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机舱自控系统
- 1. 11415~6
- 3. 11415~6 3.1 3.2 3.3 3.4 • 柴油机气缸冷却水温度控制系统 • 燃油黏度自动控制系统 • 辅锅炉自动控制系统 • 分油机自动控制系统（自行学习）
- 7. 11415~6 3.1.1 直接作用式冷却水温度控制系统 所谓直接作用式冷却水温度控制系统就是不需要外加能源，利用装在气缸冷却水 出口管路中感温元件内充注的低沸点工作介质，其压力随温度成比例变化的原理， 直接动作三通调节阀，来改变冷却器冷却水的流量和不经冷却器旁通冷却水的流量， 以控制冷却水温度。 这里以WALTON型恒温阀为 例说明其工作原理 1-感温盒；2-活塞及活塞杆； 3-弹簧；4-转轴； 5-滑板； 6-阀体；7-轴； 8-杠杆； 9-拖板； 10-杠杆支点 WALTON恒温阀又称石蜡式调节阀。 它由阀体、传动机构、滑板和感温盒组 成。感温盒内充有石蜡混合液作为感温 介质。其动作原理是利用石蜡混合液的 体积随温度变化的性质，用体积膨胀产 生的作用力来推动执行机构，改变滑板 的位置来控制冷却水的温度。
- 8. 11415~6 3.1.1 直接作用式冷却水温度控制系统 1-感温盒；2-活塞及活塞杆； 3-弹簧；4-转轴； 5-滑板； 6-阀体；7-轴； 8-杠杆； 9-拖板； 10-杠杆支点 若冷却水温度升高，石蜡混合液体积 增大，感温盒1内的活塞2下移，经活塞杆、 杠杆8及连杆与滑板5相连的杠杆支点使滑 板5绕轴7逆时针转一个角度，减少旁通水 量而增加经冷却器的水量，从而使冷却水 温度下降，逐渐向给定值恢复，随着感温 盒活塞的下移，弹簧3被压缩。当感温盒 内石蜡混合液因体积膨胀产生的向下的力 与弹簧3向上的张力相平衡时，滑板5不再 转动，旁通管口和经冷却器管口的开度不 再改变。冷却水温度又重新稳定在给定值 附近。 当冷却水温度降低时，动作过程与上述 相反。 直接作用式控制系统是把测量单元、调 节器和执行机构都组装在一起成为整体。 其结构简单，但只能实现比例作用，存在 静差。控制精度低，误差大。
- 15. 11415~6 电路及工作原理 (2) 输入电路和指示电路 当冷却水温度升高时，由于I802阻值减小 使A点电位UA降低。 当冷却水温度从0℃变 化到100℃时，对应的UA值将从3.5v变化 到1.48V。 UA经电阻R3送至运算放大器 TU1的反相端。 UB为冷却水温度给定值的 电位信号。它是经R4、R5和电位器W1分压 得到。并经R6和R8分压送至TU1的同相端。 调整电位器W1，可调整UB值（即可调整冷 却水温的给定值）。C1和C2是滤波电容， 滤掉两个输入端的交流干扰信号。 可见TU1是一个差动输入运算放大器。 假定选取R7/R3 = R8/R6=k，其输出端15电 位为:U15=k(UB-UA) 当冷却水温度低于给定值时，UB < UA， Ul5是负极性电位值。 可见，TU1的输出U15表示了冷却水温度的 偏差值的大小和方向，并送至比例微分控制 电路MRV板。 U15=0 T冷=Tset U15>0 T冷>Tset U15<0 T冷<Tset
