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1、基于单片机控制的船舶柴油机冷却水温度摘 要将单片机应用于船舶主柴油机冷却水温度自动控制系统中。首先对温度测控系统进行了功能分析,并根据系统所要实现的功能进行了硬件元器件的选择和软件算法的确定,最终得出柴油机冷却水温度控制系统的整套硬件设计方案。关键词：船舶 冷却水系统 单片机 温度控制目 录摘要第1章 绪论1.1柴油机温度控制概述-31.2单片机温度控制器的优点-3第2章 温度控制系统介绍2.1系统的构成-42.2 系统各组成部分功能说明-5第3章 系统的硬件与软件开发3.1 硬件系统电路结构-63.2系统的软件开发-8结论-10参考文献-11第1章 绪论1.1柴油机温度控制概述船舶柴油机动力
2、装置运转时,有许多机械设备会散发出大量的热量。为了保证部件正常工作必须及时将这些多余的热量散发,因此冷却水系统的功用就是对需要及时散热的机械和设备提供足够的冷却水进行冷却。以保证其在一定合适的温度围安可靠地工作。目前,船舶柴油机冷却水温度的自动控制系统大多采用的是电子式控制方式使用的是模拟式调节仪表,主要以电子器件的逻辑运算输出控制信号来驱动继电器对电动机进行转向控制,从而达到对温度的控制 从整体上看主要存在以下两个明显的缺点 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 由于系统整体比较复杂及模拟仪表的实现功能的限制。这些温度控制器都采用了最简单的
3、控制规律不能提供很好的控制性能。鉴于此,提出了基于单片机控制的船舶柴油机冷却水温度控制方法。1.2单片机温度控制器的优点我们知道单片微处理器具有高精确度高、灵敏度高、响应速度以及耗能少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容易实现各种控制规则,甚至是比较复杂的控制算法的实现而且不受外界工作环境的影响。因此,基于单片机的温度控制器可以安全可靠地运行,智能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。第2章 温度控制系统介绍2.1系统的构成整个船舶柴油机冷却水温度控制系统主要由计算机控制中心和打印机、远程通讯模块、单片机
4、测控平台、温度传感器组、执行机构,以及控制软件等部分组成的,系统采用了总线结构、模块化的设计方法,各部分既可以独立工作,又能够联网协同工作,组建方式灵活,并具有良好的可扩展性。2.2 系统各组成部分功能说明一、计算机管理控制中心上位机和打印机11 / 11计算机控制中心可以对单片机测控平台进行远程实时显和检测,可以对测控平台的历史数据进行存储分析和打印,以方便用户对测控平台的每一个温度数据进行存储。当每次启动软件时,该软件可以自动的从单片机温度控制器中读出历史数据并存储到计算机中。二、远程通讯模块为了便于上位机计算机和下位机单片机的通讯,我们采用了标准 RS-232串行通讯规。通过 RS-23
5、2接口,单片机可以将采集到的温度数据传输到计算机中,从而可以利用计算机的强大处理能力对数据进行分析和存储,以及连接打印机对数据进行打印保存。三、单片机测控平台下位机单片机测控平台下位机是整个温度控制系统的重要组成部分,是联系温度信号采集和计算机管理控制中心的枢纽。一方面,它要获取温度传感器组的测量数据,并且与温度设定值进行比较,同时输出控制信号到执行机构；另一方面,它要将温度测量数据和设定数据上传到计算机管理控制中心。四、温度传感器组采用了具有良好性能的感温元件,铂热电阻Pt100,用测量冷却水的温度。同时,为了保证测量的准确性,采用了多点测量的方法,即在高温回路中高温冷却淡水的进口和出口、低
