轮机自动化第二章 第一节 数制与数码71

轮机自动化基础课程设计设计目的本课程设计旨在通过理论学习和实践操作，使学生了解和掌握船舶轮机自动化的基本原理和实现方法，达到以下目的：1.了解船舶轮机自动化系统的组成和工作原理；2.掌握船舶轮机自动化控制系统的基本原理和方法；3.理解船舶轮机自动化系统的安全保护和故障诊断方法；4.能够编写轮机自动化控制程序，实现基本的控制功能。

设计内容第一章：轮机自动化系统的基本概念和组成1.轮机自动化系统的概念和分类；2.轮机自动化系统的组成和主要元器件介绍；3.轮机自动化系统的总体功能和性能要求。

第二章：船舶主机控制系统1.船舶主机控制系统的组成和工作原理；2.海水缸配平控制系统的原理和控制方法；3.舵机同步和偏舵控制的原理和方法。

第三章：船舶辅机控制系统1.船舶辅机控制系统的组成和工作原理；2.发电机控制系统的原理和控制方法；3.压缩空气系统控制的原理和方法。

第四章：船舶自动化系统的应用1.船舶自动化系统在船舶操作中的应用；2.船舶自动化系统的优势和不足；3.船舶自动化系统维护和故障处理方法。

实验安排1.实验一：PLC编程基础实验；2.实验二：船舶主机控制实验；3.实验三：船舶辅机控制实验；4.实验四：船舶自动化系统故障诊断实验。

总结本课程设计主要介绍了船舶轮机自动化系统的组成、工作原理及其应用。

通过理论学习和实践操作，使学生了解和掌握了自动化控制系统的基本原理和方法，能够运用PLC等编程工具编写控制程序，实现基本的控制功能。

船舶轮机自动化技术是现代船舶的重要部分，对提高船舶运行效率和安全性具有重要意义。

通过本课程的学习，学生将为今后从事相关职业奠定坚实的基础。

《轮机自动化》课程教学大纲一、本课程的性质与任务轮机自动化属于轮机管理专业的专业课性质。

其目的是讲解轮机自动化所涉及的基本控制理论和船舶机舱典型自动控制系统的组成、结构、工作原理、管理要点和故障分析方法，为学生能够适应现代船舶机舱的管理奠定基础。

二、课程简介“轮机自动化”课程讲授轮机自动化所涉及的基本控制理论和船舶机舱典型自动控制系统的组成、结构、工作原理、管理要点和故障分析方法。

课程内容包含14个部分，即反馈控制系统的基本概念、调节器基本作用规律、传感器和变送器、执行机构、船舶冷却水温度自动控制系统、燃油粘度自动控制系统、分油机自动控制系统、船用燃油辅锅炉的自动控制系统、阀门遥控及液舱遥测系统、主机遥控系统基础知识、船舶柴油主机气动操纵系统、AUTOCHIEF-Ⅳ主机遥控系统、监视与报警系统概述和DATACHIEF-C20监视与报警系统。