- 17. 11415~6 电路及工作原理 (3) 比例微分控制电路 比例微分控制电路MRV板。 它是由微分 运算放大器TU1、 比例运算放大器TU2、 综合运算放大器TU3等部分组成。由输入 电路送来的偏差信号U15经阻容滤波得到UB， UB就表示为冷却水温度的偏差值，并分别 送TU1和TU2的反相端。 对微分运算放大器TU1来说，UB经C2和 R2接在TU1的反相端，其反馈回路是TU1 的输出U6′经电位器W2和电阻R8分压再经 反馈电阻R5接在TU1的反相端。 R8 R W2 UB 8 U6 1 R5 R2 C2 s 不难求出： U 6 (1 W2 R5C2 s ) UB R8 R2C2 s 1 原图
- 18. 11415~6 电路及工作原理 (3) 比例微分控制电路 TU2是比例运算放大器，其输出与输入的 关系为：UB/R4=-U6”/(R6+W3) 即 U6”=-(R6+W3) /R4×UB TU3实际上是一个加法器 R12 / / R13 R12 / / R13 U 5 ( U6 U6 ) R10 R9 若取R9=R10=R12//R13 可得： U 5 (U 6 U 6 ) R6 W3 R W2 RC s R4 (1 8 5 2 )U B R4 R8 R6 W3 1 R2C2 s 原图
- 19. 11415~6 电路及工作原理 令： U 5 (U 6 U 6 ) KP R6 W3 R W2 RC s R4 (1 8 5 2 )U B R4 R8 R6 W3 1 R2C2 s R6 W3 并取 R2<<R5 R4 上式可整理为： RC s W W R 1 U 5 K P [1 (1 2 ) 5 2 ]U B K P [1 (1 2 ) 5 C2 s]U B K P (1 Td s)U B KP R8 1 R2C2 s R8 K P 其中微分时间 Td R8 W2 R4 R5C2 R8 R6 W3 调整W3可整定比例带，调整W2可整定微分时间。 TU3输出U5电位的极性与该电路板输入电位UB的极性是相同的。 冷却水温度等于给定值，UB=0，TU3输出U5=0； 冷却水温度高于给定值，UB为正极性电位，U5也为正极性； 冷却水温度低于给定值，UB、U5电位均为负极性。
- 22. 11415~6 电路及工作原理 (4) 脉冲宽度调制器 调整A1和A2同相输入端的电位值可调整不灵敏区。不灵敏区不能为零，否则电机M会 起动频繁，不灵敏区也不能太大，否则冷却水温度在稳态时静态偏差会很大。 当冷却水温度在给定值附近出现较小变 化时，即偏差值U15很小U5也很小。A1和A2 反相输入端的电位U2变化很小，若不超过其 同相端电位的绝对值，A1和A2仍保持原来的 输出状态，伺服电机M仍停转。 当冷却水温度高于给定值并超过不灵敏 区时，U15和U5电位均为正极性，经电阻R1向 电容C1充电，电容C1两端电压按指数规律不 断增加，其极性为上+下-。 此时A2输出UA2 仍为负饱和电位值，“增加输出接触器”仍 然断电。而A1反相输入端电位的正极性电位 U2不断增大。当该电位值高于同相端电位 U3+时，A1的输出电位UA1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板上的中间继电器Re1通电动作，其常开 触头SY1闭合，“减少输出接触器”通电，伺 服电机逆时针方向转动，关小旁通阀，开大 经冷却器的淡水阀，使冷却水温度降下来。 Re1 Re2 + - 原图
