《轮机自动化》数字化教材项目二任务一

1、项目二 船舶机舱辅助控制系统【项目描述】船舶机舱辅助控制系统是保证船舶正常航行的重要部分，用于保证实现机舱各系统远距离操纵与集中控制，以改善工作条件、提高工作效率。通过本项目的学习，学生具体应达到以下要求：一、知识要求1. 冷却水温度控制系统的组成及工作原理；冷却水温度控制系统的操作与管理2. 燃油供油单元自动控制系统的组成及工作原理，测黏计工作原理，燃油黏度控制系统；燃油供油单元的操作与管理3. 燃油净油单元自动控制系统的组成及工作原理，EPC-50分油机控制系统；净油单元控制系统的操作与管理4. 空气反冲洗式自清滤器的组成及工作原理；自清洗滤器控制系统的操作与管理5. 阀门遥控系统、液舱遥

2、测系统的组成及工作原理；阀门遥控及液舱遥测系统的操作与管理6. 燃油锅炉自动控制的主要任务；锅炉水位控制，蒸汽压力控制，燃烧时序控制，锅炉的安全保护二、能力要求掌握机舱辅助控制系统的调试及故障排查方法。1. 掌握冷却水温度控制系统的操作与故障诊断方法，能够对不同故障现象进行分析、处理。2. 能够对燃油供油单元自动控制系统进行操作与管理，能够正确地使用测黏计。3. 能够对EPC-50分油机控制系统的典型故障进行分析。4. 能够对空气反冲洗式自清滤器进行维护保养。5. 能够对阀门遥控及液舱遥测系统进行操作和管理。6. 能够对辅锅炉自动控制系统的典型故障进行分析。三、素质要求1具有团队意识和协作精神

3、。2. 自主学习，主动建构自己的经验和知识3. 结合案例进行分析，理论联系实际【项目实施】 任务一 冷却水温度控制系统一、学习目标1. 熟悉柴油机冷却水温度控制系统的工作原理及实现方法；2掌握MR-冷却水温度控制系统的结构组成及参数调整；3. 理解中央冷却系统的特点和ENGARD控制单元的功能操作；4. 掌握冷却水温度控制系统的故障诊断过程。二、学习任务1MR-冷却水温度控制系统的结构组成及参数调整2中央冷却系统的特点及工作过程三、背景知识MR-型冷却水温度控制系统采用基地式电动调节器实现柴油机气缸冷却水温度的自动控制，调节器采用运算放大器电路。随着技术的发展，现代船舶广泛采用中央冷却器系统。

4、ENGARD控制器采用单片机作为核心部件，实现冷却水温度的自动控制。一、MR型冷却水温度控制系统1MR-II型冷却水温度控制系统的组成及基本工作原理MR-型冷却水温度控制系统的组成如图2-1-1所示，它主要由MR-型电动调节器、开关组、限位开关、过载保护继电器、三相交流伺服电机M、三通调节阀及淡水冷却器等组成。MR-型基地式电动调节器是采用集成运算放大器组成的基地式仪表，能实现比例微分控制作用。它把测量、显示、调节各部分以及相应的继电器和开关元件都组装在一个控制箱中，并安装在机舱的集中控制室内。控制系统的测温元件是T802型热敏电阻，被插在气缸冷却水进口管路中，其电阻值与冷却水温度的变化成线性

5、关系。T802型热敏电阻具有负的温度系数，在20°C时，电阻值为802，当被测温度升高时，其电阻值成比例地减小，经分压器把冷却水温度的变化成比例地转换成电压信号。这个温度测量信号一方面送到指示电路；另一方面与由电位器整定的代表冷却水温度给定值的电压信号相比较，得到偏差信号。这个偏差信号经比例微分运算输出一个连续变化的控制信号，送至脉冲宽度调制器。脉冲宽度调制器把连续变化的控制信号调制成脉冲信号。若冷却水温度的测量值高于给定值，脉冲信号使“减少输出继电器”断续通电，使接触器SWl断续通电，其触点SWl断续闭合；若冷却水温度的测量值低于给定值，脉冲宽度调制电路输出的脉冲信号使“增加输出继

6、电器”断续通电，使接触器SW2断续通电，其触点SW2断续闭合。三相交流伺服电机M经减速传动装置带动两个互成90°的平板阀转动，一个阀控制旁通水量，另一个阀控制经过冷却器的淡水流量。当SWl断续闭合时，伺服电机M逆时针断续转动，关小旁通阀，开大经冷却器的淡水阀，使冷却水温度降低。当SW2断续闭合时，电机M顺时针断续转动，使冷却水温度升高。当冷却水温度测量值等于或接近给定值时，调节器无输出，“减少”和“增加”输出继电器均断电，接触器SW1和SW2均断开，电机M停转，三通调节阀的开度保持不变。为了避免阀板转到极限位置卡住使电机M回行时动作不灵敏或电机起动电流过大而引起过热，在SW1和SW2

