《輪機自動化》數(shù)字化教材項目二任務一

1、項目二 船舶機艙輔助控制系統(tǒng)【項目描述】船舶機艙輔助控制系統(tǒng)是保證船舶正常航行的重要部分，用于保證實現(xiàn)機艙各系統(tǒng)遠距離操縱與集中控制，以改善工作條件、提高工作效率。通過本項目的學習，學生具體應達到以下要求：一、知識要求1. 冷卻水溫度控制系統(tǒng)的組成及工作原理；冷卻水溫度控制系統(tǒng)的操作與管理2. 燃油供油單元自動控制系統(tǒng)的組成及工作原理，測黏計工作原理，燃油黏度控制系統(tǒng)；燃油供油單元的操作與管理3. 燃油凈油單元自動控制系統(tǒng)的組成及工作原理，EPC-50分油機控制系統(tǒng)；凈油單元控制系統(tǒng)的操作與管理4. 空氣反沖洗式自清濾器的組成及工作原理；自清洗濾器控制系統(tǒng)的操作與管理5. 閥門遙控系統(tǒng)、液艙遙

2、測系統(tǒng)的組成及工作原理；閥門遙控及液艙遙測系統(tǒng)的操作與管理6. 燃油鍋爐自動控制的主要任務；鍋爐水位控制，蒸汽壓力控制，燃燒時序控制，鍋爐的安全保護二、能力要求掌握機艙輔助控制系統(tǒng)的調試及故障排查方法。1. 掌握冷卻水溫度控制系統(tǒng)的操作與故障診斷方法，能夠對不同故障現(xiàn)象進行分析、處理。2. 能夠對燃油供油單元自動控制系統(tǒng)進行操作與管理，能夠正確地使用測黏計。3. 能夠對EPC-50分油機控制系統(tǒng)的典型故障進行分析。4. 能夠對空氣反沖洗式自清濾器進行維護保養(yǎng)。5. 能夠對閥門遙控及液艙遙測系統(tǒng)進行操作和管理。6. 能夠對輔鍋爐自動控制系統(tǒng)的典型故障進行分析。三、素質要求1具有團隊意識和協(xié)作精神

3、。2. 自主學習，主動建構自己的經(jīng)驗和知識3. 結合案例進行分析，理論聯(lián)系實際【項目實施】 任務一 冷卻水溫度控制系統(tǒng)一、學習目標1. 熟悉柴油機冷卻水溫度控制系統(tǒng)的工作原理及實現(xiàn)方法；2掌握MR-冷卻水溫度控制系統(tǒng)的結構組成及參數(shù)調整；3. 理解中央冷卻系統(tǒng)的特點和ENGARD控制單元的功能操作；4. 掌握冷卻水溫度控制系統(tǒng)的故障診斷過程。二、學習任務1MR-冷卻水溫度控制系統(tǒng)的結構組成及參數(shù)調整2中央冷卻系統(tǒng)的特點及工作過程三、背景知識MR-型冷卻水溫度控制系統(tǒng)采用基地式電動調節(jié)器實現(xiàn)柴油機氣缸冷卻水溫度的自動控制，調節(jié)器采用運算放大器電路。隨著技術的發(fā)展，現(xiàn)代船舶廣泛采用中央冷卻器系統(tǒng)。

4、ENGARD控制器采用單片機作為核心部件，實現(xiàn)冷卻水溫度的自動控制。一、MR型冷卻水溫度控制系統(tǒng)1MR-II型冷卻水溫度控制系統(tǒng)的組成及基本工作原理MR-型冷卻水溫度控制系統(tǒng)的組成如圖2-1-1所示，它主要由MR-型電動調節(jié)器、開關組、限位開關、過載保護繼電器、三相交流伺服電機M、三通調節(jié)閥及淡水冷卻器等組成。MR-型基地式電動調節(jié)器是采用集成運算放大器組成的基地式儀表，能實現(xiàn)比例微分控制作用。它把測量、顯示、調節(jié)各部分以及相應的繼電器和開關元件都組裝在一個控制箱中，并安裝在機艙的集中控制室內?？刂葡到y(tǒng)的測溫元件是T802型熱敏電阻，被插在氣缸冷卻水進口管路中，其電阻值與冷卻水溫度的變化成線性

5、關系。T802型熱敏電阻具有負的溫度系數(shù)，在20°C時，電阻值為802，當被測溫度升高時，其電阻值成比例地減小，經(jīng)分壓器把冷卻水溫度的變化成比例地轉換成電壓信號。這個溫度測量信號一方面送到指示電路；另一方面與由電位器整定的代表冷卻水溫度給定值的電壓信號相比較，得到偏差信號。這個偏差信號經(jīng)比例微分運算輸出一個連續(xù)變化的控制信號，送至脈沖寬度調制器。脈沖寬度調制器把連續(xù)變化的控制信號調制成脈沖信號。若冷卻水溫度的測量值高于給定值，脈沖信號使“減少輸出繼電器”斷續(xù)通電，使接觸器SWl斷續(xù)通電，其觸點SWl斷續(xù)閉合；若冷卻水溫度的測量值低于給定值，脈沖寬度調制電路輸出的脈沖信號使“增加輸出繼