- 24. 11415~6 电路及工作原理 (4) 脉冲宽度调制器 在伺服电机断续转动过程中，其中转动时间与 放电时间常数T=(W1+R5)C1和比例微分环节送来 的信号U5幅值大小和变化速度有关，而停转时间 只与比例微分环节送来的信号U5幅值大小和变化 速度有关。 若U5不变，电容C1放电越慢，A1输 出电位UA1负饱和的时间越长，即电机M转动时间 越长，相比较，电机M停转的时间就短一些；反 之，相比较停转时间就会长一些。 调整电位器W1可改变惯性环节的时间常数。即 可调整脉冲宽度： W1电阻值大 W1电阻值小 T大 电容放电慢 脉冲宽度宽 电机M转动时间长即调节作用强； T小 电容放电快 脉冲宽度窄 电机M转动时间短即调节作用弱； 原图 A1的反相输入端电位U2、 同相输入端电位 U3和输出端电位UA1的变化曲线及伺电机动 作时序如图所示
- 34. 11415~6 5）三通电磁阀和三通活塞阀 原图 三通电磁阀和三通活塞阀用于控制“柴油-重油”自动转换。 图(a)是三通电磁阀的逻辑符号图；图(b)是三通活塞阀的结 构原理图。 B和C分别接重油管路和柴油管路；A是三通活 塞阀的输出管。 当系统投入工作且油温低于中间温度时，中间温度限位开 关触头没有被可调凸轮压下，电磁阀的SV1通电、SV2断电， 三通电磁阀下位通，气源被截止。其输出端，也就是控制活 塞3上部空间通大气，在弹簧8的作用下，活塞连同活塞杆 和控制阀6一起上移，直到阀6落在上阀座5上为止。这时， 切断重油管B与输出管A的通道，而柴油管C通输出管A，柴 油进入燃油系统。当油温达到并高于中间温度时，中间温度 HFO 限位开关触头被可调凸轮压下，此时三通电磁阀的SV1断电、 SV2通电，三通电磁阀上位通，气源进入三通活塞阀活塞3 的上部空间，克服弹簧张力把活塞、活塞杆及阀6一起压下 阀6离开上阀座5而紧压在下阀座7上。 这时，切断柴油管C DO 与输出管A的通路，接通重油管B与输出管A之间的通路， 重油进入燃油系统。 三通电磁阀的逻辑功能是SV1和SV2不能同时通电，它们中 一个通电，另一必定断电。哪个通电对应位通，如果SV1和 SV2都断电，三通电磁阀保持原状态。图中标号9是限位开 关杆，用于检测“柴油—重油”转换是否完成。转动手轮1 可手动进行“柴油-重油”的转换，在自动控制时，应把手 轮旋至最上端。
- 36. 11415~6 3.2.2 VISCOCHIEF燃油粘度控制系统 主要特点： (1) VISCOCHIEF黏度自动控制系统利用改进后的温度传感器检测温度敏感性好，即对 温度的变化响应速度快，单片机黏度传感器测量精度高，同时又采用了黏度和温度控制回 路新方案，使用中不需参数整定，大大提高了系统的动态控制精度，并提高了系统的稳定 性。 (2) 黏度传感器采用新的结构以后，没有运 动部件(只有振动杆件)，可在全流量下测量， 不易堵塞，结构紧凑，重量轻。在主机燃用 劣质高黏度燃油情况下仍具有较高的测量精 度。 (3) 由于该黏度控制系统采用了单片机，因 此，它具有完善的自检、控制、显示、多种 故障报警等功能。大大提高了系统的可靠性。 使它具有很强的适应性和灵活性，并可与上 位机进行通信，实现分布式集中监控。 VISCOCHIEF系统图