7、的线圈回路电路中分别串联了限位开关A、B和一个过载保护继电器控制的触点Sr3。当三通阀转至接近极限位置时，限位开关的触点A或触点B断开，切断电机M的电源使电机停转。若伺服电机M的电流过大，过载保护继电器会动作，其触点Sr3断开，使“减少”和“增加”输出继电器均断电，切断电机M的电源，保护电机不会因过热而烧毁。在SW1和SW2的线圈回路中，分别串联了对方的常闭触点Sr2和Sr1，其作用是实现互图2-1-1 MR-型电动冷却水温度控制原理图15WX88BM水43BX理33WLL图2MPGFRT802RST海水出口海水进口淡水进口淡水给水泵主 机指示仪表e给定值电位器增加减少Sr1Sr2SW1SW2

8、Sr3限位开关三通阀MR-型调节器淡水冷却器SW1SW2e锁，防止两个接触器同时通电导致电源短路。2MR-型电动调节器的电路组成及原理MR-型电动调节器电路由六块印刷电路板组成，如图2-1-2和2-1-3所示。其中，MRB板是输入和指示电路；MRV板是比例微分控制电路；MRD板是脉冲宽度调制电路；MRK板是继电器和开关电路；MRP板是主电源电路；MRS板是稳压电源电路。1)电源电路电源电路由主电源电路MRP板和稳压电源电路MRS板两部分组成。220V交流主电源由外部接线端8和9接至MRP板。合上电源主开关SWl，MRP板上的电源指示灯D2亮，说明电源正常。220V交流电一方面由接线端4和16送

9、到MRS板上的变压器初级绕组；另一路经“手动-自动”选择开关SW2接至继电器和开关装置板MRK，作为“增加输出继电器”或“减少输出继电器”的工作电源。在自动控制时，按下选择开关SW2，使电源一端经接线端8或15与电源另一端（接线端16）对“增加输出继电器”或“减少输出继电器”构成220V交流工作电源；在手动控制时，拔出选择开关SW2，MRK板上的手操开关SW1经接线端11与电源另一端构通。这时可扳动MRK板上的手操开关SW1，使“增加输出继电器”或“减少输出继电器”通电或断电，对冷却水温度进行手动调节。MRS板是稳压电源电路。变压器初级绕组输入的是220V交流电源，两个次级绕组均输出21V交流

10、电压。两个交流电压各自经整流、滤波和稳压电路得到两个上正下负的16V直流电压。+16V、0V和-16V的电压分别经MRS板上的接线端1、2和3送到各印刷电路板的接线端2、6和18，作为各印刷电路板的工作电源。2)输入和指示电路输入和指示电路如图2-1-2中的MRB板所示。(1)输入电路输入电路的作用是进行信号变换，将气缸冷却水温度的测量值与给定值进行比较，输出偏差电压信号。带有温度补偿的T802型热敏电阻插在柴油机冷却水进口管路中，它的两端经外部接线端2和3接在MRB板上的12和6端。假定R3的阻值比R1、R2及T802型热敏电阻的阻值大得多，则A点的电位UA为： （2-1-1）由上式可见，当

11、冷却水温度升高时，由于T802电阻值减小而使UA降低。当冷却水温度从0°C变化到100°C时，对应的UA值从3.5V变化到1.48V。UA经电阻R3送至运算放大器TUl的反相端。B点电位UB是冷却水温度给定值所对应的电压信号，它经R4、R5和电位器W1分压得到，并经R6和R8分压后送至TU1的同相端。电位器Wl用来调整UB的大小，即调整冷却水温度的给定值大小。电容C1和C2是滤波电容，滤掉两个输入端的交流干扰信号。TU1是一个差动输入运算放大器，差动输入方式可避免导线上电阻压降（属于共模信号）引起的误差。如果选取R7/R3=R8/R6，则其输出电压U15为： （2-1-2）

12、当冷却水温度高于给定值时，UB > UA，U15为正极性电压值；当冷却水温度低于给定值时，UB < UA，U15是负极性电压值。可见，TU1的输出U15表示了冷却水温度偏差值的大小和方向。在TU1的反馈回路中，并联了一个电容C6，它相当于在TU1的比例运算环节中串联了一个惯性环节，其作用是防止电路振荡，提高电路的稳定性。一般C6值较小，否则TU1的输出对冷却水温度的变化就不灵敏了。 图2-1-2中的SWl是内给定与外给定切换开关，外给定电压信号可以从端子10引进，内给定电压信号由R4、R5和电位器W1分压电路给出。(2)指示电路指示电路的作用是将反映温度的电压信号转换为电流信号，并