6、電器”斷續(xù)通電，使接觸器SW2斷續(xù)通電，其觸點SW2斷續(xù)閉合。三相交流伺服電機M經(jīng)減速傳動裝置帶動兩個互成90°的平板閥轉動，一個閥控制旁通水量，另一個閥控制經(jīng)過冷卻器的淡水流量。當SWl斷續(xù)閉合時，伺服電機M逆時針斷續(xù)轉動，關小旁通閥，開大經(jīng)冷卻器的淡水閥，使冷卻水溫度降低。當SW2斷續(xù)閉合時，電機M順時針斷續(xù)轉動，使冷卻水溫度升高。當冷卻水溫度測量值等于或接近給定值時，調節(jié)器無輸出，“減少”和“增加”輸出繼電器均斷電，接觸器SW1和SW2均斷開，電機M停轉，三通調節(jié)閥的開度保持不變。為了避免閥板轉到極限位置卡住使電機M回行時動作不靈敏或電機起動電流過大而引起過熱，在SW1和SW2

7、的線圈回路電路中分別串聯(lián)了限位開關A、B和一個過載保護繼電器控制的觸點Sr3。當三通閥轉至接近極限位置時，限位開關的觸點A或觸點B斷開，切斷電機M的電源使電機停轉。若伺服電機M的電流過大，過載保護繼電器會動作，其觸點Sr3斷開，使“減少”和“增加”輸出繼電器均斷電，切斷電機M的電源，保護電機不會因過熱而燒毀。在SW1和SW2的線圈回路中，分別串聯(lián)了對方的常閉觸點Sr2和Sr1，其作用是實現(xiàn)互圖2-1-1 MR-型電動冷卻水溫度控制原理圖15WX88BM水43BX理33WLL圖2MPGFRT802RST海水出口海水進口淡水進口淡水給水泵主 機指示儀表e給定值電位器增加減少Sr1Sr2SW1SW2

8、Sr3限位開關三通閥MR-型調節(jié)器淡水冷卻器SW1SW2e鎖，防止兩個接觸器同時通電導致電源短路。2MR-型電動調節(jié)器的電路組成及原理MR-型電動調節(jié)器電路由六塊印刷電路板組成，如圖2-1-2和2-1-3所示。其中，MRB板是輸入和指示電路；MRV板是比例微分控制電路；MRD板是脈沖寬度調制電路；MRK板是繼電器和開關電路；MRP板是主電源電路；MRS板是穩(wěn)壓電源電路。1)電源電路電源電路由主電源電路MRP板和穩(wěn)壓電源電路MRS板兩部分組成。220V交流主電源由外部接線端8和9接至MRP板。合上電源主開關SWl，MRP板上的電源指示燈D2亮，說明電源正常。220V交流電一方面由接線端4和16送

9、到MRS板上的變壓器初級繞組；另一路經(jīng)“手動-自動”選擇開關SW2接至繼電器和開關裝置板MRK，作為“增加輸出繼電器”或“減少輸出繼電器”的工作電源。在自動控制時，按下選擇開關SW2，使電源一端經(jīng)接線端8或15與電源另一端（接線端16）對“增加輸出繼電器”或“減少輸出繼電器”構成220V交流工作電源；在手動控制時，拔出選擇開關SW2，MRK板上的手操開關SW1經(jīng)接線端11與電源另一端構通。這時可扳動MRK板上的手操開關SW1，使“增加輸出繼電器”或“減少輸出繼電器”通電或斷電，對冷卻水溫度進行手動調節(jié)。MRS板是穩(wěn)壓電源電路。變壓器初級繞組輸入的是220V交流電源，兩個次級繞組均輸出21V交流

10、電壓。兩個交流電壓各自經(jīng)整流、濾波和穩(wěn)壓電路得到兩個上正下負的16V直流電壓。+16V、0V和-16V的電壓分別經(jīng)MRS板上的接線端1、2和3送到各印刷電路板的接線端2、6和18，作為各印刷電路板的工作電源。2)輸入和指示電路輸入和指示電路如圖2-1-2中的MRB板所示。(1)輸入電路輸入電路的作用是進行信號變換，將氣缸冷卻水溫度的測量值與給定值進行比較，輸出偏差電壓信號。帶有溫度補償?shù)腡802型熱敏電阻插在柴油機冷卻水進口管路中，它的兩端經(jīng)外部接線端2和3接在MRB板上的12和6端。假定R3的阻值比R1、R2及T802型熱敏電阻的阻值大得多，則A點的電位UA為： （2-1-1）由上式可見，當

11、冷卻水溫度升高時，由于T802電阻值減小而使UA降低。當冷卻水溫度從0°C變化到100°C時，對應的UA值從3.5V變化到1.48V。UA經(jīng)電阻R3送至運算放大器TUl的反相端。B點電位UB是冷卻水溫度給定值所對應的電壓信號，它經(jīng)R4、R5和電位器W1分壓得到，并經(jīng)R6和R8分壓后送至TU1的同相端。電位器Wl用來調整UB的大小，即調整冷卻水溫度的給定值大小。電容C1和C2是濾波電容，濾掉兩個輸入端的交流干擾信號。TU1是一個差動輸入運算放大器，差動輸入方式可避免導線上電阻壓降（屬于共模信號）引起的誤差。如果選取R7/R3=R8/R6，則其輸出電壓U15為： （2-1-2）

12、當冷卻水溫度高于給定值時，UB > UA，U15為正極性電壓值；當冷卻水溫度低于給定值時，UB < UA，U15是負極性電壓值?？梢?，TU1的輸出U15表示了冷卻水溫度偏差值的大小和方向。在TU1的反饋回路中，并聯(lián)了一個電容C6，它相當于在TU1的比例運算環(huán)節(jié)中串聯(lián)了一個慣性環(huán)節(jié)，其作用是防止電路振蕩，提高電路的穩(wěn)定性。一般C6值較小，否則TU1的輸出對冷卻水溫度的變化就不靈敏了。 圖2-1-2中的SWl是內給定與外給定切換開關，外給定電壓信號可以從端子10引進，內給定電壓信號由R4、R5和電位器W1分壓電路給出。(2)指示電路指示電路的作用是將反映溫度的電壓信號轉換為電流信號，并