三、课程知识体系架构及教学要求(一) 理论授课1．反馈控制系统的基本概念1.1反馈控制系统的组成概念：●反馈控制系统、反馈、控制对象、测量单元、调节单元、执行机构、环节、扰动、闭环系统◎输入、输出、设定值、测量值、偏差、被控量、控制量、基本扰动、外部扰动○前向通道、反馈通道、开环控制、复合控制、前馈知识点及应用：●（1）反馈控制系统的基本组成环节●（2）反馈控制系统的传递方框图●（3）反馈控制系统的工作过程●（4）反馈控制系统的分类○（5）自动控制系统的其他形式案例：○柴油主机缸套冷却水温度控制系统1.2反馈控制系统的动态过程概念：●稳态（平衡态）、动态（过渡）过程、阶跃输入、衰减率、超调量、静态偏差、过渡过程时间◎速度输入、脉冲输入、发散振荡、等幅振荡、衰减振荡、非周期过程、最大动态偏差○正弦输入、振荡次数、上升时间、峰值时间知识点及应用：●（1）控制系统动态过程的概念●（2）控制系统的典型输入信号●（3）评定控制系统动态过程品质的指标案例：●（1）定值控制系统的动态过程●（2）随动控制系统的动态过程2．调节器基本作用规律2.1双位作用规律概念：●双位控制、双位作用规律、压力开关、上限值、下限值、幅差知识点及应用：●（1）双位控制的概念●（2）双位控制的特点●（3）双位控制中被控量上、下限的调整案例：●（1）浮子式辅锅炉水位双位调节器●（2）YT-1226型压力调节器2.2比例作用规律概念：●比例作用、比例系数、比例带◎正作用式调节器、反作用式调节器○量程系数知识点及应用：●（1）比例作用的概念及其表达式●（2）比例作用的控制过程●（3）比例作用的特点●（4）比例带的概念及其大小对比例作用强度的影响●（5）比例作用的开环阶跃响应特性案例：●（1）浮子式水位比例控制系统◎（2）气动比例调节器2.3比例积分作用规律概念：●积分作用、比例积分作用、积分时间知识点及应用：●（1）积分作用的概念及其表达式●（2）比例积分作用的的概念及其表达式●（3）积分作用的特点●（4）积分时间的概念及其物理意义●（5）比例带的概念及其大小对比例作用强度的影响●（6）比例积分作用的开环阶跃响应特性案例：◎气动比例积分调节器2.4微分作用规律概念：●理想的微分作用、实际的微分作用、微分时间知识点及应用：●（1）微分作用的概念及其表达式●（2）比例微分作用的概念及其表达式●（3）微分时间的概念及其大小对微分作用强弱的影响●（4）微分作用的特点●（5）实际微分作用的开环阶跃响应特性案例：◎气动比例微分调节器2.5比例积分微分作用规律概念：●比例积分微分作用知识点及应用：●（1）比例积分微分作用的概念及其表达式●（2）比例积分微分作用的开环阶跃响应特性●（3）比例积分微分作用的气动实现方法◎（4）比例积分微分作用的集成电路实现方法○（5）比例积分微分作用的数字实现方法案例：●（1）QTM-23J气动PID调节器◎（2）NAKAKITA气动PID调节器◎（3）由运算放大器组成的PID调节器○（4）增量式数字PID控制算法流程3．传感器和变送器3.1船舶机舱常用传感器概念：●温度传感器、压力传感器、液位传感器、流量传感器、转速传感器、转矩传感器知识点及应用：●（1）各种传感器的测量原理◎（2）信号变换原理案例：◎（1）热电阻、热电偶温度传感器及其转换电路◎（2）滑动电阻式、金属应变片式、电磁感应式压力传感器◎（3）变浮力式、吹气式液位传感器◎（4）容积式、电磁式、差压式流量传感器◎（5）测速发电机式、磁脉冲式转速传感器◎（6）相位差式转矩传感器3.2变送器概念：●变送器、零点、量程、迁移知识点及应用：●（1）变送器的构成原理●（2）变送器零点和量程的概念●（3）变送器的标准输出信号●（4）气动差压变送器的工作原理及其调整方法◎（5）电动差压变送器的工作原理及其调整方法●（6）变送器的应用方法案例：◎（1）气动差压变送器◎（2）电动差压变送器◎（3）变送器测量锅炉水位的实例4执行机构概念：●气开式调节阀、气关式调节阀、阀门定位器、位置反馈知识点及应用：●（1）气动调节阀的类型●（2）气动阀门定位器的工作原理●（3）电动执行机构的组成原理●（4）电/气动执行机构的组合方式案例：◎带阀门定位器的气动薄膜调节阀5船舶冷却