開題報告

電氣工程及自動化

船舶柴油機冷卻水溫控系統(tǒng)的設(shè)計

一、綜述該課題國內(nèi)外的研究動態(tài)，說明選題的根據(jù)和意義：

柴油機工作時的燃?xì)鉁囟雀哌_(dá)到1900℃左右，使與燃?xì)庵苯咏佑|的氣缸蓋，氣缸套、活塞、氣閥、噴油器等部件嚴(yán)重受熱。嚴(yán)重的受熱會使材料的機械性能下降，產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力與變形，導(dǎo)致上述部件產(chǎn)生疲勞裂紋或塑性變形；同時會破壞運動部件之間的正常間隙，引起過度磨損，甚至發(fā)生相互咬死或損壞事故；另外，燃燒室周圍部件溫度過高會使進(jìn)氣溫升過大，密度降低，減少進(jìn)氣充量；增壓后的空氣溫度也將升高，并影響進(jìn)氣充量；隨著柴油機的運轉(zhuǎn)，潤滑油的溫度也逐漸升高（冷卻活塞的潤滑油和潤滑摩擦表面的潤滑油），粘度下降，不利于摩擦表面的油膜的形成，甚至失去潤滑作用。綜上所述，為了保證柴油機可靠而又經(jīng)濟的工作，必須對柴油機受熱零件、增壓空氣、潤滑油進(jìn)行適當(dāng)冷卻。

船舶柴油機冷卻水的溫度是影響船舶柴油機正常工作的重要參數(shù)。冷卻水溫度過高或過低對其正常工作都有不利影響。柴油機冷卻水溫度過高會加速零件磨損，使得零件配合間隙被破壞，強度下降，還會使得氣缸內(nèi)充氣量減小，功率降低。柴油機冷卻水溫度過低也會加速零件磨損，導(dǎo)致輸出功率減少；使得熱損失增加，導(dǎo)致燃料消耗量增大；還會使得汽缸溫度過低，使得汽缸壁受到腐蝕；同時會導(dǎo)致燃燒惡化，致使柴油機整機性能變壞。綜上可知，保證柴油機冷卻水的溫度在最佳工作范圍有利于提高柴油機的動力、減少廢氣產(chǎn)生、減少燃料消耗。因此，精確控制冷卻水的溫度具有重要意義。

船舶柴油機冷卻水溫控系統(tǒng)在20世紀(jì)取得了飛速發(fā)展，經(jīng)歷了直接作用式、氣動式、電動式和電子式的發(fā)展歷程。直接作用式方式是利用溫壓元件，將溫度信號轉(zhuǎn)換成壓力信號，用壓力信號來控制冷卻水的溫度。該方式對溫壓元件的密封性要求很高。氣動式方式是利用感溫元件和溫度變送器將溫度信號轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)為氣壓信號，然后用氣壓信號去控制冷卻水溫度。這種方式對運送和儲存氣體的管道的密閉性也有很高要求。電動式方式是利用感溫元件作為分壓器分壓，將溫度信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，經(jīng)整定得出偏差信號，再經(jīng)過比例微分，輸出控制信號，進(jìn)而控制冷卻水的溫度。這種方式采用的控制規(guī)律較為簡單。如使用PI控制，由于控制對象的慣性大，會出現(xiàn)較大超調(diào)量，存在滯后，而采用PD控制，會出現(xiàn)較大靜態(tài)誤差。使系統(tǒng)長期偏離最佳工作點工作。同時，一旦系統(tǒng)的測控部分的電子元器件出現(xiàn)故障，系統(tǒng)的控制效果就會大打折扣。電子式方式是使用模擬儀表，經(jīng)過邏輯運算輸出控制信號，驅(qū)動繼電器，控制電動機轉(zhuǎn)向，從而控制冷卻水溫度。該方式采用的電子器件落后，電路復(fù)雜，性能不好。綜上可知，這些控制方式都已經(jīng)不能滿足日益提高的控制要求，必須采用新的控制方式。