13、由電流表來指示冷卻水溫度的測量值或給定值。指示電路由運算放大器TU2、晶體管T1、反饋電阻和電位器W2、W3、電流表（溫度表）G等元件組成。電流表G的滿量程是01mA，對應冷卻水溫度（測量值或給定值）0100°C，表頭G用溫度刻度。代表冷卻水溫度測量值的A點電位UA經(jīng)轉換開關SW2送至運算放大器TU2的同相端，反相端的電位是PNP晶體管T1發(fā)射極電位。當冷卻水溫度升高時，UA降低，TU2 端的輸出圖2-1-2 MR-型電動調節(jié)器工作原理圖1圖2-1-3 MR-型電動調節(jié)器工作原理圖2信號U6降低，T1基極電位降低，其集電極電流增大，表頭G的讀數(shù)增加。隨著集電極電流的增大，發(fā)射極電位要

14、降低，使U6有升高的趨勢。這一趨勢限制了T1集電極電流的增大。當T1發(fā)射極電位下降到使T1集電極電流不再增加時，TU2輸出U6穩(wěn)定不變，表頭G的讀數(shù)也就穩(wěn)定在一個較高的數(shù)值上。反之，當冷卻水溫度降低時，UA升高，TU2的輸出U6也升高，T1集電極電流減小，表頭G的讀數(shù)隨之減小。T1集電極電流減小，使T1發(fā)射極電位升高，這就限制了U6的繼續(xù)增加。當T1發(fā)射極電位升高到使T1集電極電流不再減小時，電流表讀數(shù)又穩(wěn)定在比原來較低的數(shù)值上。調整電位器W2可調整電流表G的零點。在表頭G調零前要把UA調準，即冷卻水溫度為0時，UA=3.5V。這時可在TU2的同相端加一個3.5V的電壓信號，TU2輸出U6應使

15、電流表G指針指零，若指針不指零，例如大于零，說明U6太低，這時應減小電位器W2的電阻值來降低T1發(fā)射極電位，使TU2輸出的電壓U6升高，使T1集電極電流減小，直到電流表指針指零為止。調零是通過改變T1發(fā)射極電壓，即改變TU2負反饋強度來實現(xiàn)的。調整電位器W3可調整電流表G的量程。零點調好后，在TU2的同相端加一個1.48V的電壓信號，觀察電流表G的指針是否指在100°C上，若指示不到100，說明量程大了，可調整W3，使R13與W3并聯(lián)的等效電阻值減小，即減小其限流作用，使集電極電流增大，直到指針指在100上為止。由于移動量程電位器滑動觸點之后會改變儀表的零點，因此必須重新調零。圖2-

16、1-2中的SW2是指示選擇切換開關。SW2合于下面，儀表指示冷卻水溫度的測量值；SW2合于上面，儀表指示冷卻水溫度的給定值。3)比例微分控制電路比例微分控制電路如圖2-1-3中MRV板所示。它是由微分運算放大器TUl、比例運算放大器TU2和反相加法運算放大器TU3組成。由輸入電路送來的偏差信號U15經(jīng)阻容濾波之后得到UB，UB代表了冷卻水溫度的偏差值，并分別送至TUl和TU2的反相輸入端。(1)微分控制電路微分控制電路由運算放大器TUl、輸入電容C2和電阻R2及反饋回路組成。在電路中如果沒有電阻R2，它是一個理想的微分環(huán)節(jié)，其輸出U6與輸入UB的關系為 ， 則 （2-1-3）式中，。若在輸入回

17、路中，加進電阻R2，TUl就構成了一個實際微分電路，該電路輸出電壓U6極性與輸入電壓UB極性相反。 (2)比例控制電路比例控制電路是由運算放大器TU2、輸入電阻R4及反饋回路組成，其輸出U6與輸入UB的關系為： （2-1-4）(3)比例微分控制電路的綜合輸出微分控制電路和比例控制電路的輸出分別經(jīng)電阻R10和R9加到綜合運算放大器TU3的反相輸入端。TU3實際上是一個加法器，若取R9= R10，則TU3輸出與輸入的關系為： （2-1-5）把式3-1-3和式3-1-4代入上式，令；則可得到 （2-1-6）式3-1-6中，KP是比例微分控制作用的放大倍數(shù)，Td是比例微分控制作用的微分時間。調整W1可

18、整定調節(jié)器的比例帶，調大W1，放大倍數(shù)K增大，比例帶PB減小，比例控制作用增強；反之，調小W1，比例帶PB增大，比例控制作用減弱。調整W2可整定微分時間，調大W2，微分時間Td增長，微分作用增強；反之，調小W2，微分時間Td變短，微分作用減弱。TU3輸出電壓U5的極性與電壓UB的極性相同，亦即與偏差信號U15極性是相同的。4)脈沖寬度調制電路脈沖寬度調制電路如圖2-1-3中MRD板所示。脈沖寬度調制電路的作用是把MRV板送來的連續(xù)變化的控制信號調制成幅度不變、寬度和間歇可變的方波脈沖信號，使“增加輸出繼電器”或“減少輸出繼電器”斷續(xù)通電，從而使伺服電機按逆時針方向或順時針方向斷續(xù)轉動，對冷卻水

