輪機自動化控制講座-第一章 反饋控制系統(tǒng)實例

1、第一章第一章 反饋控制系統(tǒng)實例反饋控制系統(tǒng)實例第二節(jié)第二節(jié) VAF型型燃油粘度控制系統(tǒng)燃油粘度控制系統(tǒng)第三節(jié)第三節(jié) VISCOCHIEF型燃油粘度控制系統(tǒng)型燃油粘度控制系統(tǒng)第四節(jié)第四節(jié) 大型油輪輔鍋爐水位自動控制大型油輪輔鍋爐水位自動控制第五節(jié)第五節(jié) 大型油輪輔鍋爐蒸汽壓力自動控制大型油輪輔鍋爐蒸汽壓力自動控制第一節(jié)第一節(jié) 柴油機汽缸冷卻水溫度自動控制系統(tǒng)柴油機汽缸冷卻水溫度自動控制系統(tǒng)圖圖1-1-1 汽缸冷卻水溫度控制原理汽缸冷卻水溫度控制原理冷卻器冷卻器M調(diào)節(jié)器冷卻器冷卻器M調(diào)節(jié)器主機主機三通調(diào)節(jié)閥三通調(diào)節(jié)閥執(zhí)行電機執(zhí)行電機感溫元件感溫元件第一節(jié) 柴油機冷卻水溫度控制系統(tǒng)泵主機冷卻器膨脹水

2、柜直接作用式冷卻水溫度控制MR-型電動冷卻水溫度控制系統(tǒng)一、控制系統(tǒng)的組成及工作過程一、控制系統(tǒng)的組成及工作過程圖1-1-2二、電源電路及繼電器開關(guān)電路二、電源電路及繼電器開關(guān)電路三、輸入電路和指示電路三、輸入電路和指示電路四、四、PD控制電路控制電路五、脈沖寬度調(diào)制電路五、脈沖寬度調(diào)制電路六、管理要點六、管理要點圖1-1-3d圖1-1-3a圖1-1-3b圖1-1-3c圖1-1-2組成調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器開關(guān)組開關(guān)組限位開關(guān)限位開關(guān)過載保護過載保護三相伺服三相伺服馬達馬達三通閥三通閥MR-型調(diào)節(jié)器MR-型調(diào)節(jié)器是電動基地式儀表，它把測量、型調(diào)節(jié)器是電動基地式儀表，它把測量、顯示、調(diào)節(jié)等各個單元及相關(guān)附

3、件均組裝在一顯示、調(diào)節(jié)等各個單元及相關(guān)附件均組裝在一個控制盒內(nèi)，設(shè)置在集中控制室。個控制盒內(nèi)，設(shè)置在集中控制室?？刂坪械慕M成：控制盒的組成：1.MRB板，輸入與指示電路板，輸入與指示電路2.MRV板，比例微分控制電路板，比例微分控制電路3.MRD板，脈沖寬度調(diào)制電路板，脈沖寬度調(diào)制電路4.MRK板，繼電器和開并裝置板，繼電器和開并裝置5.MRP板，主電源電路板，主電源電路6. MRS板，穩(wěn)壓電源電路板，穩(wěn)壓電源電路圖1-1-4圖1-1-4Re2Re1D1D2Sr1Sr2L1L2R3R4R1R2C1C2SW1SW2SW+16V-16V0VF1F2D1C1增溫降溫降溫增溫220V+16VMRP板，

4、主電源電路板，主電源電路圖1-1-3dTU1TU2-16V+16V+16V+16VR1R2R4R5W1R3C1R7C4R6R8C2R10R11R12W2W3R13T1G+_+T802SW1SW2R9C7MRB板，輸入與指示電路板，輸入與指示電路圖1-1-3aAB1510TU1+_TU2+_降溫降溫增溫增溫R11R13D7D8T2T1R10R12D6D5R8R9D3D4D1D2R5R6R2R3W2R4R7C2C1R1C3W1MRD板，脈沖寬度調(diào)制電路板，脈沖寬度調(diào)制電路圖1-1-3c5-16V-16V+16VC4TU1+_TU2+_TU3+_R13R8R10W2R9R11R6C4R3R2R5C3