13、由电流表来指示冷却水温度的测量值或给定值。指示电路由运算放大器TU2、晶体管T1、反馈电阻和电位器W2、W3、电流表（温度表）G等元件组成。电流表G的满量程是01mA，对应冷却水温度（测量值或给定值）0100°C，表头G用温度刻度。代表冷却水温度测量值的A点电位UA经转换开关SW2送至运算放大器TU2的同相端，反相端的电位是PNP晶体管T1发射极电位。当冷却水温度升高时，UA降低，TU2 端的输出图2-1-2 MR-型电动调节器工作原理图1图2-1-3 MR-型电动调节器工作原理图2信号U6降低，T1基极电位降低，其集电极电流增大，表头G的读数增加。随着集电极电流的增大，发射极电位要

14、降低，使U6有升高的趋势。这一趋势限制了T1集电极电流的增大。当T1发射极电位下降到使T1集电极电流不再增加时，TU2输出U6稳定不变，表头G的读数也就稳定在一个较高的数值上。反之，当冷却水温度降低时，UA升高，TU2的输出U6也升高，T1集电极电流减小，表头G的读数随之减小。T1集电极电流减小，使T1发射极电位升高，这就限制了U6的继续增加。当T1发射极电位升高到使T1集电极电流不再减小时，电流表读数又稳定在比原来较低的数值上。调整电位器W2可调整电流表G的零点。在表头G调零前要把UA调准，即冷却水温度为0时，UA=3.5V。这时可在TU2的同相端加一个3.5V的电压信号，TU2输出U6应使

15、电流表G指针指零，若指针不指零，例如大于零，说明U6太低，这时应减小电位器W2的电阻值来降低T1发射极电位，使TU2输出的电压U6升高，使T1集电极电流减小，直到电流表指针指零为止。调零是通过改变T1发射极电压，即改变TU2负反馈强度来实现的。调整电位器W3可调整电流表G的量程。零点调好后，在TU2的同相端加一个1.48V的电压信号，观察电流表G的指针是否指在100°C上，若指示不到100，说明量程大了，可调整W3，使R13与W3并联的等效电阻值减小，即减小其限流作用，使集电极电流增大，直到指针指在100上为止。由于移动量程电位器滑动触点之后会改变仪表的零点，因此必须重新调零。图2-

16、1-2中的SW2是指示选择切换开关。SW2合于下面，仪表指示冷却水温度的测量值；SW2合于上面，仪表指示冷却水温度的给定值。3)比例微分控制电路比例微分控制电路如图2-1-3中MRV板所示。它是由微分运算放大器TUl、比例运算放大器TU2和反相加法运算放大器TU3组成。由输入电路送来的偏差信号U15经阻容滤波之后得到UB，UB代表了冷却水温度的偏差值，并分别送至TUl和TU2的反相输入端。(1)微分控制电路微分控制电路由运算放大器TUl、输入电容C2和电阻R2及反馈回路组成。在电路中如果没有电阻R2，它是一个理想的微分环节，其输出U6与输入UB的关系为 ， 则 （2-1-3）式中，。若在输入回

17、路中，加进电阻R2，TUl就构成了一个实际微分电路，该电路输出电压U6极性与输入电压UB极性相反。 (2)比例控制电路比例控制电路是由运算放大器TU2、输入电阻R4及反馈回路组成，其输出U6与输入UB的关系为： （2-1-4）(3)比例微分控制电路的综合输出微分控制电路和比例控制电路的输出分别经电阻R10和R9加到综合运算放大器TU3的反相输入端。TU3实际上是一个加法器，若取R9= R10，则TU3输出与输入的关系为： （2-1-5）把式3-1-3和式3-1-4代入上式，令；则可得到 （2-1-6）式3-1-6中，KP是比例微分控制作用的放大倍数，Td是比例微分控制作用的微分时间。调整W1可

18、整定调节器的比例带，调大W1，放大倍数K增大，比例带PB减小，比例控制作用增强；反之，调小W1，比例带PB增大，比例控制作用减弱。调整W2可整定微分时间，调大W2，微分时间Td增长，微分作用增强；反之，调小W2，微分时间Td变短，微分作用减弱。TU3输出电压U5的极性与电压UB的极性相同，亦即与偏差信号U15极性是相同的。4)脉冲宽度调制电路脉冲宽度调制电路如图2-1-3中MRD板所示。脉冲宽度调制电路的作用是把MRV板送来的连续变化的控制信号调制成幅度不变、宽度和间歇可变的方波脉冲信号，使“增加输出继电器”或“减少输出继电器”断续通电，从而使伺服电机按逆时针方向或顺时针方向断续转动，对冷却水

