開題報告

電氣工程及自動化

船舶柴油機冷卻水溫控系統的設計

一、綜述該課題國內外的研究動態，說明選題的根據和意義：

柴油機工作時的燃氣溫度高達到1900℃左右，使與燃氣直接接觸的氣缸蓋，氣缸套、活塞、氣閥、噴油器等部件嚴重受熱。嚴重的受熱會使材料的機械性能下降，產生較大的熱應力與變形，導致上述部件產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氣溫升過大，密度降低，減少進氣充量；增壓后的空氣溫度也將升高，并影響進氣充量；隨著柴油機的運轉，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濟的工作，必須對柴油機受熱零件、增壓空氣、潤滑油進行適當冷卻。

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。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，導致輸出功率減少；使得熱損失增加，導致燃料消耗量增大；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在20世紀取得了飛速發展，經歷了直接作用式、氣動式、電動式和電子式的發展歷程。直接作用式方式是利用溫壓元件，將溫度信號轉換成壓力信號，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轉為氣壓信號，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，將溫度信號轉換為電壓信號，經整定得出偏差信號，再經過比例微分，輸出控制信號，進而控制冷卻水的溫度。這種方式采用的控制規律較為簡單。如使用PI控制，由于控制對象的慣性大，會出現較大超調量，存在滯后，而采用PD控制，會出現較大靜態誤差。使系統長期偏離最佳工作點工作。同時，一旦系統的測控部分的電子元器件出現故障，系統的控制效果就會大打折扣。電子式方式是使用模擬儀表，經過邏輯運算輸出控制信號，驅動繼電器，控制電動機轉向，從而控制冷卻水溫度。該方式采用的電子器件落后，電路復雜，性能不好。綜上可知，這些控制方式都已經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的控制系統具有以下優點；1.實時性。由于控制器產品設計和開發是基于控制為前提，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。采用性能優良的開關電源，能快速開通或切斷。對采用的元器件進行嚴格的篩選。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構成冗余系統或有三CPU構成表決系統,以及實現電源模塊冗余、IO模塊冗余，使可靠性更進一步提高。3.系統配置簡單靈活。控制器的產品種類繁多，規模可分大、中、小等。I/O卡件種類豐富，可根據自控工程實現功能要求不同，而進行不同的配置。滿足控制工程需要前提下，I/O卡件可靈活組合。4.控制系統采用模塊化結構。控制器的各個部件，包括CPU，電源，I/O等均采用模塊化設計，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統的規模和功能可根據用戶的需要自行組合。5.質優價廉，性價比高。6.安裝簡單，維修方便。可以在各種環境下直接運行。使用時只需將現場的各種設備與PLC相應的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。由于采用模塊化結構，因此一旦某模塊發生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統迅速恢復運行。7.控制器可實現邏輯控制、定時控制、計數控制、順序控制、PID控制、數據計算以及通訊和聯網等諸多功能。所以決定設計基于PLC的船舶柴油機冷卻水溫控系統。

本課題以中央冷卻水系統為模型，主要研究基于PLC的船舶柴油機冷卻水溫控系統。該溫控系統主要包括智能控制。智能控制使得系統工作更為快速、高效。冷卻水溫控系統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的智能控制對于實現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、穩定運行。

二、研究的基本內容，擬解決的主要問題：

（1）查閱相關的資料，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的發展狀況。

（3）了解現有的船舶柴油機冷卻水溫控系統及其缺陷，提出新的控制方案。

（4）進行新的船舶柴油機冷卻水溫控系統的硬件和軟件設計。

（5）總結，得出結論。

三、研究步驟、方法及措施：

步驟及方法：

（1）查閱相關的資料，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的發展狀況。

（3）了解現有的船舶柴油機冷卻水溫控系統及其缺陷，提出新的控制方案。

（4）進行新的船舶柴油機冷卻水溫控系統的硬件和軟件設計。

（5）總結，得出結論。

措施：在圖書館查閱相關的書籍、期刊、雜志，上網尋找相關資料，查閱當前該技術的研究成果和最新動態。通過對資料的學習和研究，進一步熟悉和理解設計所需的相關知識。在設計過程中及時與指導老師交流，對不了解的問題向老師請教。

四、參考文獻：

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