5、C2R1C1R14R4R7W151415MRV板，比例微分控制電路板，比例微分控制電路圖1-1-3bTU1+_TU2+_降溫降溫增溫增溫R11R13D7D8T2T1R10R12D6D5R8R9D3D4D1D2R5R6R2R3W2R4R7C2C1R1C3W1MRD板，脈沖寬度調(diào)制電路板，脈沖寬度調(diào)制電路圖1-1-3c5-16V-16V+16VTU1+_TU2+_降溫降溫增溫增溫R11R13D7D8T2T1R10R12D6D5R8R9D3D4D1D2R5R6R2R3W2R4R7C2C1R1C3W1MRD板，脈沖寬度調(diào)制電路板，脈沖寬度調(diào)制電路圖1-1-3c5-16V-16V+16V管理要點管理要點

6、1.面板功能2.投入使用3.故障排除通則4.參數(shù)調(diào)整第二節(jié)第二節(jié) VAF型型燃油粘度控制系統(tǒng)燃油粘度控制系統(tǒng)目標：控制柴油機燃油的粘度，使之保 持在最佳噴射粘度值上。原理：燃油的粘度隨溫度增加而下降。方法：改變?nèi)加偷募訜岢潭取?船舶柴油機，尤其是主機，通常燃用重油。重油的粘度較大，為便于燃油的輸送和霧化，必須對燃油進行加熱，并使其粘度值維持在設(shè)定范圍內(nèi)。第二節(jié) VAF型燃油粘度控制系統(tǒng)常用燃油粘度控制系統(tǒng)：（1）VAF型燃油粘度控制系統(tǒng)；（2）NAKAKITA型燃油粘度控制 系統(tǒng)；（3）VISCOCHIEF型燃油粘度控 制系統(tǒng)（單片機控制）。第二節(jié)第二節(jié) VAF型型燃油粘度控制系統(tǒng)燃油粘度控制

7、系統(tǒng)一、VAF型燃油粘度控制系統(tǒng)的組成 fig.1-2-1二、測粘計 fig.1-2-2三、差壓變送器 fig.1-2-3四、調(diào)節(jié)器五、氣動調(diào)節(jié)閥 fig.1-2-6六、控制系統(tǒng)常見故障分析及管理要點第二節(jié)第二節(jié) VAF型型燃油粘度控制系統(tǒng)燃油粘度控制系統(tǒng)四、調(diào)節(jié)器 立體圖 fig.1-2-4 簡圖 桿系 表盤 PB和Ti的調(diào)整 正作用式與反作用式 調(diào)節(jié)器與調(diào)節(jié)閥作用形式的配合 手自動切換第二節(jié)第二節(jié) VAF型型燃油粘度控制系統(tǒng)燃油粘度控制系統(tǒng)比例帶調(diào)整方法：比例帶調(diào)整盤上M點的位置逆時針負反饋 比例帶 順時針負反饋 比例帶積分時間調(diào)整方法：積分閥開大Ti 積分閥關(guān)小Ti 調(diào)節(jié)器桿系調(diào)節(jié)器桿系

8、調(diào)節(jié)器表盤調(diào)節(jié)器表盤正作用與反作用正作用與反作用正作用式調(diào)節(jié)器：當測量輸入增加時，輸出也增加反作用式調(diào)節(jié)器：當測量輸入增加時，輸出減少。正作用式反作用式：（1）噴嘴旋轉(zhuǎn)90（2）M點由左上角右上角調(diào)節(jié)器與調(diào)節(jié)閥作用形式的配合調(diào)節(jié)器與調(diào)節(jié)閥作用形式的配合正作用式調(diào)節(jié)器與氣開式調(diào)節(jié)閥反作用式調(diào)節(jié)器與氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥（優(yōu)選）第三節(jié)第三節(jié) VISCOCHIEF型燃油粘度控制系統(tǒng)型燃油粘度控制系統(tǒng)一、控制系統(tǒng)的組成、功能及特點二、測量單元三、VCU160粘度控制器第三節(jié)第三節(jié) VISCOCHIEF型燃油粘度控制系統(tǒng)型燃油粘度控制系統(tǒng)一、控制系統(tǒng)的組成、功能及特點Fig. 1-3-1特點：P 22第三節(jié)第三節(jié)

