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1、目 录摘要1ABSTRACT2第1章 绪论31.1 课题提出的背景31.2 船舶柴油机冷却水温度控制技术发展历程31.3 本课题研究的主要内容41.4 系统研究的应用前景5第2章 温度控制系统介绍72.1 系统的构成72.1.1系统硬件框图72.1.2系统各组成部分功能说明82.2 系统的性能指标92.2.1系统主要的技术指标92.2.2系统的性能特点10第3章 系统的硬件开发113.1 系统电路结构原理图113.2 系统各主要模块介绍:11第4章 系统的软件开发164.1 温度控制算法的确定164.1.1系统传递函数和温度控制算法:164.1.2算法介绍:174.1.3算法中各系数的整定:2
2、14.2 系统的软件设计224.2.1上位PC机监控软件设计:234.2.2下位单片机软件设计:24第5章 系统的可靠性研究285.1 系统硬件设计中可靠性问题的解决285.2 系统软件设计中提高可靠性的方法30第6章 结论32第7章 结束语33参考文献34附录35致谢36基于单片机的柴油机冷却水温度控制系统的设计摘要随着计算机技术、测量仪器和控制技术的高速发展，在现代自动控制领域中，应用了越来越多的先进测量控制技术、设备和方法。在这些众多的先进测量控制技术中，由于单片微处理器的性能日益提高、价格又不断降低，使其性能价格比的优势非常明显。因此，如何将单片微处理器应用到船舶自动控制领域，成为目前
3、轮机自动化的焦点课题之一，为越来越多的科研机构所重视。本课题的研究正是适应了这种发展趋势，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。课题首先对温度测控系统各环节进行了功能需求分析，明确了本温控系统所要达到了技术要求，从而为随后的系统设计打下了坚实的基础；然后又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;最后，本课题最终给出了基于单片机的船舶柴油机冷却水温度控制系统的整套软硬件设计方案。同时，又讨论了有关提高控制系统可靠性的软硬件解决措施，因而更进一步完善了系统的整体设计方案。根据本课题的研究，我们将单片机控制方式成功地引入了船舶设备自动控制领域，丰富了船舶自动控制技
4、术，也为今后轮机自动化技术的发展探索了一条 行之有效的道路，具有广阔的发展空间。关键词：船舶，冷却水系统，单片机，温度控制，可靠性The MicrocontrollerBased Main Engine Cooling Water Temperature Control SystemAbstractWith the highly speedy development to of computer technology，measurement apparatus，and control technology，more and more advanced technology，equipments
5、 and methods for measurement and control are applied in modern automation control realm .In these numerous advanced measurement and control technology，because of the enhanced performance and reduced price of single chip microcomputer，making the advantage that its ratio of performance to price been o
6、bvious .Therefore，how to apply the single chip microcomputer to ship automation control realm，it becomes the one of questions for discussion in ship engine automation，more and more scientific research organization attach importance to it.This work of this monograph adapts to the development tendency
7、，applying the single chip microcomputer to cooling water temperature automation control system of ship main engine. First of all, the monograph analyzes the function demand of all modules of the control system，specifies the technique request，it provides a solid foundation for the subsequent system d
8、esign ; then，confirms the choice of the hardware parts and the software arithmetic according to the system function: finally，this monograph provides a whole plan about hardware and software design for the al1 main engine cooling water temperature control system that based on single chip microcompute
