）MR-Ⅱ型指示调节仪
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MR-Ⅱ型调节器 的
正面面板
（二）电源电路（MRP和MRS板）
• 1、 交流电源电路板（MRP） • 作用：提供220V主电源、手动操作电源。 • 2、直流稳压电源板（MRS） • 作用：向MRB、MRV、MRD和MRK板供
给＋16V、－16V直流稳压。
图4－6
增温 C1 R1
降温 R2 C2
• 1、输入电路
• 作用： 形成温度偏差电压U15 。
U15
＝ R7 R3
(U B
UA)
MRB
+16V
+16V
R7
R1
R4
R3
_ C4
A
R2
W1
R5
SW1
B
R6 C1 +16V C2
R10
TU1 +
R8 W3
R12
R11
W2
R13
_
板
15
， 输
入
与
指
示
电
路
SW2
R9
TU2 +
C7
T1
G -16V
• 温度给定值调整
• 通过调整滑板5的初始位置来实现。转动指针，使 转轴带动整个阀芯转动，从而改变滑板的初始位置。
• 在转动指针时，不准超过限位销，否则调节阀就不 能起到控制作用。
• 运行管理事项
• 运行过程中，每隔3000h要进行一次内部检查与清 洗。拆装时，一定要将前盖和整个内部结构一起拉 出来，尤其是不能将感温盒和传动机构拆开。
（3）参数调整
• 调整比例带 左右移动反馈波纹管。
• 左移，PB增大；右移PB减小。 (为什么？)
• 调整冷却水温度给定值 扭紧给定值弹簧，给定值变大；反之
变小。
Байду номын сангаас
冷 却 水 三 通 阀 执 行 机 构
三、 MR-Ⅱ型电动冷却水温度控制系统
（一）系统的组成及工作过程 （二）电源电路（MRP和MRS） （三）输入和指示电路（MRB ） （四） PD运算电路(MRV) （五）脉冲宽度调制电路（MRD) （六）管理要点
一、WALTON型恒温阀控制系统
膨胀水柜
冷却器
泵
主 机
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工作原理
• 按力平衡原理工作。 • 若冷却水温度升高，石蜡体积增大，使感温
盒内的活塞下移，最后使滑板绕轴逆时针转 过一个角度，减少旁通水量，增加经过冷却 器的水量，从而使冷却水温度降下来。随着 感温盒内活塞的下移，弹簧被压缩，当感温 盒中石蜡因体积膨胀产生向下的力与弹簧向 上的张力相平衡时，活塞不再移动，滑板停 止转动而稳定在某一位置上。
一、直接作用式冷却水温度控制系统
• 直接作用式冷却水温度控制系统特点
• （1）无需外加能源，依靠介质的压力或体 积随被测温度成比例变化的原理工作；
• （2）结构简单，只能实现比例控制，且比 例带无法调节；
• （3）调节精度低，对被控参数精度要求较 高时不适宜采用；
• （4）对大型低速柴油机冷却系统，因阀门 尺寸很大，无法控制调节阀。
①指示原理
作等效电路，易得：
I
＝
G
E
U R
A
T↑→Rt↓→UA↓（E不变） →IG↑
• 基地式仪表；采用比例微分（PD）控制规律。
• （3）接触器和开关箱
• （4）执行电机和三通阀、冷却器
•
执行电机M属于积分环节。
• （5）保护环节
• 1）过载保护（由热继电器实现）
•
防止电机电流过大。
• 2）限位保护（由限位开关实现）
•
防止平板阀卡紧在极端位置，使电机回行时动
作不灵敏或因电机负载过大引起过热。
二、气动式冷却水温度控制系统
• TQWQ型气动温度三通调节阀属于基地式、反 作用式、间接作用式气动比例调节器。
• （1）组成
• ①测量元件 温包由不锈钢材料制成，里面充
注膨胀系数较大、沸点较低的易挥发
性液体。
• ②比例调节器 包括测量波纹管、反馈波纹
•
管、比较杠杆、喷嘴挡板机构、气
•
动功率放大器和定值弹簧等。
220V SW
降温
Re2 D2
L1 R3 SW1
Sr1
+16V 增温
Re1
D1
Sr2
R4 L2
F1 D1
SW2
MRP和MRS板，电源电路
F2 +16V
C1
0V
-16V
返回最近
（三）输入和指示电路板（MRB)
• 作用：形成温度偏差信号U15并指示实际 温度或给定温度，温度偏差电压U15送到 比例微分电路。
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简化后的输入电路
工作要点
• 实际温度上升时的调节过程
• T↑→Rt↓→UA↓（UB不变）→U15＞0 。
• 温度给定值TS的调整
• W1↑→UB↑→TS↓。
• 附：
U
＝
A
R1 R2
Rt
R2 R1 R2
16V
2、指示电路
• 作用：
• 指示给定温度UB 或测量温度UA 。
• 说明：
• 温度表实际是一个 0～1mA的电流表， 量程为0 ～100℃。
• ③执行器
包括气缸、活塞和三通阀等。
（2）系统工作原理
• 按力矩平衡原理工作。
• 当柴油机负荷增大时，冷却水温度升高， 温包中的介质压力升高，测量波纹管中的 压力随之增大，主杠杆绕支点逆时针转动， 使固定在主杠杆左端的喷嘴离开挡板，背 压降低，放大器的输出气压减小(反作用 式)，小气缸中的活塞上移，带动转阀逆 时针转动，开大冷却口、关小旁通口，使 水温下降。
• 3）电机正反转互锁保护（由正反转接触器实现）
•
防止正反转接触器同时有电导致电源短路。
MR-Ⅱ型调节器
MR-Ⅱ型调节器是电动基地式仪表，它把测量、 显示、调节等各个单元及相关附件均组装在一个控制 箱内，设置在集中控制室。
控制箱的组成：
1. MRB板——输入与指示电路 2. MRV板——比例微分运算电路 3. MRD板——脉冲宽度调制电路 4. MRK板——继电器和开关装置 5. MRP板——主电源电路 6. MRS板——稳压电源电路