19、温度进行调节。TUl和TU2是带回差的电压比较器，当同相输入端电压大于反相输入端电压时，比较器输出正饱和；当反相输入端电压大于同相输入端电压时，比较器输出负饱和。TUl和TU2的同相端分别接由+16V和-16V电源经R2、R3、R4 及W2分压得到的电压，通过调整电位器W2，使TUl同相端输入一个较小的正电压、TU2的同相端输入一个较小的负电压，且这两个电压的绝对值相等。TUl同相端和TU2同相端之间的电压是冷却水温度控制的不灵敏区。由比例微分控制电路输出的控制信号U5经R1和Cl组成的阻容回路分别送到TUl和TU2的反相端。当U5变化时，电容Cl通过R1进行充电或放电。TUl和TU2的反相输

20、入端电压就是电容Cl的对地电位。当冷却水测量温度等于给定值时，U5=0。TUl和TU2的反相输入端电压均等于零。此时，TUl的同相端电位高于反相端，TU1输出为正饱和电压值，二极管D6和晶体管T1截止，MRK板的中间继电器Re1的-16V电源不能对地构成通路，其常开触点Srl断开，“减少输出继电器”断电。TU2同相端是一个绝对值较小的负电位，同相端电位低于反相端，TU2输出为负饱和电压值，二极管D5及晶体管T2均截止，使MRK板的中间继电器Re2的+16V电源不能对地构成通路，其常开触点Sr2断开，“增加输出继电器”断电。从而使得图2-1-1中的接触器SW1和SW2均断电，伺服电机M停转。当冷

21、却水温度的偏差值较小且变化不快时， U15和U5电压绝对值也较小，TUl和TU2反相输入端的电压变化很小，只要U5电压不超过不灵敏区，TUl和TU2仍保持原来的输出状态，伺服电机M仍停转。当冷却水测量温度高于给定值并超过不灵敏区时，U15和U5的极性均为正，经电阻R1向电容C1充电，电容两端电压不断增加，其极性为上正下负。TU2输出仍为负饱和，T2截止，“增加输出继电器”仍然断电。TUl反相输入端的正极性电压不断增大，当该电压值高于同相端电压时，TUl的输出就由正饱和立即翻转为负饱和，二极管D6和晶体管T1均导通。MRK板的中间继电器Re1通电动作，其常开触点Sr1闭合，使“减少输出继电器”通

22、电动作，图2-1-1中的触点SWl闭合，伺服电机M逆时针方向转动，关小旁通口、开大冷却口，使冷却水温度降低。在TUl输出为负饱和的情况下，二极管D1导通，极性为上正下负的电容器C1经电位器W1、电阻R5、二极管D1到TUl的输出端构成放电回路，电容器C1放电，其两端的电压，即加到TUl反相端的电位不断降低。当其电位降到低于同相端电位时，TUl的输出又由负饱和立即翻转为正饱和，D6和T1截止，“减少输出继电器”断电，伺服电机M停转。由于TUl输出为正饱和，D1截止，电容C1的放电通路被切断，使输入信号U5又经R1向C1充电，使TU1反相输入端电位不断升高。当其反相端电位又高于同相端时，TUl输出

23、又变为负饱和，“减少输出继电器”又通电。这样，由于电容C1的充放电，TUl交替地输出正、负饱和电压，使T1断续导通，“减少输出继电器”断续通电，伺服电机M断续朝逆时针方向转动，直到冷却水温度下降到给定值附近，即U5接近零时为止。当温度的测量值低于给定值并超过不灵敏区时，U15和U5均为负极性。TUl输出为正饱和不变，T1截止，“减少输出继电器”保持断电。TU2反相输入端电位低于同相端，TU2输出将从负饱和翻转为正饱和，D5和T2均导通，MRK板上的中间继电器Re2通电动作，其常开触点Sr2闭合，“增加输出继电器”通电，图2-1-1中触点SW2闭合，伺服电机M按顺时针方向转动，开大旁通口、关小冷

24、却口，使冷却水温度回升。在TU2输出正饱和的情况下，D2导通并经R5和W1向电容C1充电。当TU2反相输入端电位高于同相端时，TU2立即输出负饱和，D5和T2均截止，“增加输出继电器”断电，伺服电机M停转。同时D2截止切断了电容Cl的充电通路。在负极性U5的作用下，电容C1不断放电，使TU2反相端电位不断降低，当该电位低于同相端的负电位时，TU2的输出又翻转为正饱和，伺服电机M再次按顺时针方向转动。可见，当冷却水温度低于给定值时，伺服电机M是断续按顺时针方向转动，直到冷却水温度回到给定值附近为止。在伺服电机断续转动过程中，其转动时间和停转时间取决于两个因素：一个是U5电压值的大小，另一个是电容