- 37. 11415~6 1）EVT-l0C黏度传感器---测黏计和单片机变送器两部分组成 ① 测黏计 它把燃油黏度的变化转换成为感应电动势的变化量送到单片机 变送器。工作原理是基于流动燃油的黏性对其中振动杆振动幅 度的衰减来进行测量的。振动杆的强制振动是由振动线圈2和永 久磁铁3产生并保持的，其振动频率是固定的。振动杆的自振频 率取决于振动杆的几何尺寸。当振动杆的几何尺寸被设计确定 后，就可求得一个与之对应的自振频率，如果设计强制振动频 率就等于这自振频率，在动杆上将发生共振。可见，在这个振 动频率上的震动幅值最大，即给动力线圈2通有与振动杆频率相 同的交流电流，则它将产生同频率的交变磁通。该交变磁通通 过永久磁铁3引起振动杆1振动，振动杆的振动通过永久磁铁5在 检测振动线圈4中产生变化磁通，该变化磁通在检测线圈中产生 交变感应电动势。由于燃油具有黏性， 燃油的摩擦阻力将会衰 减振动杆振动的振幅，进而衰减感应电动势的幅值。 黏度越大， 这种衰减量就越大；反之衰减量越小。 于是，检测线圈内感应 电动势的下降值是与燃油的黏度成正比。振荡电路的共振频率， 即动力线圈电源的频率在制造时已被调准，并把这个频率值储 存在单片机系统6内。 在工作期间，单片机随时对这个频率进 行检查核对是否保持在特定范围内。传感器的校准是在工厂里 用三种不同黏度(10cSt、20cSt、50cSt)专用高等级标准油样 进行黏度值标定的。从测量线圈检测到毫伏信号作为毫伏输出 曲线储存在单片机系统里。
- 44. 11415~6 3.3.1 辅锅炉水位自动控制 2）大型油船辅锅炉水位控制 大型油船辅锅炉因为蒸发量和蒸汽压力都较大，对水位和蒸汽压力的要求比较 严格，一般是不准有较大的波动的，所以对水位和蒸汽压力都采用定值控制系统。 在锅炉水位控制系统中，控制给水量往往是通过控制给水调节阀的开度来实现 的。而调节阀的给水量G与调节阀的流通面积及调节阀前后 P有关 G = μA√ΔP 式中：μ是流量系数，调节阀选定以后它是常数，A是调节阀的流通面积，改变调节阀的开度实际上是改 变调节阀的流通面积A。 从上式可知，只有保持调节阀前后压差△P不变的情况下，给水流量G才能与调 节阀的流通面积A(调节阀的开度)成比例。 如果蒸汽调节阀的开度不变，蒸汽泵的排量也基 本不变。改变给水调节阀的开度只是改变了调节 阀前后的压差△P。比如开大调节阀使其流通面 积增大，由于蒸汽泵排量基本不变，使调节阀前 后压差△P减小，使给水流量基本上不变。因此， 仅改变给水调节阀的开度，往往达不到控制给水 流量的目的。
- 45. 11415~6 3.3.1 辅锅炉水位自动控制 2）大型油船辅锅炉水位控制 为此，在水位控制系统中，必须要有一套保证给水调节阀前后压差△P不变的给 水差压控制系统。这样，锅炉水位控制系统就有两个控制回路组成： 一个是根据水位偏差控制给水调节阀开度的水位控制回路； 一个是根据给水调节阀前后压差控制蒸汽调节阀的开度，维持给水调节阀前后 压差恒定的给水差压控制回路。 如当锅炉负荷 （即蒸汽流量） 水位 经回路一控制使给水阀开度 给水阀前后压差 经回路二控制蒸汽调节阀开度 汽轮机9速度 给水阀前后压差 给水量 水位
- 47. 11415~6 3.3.2 蒸汽压力自动控制 在燃烧自动控制系统中，锅炉的蒸汽压力是被控量。是根据气压的高低，通过改变向炉 膛的喷油量和送风量，控制锅炉的燃烧强度来实现气压恒定的。 对柴油机货船来说，其辅锅炉蒸汽压力自动控制系统的要求是简单、可靠。对经济性的 要求并不严格。因此，大多数货船辅锅炉均采用汽压的双位控制，极少数采用比例控制， 只要保证锅炉在不同的负荷下，其送风量基本上适应喷油量的要求即可。 (1) 燃烧的双位控制 最简的方案是在蒸汽管路上装一个类似YT-1226压力检测开关。 当汽压上 升到允许的上限值时，压力检测开关断开，切除油泵和风机的工作，停止向炉 膛喷油和送风，即自动停炉。 当汽压下降到允许的下限值时，压力检测开关闭 合，自动起动油泵和风机，即自动启动锅炉进行点火燃烧。这种控制方案虽然 简单，但因为锅炉起停频繁，对锅炉运行不利，所以很少采用。