水温度自动控制系统概念：●开式冷却、闭式冷却、高温淡水、低温淡水、缸套水知识点及应用：●（1）主机缸套水的冷却方法●（2）主机缸套冷却水温度控制系统的组成●（3）控制系统工作原理及操作方法案例：◎ENGARD型中央冷却水温度自动控制系统6燃油黏度自动控制系统概念：●燃油粘度、燃油粘度控制、燃油温度控制、燃油切换知识点及应用：●（1）燃油粘度控制方法●（2）燃油粘度测量原理●（3）燃油粘度控制系统的组成及其工作原理案例：◎NAKAKITA型燃油粘度控制系统7分油机自动控制系统概念：●操作水、排渣、排水、分油机时序控制、报警知识点及应用：●（1）分油机自动控制系统的组成●（2）控制系统的时序控制过程●（3）控制系统的操作和管理案例：◎ALFA-LAVAL EPC-40分油机自动控制系统8船舶燃油辅锅炉自动控制系统概念：●预扫风、点火、燃烧时序、时序控制器、火焰检测器、风压保护、熄火保护、水位控制、燃烧控制知识点及应用：●（1）辅锅炉的水位双位控制●（2）辅锅炉的蒸汽压力自动控制●（3）辅锅炉的燃烧时序控制过程◎（4）采用PLC的辅锅炉燃烧时序控制案例：◎采用PLC的辅锅炉燃烧时序控制实例9阀门遥控及液舱遥测系统概念：●阀门遥控、液位遥测知识点及应用：●（1）阀门遥控系统的功能、组成及原理●（2）液位遥测系统的功能、组成及原理案例：无10主机遥控系统基础知识概念：●自动遥控、手动遥控、起动、换向、能耗制动、强制制动、重复起动、重起动、慢转起动、加速速率限制、程序负荷、转速限制、临界转速回避、负荷限制、应急操纵、越控知识点及应用：●（1）主机遥控系统的组成●（2）主机遥控系统的主要功能●（3）主机遥控系统的分类●（4）车钟系统●（5）起动逻辑回路●（6）换向逻辑回路●（7）制动逻辑回路●（8）转速与负荷控制●（9）主机遥控系统的信号转换和执行机构案例：◎（1）车钟系统实例◎（2）起动、换向逻辑回路实例◎（3）电/气转换器实例◎（4）电/液伺服器实例◎（5）电动执行机构实例11船舶柴油主机气动操纵系统概念：●气动操纵系统、两位三通阀、主起动阀、起动控制阀、气缸起动阀、空气分配器、操作部位切换、遥控、机旁操作、起动油量、可变喷油定时知识点及应用：●（1）气动操纵系统的气源及其分布●（2）机旁/遥控切换●（3）集控/驾控切换●（4）机旁操作时的停车、换向和起动过程●（5）集控操作时的停车、换向和起动过程●（6）驾控操作时的停车、换向和起动过程●（7）VIT动作原理案例：◎MAN-B&W-S-MC/MCE型主机气动操纵系统12 AUTOCHIEF-Ⅳ主机遥控系统概念：●驾驶台控制单元、集控室控制单元、车钟记录装置、安全保护单元（SSU8810）、数字调速单元（DGU8800e）知识点及应用：●（1）AC-4主机遥控系统的组成●（2）驾驶台控制面板及其功能●（3）集控室控制面板及其功能●（4）AC-4主机遥控系统的主要控制功能●（5）AC-4主机遥控系统在不同车令下的工作过程●（6）AC-4主机遥控系统的参数显示与设置●（7）AC-4主机遥控系统的装置功能试验案例：◎AC-4主机遥控系统的结构组成及其主要操作方法13 机舱监视与报警系统概述概念：●监视与报警、延伸报警、延时报警、报警闭锁、连续监视、扫描监视知识点及应用：●（1）监测参数的类型●（2）监视与报警系统的监测方式●（3）监视与报警系统的组成与功能案例：无14 DATACHIEF-C20监视与报警系统概念：●网络、分布式处理单元（DPU）、远程操作站（ROS）、值班呼叫系统（WCS）、网关知识点及应用：●（1）DC C20监控系统的结构组成●（2）分布式处理单元（DPU）●（3）远程操作站（ROS）及系统功能案例：◎DATACHIEF-C20监视与报警系统(二) 实验授课1.反馈控制系统实验实验内容：单容水柜水位控制系统演示与实操实验要求：（1）结合水位控制系统实验装置了解反馈控制系统的结构组成，熟悉实验装置的管路和信息流程，对反馈控制系统的基本组成环节进行对号入座；（2）将控制对象（单容水柜）、将调节器、测量单元和执行机构连成闭环系统，并投入运行，观察实际水位的变化情况，理解调节过程；（3）通过电脑屏幕观察反馈控制系统的动态过程。

