自动温度控制系统

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1、目前，船舶主机缸套冷却水温度的自动控制大多使用的是模拟式调节仪表，由电子器件的逻辑运算输出控制信号来驱动继电器，从而对电动机进行转向控制，实现对温度的控制。从整体上看主要存在以下两个明显的缺点：一是采用的元器件比较落后，导致电路较为复杂，使用的逻辑元器件也较多，增加了备件管理和维护工作的难度；二是由于系统整体比较复杂和模拟仪表的实现功能的限制，这些温度控制器都采用了较简单的控制规律，不能提供很好的控制性能。综合这些不利因素，此类控制系统已经无法满足日益提高的控制性能需求，必须采用新的控制方式。　　　　鉴于此，决定用单片

2、机来控制船舶主机缸套冷却水的温度。单片机具有高精确度、高灵敏度、高响应速度，以及耗能少、机构小、可以连续测量、自动控制、安全可靠等优点。同时，其逻辑控制运算是由软件来进行的，可以容易地实现各种控制规则，甚至是比较复杂的控制算法，而且很少受外界工作环境的影响。因此，单片机可以安全可靠地运行，并且智能地控制冷却水的温度稳定在某一给定值，或者给定值附近，使得船舶柴油机冷却水温度测控满足现代远洋船舶的要求[1]。　　　　　　　　　　　　1船舶主机缸套冷却水温度控制技术发展历程　　　　　　　　1.1直接作用式控制方式　　　　在2

3、0世纪50年代末期，船舶柴油机冷却水温度控制是采用直接作用方式。这是一种早期的反馈式控制方式。其特点是，不需要外加能源，而是根据在冷却水管路中的测量元件内充注的工作介质的压力随温度成比例变化而产生的力来驱动三通调节阀，进而改变流经淡水冷却器的淡水流量和旁通淡水流量，从而实现温度调节。　　　　这种控制方式的缺点是显而易见的，测量元件内充注的工作介质对密封性要求很高，如果测量元件内充注的工作介质泄漏，那么其本身的压力就不能随温度成比例进行变化，因而使得温度控制失去作用。同时，其控制精度不高，冷却水温度变化较大，对船舶柴油机

4、的稳定运行也会不利。　　　　1.2气动式控制方式　　　　在20世纪70年代末期，船舶柴油机冷却水温度控制是采用气动式作用方式。其特点是，利用感温元件和温度变送器，把气缸冷却水温度的变化成比例地转变成气压信号的变化送至调节器，与调节器的给定信号相比较，其偏差信号经调节作用规律运算后，成为调节器输出的控制气压信号去调节温度。　　　　它也存在着一些问题，例如系统对气体的密封性和压力要求同样很高，对运输和储存气体的管系的密闭性要求也很高，如果控制气压信号有所损失，就会使得控制精度降低，效果变差。因此，这种控制方式现在也很少采用

5、了。　　　　1.3电动式控制方式　　　　在20世纪80年代中期，船舶柴油机冷却水温度控制是采用电动式作用方式。这也是目前远洋船舶上主要采用的温度控制方式。它的作用方法是，利用安装在船舶柴油机气缸冷却水进口或者出口管路中的感温元件，通常为电阻数值与温度变化在一定范围内成线性变化的热敏电阻，经分压器分压把冷却水温度成比例地转换为电压信号，这个测量信号与由电位器整定的给定值电压信号相比较得到偏差信号，再经过比例微分作用，输出一个控制信号，并将此控制信号送至脉冲宽度调制器，将连续的控制信号变成断续的脉冲信号去调节冷却水温度[2

6、]。　　　　尽管此类电动控制系统的控制精度和效果可以在一定程度上满足船舶运行的需求，但是并不说明这种控制方式是完美无缺的。首先，这些控制系统的调节器采用了较为简单的控制规律，比如比例微分(PD)控制规律或者比例积分(PI)控制规律，若采用PD控制会出现静态误差，使系统长时间偏离最佳工作点运行；若采用PI控制，则对于冷却水温度这样具有较大惯性的被控对象，会因为缺乏超前的控制作用而产生较大的超调量，使得系统动态特性较差，而且调节阀的开度改变以后，温度传感器不能马上反映出调节作用的结果，存在滞后，难以得到满意的控制效果。其次

7、，这种控制系统的测量和控制部分，是利用一些电子器件进行逻辑运算输出的，它的缺点就是一旦逻辑输出部分机械部件出现故障，则整个测控系统的控制能力和精度就会出现故障，其工作效果大打折扣。而冷却效果的变差，将会产生严重的后果，例如，船舶主机气缸和活塞温度的升高、润滑油随温度的升高使粘度降低而造成机械运动的磨损，缩短了柴油机的使用寿命等。　　　　　　　　2温度控制系统介绍　　　　　　　　2.1系统的构成　　　　首先，介绍一下现代远洋船舶绝大多数所采用的中央冷却系统的工作过程。利用船舷外的海水泵输送海水进入中央冷却系统，来冷却低温

8、淡水，被冷却后的低温淡水再去冷却船舶主柴油机气缸套和气缸盖的高温淡水。因此，这种冷却系统中就有两个冷却水回路：一个是低温回路，就是由舷外海水来冷却低温淡水的回路，因为海水的流入和流出不是一个闭合的过程，因此又称为开式冷却；另一个是高温回路，就是由低温淡水来冷却高温淡水的回路，因为低温淡水和高温淡水的流动是一个循环利用的过程，因此又