19、溫度進行調節(jié)。TUl和TU2是帶回差的電壓比較器，當同相輸入端電壓大于反相輸入端電壓時，比較器輸出正飽和；當反相輸入端電壓大于同相輸入端電壓時，比較器輸出負飽和。TUl和TU2的同相端分別接由+16V和-16V電源經(jīng)R2、R3、R4 及W2分壓得到的電壓，通過調整電位器W2，使TUl同相端輸入一個較小的正電壓、TU2的同相端輸入一個較小的負電壓，且這兩個電壓的絕對值相等。TUl同相端和TU2同相端之間的電壓是冷卻水溫度控制的不靈敏區(qū)。由比例微分控制電路輸出的控制信號U5經(jīng)R1和Cl組成的阻容回路分別送到TUl和TU2的反相端。當U5變化時，電容Cl通過R1進行充電或放電。TUl和TU2的反相輸

20、入端電壓就是電容Cl的對地電位。當冷卻水測量溫度等于給定值時，U5=0。TUl和TU2的反相輸入端電壓均等于零。此時，TUl的同相端電位高于反相端，TU1輸出為正飽和電壓值，二極管D6和晶體管T1截止，MRK板的中間繼電器Re1的-16V電源不能對地構成通路，其常開觸點Srl斷開，“減少輸出繼電器”斷電。TU2同相端是一個絕對值較小的負電位，同相端電位低于反相端，TU2輸出為負飽和電壓值，二極管D5及晶體管T2均截止，使MRK板的中間繼電器Re2的+16V電源不能對地構成通路，其常開觸點Sr2斷開，“增加輸出繼電器”斷電。從而使得圖2-1-1中的接觸器SW1和SW2均斷電，伺服電機M停轉。當冷

21、卻水溫度的偏差值較小且變化不快時， U15和U5電壓絕對值也較小，TUl和TU2反相輸入端的電壓變化很小，只要U5電壓不超過不靈敏區(qū)，TUl和TU2仍保持原來的輸出狀態(tài)，伺服電機M仍停轉。當冷卻水測量溫度高于給定值并超過不靈敏區(qū)時，U15和U5的極性均為正，經(jīng)電阻R1向電容C1充電，電容兩端電壓不斷增加，其極性為上正下負。TU2輸出仍為負飽和，T2截止，“增加輸出繼電器”仍然斷電。TUl反相輸入端的正極性電壓不斷增大，當該電壓值高于同相端電壓時，TUl的輸出就由正飽和立即翻轉為負飽和，二極管D6和晶體管T1均導通。MRK板的中間繼電器Re1通電動作，其常開觸點Sr1閉合，使“減少輸出繼電器”通

22、電動作，圖2-1-1中的觸點SWl閉合，伺服電機M逆時針方向轉動，關小旁通口、開大冷卻口，使冷卻水溫度降低。在TUl輸出為負飽和的情況下，二極管D1導通，極性為上正下負的電容器C1經(jīng)電位器W1、電阻R5、二極管D1到TUl的輸出端構成放電回路，電容器C1放電，其兩端的電壓，即加到TUl反相端的電位不斷降低。當其電位降到低于同相端電位時，TUl的輸出又由負飽和立即翻轉為正飽和，D6和T1截止，“減少輸出繼電器”斷電，伺服電機M停轉。由于TUl輸出為正飽和，D1截止，電容C1的放電通路被切斷，使輸入信號U5又經(jīng)R1向C1充電，使TU1反相輸入端電位不斷升高。當其反相端電位又高于同相端時，TUl輸出

23、又變?yōu)樨擄柡停皽p少輸出繼電器”又通電。這樣，由于電容C1的充放電，TUl交替地輸出正、負飽和電壓，使T1斷續(xù)導通，“減少輸出繼電器”斷續(xù)通電，伺服電機M斷續(xù)朝逆時針方向轉動，直到冷卻水溫度下降到給定值附近，即U5接近零時為止。當溫度的測量值低于給定值并超過不靈敏區(qū)時，U15和U5均為負極性。TUl輸出為正飽和不變，T1截止，“減少輸出繼電器”保持斷電。TU2反相輸入端電位低于同相端，TU2輸出將從負飽和翻轉為正飽和，D5和T2均導通，MRK板上的中間繼電器Re2通電動作，其常開觸點Sr2閉合，“增加輸出繼電器”通電，圖2-1-1中觸點SW2閉合，伺服電機M按順時針方向轉動，開大旁通口、關小冷

24、卻口，使冷卻水溫度回升。在TU2輸出正飽和的情況下，D2導通并經(jīng)R5和W1向電容C1充電。當TU2反相輸入端電位高于同相端時，TU2立即輸出負飽和，D5和T2均截止，“增加輸出繼電器”斷電，伺服電機M停轉。同時D2截止切斷了電容Cl的充電通路。在負極性U5的作用下，電容C1不斷放電，使TU2反相端電位不斷降低，當該電位低于同相端的負電位時，TU2的輸出又翻轉為正飽和，伺服電機M再次按順時針方向轉動?？梢?，當冷卻水溫度低于給定值時，伺服電機M是斷續(xù)按順時針方向轉動，直到冷卻水溫度回到給定值附近為止。在伺服電機斷續(xù)轉動過程中，其轉動時間和停轉時間取決于兩個因素：一個是U5電壓值的大小，另一個是電容