6、温回路中低温冷却淡水的进口和出口都安装了温度传感器,分别测量这儿点的温度。单片机控制多路开关,分别采集这几点的温度数值。在某一时刻,单片机采集的是某个点的温度实际数值,然后与该点的设定数值相比较,再输出控制信号,因此,并不会增加单片机的运算负荷,使得单片机完全有能力承担控制中心的任务。五、执行机构系统的执行机构由控制继电器、三相伺服交流电动机和三通调节阀组成。利用继电器接受单片机发出的间断的控制指令,控制三相伺服交流电动机断续运转,带动三通调节阀的转动,改变三通调节阀的开度,进而改变冷却水的温度。第3章 系统的硬件与软件开发3.1 硬件系统电路结构温度控制系统的硬件电路结构原理图如图 3 所示
7、。本测控系统采用了AT89C51作为微处理器,采用铂电阻作为温度传感器,一与运算放大器相结合构成精密测温电路,采用了ADC0809芯片作为精密测温电路与单片机的转换通道。键盘矩阵采用2行3列非编码方式,显示部分为3位LED数码管显示,看门狗电路采用了较为常见的X25045芯片。系统输出环节通过单片机输出口传递输出控制信号,经光电藕合4N25和模拟开关CD4O52后去控制继电器的通断,进而控制三相伺服交流步进电机电机的旋转,当实际温度偏高时,单片机输出控制信号使正转继电器通电,伺服电机正转,改变三通调节阀的开度,增加流过淡水冷却器的淡水量,使淡水温度降低;当实际温度偏低时,单片机输出控制信号使反
8、转继电器通电,伺服电机反转,改变三通调节阀的开度,增加旁通冷却水流量,使淡水度升高,最终起到温度控制的作用。3.2系统的软件开发一、系统的软件设计船舶柴油机冷却水的温度控制系统还具有明显的纯滞后特性。这是由于温度传感器安装在柴油机冷却水的进口和出口处,而控制作用却是在相对较远的三通调节阀上实现的。因此,当执行机构施加了控制作用以后,冷却水的温度并不是马上发生变化,无法反映控制作用；而是要等到冷却水流过了淡水冷却器,两路水流混合后,再到达温度传感器处,被测温度的变化能反映出控制效果。整个控制系统的软件设计包括上位 PC 机软件和单片机子系统软件两个部分。其中,上位 PC 机的软件主要是系统给定值
9、的设定、历史数据的显示和打印、异常报警、与单片机进行通信的各个程序；单片机子系统的软件是由主程序、采样子程序、带 Smith 预估器的 PID 算法子程序、报警处理子程序、键盘和显示子程序、RS-232 串行口通信子程序等组成。二、上位机 PC 机监控软件设计本控制系统的上位机监控软件的主要模块结构图如图所示。串行通信：主要是进行上位机和下位机的通信模式配置,实现上位机与下位机之间的串行通信。使用 Visual Basic 良好的具有结构化的事件驱动编程模式,完成人机交互界面的设计。在 windows 环境下,我们利用 VB 中提供的通信控件 MSCOMM32.OCX,可以方便地对串行通信的各
10、项参数进行设置,包括串口状态、通信格式和通信协议等。三、下位机单片机软件设计系统的下位单片机应用软件包括主程序、采样子程序、带Smith 预估器的 PID 算法子程序、报警处理子程序、键盘和显示子程序、RS-232串行口通信子程序等主要模块。提供主程序模块结构图如图 4所示：第4章 结论本课题是以温度测控智能化为宗旨,其目的是为现代船舶工业提供高效、实用的温度控制系统。通过对基于单片机的船舶柴油机冷却水温度控制系统的研发可以使轮机自动化技术达到一个新的技术水平,也可以改善轮机操作人员的工作条件、减少其工作强度。参考文献1 凤阁 轮机自动化 20XX第6版 海事大学出版利2 胡汉刁 单片机原理及其接口技术 1996年第1版 清华大学3 丁镇生 传感及其遥控遥测技应用电子 20XX第1版 工业4水华 新型PID功控制及其应用 20XX第2版 机械工业5朱建元 船舶柴油机 20XX第2版 人民交通6少明 卢晓春 船舶柴油机冷却水温度微机控制系统的设计 20XX第一期 船电技术7王宏智 冬梅 盛进路 船舶柴油机冷却水温度控制系统的设计 20XX第四期 远洋船员学院院报