25、C1充放电的快和慢。若U5电压值不变，电容C1充放电越慢，伺服电机转动时间越长，停转时间越短。反之，电容C1充放电快，伺服电机转动时间也短，电机停转时间就长一些。电容C1的充放电回路是由电阻电容组成的惯性环节来实现的。调整W1可调整电容C1充放电的时间常数T，即可调整脉冲宽度。调大W1电阻值，时间常数T大，电容充放电慢，脉冲宽度宽，电机转动时间长，控制作用就强，但稳定性降低。反之，调小W1电阻值，脉冲宽度变窄，电机转动时间短，控制作用弱。当W1调定后，若冷却水温度的偏差值较大，尤其是偏差的变化速度较大时，U5的绝对值在短时间内是很大的，此时，U5对电容C1的充放电速度很快，可能会大于C1对TU

26、2和TU1输出端的充放电速度，则电机会保持连续的转动。随着调节过程的进行，U5绝对值不断减小，对电容C1的充放电速度变慢，电机恢复断续转动。随着冷却水温度的偏差不断减小，U5越来越小，执行电机停转时间越来越长，转动时间越来越短，MR-的控制作用越来越弱，这样可以有效地防止调节过头。当U5小于死区时，执行电机停止转动。调整MRD板上的电位器W2可以改变TUl和TU2同相端的电位，可调整调节器的不灵敏区。不灵敏区不能调整得太小，否则伺服电机将会频繁动作，这对电机很不利。不灵敏区也不能调整得太大，否则，冷却水温度需要偏离给定值较大的数值，伺服电机M才会开始转动，在稳态时的静态偏差会很大，使控制系统静

27、态精度降低。ABCDEF1234568971011121314图2-1-4 MR-型调节器正面板布置图二极管D3和D4对T1和T2起连锁作用，即T1和T2不能同时导通，也就是“减少输出继电器”和“增加输出继电器”不能同时通电，以免电机电源发生短路。5)继电器和开关电路 继电器和开关电路如图2-1-3中的MRK板所示。它的作用是直接控制“减少输出继电器”和“增加输出继电器”的通断电，以使伺服电机M正、反转或停转。在自动控制时，合上MRP板上的电源主开关SWl，按下手动、自动选择开关SW2，“减少输出继电器”和“增加输出继电器”的通断电状态是由中间继电器Re1和Re2的通断电状态决定的。当自动控制

28、系统出现故障时，可拔出手动-自动选择开关按钮，由自动控制改为手动操作。然后扳动手操开关SWi来控制“减少输出继电器”和“增加输出继电器”的通电和断电，控制伺服电机转动。指示灯L1和L2指示电机M的转动方向。阻容电路使电机在同一方向断续转动时指示灯保持常亮，不会因脉冲宽度调制器输出的脉冲信号而闪亮。3.MR-型控制系统的管理要点 MR-型调节器正面面板的布置如图2-1-4所示，它由一个温度表A和五块插板组成。温度表A是MRB板上的电流表G，它把电流0lmA的变化范围按比例地改为0100的刻度，以指示冷却水温度的实际值，也可以指示冷却水温度的给定值。插板B是MRB板。旋钮1是MRB板上的电位器W1

29、，用来整定给定值。按钮2是MRB板上的转换开关SW2，拔出按钮，温度表A指示冷却水温度的测量值，按下按钮，温度表A可指示冷却水温度的给定值。插板C是MRV板。上面的两个旋钮3和4是MRV板上的电位器W2和W1，旋钮3用来整定微分时间，旋钮4用来调整比例带。插板D是MRD板。旋钮5是MRD板上的电位器W2，用来调整TUl和TU2的不灵敏区。旋钮6是MRD板上的电位器W1，用来调整脉冲宽度。插板E是MRK板。7和8是MRK板上的指示灯L1和L2，用来指示电机M的运转方向。开关9是MRK板上的手操开关SW1，当自动控制系统发生故障时，可扳动开关9对冷却水温度进行手动控制。插板F是MRP板。1014都

30、在MRP板上。其中10和11是保险丝F1和F2；14是发光二极管D2，指示电源是否正常。开关12是“手动-自动”转换开关SW2，扳到右边是“自动”位置，扳到左边是“手动”位置。开关13是电源主开关SW1，扳到右面SW1合上，扳到左面SW1断开。1)控制系统投入运行的操作 先把开关13扳到右面位置，接通主电源，电源指示灯14亮。若不亮，可拔出保险丝10和11，更换烧坏的保险丝。电源正常后，按下按钮2，转动旋钮1，让温度表指示冷却水温度的给定值。再把按钮2拔出，让温度表指示冷却水温度的测量值，把开关12扳到左面位置，手操开关9，将冷却水温度调节到给定值附近。然后把开关12扳到右面的自动位置，从而可