25、C1充放電的快和慢。若U5電壓值不變，電容C1充放電越慢，伺服電機轉動時間越長，停轉時間越短。反之，電容C1充放電快，伺服電機轉動時間也短，電機停轉時間就長一些。電容C1的充放電回路是由電阻電容組成的慣性環(huán)節(jié)來實現(xiàn)的。調整W1可調整電容C1充放電的時間常數(shù)T，即可調整脈沖寬度。調大W1電阻值，時間常數(shù)T大，電容充放電慢，脈沖寬度寬，電機轉動時間長，控制作用就強，但穩(wěn)定性降低。反之，調小W1電阻值，脈沖寬度變窄，電機轉動時間短，控制作用弱。當W1調定后，若冷卻水溫度的偏差值較大，尤其是偏差的變化速度較大時，U5的絕對值在短時間內是很大的，此時，U5對電容C1的充放電速度很快，可能會大于C1對TU

26、2和TU1輸出端的充放電速度，則電機會保持連續(xù)的轉動。隨著調節(jié)過程的進行，U5絕對值不斷減小，對電容C1的充放電速度變慢，電機恢復斷續(xù)轉動。隨著冷卻水溫度的偏差不斷減小，U5越來越小，執(zhí)行電機停轉時間越來越長，轉動時間越來越短，MR-的控制作用越來越弱，這樣可以有效地防止調節(jié)過頭。當U5小于死區(qū)時，執(zhí)行電機停止轉動。調整MRD板上的電位器W2可以改變TUl和TU2同相端的電位，可調整調節(jié)器的不靈敏區(qū)。不靈敏區(qū)不能調整得太小，否則伺服電機將會頻繁動作，這對電機很不利。不靈敏區(qū)也不能調整得太大，否則，冷卻水溫度需要偏離給定值較大的數(shù)值，伺服電機M才會開始轉動，在穩(wěn)態(tài)時的靜態(tài)偏差會很大，使控制系統(tǒng)靜

27、態(tài)精度降低。ABCDEF1234568971011121314圖2-1-4 MR-型調節(jié)器正面板布置圖二極管D3和D4對T1和T2起連鎖作用，即T1和T2不能同時導通，也就是“減少輸出繼電器”和“增加輸出繼電器”不能同時通電，以免電機電源發(fā)生短路。5)繼電器和開關電路 繼電器和開關電路如圖2-1-3中的MRK板所示。它的作用是直接控制“減少輸出繼電器”和“增加輸出繼電器”的通斷電，以使伺服電機M正、反轉或停轉。在自動控制時，合上MRP板上的電源主開關SWl，按下手動、自動選擇開關SW2，“減少輸出繼電器”和“增加輸出繼電器”的通斷電狀態(tài)是由中間繼電器Re1和Re2的通斷電狀態(tài)決定的。當自動控制

28、系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可拔出手動-自動選擇開關按鈕，由自動控制改為手動操作。然后扳動手操開關SWi來控制“減少輸出繼電器”和“增加輸出繼電器”的通電和斷電，控制伺服電機轉動。指示燈L1和L2指示電機M的轉動方向。阻容電路使電機在同一方向斷續(xù)轉動時指示燈保持常亮，不會因脈沖寬度調制器輸出的脈沖信號而閃亮。3.MR-型控制系統(tǒng)的管理要點 MR-型調節(jié)器正面面板的布置如圖2-1-4所示，它由一個溫度表A和五塊插板組成。溫度表A是MRB板上的電流表G，它把電流0lmA的變化范圍按比例地改為0100的刻度，以指示冷卻水溫度的實際值，也可以指示冷卻水溫度的給定值。插板B是MRB板。旋鈕1是MRB板上的電位器W1

29、，用來整定給定值。按鈕2是MRB板上的轉換開關SW2，拔出按鈕，溫度表A指示冷卻水溫度的測量值，按下按鈕，溫度表A可指示冷卻水溫度的給定值。插板C是MRV板。上面的兩個旋鈕3和4是MRV板上的電位器W2和W1，旋鈕3用來整定微分時間，旋鈕4用來調整比例帶。插板D是MRD板。旋鈕5是MRD板上的電位器W2，用來調整TUl和TU2的不靈敏區(qū)。旋鈕6是MRD板上的電位器W1，用來調整脈沖寬度。插板E是MRK板。7和8是MRK板上的指示燈L1和L2，用來指示電機M的運轉方向。開關9是MRK板上的手操開關SW1，當自動控制系統(tǒng)發(fā)生故障時，可扳動開關9對冷卻水溫度進行手動控制。插板F是MRP板。1014都

30、在MRP板上。其中10和11是保險絲F1和F2；14是發(fā)光二極管D2，指示電源是否正常。開關12是“手動-自動”轉換開關SW2，扳到右邊是“自動”位置，扳到左邊是“手動”位置。開關13是電源主開關SW1，扳到右面SW1合上，扳到左面SW1斷開。1)控制系統(tǒng)投入運行的操作 先把開關13扳到右面位置，接通主電源，電源指示燈14亮。若不亮，可拔出保險絲10和11，更換燒壞的保險絲。電源正常后，按下按鈕2，轉動旋鈕1，讓溫度表指示冷卻水溫度的給定值。再把按鈕2拔出，讓溫度表指示冷卻水溫度的測量值，把開關12扳到左面位置，手操開關9，將冷卻水溫度調節(jié)到給定值附近。然后把開關12扳到右面的自動位置，從而可