《轮机自动化》课程标准课程代码：课程类型：理实一体化课程性质：必修课适用专业：轮机工程技术专业总学时：90一、课程性质与作用《轮机自动化》是海洋船舶轮机工程技术〈轮机管理〉专业核心课程，是海船船员三管轮适任考试课程之一，是从事船舶控制设备运行、维护、安装、调试，航运部门机务管理必备的课程。

二、课程目标按照STCW公约（2010修正案）、中华人民共和国海船船员适任考试和发证规则、中华人民共和国《轮机自动化》课程考试大纲所规定的船舶轮机员（三管轮）适任标准与岗位能力标准，确定本课程的知识目标、能力目标以及素质目标。

（一）知识目标・能表述自动控制系统的基本组成和动态过程形式；・能表述调节规律的类型、作用和特点；・能表述常用传感器、变送器、调节器、执行机构的作用、基本原理和特点；・能表述典型的机舱自动控制系统的作用、组成和工作原理；・能表述主机遥控系统的类型、组成和主要功能；・能表述机舱监视与报警系统的类型和主要功能；・能表述火灾自动报警系统的类型、主要功能和特点。

（二）能力目标・具备变送器、调节器、执行机构等自动化仪表的使用操作与调整的能力；・具备冷却水温度、燃油供油单元、燃油净油单元、燃油辅锅炉、自清滤器、阀门遥控及液舱遥测等自动控制系统的操作与管理能力；・具备主机遥控系统的操作与管理能力；・具备机舱监视与报警系统的操作与管理能力；（三）素质目标・具备良好的职业道德、工作责任心和吃苦耐劳的品质。

具备服从意识与团队协作精神，具有良好的语言表达能力尤其是英语表达能力和涉外事务的处理能力。

・具有良好的行为习惯和人际关系，尊重他人、服从集体。

具有敏捷的情景意识与正确判断能力。

严格遵守劳动合同及涉外纪律，具有良好的通信与沟通能力。

三、课程设计理念与思路课程设置依据：依据STCwlo公约、国家海事局高级船员最新考纲和现代船舶轮机管理的工作需求设置“轮机自动化”课程；同时考虑到“以职业素质为基础，以适岗能力为本位”的教育教学指导思想和航海高职高专学生的认知规律，以满足远洋船舶轮机人才需求、船舶轮机岗位群能力的需求和对于高级船员的适任要求。

轮机自动化习题集————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：轮机自动化习题汇编（轮机工程专业）徐善林崔庆渝李作评合编电气自动化系自动化教研室20０3年８月目录ﻫ第一章ﻩ轮机自动化基础知识 .................................................................... 错误!未定义书签。

(一）ﻩ单项选择题........................................................................... 错误!未定义书签。

（二)ﻩ简答题 .................................................................................. 错误!未定义书签。

第二章ﻩ船用自动化仪表 ........................................................................... 错误!未定义书签。