31、实现无扰动切换，自动控制系统就可投入工作。2)参数调整控制系统安装以后，调节器的比例带、微分时间、不灵敏区或脉冲宽度等调整旋钮不要轻易转动。确实发现控制系统过渡过程不理想需要调整时，每一次调整量要小，每调一次都要认真观察温度表指针的变化情况，直到调好为止。3)故障处理在自动控制系统工作过程中，如果发现温度表指示的测量值与给定值之间有较大的偏差值，而指示灯7和8都不亮，说明电机M没有转动。这时必须立即把开关12扳到左面的手动位置，然后手操开关9。如果此时电机M可以正转和反转，说明控制电路出现故障，可分别抽出MRB板、MRV板和MRD板，人为地输入一个信号，观察其输出U15、U5、U10和U9是否

32、变化。哪块板输出不变化，故障就出在哪块板上，换一块备件插板，控制系统就能恢复正常工作。若在手操开关9时，电机M仍然不转，说明自动控制系统没有故障，故障出现在执行机构中，例如电机M烧毁或轴卡死、过载保护继电器动作、电机M的电源切断等。如果手操开关9电机M能在一个方向上转动而在另一个方向上不能转动，原因可能是“减少输出继电器”或“增加输出继电器”的线圈烧断，或者它们的触点因磨损、烧蚀而不能闭合，要及时检查修复。冷却水系统处于稳态时，冷却水的测量值、给定值、温度表的指示值都相等。如果T802对地断路，则温度表指针指示0°C以下，而冷却水的实际值将不可控地升高。如果T802对地短路，则温度表

33、指针指示100°C以上，而冷却水的实际值将不可控地降低。如果系统受到扰动后，温度表指针振荡激烈，表明调节器控制作用太强，应调小MRV板上的电位器W1和W2，增大PB，减小Td。如果温度向给定值方向恢复很慢且无波动，表明调节器控制作用太弱，应增大MRV板上的电位器W1和W2。值得注意的是，如果MRD板上的电位器W1调得太大，会使脉冲宽度调制电路输出的脉冲宽度太宽，电机转动时间过长，同样也会导致系统不稳定。二、中央冷却水温度控制系统*传统的大型船舶冷却系统用淡水强制冷却受热部件，然后用海水强制冷却淡水和其它载热工质（如增压空气、滑油、制冷剂等）。在系统布置上淡水冷却属闭式循环，海水冷却属

34、开式，两者组成的冷却系统称为闭式冷却系统。该系统管路复杂，热交换器众多，机舱布置困难，检修不方便，在大型船舶上已呈越来越少被采用的趋势。自20世纪70年代开始出现了一种新型的冷却系统，即中央冷却系统。这种冷却系统的基本特点是由高温淡水、低温淡水、海水三个分系统组成：闭式的高温淡水（约80ºC85ºC）用于冷却主柴油机、气缸盖、废气涡轮增压器；低温淡水（约3045）用于冷却高温淡水、发电柴油机气缸套、增压空气、活塞冷却油、柴油机系统滑油、空气压缩机、船舶空调冷凝器、船舶伙食装置冷凝器、蒸汽冷凝器；受热后的低温淡水在一个中央冷却器中由开式的海水系统进行冷却。较之传统的闭式冷却系

35、统，中央冷却系统具有以下明显优点：（1）海水管系及热交换器少，减少海水腐蚀、机舱舱底水量和维修工作量；（2）高温、低温两路淡水分别冷却不同受热部件，便于控制温度，便于保持柴油机气缸冷却水温度稳定，使柴油机保持最佳冷却状态运转；（3）淡水系统管路清洁，腐蚀小，维修工作量小，工作可靠。中央冷却系统也存在以下缺点：（1）附加管路阻力损失增加泵耗功，泵功率要求大；（2）仍存在海水管系和大功率主海水泵，初投资大，海水管路仍存在腐蚀，维修工作量较大，工作可靠性受到影响。在近年来建造的现代化大型船舶中，大多采用中央冷却系统，但在中、小型船舶中仍然有相当一部分采用传统的闭式冷却系统。船舶冷却水温度的控制手段还

36、是以旁通控制法为主，即把被冷却的高温水分成两路，一路经过冷却器，另一路经过旁通管路，由三通调节阀对冷水和热水进行混合，得到不同的调节阀出口温度。温度控制器根据设定温度和测量点温度偏差值按一定的调节规律输出控制信号至执行机构，改变调节阀的旁通口开度，从而实现测量点温度的自动控制。本节仅介绍单片机式中央冷却水温度自动控制系统的组成、工作原理、参数调整方法及管理要点。1ENGARD中央冷却水温度控制系统概述ENGARD中央冷却水温度控制系统是AlfaLaval公司的产品，它采用8032单片机取代了常规的变送器和调节器，是新一代船舶中央冷却水自动控制系统。ENGARD控制系统如图2-1-5所示。它包括