31、實現(xiàn)無擾動切換，自動控制系統(tǒng)就可投入工作。2)參數(shù)調整控制系統(tǒng)安裝以后，調節(jié)器的比例帶、微分時間、不靈敏區(qū)或脈沖寬度等調整旋鈕不要輕易轉動。確實發(fā)現(xiàn)控制系統(tǒng)過渡過程不理想需要調整時，每一次調整量要小，每調一次都要認真觀察溫度表指針的變化情況，直到調好為止。3)故障處理在自動控制系統(tǒng)工作過程中，如果發(fā)現(xiàn)溫度表指示的測量值與給定值之間有較大的偏差值，而指示燈7和8都不亮，說明電機M沒有轉動。這時必須立即把開關12扳到左面的手動位置，然后手操開關9。如果此時電機M可以正轉和反轉，說明控制電路出現(xiàn)故障，可分別抽出MRB板、MRV板和MRD板，人為地輸入一個信號，觀察其輸出U15、U5、U10和U9是否

32、變化。哪塊板輸出不變化，故障就出在哪塊板上，換一塊備件插板，控制系統(tǒng)就能恢復正常工作。若在手操開關9時，電機M仍然不轉，說明自動控制系統(tǒng)沒有故障，故障出現(xiàn)在執(zhí)行機構中，例如電機M燒毀或軸卡死、過載保護繼電器動作、電機M的電源切斷等。如果手操開關9電機M能在一個方向上轉動而在另一個方向上不能轉動，原因可能是“減少輸出繼電器”或“增加輸出繼電器”的線圈燒斷，或者它們的觸點因磨損、燒蝕而不能閉合，要及時檢查修復。冷卻水系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時，冷卻水的測量值、給定值、溫度表的指示值都相等。如果T802對地斷路，則溫度表指針指示0°C以下，而冷卻水的實際值將不可控地升高。如果T802對地短路，則溫度表

33、指針指示100°C以上，而冷卻水的實際值將不可控地降低。如果系統(tǒng)受到擾動后，溫度表指針振蕩激烈，表明調節(jié)器控制作用太強，應調小MRV板上的電位器W1和W2，增大PB，減小Td。如果溫度向給定值方向恢復很慢且無波動，表明調節(jié)器控制作用太弱，應增大MRV板上的電位器W1和W2。值得注意的是，如果MRD板上的電位器W1調得太大，會使脈沖寬度調制電路輸出的脈沖寬度太寬，電機轉動時間過長，同樣也會導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。二、中央冷卻水溫度控制系統(tǒng)*傳統(tǒng)的大型船舶冷卻系統(tǒng)用淡水強制冷卻受熱部件，然后用海水強制冷卻淡水和其它載熱工質（如增壓空氣、滑油、制冷劑等）。在系統(tǒng)布置上淡水冷卻屬閉式循環(huán)，海水冷卻屬

34、開式，兩者組成的冷卻系統(tǒng)稱為閉式冷卻系統(tǒng)。該系統(tǒng)管路復雜，熱交換器眾多，機艙布置困難，檢修不方便，在大型船舶上已呈越來越少被采用的趨勢。自20世紀70年代開始出現(xiàn)了一種新型的冷卻系統(tǒng)，即中央冷卻系統(tǒng)。這種冷卻系統(tǒng)的基本特點是由高溫淡水、低溫淡水、海水三個分系統(tǒng)組成：閉式的高溫淡水（約80ºC85ºC）用于冷卻主柴油機、氣缸蓋、廢氣渦輪增壓器；低溫淡水（約3045）用于冷卻高溫淡水、發(fā)電柴油機氣缸套、增壓空氣、活塞冷卻油、柴油機系統(tǒng)滑油、空氣壓縮機、船舶空調冷凝器、船舶伙食裝置冷凝器、蒸汽冷凝器；受熱后的低溫淡水在一個中央冷卻器中由開式的海水系統(tǒng)進行冷卻。較之傳統(tǒng)的閉式冷卻系

35、統(tǒng)，中央冷卻系統(tǒng)具有以下明顯優(yōu)點：（1）海水管系及熱交換器少，減少海水腐蝕、機艙艙底水量和維修工作量；（2）高溫、低溫兩路淡水分別冷卻不同受熱部件，便于控制溫度，便于保持柴油機氣缸冷卻水溫度穩(wěn)定，使柴油機保持最佳冷卻狀態(tài)運轉；（3）淡水系統(tǒng)管路清潔，腐蝕小，維修工作量小，工作可靠。中央冷卻系統(tǒng)也存在以下缺點：（1）附加管路阻力損失增加泵耗功，泵功率要求大；（2）仍存在海水管系和大功率主海水泵，初投資大，海水管路仍存在腐蝕，維修工作量較大，工作可靠性受到影響。在近年來建造的現(xiàn)代化大型船舶中，大多采用中央冷卻系統(tǒng)，但在中、小型船舶中仍然有相當一部分采用傳統(tǒng)的閉式冷卻系統(tǒng)。船舶冷卻水溫度的控制手段還

36、是以旁通控制法為主，即把被冷卻的高溫水分成兩路，一路經(jīng)過冷卻器，另一路經(jīng)過旁通管路，由三通調節(jié)閥對冷水和熱水進行混合，得到不同的調節(jié)閥出口溫度。溫度控制器根據(jù)設定溫度和測量點溫度偏差值按一定的調節(jié)規(guī)律輸出控制信號至執(zhí)行機構，改變調節(jié)閥的旁通口開度，從而實現(xiàn)測量點溫度的自動控制。本節(jié)僅介紹單片機式中央冷卻水溫度自動控制系統(tǒng)的組成、工作原理、參數(shù)調整方法及管理要點。1ENGARD中央冷卻水溫度控制系統(tǒng)概述ENGARD中央冷卻水溫度控制系統(tǒng)是AlfaLaval公司的產品，它采用8032單片機取代了常規(guī)的變送器和調節(jié)器，是新一代船舶中央冷卻水自動控制系統(tǒng)。ENGARD控制系統(tǒng)如圖2-1-5所示。它包括