由于基于PLC的控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)點；1.實時性。由于控制器產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)是基于控制為前提，信號處理時間短，速度快。2.高可靠性。所有的I/O輸入輸出信號均采用光電隔離，使使用場所的外電路與控制器內(nèi)部電路之間電氣上隔離。各模塊均采用屏蔽措施，能防止噪聲干擾。采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源，能快速開通或切斷。對采用的元器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。并具有良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采取有效措施，以防止故障擴大。大型控制器還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng),以及實現(xiàn)電源模塊冗余、IO模塊冗余，使可靠性更進(jìn)一步提高。3.系統(tǒng)配置簡單靈活?？刂破鞯漠a(chǎn)品種類繁多，規(guī)?？煞执?、中、小等。I/O卡件種類豐富，可根據(jù)自控工程實現(xiàn)功能要求不同，而進(jìn)行不同的配置。滿足控制工程需要前提下，I/O卡件可靈活組合。4.控制系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)?？刂破鞯母鱾€部件，包括CPU，電源，I/O等均采用模塊化設(shè)計，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。5.質(zhì)優(yōu)價廉，性價比高。6.安裝簡單，維修方便?？梢栽诟鞣N環(huán)境下直接運行。使用時只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運行。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運行。7.控制器可實現(xiàn)邏輯控制、定時控制、計數(shù)控制、順序控制、PID控制、數(shù)據(jù)計算以及通訊和聯(lián)網(wǎng)等諸多功能。所以決定設(shè)計基于PLC的船舶柴油機冷卻水溫控系統(tǒng)。

本課題以中央冷卻水系統(tǒng)為模型，主要研究基于PLC的船舶柴油機冷卻水溫控系統(tǒng)。該溫控系統(tǒng)主要包括智能控制。智能控制使得系統(tǒng)工作更為快速、高效。冷卻水溫控系統(tǒng)的智能控制是船舶智能控制的重要組成部分。研究冷卻水溫控系統(tǒng)的智能控制對于實現(xiàn)更安全高效的船舶智能控制有著重要意義。有利于船舶的安全、穩(wěn)定運行。

二、研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題：

（1）查閱相關(guān)的資料，了解船舶柴油機冷卻水的工作原理和功能

（2）了解船舶柴油機冷卻水溫控系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r。

（3）了解現(xiàn)有的船舶柴油機冷卻水溫控系統(tǒng)及其缺陷，提出新的控制方案。

（4）進(jìn)行新的船舶柴油機冷卻水溫控系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計。

（5）總結(jié)，得出結(jié)論。

三、研究步驟、方法及措施：

步驟及方法：

（1）查閱相關(guān)的資料，了解船舶柴油機冷卻水的工作原理和功能

（2）了解船舶柴油機冷卻水溫控系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r。

（3）了解現(xiàn)有的船舶柴油機冷卻水溫控系統(tǒng)及其缺陷，提出新的控制方案。

（4）進(jìn)行新的船舶柴油機冷卻水溫控系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計。

（5）總結(jié)，得出結(jié)論。

措施：在圖書館查閱相關(guān)的書籍、期刊、雜志，上網(wǎng)尋找相關(guān)資料，查閱當(dāng)前該技術(shù)的研究成果和最新動態(tài)。通過對資料的學(xué)習(xí)和研究，進(jìn)一步熟悉和理解設(shè)計所需的相關(guān)知識。在設(shè)計過程中及時與指導(dǎo)老師交流，對不了解的問題向老師請教。

四、參考文獻(xiàn)：

[1]王源慶，船舶冷卻水系統(tǒng)的研究與設(shè)計.2009

[2]劉洪亮，應(yīng)用于船舶輪機模擬器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn).2010

[3]劉立坤，智能型船舶電站控制器的研究.2010

[4]吉敬話，趙文祥，楊東.可編程控制器使用指南.北京；化學(xué)工業(yè)出版社，2009.11-15

[5]許芝芳，柴油機冷卻水溫度對船舶節(jié)能影響的研究.中國水運，2009，9（10）；140-143

[6]孫中慶，柴油機冷卻水溫度對工作的影響.使用

保養(yǎng)，2003；102

[7]張少明，盧曉春.船舶柴油機冷卻水溫度微機控制系統(tǒng)的設(shè)計.船電技術(shù)，2009,29（1）；9-11

[8]王宏志，張冬梅，盛進(jìn)路.船舶柴油機冷卻水溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計.青島遠(yuǎn)洋船員學(xué)院學(xué)報，2006,27（4）；17-19

[9]張少明.船舶柴油機冷卻水溫度的微機控制系統(tǒng)的開發(fā).珠江水運，2005,11；40-41

[10]范永勝，王岷.電氣控制與PLC應(yīng)用，第二版.北京；中國電力出版社，2007.113-129