37、海水(SW)回路和低温(LT)淡水回路两大部分，由ENGARD控制单元1、两个PTl00回路温度传感器2和4，低温淡水回路调节阀3、3台海水泵5和2台低温淡水泵6组成。如果调节阀是气动作用式，需要配置电气(EP)转换器。操作人员可在控制单元1的操作面板上设定参数，控制系统通过海水流量的有级调节和调节阀3来控制低温淡水回路的温度。海水回路中的海水泵B和D由双速电机拖动，可进行有级调速。3台海水泵中的任意2台泵各在50的负荷下并联运行时，可达到冷却系统的最大海水流量(100)。ENGARD管理这3台泵的运行状态，根据负荷自动控制海水泵的并联、解列和调速，实现海水流量的有级调节。海水泵的配置、操作模

38、式和功率消耗如图2-1-6所示。由流体力学可知，水量Q与转速n的一次方成正比，水压H与n的二次方成正比，轴功率P与n的三次方成正比，因此，当水量减少水泵转速下降时，其功率降低很多，节能效果明显。由图可见当100流量时，功率50 kW；7585流量时，功率22 kW；4060流量时，功率4 kW。这与只采用流量的节流调节或旁通调节相比，ENGARD控制系统具有明显的节能效果。本系统可实现的海水泵的流量组合如表2-1-1所示。可见，ENGARD控制系统具有如下特点： (1)使用有级调速电机后，水泵电机运行温度明显下降，同时减少了机械磨损和维修工作量。 (2)保护功能可靠，大大减少了因过载或单相运行

39、而烧坏电机的现象。(3)通过优化进入中央冷却器的海水流量，节能效果明显。(4)ENGARD控制系统采用了8032单片机，具有完善的自检、控制、显示、故障报警等功能，提高了系统的可靠性。海水泵电机与低温淡水温度调节阀通过控制系统可按设定的不同参数进行控制，具有很强的适应性和灵活性。该系统可通过RS 232与上位机进行通信，便于全船动力装置的集中控制与监视。图2-1-5 ENGARD中央冷却水温度控制系统图1- ENGARDTM控制单元；2- LT回路温度传感器(TT1)；3- LT回路调节阀(V1)；4- SW回路温度传感器(TT2)；5- 冷却海水泵AC或AE或BE或DCAB或AD或BDA或B

40、或DC或E海水泵的流量组合泵的组合流量种类1234表2-1-1 海水泵的流量组合表图2-1-6 海水泵的配置、操作模式和功率消耗图（a） 海水泵的配置 （b）操作模式和功率消耗 2ENGARD控制单元 ENGARD控制单元是一种具有比例积分控制作用的全自动温度控制系统。它由印刷电路板、固态继电器、电源滤波器、变压器和接线端子排等组成，印刷电路板上有8位微处理器、存贮器（PROM、E2PROM、RAM）及I/O接口。控制器对冷却水温度可以进行PI定值自动控制，必要时也可以手动控制。海水泵手动操作时，调节阀仍可工作在自动状态，反之亦然。其控制面板上有操作按钮、模式开关、数码显示和电机工况和系统报警

41、LED，当系统出现故障或调节失灵时，可以通过机舱的警报系统发出声光报警。3系统工作原理海水泵的控制不仅取决于中央冷却器热负荷，而且还受淡水泵流量、海水泵流量、海水温度及中央冷却器的脏污程度有关。淡水温度在一定的范围内变化时，低温淡水调节阀控制流经中央冷却器的淡水量。当某一工况下海水流量已经达到预先设定值，且淡水温度无法回到设定值时，控制单元将产生一控制信号，切换海水泵工况，改变海水通过冷却器的流量，从而达到控制低温淡水回路中低温淡水温度的目的。(1)低温淡水回路温度的自动控制在低温淡水回路淡水泵之后检测低温淡水温度为T1，T1与低温淡水的设定值TL相比较得偏差值ELT1TL，偏差信号经微处理器

42、按PI控制规律处理后输出控制信号到低温淡水回路的调节阀。当淡水温度降低时，即EL0，调节旁通阀开大，流经中央冷却器的淡水量减小；反之，EL0，旁通阀关小，流经中央冷却器的淡水量增多。淡水温度超过或低于限制值时，发出越限报警。在ENGARD控制单元面板上可显示旁通阀的开度百分数。当旁通阀的开度信号达到海水泵的切换值时，海水流量设定值TSW将增大或减小，EN-GARD控制单元将根据TSW值的大小发送控制信号去控制海水泵，增加或减小海水泵的运行台数。海水泵起动时，起动信号反馈回ENGARD控制单元以确认海水泵是否运转，在ENGARD控制单元面板上有信号指示。若没有反馈信号，则发出故障报警。(2)海水