（一)ﻩ单项选择题ﻩ错误!未定义书签。

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第三章自动控制系统ﻩ错误!未定义书签。

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第四章柴油机主机遥控系统ﻩ错误!未定义书签。

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第五章ﻩ集中监视与报警系统ﻩ错误!未定义书签。

《轮机自动化》课程教学大纲一、课程基本信息1、课程代码：NA4012、课程名称（中/英文）：轮机自动化 / Marine Automation3、学时/学分：43/2.54、先修课程：船舶主机、船舶辅机、船舶动力装置控制理论5、面向对象：轮机工程6、开课院（系）、教研室：船建学院船舶与海洋工程系7、教材、教学参考书：教材：轮机自动化，万曼影，上海交通大学出版社，2007年8月教学参考书：船舶动力装置自动化，赵国光，上海交通大学出版社轮机自动化，郑凤阁，大连海事大学出版社二、课程性质和任务轮机自动化是船舶与海洋工程专业轮机工程方向本科生的必修课程，内容涉及电子学、自动控制、仪器仪表、微机控制等学科的知识，是培养具备机电一体化知识复合人材的必备环节。

轮机自动化是船舶自动化的核心，它是一门综合学科，着重于实际系统的应用。

学习本课程后，可掌握船舶动力装置自动化各重要环节的组成和工作原理，为以后学生从事船舶动力装置及自动化的设计打下基础。

本课程各教学环节对人才培养目标的贡献见下表。

三、教学内容和基本要求本课程包括了自动控制、仪表、轮机系统参数自动控制、主机遥控、监视报警等多方面知识。

力求理论与实践相结合，气动控制与电动控制相结合，常规控制与计算机控制相结合，并介绍轮机自动化的最新发展。

第一章轮机自动化基础知识第一节反馈控制的基本概念一、自动控制的基本方式二、反馈控制系统的概念三、反馈控制系统的基本性质四、复合控制系统第二节控制对象的特性一、单容对象的特性二、双容对象的特性三、多容对象的特性第三节调节器的作用规律一、双位式调节规律二、比例调节规律三、积分调节规律四、比例积分调节规律五、比例微分调节规律六、比例积分微分调节规律第四节调节器参数的实验整定方法一、稳定边界法二、反应曲线法三、衰减曲线法四、三种整定方法的比较第二章船用自动化仪表第一节自动化仪表的基本知识一、自动化仪表的主要品质指标二、气动仪表的基本部件三、气动仪表的组成原理第二节 PID调节器一、比例积分调节器二、气动微分调节器三、电子PID调节器第三节执行器一、气动执行器二、电动执行器三、阀门定位器四、电－气转换器第三章参数的自动控制系统第一节柴油机冷却水温度自动控制系统一、直接作用式冷却水温度控制系统二、电动作用式冷却水温度控制系统第二节燃油粘度自动控制系统一、VAF燃油粘度控制系统二、VISCOCHIEF燃油粘度控制系统第三节辅助锅炉的自动控制一、辅助锅炉水位的自动控制二、辅助锅炉燃烧的时序程序控制第四章机舱集中监视与报警系统第一节机舱报警监视概述一、基本概念二、检测传感器三、机舱检测与报警系统四、报警的延伸第二节柴油机工况监视一、曲柄箱油雾浓度检测装置二、柴油机工况的微机检测装置第三节巡回检测一、常规巡回检测装置二、微机控制的巡回检测装置第四节网络型监视与报警系统一、功能和组成二、CAN总线协议与CAN控制器三、基于CAN总线的网络监控系统第五章柴油机主机遥控系统第一节主机遥控的基础知识一、主机遥控的基本概念二、常见气动阀件及气源装置第二节柴油机主机气动遥控系统一、起动逻辑回路二、换向与制动逻辑控制三、主机转速和负荷控制第三节 AC-4主机遥控系统一、AC-4主机遥控系统的组成二、AC-4主机遥控系统的工作原理第四节AC C20主机遥控系统一、AC C20主机遥控系统的组成二、AC C20主机遥控系统的工作原理四、实验（上机）内容和基本要求双容水位控制实验，计算机巡回检测演示实验。