9、 VISCOCHIEF型燃油粘度控制系統(tǒng)型燃油粘度控制系統(tǒng)二、測量單元Fig. 1-3-21.EVT-10C 粘度傳感器2.PT 100 溫度傳感器Fig. 1-3-4粘度傳感器單片機變送器Fig. 1-3-3第三節(jié)第三節(jié) VISCOCHIEF型燃油粘度控制系統(tǒng)型燃油粘度控制系統(tǒng)三、VCU-160粘度控制器1.控制方式和過程控制方式：溫度程序控制、溫度定值控 制、粘度定值控制作用規(guī)律：PI控制（由單片機程序?qū)崿F(xiàn)）控制方式選擇開關(guān)：DO、STOP、HFO第三節(jié)第三節(jié) VISCOCHIEF型燃油粘度控制系統(tǒng)型燃油粘度控制系統(tǒng)三、VCU-160粘度控制器1.控制方式和過程控制過程：STOPDO 程序

10、加溫，直到DO Tset3,進 入溫度定值控制。 DO指示燈亮，粘度報警關(guān)第三節(jié)第三節(jié) VISCOCHIEF型燃油粘度控制系統(tǒng)型燃油粘度控制系統(tǒng)三、VCU-160粘度控制器1.控制方式和過程控制過程：STOPHFO 程序加溫，直到HFO Tset3,或DOHFO 進入粘度定值控制。穩(wěn)定后，改 為粘度/溫度定值控制。 DO指示燈熄滅， HFO指示燈亮第三節(jié)第三節(jié) VISCOCHIEF型燃油粘度控制系統(tǒng)型燃油粘度控制系統(tǒng)三、VCU-160粘度控制器1.控制方式和過程控制過程：HFO DO 粘度定值控制，降溫，直到DO Tset3,進入溫度定值控制。 DO指示燈亮， HFO指示燈熄滅第三節(jié)第三節(jié) V

11、ISCOCHIEF型燃油粘度控制系統(tǒng)型燃油粘度控制系統(tǒng)三、VCU-160粘度控制器2.控制板電路 Fig. 1-3-6 （1）模擬量輸入電路（2）開關(guān)量輸入電路（3）輸出電路（4）顯示電路第四節(jié)第四節(jié) 大型油輪輔鍋爐水位自動控制大型油輪輔鍋爐水位自動控制主鍋爐：蒸汽動力船舶上用于蒸汽動力裝置的 鍋爐。蒸發(fā)量大，蒸汽壓力高，對水 位和蒸 汽壓力的控制要求較高，常 采用帶有積分作 用的調(diào)節(jié)器。輔鍋爐：內(nèi)燃機動力船舶上的鍋爐。油輪輔鍋爐：加熱貨油，驅(qū)動甲板設(shè)備，蒸發(fā)量較 大，類似主鍋爐。貨輪輔鍋爐：燃油、滑油及生活用水加熱，要求不 高。其水位和壓力常用雙位控制。第四節(jié)第四節(jié) 大型油輪輔鍋爐水位自動控