37、海水(SW)回路和低溫(LT)淡水回路兩大部分，由ENGARD控制單元1、兩個PTl00回路溫度傳感器2和4，低溫淡水回路調節(jié)閥3、3臺海水泵5和2臺低溫淡水泵6組成。如果調節(jié)閥是氣動作用式，需要配置電氣(EP)轉換器。操作人員可在控制單元1的操作面板上設定參數(shù)，控制系統(tǒng)通過海水流量的有級調節(jié)和調節(jié)閥3來控制低溫淡水回路的溫度。海水回路中的海水泵B和D由雙速電機拖動，可進行有級調速。3臺海水泵中的任意2臺泵各在50的負荷下并聯(lián)運行時，可達到冷卻系統(tǒng)的最大海水流量(100)。ENGARD管理這3臺泵的運行狀態(tài)，根據(jù)負荷自動控制海水泵的并聯(lián)、解列和調速，實現(xiàn)海水流量的有級調節(jié)。海水泵的配置、操作模

38、式和功率消耗如圖2-1-6所示。由流體力學可知，水量Q與轉速n的一次方成正比，水壓H與n的二次方成正比，軸功率P與n的三次方成正比，因此，當水量減少水泵轉速下降時，其功率降低很多，節(jié)能效果明顯。由圖可見當100流量時，功率50 kW；7585流量時，功率22 kW；4060流量時，功率4 kW。這與只采用流量的節(jié)流調節(jié)或旁通調節(jié)相比，ENGARD控制系統(tǒng)具有明顯的節(jié)能效果。本系統(tǒng)可實現(xiàn)的海水泵的流量組合如表2-1-1所示?？梢?，ENGARD控制系統(tǒng)具有如下特點： (1)使用有級調速電機后，水泵電機運行溫度明顯下降，同時減少了機械磨損和維修工作量。 (2)保護功能可靠，大大減少了因過載或單相運行

39、而燒壞電機的現(xiàn)象。(3)通過優(yōu)化進入中央冷卻器的海水流量，節(jié)能效果明顯。(4)ENGARD控制系統(tǒng)采用了8032單片機，具有完善的自檢、控制、顯示、故障報警等功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。海水泵電機與低溫淡水溫度調節(jié)閥通過控制系統(tǒng)可按設定的不同參數(shù)進行控制，具有很強的適應性和靈活性。該系統(tǒng)可通過RS 232與上位機進行通信，便于全船動力裝置的集中控制與監(jiān)視。圖2-1-5 ENGARD中央冷卻水溫度控制系統(tǒng)圖1- ENGARDTM控制單元；2- LT回路溫度傳感器(TT1)；3- LT回路調節(jié)閥(V1)；4- SW回路溫度傳感器(TT2)；5- 冷卻海水泵AC或AE或BE或DCAB或AD或BDA或B

40、或DC或E海水泵的流量組合泵的組合流量種類1234表2-1-1 海水泵的流量組合表圖2-1-6 海水泵的配置、操作模式和功率消耗圖（a） 海水泵的配置 （b）操作模式和功率消耗 2ENGARD控制單元 ENGARD控制單元是一種具有比例積分控制作用的全自動溫度控制系統(tǒng)。它由印刷電路板、固態(tài)繼電器、電源濾波器、變壓器和接線端子排等組成，印刷電路板上有8位微處理器、存貯器（PROM、E2PROM、RAM）及I/O接口。控制器對冷卻水溫度可以進行PI定值自動控制，必要時也可以手動控制。海水泵手動操作時，調節(jié)閥仍可工作在自動狀態(tài)，反之亦然。其控制面板上有操作按鈕、模式開關、數(shù)碼顯示和電機工況和系統(tǒng)報警

41、LED，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障或調節(jié)失靈時，可以通過機艙的警報系統(tǒng)發(fā)出聲光報警。3系統(tǒng)工作原理海水泵的控制不僅取決于中央冷卻器熱負荷，而且還受淡水泵流量、海水泵流量、海水溫度及中央冷卻器的臟污程度有關。淡水溫度在一定的范圍內變化時，低溫淡水調節(jié)閥控制流經(jīng)中央冷卻器的淡水量。當某一工況下海水流量已經(jīng)達到預先設定值，且淡水溫度無法回到設定值時，控制單元將產生一控制信號，切換海水泵工況，改變海水通過冷卻器的流量，從而達到控制低溫淡水回路中低溫淡水溫度的目的。(1)低溫淡水回路溫度的自動控制在低溫淡水回路淡水泵之后檢測低溫淡水溫度為T1，T1與低溫淡水的設定值TL相比較得偏差值ELT1TL，偏差信號經(jīng)微處理器

42、按PI控制規(guī)律處理后輸出控制信號到低溫淡水回路的調節(jié)閥。當?shù)疁囟冉档蜁r，即EL0，調節(jié)旁通閥開大，流經(jīng)中央冷卻器的淡水量減?。环粗?，EL0，旁通閥關小，流經(jīng)中央冷卻器的淡水量增多。淡水溫度超過或低于限制值時，發(fā)出越限報警。在ENGARD控制單元面板上可顯示旁通閥的開度百分數(shù)。當旁通閥的開度信號達到海水泵的切換值時，海水流量設定值TSW將增大或減小，EN-GARD控制單元將根據(jù)TSW值的大小發(fā)送控制信號去控制海水泵，增加或減小海水泵的運行臺數(shù)。海水泵起動時，起動信號反饋回ENGARD控制單元以確認海水泵是否運轉，在ENGARD控制單元面板上有信號指示。若沒有反饋信號，則發(fā)出故障報警。(2)海水

