開(kāi)題報(bào)告

電氣工程及自動(dòng)化

船舶柴油機(jī)冷卻水溫控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

一、綜述該課題國(guó)內(nèi)外的研究動(dòng)態(tài)，說(shuō)明選題的根據(jù)和意義：

柴油機(jī)工作時(shí)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(huì)使材料的機(jī)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(shí)會(huì)破壞運(yùn)動(dòng)部件之間的正常間隙，引起過(guò)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(guò)高會(huì)使進(jìn)氣溫升過(guò)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(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，潤(rùn)滑油的溫度也逐漸升高（冷卻活塞的潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑摩擦表面的潤(rùn)滑油），粘度下降，不利于摩擦表面的油膜的形成，甚至失去潤(rùn)滑作用。綜上所述，為了保證柴油機(jī)可靠而又經(jīng)濟(jì)的工作，必須對(duì)柴油機(jī)受熱零件、增壓空氣、潤(rùn)滑油進(jìn)行適當(dāng)冷卻。

船舶柴油機(jī)冷卻水的溫度是影響船舶柴油機(jī)正常工作的重要參數(shù)。冷卻水溫度過(guò)高或過(guò)低對(duì)其正常工作都有不利影響。柴油機(jī)冷卻水溫度過(guò)高會(huì)加速零件磨損，使得零件配合間隙被破壞，強(qiáng)度下降，還會(huì)使得氣缸內(nèi)充氣量減小，功率降低。柴油機(jī)冷卻水溫度過(guò)低也會(huì)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(huì)使得汽缸溫度過(guò)低，使得汽缸壁受到腐蝕；同時(shí)會(huì)導(dǎo)致燃燒惡化，致使柴油機(jī)整機(jī)性能變壞。綜上可知，保證柴油機(jī)冷卻水的溫度在最佳工作范圍有利于提高柴油機(jī)的動(dòng)力、減少?gòu)U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(jī)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(dòng)式、電動(dòng)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(hào)轉(zhuǎn)換成壓力信號(hào)，用壓力信號(hào)來(lái)控制冷卻水的溫度。該方式對(duì)溫壓元件的密封性要求很高。氣動(dòng)式方式是利用感溫元件和溫度變送器將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)為氣壓信號(hào)，然后用氣壓信號(hào)去控制冷卻水溫度。這種方式對(duì)運(yùn)送和儲(chǔ)存氣體的管道的密閉性也有很高要求。電動(dòng)式方式是利用感溫元件作為分壓器分壓，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，經(jīng)整定得出偏差信號(hào)，再經(jīng)過(guò)比例微分，輸出控制信號(hào)，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(jiǎn)單。如使用PI控制，由于控制對(duì)象的慣性大，會(huì)出現(xiàn)較大超調(diào)量，存在滯后，而采用PD控制，會(huì)出現(xiàn)較大靜態(tài)誤差。使系統(tǒng)長(zhǎng)期偏離最佳工作點(diǎn)工作。同時(shí)，一旦系統(tǒng)的測(cè)控部分的電子元器件出現(xiàn)故障，系統(tǒng)的控制效果就會(huì)大打折扣。電子式方式是使用模擬儀表，經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)繼電器，控制電動(dòng)機(jī)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(diǎn)；1.實(shí)時(shí)性。由于控制器產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)是基于控制為前提，信號(hào)處理時(shí)間短，速度快。2.高可靠性。所有的I/O輸入輸出信號(hào)均采用光電隔離，使使用場(chǎng)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(kāi)關(guān)電源，能快速開(kāi)通或切斷。對(duì)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(kuò)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(shí)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(jiǎn)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(shí)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€(gè)部件，包括CPU，電源，I/O等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來(lái)，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(jià)廉，性價(jià)比高。6.安裝簡(jiǎn)單，維修方便?？梢栽诟鞣N環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)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(guò)更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。7.控制器可實(shí)現(xiàn)邏輯控制、定時(shí)控制、計(jì)數(shù)控制、順序控制、PID控制、數(shù)據(jù)計(jì)算以及通訊和聯(lián)網(wǎng)等諸多功能。所以決定設(shè)計(jì)基于PLC的船舶柴油機(jī)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(jī)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(duì)于實(shí)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(yùn)行。

二、研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問(wèn)題：

（1）查閱相關(guān)的資料，了解船舶柴油機(jī)冷卻水的工作原理和功能

（2）了解船舶柴油機(jī)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(jī)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(jī)冷卻水溫控系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)。

（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(jī)冷卻水的工作原理和功能

（2）了解船舶柴油機(jī)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(jī)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(jī)冷卻水溫控系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)。

（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(dòng)態(tài)。通過(guò)對(duì)資料的學(xué)習(xí)和研究，進(jìn)一步熟悉和理解設(shè)計(jì)所需的相關(guān)知識(shí)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中及時(shí)與指導(dǎo)老師交流，對(duì)不了解的問(wèn)題向老師請(qǐng)教。

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