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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。
PID水温控制调节方法出现时间较早，已被大部分现代船舶所淘汰。
因此本文针对传统的柴油机中央冷却系统水温PID控制系统算法较为复杂，不能准确、快速、灵敏、稳定的调节柴油机冷却水的温度，提出了基于89C51单片机的智能冷却水调节系统的控制方案和具体方法。
在建立柴油机中央冷却系统高温淡水（缸套冷却水）冷却回路的动态热力模型基础上，将柴油机功率模糊信号引入到了高温冷却水温度控制系统中。
通过调节三通阀的开度，从而可以达到降低冷却水温度的动态偏差，快速而准确的调节冷却水温度的目的。
比较得出基于功率信号模糊预调节与水温Smith+PID调节的智能控制方法，明显优于常规PID控制方法。
在实际应用中实现了对船舶柴油机冷却水的智能精确控制，减少了油耗，延长了发动机的使用寿命。
关键词：智能控制；89C51单片机；精度高；速度快1AbstractWith the rapid development of computer technology, measuring instruments and control technology, the application of advanced measurement and control technology, equipment and methods were applied in the modern field of automatic control. Due to the improving performance and decreasing price of single-chip microprocessor, its cost performance became outstanding beyond the numerous advanced measurements and control technologies. Therefore, one of the focuses of the current turbine automation topics is to apply the single-chip microprocessor into ship automatic control, which has been paid attention to by more and more research institutions.PID temperature control adjustment method, which has the problems of complexity and can not accurately, rapidly, sensitively and stably control the diesel’s cooling system, had been eliminated by most modern ships. Therefore, this essay will focus on the the problems of the PID control system algorithm of the central cooling system water temperature in conventional diesel engines, and propose a control scheme and approach which is based on the 89C51 micro-controller smart cooling water conditioning system. The solution is to introduce the engine power fuzzy signal into a high-temperature cooling water temperature control system by establishing a dynamic model of the central engine cooling system temperature fresh water ( jacket cooling water ) cooling circuit on the basis of thermodynamic model. By adjusting the opening degree of the three-way valve to achieve the aim of reducing the dynamic deviation of water temperature and quickly and accurately adjusting the cooling water temperature. It can be significantly better than the conventional PID control methods system simulation studies which gains fuzzy intelligent control power signal pre-conditioning and water -based Smith + PID regulator. In practical applications, not only precise control of intelligent engine cooling water vessel is achieved, but also the fuel consumption is reduced and the life