12、制大型油輪輔鍋爐水位自動控制一、鍋爐水位控制的特點二、某油輪輔鍋爐水位自動控制系統(tǒng) 的組成及工作原理三、變送器四、調(diào)節(jié)器五、給水調(diào)節(jié)閥六、控制系統(tǒng)常見故障分析及管理要點一、鍋爐水位控制的特點一、鍋爐水位控制的特點（1）水中含有蒸汽（15%20%）（2）蒸汽壓力變化時，水下蒸汽的體積發(fā) 生變化。虛假水位，難控制。因此，水位與給水量、蒸發(fā)量和水下蒸汽體積有關(guān)。第四節(jié) 大型油輪輔鍋爐水位自動控制一、鍋爐水位控制的特點一、鍋爐水位控制的特點第四節(jié) 大型油輪輔鍋爐水位自動控制1. 雙沖量水位控制（1）單沖量：水位（2）雙沖量：水位蒸汽流量 fig.1-4-1（3）三沖量：水位蒸汽流量給水量一、鍋爐水位控

13、制的特點一、鍋爐水位控制的特點第四節(jié) 大型油輪輔鍋爐水位自動控制2. 雙回路水位控制（1）水位控制回路（2）給水壓差控制回路pFGfig.1-4-2二、某輪輔鍋爐水位自動控制系統(tǒng)的組成二、某輪輔鍋爐水位自動控制系統(tǒng)的組成fig.1-4-3)(CAKBPP氣動計算器的氣壓輸出A水位調(diào)節(jié)器的氣壓輸出B蒸汽流量變送器的氣壓輸出K系統(tǒng)常數(shù)，此處K2C儀表制造常數(shù)，本儀表為50% （0.6MPa）第四節(jié) 大型油輪輔鍋爐水位自動控制作用：測量被控量，并把被控量的變化量按比例作用：測量被控量，并把被控量的變化量按比例的轉(zhuǎn)變成標準信號，輸出至調(diào)節(jié)器和顯示儀表。的轉(zhuǎn)變成標準信號，輸出至調(diào)節(jié)器和顯示儀表。氣動標準

14、信號：氣動標準信號：19.6 KPa 98.1 Kpa 0.02MPa 0.1 Mpa 0.2kg/cm21.0kg/cm2三、變送器三、變送器Fig.1-4-4三、變送器三、變送器1.氣動差壓變送器的結(jié)構(gòu)和工作原理氣動差壓變送器的結(jié)構(gòu)和工作原理2.遷移原理遷移原理（1）測量部分）測量部分把被控量變化轉(zhuǎn)換為軸向推力。把被控量變化轉(zhuǎn)換為軸向推力。p q測測 p F膜膜1.氣動差壓變送器的結(jié)構(gòu)和工作原理氣動差壓變送器的結(jié)構(gòu)和工作原理Fig.1-4-4Fig.1-4-6M測p F膜膜l1M反p出出 F波波l2M測 M反pKplFlFp單波膜出21（2）氣動轉(zhuǎn)換部分）氣動轉(zhuǎn)換部分 把測量部分輸出的軸向

15、推把測量部分輸出的軸向推力轉(zhuǎn)換成標準的氣壓信號作為差壓變送器的輸出。力轉(zhuǎn)換成標準的氣壓信號作為差壓變送器的輸出。1.氣動差壓變送器的結(jié)構(gòu)和工作原理氣動差壓變送器的結(jié)構(gòu)和工作原理Fig.1-4-7Fig.1-4-4 在K單中，F(xiàn)膜、F波和l1都是固定不變的，唯一可調(diào)的是l2。 反饋波紋管l2 K單 量程 ； 反饋波紋管l2 K單 量程 。 要得到較大的量程，就必然使l2增長。為不使變送器體積過于龐大，將大量程變送器制作成雙杠桿式變送器。1.氣動差壓變送器的結(jié)構(gòu)和工作原理氣動差壓變送器的結(jié)構(gòu)和工作原理Fig.1-4-4p F膜膜l1q反 l2M測 M反pKpllFllFp雙波膜出3241q反 l4