9、r. At the same time，discusses about hardware and software design methods for improving the reliability of the control system，these methods perfect the whole system design. According to the research of this monograph，we successfully introduce the single chip microcomputer to ship engine automation co
10、ntrol realm，it enriches the automation control technology and explore an effective way for ship engine automation. It has a wide development space.Keywords: Ship; Cooling Water System: Single Chip Microcomputer: Temperature Control: Reliability第1章 绪论1.1 课题提出的背景船舶柴油机冷却水温度控制技术是轮机自动化技术的重要组成部分。轮机自动化，是指用
11、各种自动化仪器仪表、控制元件、逻辑元件，以及计算机系统等组成的各种自动控制和监测系统。它可以对船舶机舱内动力装置的运动参数进行自动控制，对机器设备的运行状态进行监测和报警，也可以对主要机器设备进自动操作等。我们知道，船舶主柴油机动力装置运转时，有许多机械、设备等的运动部件将会产生热量，而燃烧的燃气和压缩的空气也会散发出大量的热量，为了保证受热部件的温度不致于过高而影响其正常工作，或者不致于因热负荷过大而使其损坏，必须及时而有效地将这些多余的热量散发出去。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范围内安全、可靠地工作。目前，船舶柴油
12、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就缺点: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，同时模拟仪表的实现功能的限制，因此这些温度控制器都采用了最简单的控制规律，不能提供很好的控制性能。综合以上的各种不利因素，我们认为，此类控制系统已经无法满足日益提高的控制性能需求，必须采用新的控制方式。鉴于此，我们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。我们
13、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、机构小、可以连续测量、自动控制、安全可靠等优点，非常适合嵌入式控制。同时，其逻辑控制运算是由软件来进行的，可以容易的实现各种控制规则，甚至是比较复杂的控制算法的实现，而且不受外界的工作环境的影响，因此，基于单片机的温度控制器可以安全可靠地运行，来智能地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。1.2 船舶柴油机冷却水温度控制技术发展历程船舶柴油机冷却水温度控制技术，在20世纪中得到了飞速发展。其大致发展历程如下：1直接作用式控制方式：在20世纪50年代末期，船舶柴油机冷
14、却水温度控制是采用直接作用方式。这是一种早期的反馈式控制方式。其特点是，他们都不需要外加能源，而是根据在冷却水管路中的测量元件内充注的工作介质的压力随温度成比例变化而产生的力来汽接驱动二通调节阀，进而改变流经淡水冷却器的淡水流量和旁通淡水流量，从而进行温度调节的。这种控制方式的缺点也是显而易见的，测量元件内充注的工作介质对密封性要求很高，如果造成测量元件内充注的工作介质泄漏，那么其本身的压力就不能随温度成比例进行变化，因而使得温度控制失去作用。同时，其控制精度不高，冷却水温度变化较大，对船舶柴油机的稳定运行不利。2气动式控制方式：在20世纪70年代末期，船舶柴油机冷却水温度控制是采用气动式作用
15、方式。其特点是，利用感温元件和温度变送器，把气缸冷却水温度的变化成比例地转变成气压信号的变化送至调节器，与调节器的给定信号相比较，其偏差信号经调节作用规律运算后，成为调节器输出的控制气压信号去调节温度。它也存在着以下的一些问题，例如系统对气体的密封性和压力要求同样很高，对运输和储存气体的管系的密闭性要求也很高，如果控制气压信号有所损失，使得控制精度降低，效果减小。因此，这种控制方式现在也很少采用了。3电动式控制方式:在20世纪80年代中期，船舶柴油机冷却水温度控制是采用气动式作用方式。也是目前远洋船舶上主要采用的温度控制方式。它的作用方法是，利用安装在船舶柴油机气缸冷却水进口或者出口管路中的感
16、温元件，通常为电阻数值与温度变化在一定范围内成线性变化的热敏电阻，经分压器分压把冷却水温度成比例地转换为电压信号，这个测量信号与由电位器整定的给定值电压信号相比较得到偏差信号，再经过比例微分作用，输出一个控制信号并将此控制信号送至脉冲宽度调制器，将连续的控制信号变成断续的脉冲信号去调节冷却水温度。尽管此类电动控制系统的控制精度和效果可以在一定程度上满足了船舶营运者的需求，但是这并不说明这种控制方一式是完美无缺的。首先，这些控制系统的调节器采用了较为简单的控制规律，比如比例微分(PD)控制规律或者比例积分(PI)控制规律，若采用PD控制会出现静态误差，使系统长时间偏离最佳工作点运行，若采用PI控制，则对于冷却水温度这样具有较大惯性的被控对象会因为缺乏超前的