of the engine is extended.KEY WORDS:intelligent controls,89C51 microcomputer, high precision, high speed2目录摘要 (1)ABSTRACT (2)第1章绪论 (5)第2章船用柴油机中央冷却系统 (10)2.1船用柴油机中央冷却系统工作过程 (10)2.2系统的构成 (10)2.2.1 系统结构图 (11)2.2.2 系统各组成部分功能说明 (11)2.3 系统的性能指标 (13)2.3.1 系统的主要技术功能 (13)2.3.2 系统的性能特点 (14)第3章系统硬件组成 (15)3.1 系统硬件组成结构图 (15)3.2 系统各部分结构 (16)3.2.1 测温电路 (16)3.2.2 A/D转换电路 (17)3.2.3 键盘与显示电路: (18)3.2.4 串行通讯模块: (19)3.2.5 声光报警电路: (19)3.2.6 主控单元(MCC): (20)第4章系统软件介绍 (22)4.1 温度控制系统算法 (22)4.1.1 系统的整体控制 (22)4.1.2 算法介绍 (23)4.2 计算机软件及功能 (28)4.3 单片机的软件设计 (30)34.3.1 主程序: (31)4.3.2 T.0中断服务子程序 (32)4.3.3 串行口中断服务程序 (33)第5章系统可靠性研究 (34)5.1 系统硬件的可靠性设计 (34)5.2 系统软件的可靠性设计 (36)第6章结论 (38)致谢 (39)参考文献 (40)4第1章绪论1.1课题提出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。
项目十机舱辅助控制系统【项目描述】Item Description冷却水（Cooling Water）温度控制系统、燃油供油单元（Fuel Oil Feed Unit）自动控制系统、燃油净油单元（Fuel Oil Purification Unit）自动控制系统是船舶机舱（Engine Room）主要的辅助控制系统，控制辅助设备的正常运行，为船舶动力系统（Shipping Dynamical System）设备提供保障。
对机舱辅助控制系统的掌握，正确使用调节是轮管人员（Marine Engineer）必备的基本技能。
通过本项目的学习，学生具体应达到以下要求：一、知识要求（knowledge demand）1.能表述冷却水温度控制系统的组成及工作原理，了解中央冷却水温度控制系统的基本概念；2.能表述燃油供油单元自动控制系统、测黏计（Viscosity Meter）、燃油黏度控制系统的工作原理；3.能表述燃油净油单元自动控制系统的组成及工作原理，熟悉EPC-50控制系统的面板（Panel）操作及I/O信号二、能力要求（ability demand）1.具备冷却水温度自动控制系统的操作与管理能力；2.熟悉燃油供油单元的综合控制，具备燃油供油单元自动控制系统的操作与管理能力；3.具备燃油净油单元自动控制系统的操作与管理能力；三、素质要求（quality demand）1.养成善于动脑、勤于思考、及时发现问题的学习习惯；2.培养理论联系实际、善于分析和解决工程实际问题的能力；3.培养理性思维能力和科学求实的精神；4.培养学习新技术的能力，增强创新意识。
【项目实施】Item implementation任务一冷却水温度控制系统一、学习目标（learning target）1. 掌握此种冷却水温度控制系统的基本组成和特点：2. 掌握冷却水温度控制系统的参数设置及调整；3. 熟悉此冷却水温度控制系统的故障诊断及在轮机自动控制中的应用管理。
摘要:为了实现机舱自动化控制,设计了以DSP为控制核心的船舶柴油机缸套冷却水自动控制系统,并根据系统需求选用了其他相适应的硬件。
船舶柴油机缸套冷却水温度是监控主机是否正常运行的一个重要热工参数,但其变化具有滞后特性,在该系统引入史密斯补偿的数字PID控制方法后,解决了水温缓慢变化滞后特性引起系统超调量大和振荡的问题,实现了对象的在线控制。
关键词:DSP柴油机冷却水系统温度控制史密斯预估器PID控制滞后特性文章来自：吴云凯Abstract:In order to mi plementautomatic controlofmarine engine compartmen,t an automatic coolingwatercontrolsystemwithDSP as the con-trolkernel for jacketofmarine dieselengine hasbeen designed, and other correspondinghardware is selected in accordancewith the requirementsof the system. The temperature of the coolingwater for jacket is an mi portant thermal parameter formonitoring normal operation of the engine,while it features tmi e-lag characteristic. Having been introduced digitalPID controlwith Smith compensation, the big overshoot and oscillationcaused by tmi e-lag because of the slow change of temperature are elmi inated; thus on-line control of the object can be mi plemented.Keywords:DSP Diesel engineCoolingwater system Temperature control Smith predictor PID control Tmi e-lag characteristic0引言目前,船舶主柴油机大都采用中央冷却水系统[1],汽缸套和汽缸盖几乎都是采用淡水冷却。