16、 = p出出F波波l31.氣動差壓變送器的結(jié)構(gòu)和工作原理氣動差壓變送器的結(jié)構(gòu)和工作原理（2）氣動轉(zhuǎn)換部分（雙杠桿）氣動轉(zhuǎn)換部分（雙杠桿）Fig.1-4-5Fig.1-4-8（3）差壓變送器調(diào)零和調(diào)量程假定p的最大變化范圍是01000mmH20 1.讓正負壓室均通大氣，使p=0，觀察變送 器輸出壓力是否為0.02MPa，若不是，擰動遷 移（調(diào)零）彈簧，使p出=0.02MPa。 2.逐漸增大正壓室壓力，使p出=0.1MPa，觀察正壓室壓力是否為1000mmH20，若小于它，說明量程小了，則松開量程支點的鎖緊螺母，上移支點，反之亦然。 3.重新調(diào)零、調(diào)量程，直到零點和量程準確為止。1.氣動差壓變送器

17、的結(jié)構(gòu)和工作原理氣動差壓變送器的結(jié)構(gòu)和工作原理Fig.1-4-4單杠桿差壓變送器結(jié)構(gòu)原理圖氣源輸出Fig.1-4-4單杠桿差壓變送器結(jié)構(gòu)原理圖氣源輸出6-噴嘴 13-膜盒 9-鎖緊螺母 8-主杠桿7-遷移彈簧5-檔板 15-緊固螺母 14-正壓室 12-負壓室 11-支架 10-靜壓誤差調(diào)節(jié)螺母 1-放大器 20-瑣緊螺釘 19-反饋波紋管 18-量程調(diào)節(jié)指點 17-底版 16-密封簧片 4-頂針架 3-頂針 2-遷移螺釘 Fig.1-4-4(1)雙杠桿差壓變送器工作原理圖氣源p2 p1p出 Fig.1-4-5測量部分結(jié)構(gòu)原理圖 Fig.1-4-6單杠桿差壓變送器工作原理圖p2 p1V氣源p出

18、 l1l3l2F反 Fig.1-4-7雙杠桿差壓變送器受力分析圖 p出 p1p2q反反量程支點q反反l4l3l2l1Fig.1-4-8 所謂遷移，是指根據(jù)實際需要將變送所謂遷移，是指根據(jù)實際需要將變送器量程的起點由零遷到某一數(shù)值。遷移后，器量程的起點由零遷到某一數(shù)值。遷移后，量程的起點和終點都改變，但量程不變。量程的起點和終點都改變，但量程不變。 以測量鍋爐水位為例說明其遷移原理。以測量鍋爐水位為例說明其遷移原理。2.遷移原理Fig.1-4-9用參考水位罐檢測鍋爐水位裝置 512346BACCFig.1-4-9圖1-4-9用參考水位罐檢測鍋爐水位裝置 5-差壓差壓變送器變送器2-參考參考水位罐

19、水位罐4-參考參考水位管水位管6-閥箱閥箱BACC-泄放閥泄放閥 1-鍋爐鍋爐A-截止閥截止閥B-平衡閥平衡閥3-測量測量管管Fig.1-4-9差壓變送器的負遷移特性MPa0.02mmH2O600-6000負遷移負遷移 0.1Fig.1-4-10MPa0.02Kg/cm2100正遷移正遷移0.164量程遷移的優(yōu)點：1.適應(yīng)不同應(yīng)用場合的需要：例如，水位測量2.提高靈敏度：量程越小，K越大3.減小誤差： (10-6) 1% = 0.04 (10-0) 1% = 0.1四、調(diào)節(jié)器四、調(diào)節(jié)器fig.1-4-11通用正/反作用式PID調(diào)節(jié)器第四節(jié) 大型油輪輔鍋爐水位自動控制四、調(diào)節(jié)器四、調(diào)節(jié)器fig.1-4-12第四節(jié) 大型油輪輔鍋爐水位自動控制) ( 0)()( 0 ; ; 11124111151212411512114512apbpapbpaFpaFppbFpbFppaFpaFpbF