- 48. 11415~6 3.3.2 蒸汽压力自动控制 (1) 燃烧的双位控制 绝大多数燃烧双位控制系统中，在蒸汽管路上装两个压力检测开关，它们动 作整定值不同。 压力 压力开关 H 压力开关 L 喷油风门 <YL > YH > YHm 闭合 闭合 断开 闭合 断开 断开 最大 最小 停炉报警 （高燃） （低燃） 【问】上、下行燃烧时，各处于何燃烧状态？ 当蒸汽压力下降到允许下限值时，两个压力检测开关 都闭合，控制系统自动起动风门电机使风门开得最大， 它的同轴所带动的回油阀关得最小(这是采用一个油头工 作的情况，对采用两个油头的锅炉是打开两个供油电磁 阀使两个油头同时喷油)。这时喷油量和送风量都最大， 即对锅炉进行所谓的“高火燃烧” 。当蒸汽压力上升到 正常上限值时，一个压力检测开关闭合，另一个压力检 测开关断开，再次起动风门电机把风门关得最小。 它同 轴带动的回油阀开得最大(或关闭一个燃油电流阀，使一 个油头喷油工作)。这时，喷油量和送风量都是最小的， 即锅炉进行所谓的“低火燃烧” 。当锅炉负荷变化时， 蒸汽压力就在允许的下限值和正常的上限值之间波动。 当锅炉负荷很小时，在“低火燃烧”的情况下，蒸汽压 力仍然要继续升高。当汽压升高到高压保护压力时，两 个压力检测均断开，自动停炉，发声光报警。 当汽压力 下降到允许的下限值时，两个压力检测开关闭合，但必 须按复位(起动)按钮才能重新起动锅炉。
- 49. 11415~6 3.3.2 蒸汽压力自动控制 (2) 燃烧的比例控制 在少数货船辅锅炉蒸汽压力控制系统中，采用压力比例调节器和电动比例操 作器所组成比例控制系统。其工作机理是：平衡电桥+负反馈，请自行分析。 (3) 大型油轮辅锅炉蒸汽压力自动控制（串级控制） 在大型油轮上辅锅炉燃烧自动控制系统中，要求锅炉在不同负荷下，蒸汽压 力都能稳定在给定值上，常采用串级控制见图。 它由两个控制回路组成的： 其一：根据蒸汽压力的 偏差值经PI控制作用(称主 调节器)来控制燃油调节阀 的开度即改变向炉膛内的 喷油量； 其二：根据喷油量对锅 炉送风量的控制回路。
- 51. 11415~6 3.3.2 蒸汽压力自动控制 (3) 大型油轮辅锅炉蒸汽压力自动控制（串级控制） 组成油船辅锅炉燃烧自动控制系统的各单元包括压力变送器、差压变送器、PI 调节器、高压选择阀、微分控制阀、函数发生器及燃油调节阀和风门调节机构等， 这里再介绍一下函数发生器工作原理 函数发生器是使喷油量与送风量近似成平 方关系。其结构原理如图所示。代表喷油量 实际值的气压信号PI送入测量波纹管1 ，若 喷油量增大，PI也增大，挡板靠近喷嘴，嘴 背压升高，经放大器3使输出压力Po升高， 它作为风压控制回路的给定值增大，即可开 大风门增加向锅炉的送风量。同时，增大的 Po送入反馈气室4，压缩波纹管使反馈杆上 移，于是反馈凸轮5顺时针转动，通过反馈 杆件和调零弹簧拉动挡板，限制挡板继续靠 近喷嘴。函数发生器Po与PI之间的函数关系 是由凸轮5的外形轮廓实现的，输入信号PI 在不同范围其反馈强度不同。