43、泵工况的自动切换海水泵运行工况的自动切换主要由低温淡水回路中低温淡水的温度T1或低温淡水三通调节阀的开度V1来决定，这两个参数可以同时考虑，即最大排量海水泵是由低温淡水回路中低温淡水的温度控制的；而较小排量的海水泵是由三通调节阀的开度所觉定的。冷却系统的热负荷增大时，需要更多的冷却淡水流经中央冷却器。若采取V1控制方式，低温淡水调节阀将关小旁通口，当V1值达到某一设定值时，控制单元将选择大排量泵投入运行，如果两台泵的排量相同，控制单元首先比较两台海水泵的运行时间，运行时间较短的一台优先起动，如果最大排量一台海水泵已经投入运行，但海水流量仍不足以使低温淡水温度回到正常值，则控制单元将选择海水泵组

44、运行方式，即两台海水泵同时运行。而后，原先运行的海水泵在5 s后自动停掉；若采取T1控制方式，低温淡水调节阀将全关旁通口，淡水全部流经中央冷却器，当T1值增大达到某一设定值时，海水泵流量往大的方向切换(CHANGE-OVER)。热负荷减小时，低温淡水调节阀将开大旁通口(V1控制方式)，当V1值到达某一设定值时，控制单元选择一台较小排量的海水泵运行或选择较小排量海水泵组运行方式，原先运行的海水泵在5 s后自动停掉；若采取T1控制方式，低温淡水调节阀的旁通口全开，当T1值降低达到某一设定值时，海水泵流量向小的方向切换(CHANGE-DOWN)。ENGARD控制单元自动调节T1、V1与冷却海水流量之

45、间的参数匹配，避免海水泵的频繁起停和淡水温度的大幅度振荡。如果低温淡水调节阀控制旁通口开度V1的变化范围在05之内，并且淡水温度偏离设定值不超过0.50C，则不需要对海水泵的流量进行调节。海水管路在流量较小时，可以以每隔2 min的间隔起动一次非正在运转的水泵，目的是增加海水流量以实现对管路内的沉积物进行冲洗。在冲洗期间，低温淡水阀位的百分数和淡水温度与 “FLU”将在操作面板的显示窗口中交替出现。冲洗的间隔时间可通过参数p12在数值0999之间进行设置，p12 0，取消该功能。(3)报警与显示如果故障多于一个，先显示第一个未确认的报警，该报警确认后，再显示下一个报警。如果在5 s之内未复位过

46、程报警，则触发机舱中央报警单元。发生功能报警时，低温淡水调节阀开度保持原位不变。各种报警信号汇总如表2-1-2所示。ENGARD报警分过程报警和功能报警，前者是关于淡水温度越限或海水泵本身等故障，后者是关于ENGARD内部及输入输出故障。报警性质通过控制面板液晶窗口显示或发光LED显示。 表2-1-2 ENGARD报警信号汇总表注：P过程报警，F功能报警。 4操作步骤 （1）控制面板ENGARD中央冷却水温度控制系统的操作面板如图2-1-7所示。（2）系统初次投入运行首先开启系统的主进出海水阀，起动低温淡水泵正常运行。正确开启海水泵的吸入阀和排出阀，排除海水泵内的空气。再在海水泵控制屏上将转换

47、开关“MANAUT”置到“MAN”的位置，合上主电源开关。手动起动大排量的海水泵，用“STBY”开关选择备用泵。正确开启中央冷却器的海水进出口阀，系统开始工作。然后合上ENGARD控制单元的“ONOFF”电源开关(该开关在控制箱内部)，同时复位主保险丝(按下红色按钮)，这时操作面板(图2-1-3)的显示窗口11出现“d-PCU'”，10 s后，LT回路调节阀的开度将出现在11的左边(两位数字)，低温淡水温度出现在11的右边(三位数字0C)。为确保系统在手动操作方式下工作，可在操作面板上按下“Manual mode”按钮8。彻底检查系统的工作参数，确保它们与系统的设定值相符(参数设定值列表在控制箱门的里面)。最后，按下“Alarm resetLamp test”按钮15，至少保持3 s以上(若显示窗口跳出F参数，则5 min后或者多按几次按钮15后将恢复正常)，检查操作面板上的指示灯是否有异常。图2-1-7 ENGARDTM操作面板1234567891011121314151.报警输入信号图表 2.报警输入信号LED(Red) 3.控制系统输出信号LED(Green) 4.控制系统输出信号图表5.调节阀手动模式LED(Orange) 6.海水泵手动模式LED(Orange) 7.自动控制模式LED(Green)8