43、泵工況的自動切換海水泵運行工況的自動切換主要由低溫淡水回路中低溫淡水的溫度T1或低溫淡水三通調節(jié)閥的開度V1來決定，這兩個參數(shù)可以同時考慮，即最大排量海水泵是由低溫淡水回路中低溫淡水的溫度控制的；而較小排量的海水泵是由三通調節(jié)閥的開度所覺定的。冷卻系統(tǒng)的熱負荷增大時，需要更多的冷卻淡水流經(jīng)中央冷卻器。若采取V1控制方式，低溫淡水調節(jié)閥將關小旁通口，當V1值達到某一設定值時，控制單元將選擇大排量泵投入運行，如果兩臺泵的排量相同，控制單元首先比較兩臺海水泵的運行時間，運行時間較短的一臺優(yōu)先起動，如果最大排量一臺海水泵已經(jīng)投入運行，但海水流量仍不足以使低溫淡水溫度回到正常值，則控制單元將選擇海水泵組

44、運行方式，即兩臺海水泵同時運行。而后，原先運行的海水泵在5 s后自動停掉；若采取T1控制方式，低溫淡水調節(jié)閥將全關旁通口，淡水全部流經(jīng)中央冷卻器，當T1值增大達到某一設定值時，海水泵流量往大的方向切換(CHANGE-OVER)。熱負荷減小時，低溫淡水調節(jié)閥將開大旁通口(V1控制方式)，當V1值到達某一設定值時，控制單元選擇一臺較小排量的海水泵運行或選擇較小排量海水泵組運行方式，原先運行的海水泵在5 s后自動停掉；若采取T1控制方式，低溫淡水調節(jié)閥的旁通口全開，當T1值降低達到某一設定值時，海水泵流量向小的方向切換(CHANGE-DOWN)。ENGARD控制單元自動調節(jié)T1、V1與冷卻海水流量之

45、間的參數(shù)匹配，避免海水泵的頻繁起停和淡水溫度的大幅度振蕩。如果低溫淡水調節(jié)閥控制旁通口開度V1的變化范圍在05之內，并且淡水溫度偏離設定值不超過0.50C，則不需要對海水泵的流量進行調節(jié)。海水管路在流量較小時，可以以每隔2 min的間隔起動一次非正在運轉的水泵，目的是增加海水流量以實現(xiàn)對管路內的沉積物進行沖洗。在沖洗期間，低溫淡水閥位的百分數(shù)和淡水溫度與 “FLU”將在操作面板的顯示窗口中交替出現(xiàn)。沖洗的間隔時間可通過參數(shù)p12在數(shù)值0999之間進行設置，p12 0，取消該功能。(3)報警與顯示如果故障多于一個，先顯示第一個未確認的報警，該報警確認后，再顯示下一個報警。如果在5 s之內未復位過

46、程報警，則觸發(fā)機艙中央報警單元。發(fā)生功能報警時，低溫淡水調節(jié)閥開度保持原位不變。各種報警信號匯總如表2-1-2所示。ENGARD報警分過程報警和功能報警，前者是關于淡水溫度越限或海水泵本身等故障，后者是關于ENGARD內部及輸入輸出故障。報警性質通過控制面板液晶窗口顯示或發(fā)光LED顯示。 表2-1-2 ENGARD報警信號匯總表注：P過程報警，F(xiàn)功能報警。 4操作步驟 （1）控制面板ENGARD中央冷卻水溫度控制系統(tǒng)的操作面板如圖2-1-7所示。（2）系統(tǒng)初次投入運行首先開啟系統(tǒng)的主進出海水閥，起動低溫淡水泵正常運行。正確開啟海水泵的吸入閥和排出閥，排除海水泵內的空氣。再在海水泵控制屏上將轉換

47、開關“MANAUT”置到“MAN”的位置，合上主電源開關。手動起動大排量的海水泵，用“STBY”開關選擇備用泵。正確開啟中央冷卻器的海水進出口閥，系統(tǒng)開始工作。然后合上ENGARD控制單元的“ONOFF”電源開關(該開關在控制箱內部)，同時復位主保險絲(按下紅色按鈕)，這時操作面板(圖2-1-3)的顯示窗口11出現(xiàn)“d-PCU'”，10 s后，LT回路調節(jié)閥的開度將出現(xiàn)在11的左邊(兩位數(shù)字)，低溫淡水溫度出現(xiàn)在11的右邊(三位數(shù)字0C)。為確保系統(tǒng)在手動操作方式下工作，可在操作面板上按下“Manual mode”按鈕8。徹底檢查系統(tǒng)的工作參數(shù)，確保它們與系統(tǒng)的設定值相符(參數(shù)設定值列表在控制箱門的里面)。最后，按下“Alarm resetLamp test”按鈕15，至少保持3 s以上(若顯示窗口跳出F參數(shù)，則5 min后或者多按幾次按鈕15后將恢復正常)，檢查操作面板上的指示燈是否有異常。圖2-1-7 ENGARDTM操作面板1234567891011121314151.報警輸入信號圖表 2.報警輸入信號LED(Red) 3.控制系統(tǒng)輸出信號LED(Green) 4.控制系統(tǒng)輸出信號圖表5.調節(jié)閥手動模式LED(Orange) 6.海水泵手動模式LED(Orange) 7.自動控制模式LED(Green)8