船舶柴油机冷却系统工作原理船舶柴油机冷却系统是一个重要的系统组成部分，能有效地控制柴油机的温度，保障机械设备的安全和稳定运行。
本文将阐述船舶柴油机冷却系统的工作原理，包括冷却水的循环流动、热交换和调节机理。
船舶柴油机冷却系统的工作原理是基于热力学原理的，通过对冷却水的循环流动、与柴油机发热零件之间的热交换以及冷却水的温度调节来控制柴油机的冷却效果。
具体结构包括水面冷却系统和内部冷却系统。
水面冷却系统主要是将海水或淡水通过水泵引入船舶柴油机水箱中，由此达到冷却柴油机的目的。
在水箱中，冷却水和柴油机的发动机之间通过一个热交换器来实现热量的转换。
当柴油机内部发热部件的温度升高时，冷却水会吸收这些热量并迅速流回水箱，实现了的循环。
内部冷却系统是柴油机内部直接对高温部件的冷却工作进行调节，与水面冷却系统相辅相成。
其基本结构是水泵、散热器和水管。
当柴油机开始工作时，水泵将冷却水抽入散热器，然后在散热器中排放。
此时，由于高速碰撞和摩擦，发动机内部的摩擦部件和气缸壁上会产生大量的热量。
热量通过壳体和水管传到散热器的壁面，然后通过水管将热量传导到冷却水内部，进而再次进行循环的利用。
在船舶柴油机冷却系统中，调节机理也很重要。
为了控制柴油机的温度，冷却水需要不断地循环流动，并根据柴油机的用途和负载使用船舶柴油机冷却系统中的通断器、调节杆、水温计来控制水温，由此保持柴油机的稳定工作。
在日常维护中，需要对船舶柴油机冷却系统进行定期的检修和清洁，以保证其顺畅地运行。
一旦发现故障，要及时处理，以免造成更多的损害。
特别是在长时间停运的船舶中，冷却水常常滞留在发动机中，因此必须在重新启动发动机前进行清洗和注油的工作以防止冷却水在启动过程中对机器产生影响。
综上所述，船舶柴油机冷却系统是一个复杂且重要的系统。
正常的运转和维护需要有专业的技术人员进行监视和操作。
在航行途中出现故障或者机器过热时，要及时对船舶柴油机冷却系统进行维修和调试，以确保整个船舶的安全、稳定和经济效益。
第一章反馈控制系统一柴油机气缸冷却水温度自动控制系统1.冷却水控制调节原理：把冷却水分成两部分，一部分通过淡水冷却器，经海水冷却使温度降低,另一部分不通过冷却器，直接与经冷却器的淡水混合。
然后进入柴油机气缸的冷却空间，若冷却水温度偏高,则需要减少不经冷却器的旁通水量，增加经冷却器的淡水量，反之亦然2.根据测温元件安装位置不同,气缸冷却水温度控制系统有哪两种控制方式？各有何特点？答:①控制冷却水进口温度，控制在给定值或给定值附近，但冷却水出口温度会随柴油机负荷的变化而有所变化,在超负荷运行时，出口温度将会发生过高现象。
②控制冷却水出口温度，冷却水出口温度可以控制在给定值或给定值附近，但冷却水进口温度会随着柴油机负荷的变化而变化,特别是在负荷增加时,冷却水进口温度会下降。
3.参照图1.1所示，指出反馈环节，调节器和执行机构，并画出系统的控制原理图反馈环节：T802型热敏电阻调节器：MR—Ⅱ型调节器执行机构：限位开关过载保护继电器三相交流伺服电机控制原理图：给定值MR-Ⅱ调节器执行机构三通阀T802传感器4 参照图工电路，分析其比例微分原理,并指出如何整定比例系数和微分时间？答调整电位器W1 可改变放大倍数K，即可整定比例为分调节器的比例带PB，调整W2可整定微分时间图1.2说明电路在系统中的作用 图1.b08*u 68BR U R R =+； 001537A U U U U R R --= ;所以1508*8*77()()368368B B A A A R U R U R R U U U U U R R R R R R =--=--++;157()3B A R U U U R =-二．V AF 型燃油粘度自动控制系统1.分析图中VAF 燃油粘度控制系统，简述燃油粘度控制系统的功能 答：功能：在燃油进入高压油泵以前，把燃油粘度作为被控量，根据燃油粘度的偏差值，控制加热器蒸汽调节阀的开度或电加热器的接触器,使燃油粘度维持在给定值上。
第四章柴油机冷却水温度控制系统概述柴油机装置中的冷却循环，是指在系统中的介质从柴油机或装置中吸收了热量而提高温度后，再经冷却器放出热量使温度降低，然后回到柴油机或装置中去。
在中、小型柴油机装置中，只有缸套冷却水和滑油系统的温度需要调节。
而大功率柴油机装置管路系统复杂，需要进行温度控制的参数，除缸套冷却水和滑油系统外，尚有活塞冷却系统，增压空气冷却器的冷却水系统、喷油嘴冷却系统，以及冷却淡水及滑油的舷外水冷却系统等。
柴油机运行时，气缸套和缸盖必须用淡水来冷却。
总是希望把冷却水温度维持在设备说明书所规定的数值上，这对柴油机安全、可靠和经济地运行十分重要。
如果冷却水出口温度过高，则缸套内温度就高，油膜容易蒸发，加剧缸套的磨损；使缸套和缸体所形成的冷却水腔接合处的橡胶密封圈损坏；还会使燃烧时的过量空气系数减少，略微降低指示功率和效率。
如果冷却水出口温度过低，又会使散热损失增加；特别是缸套内外温差太大，会导致热应力增大，时间一长容易出现裂纹；当使用含硫的燃油时，由于缸壁温度较低，燃气中的二氧化硫、三氧化硫可能会形成亚硫酸、硫酸，使缸套等受到腐蚀。
冷却水温度的控制方法通常是采用三通调节阀把气缸冷却淡水分成两部分：一部分通过淡水冷却器，用海水冷却淡水使其温度降低；另一部分不通过淡水冷却器，与经过冷却的淡水混合，然后进入柴油机气缸的冷却空间。
若冷却水温度高于给定值，则开大主阀，增加通过淡水冷却器的淡水量；关小旁通阀，减少不经冷却器旁通的水量，使冷却水温度降回到给定值。
若冷却水温度低于给定值，则关小主阀，开大旁通阀，减少经冷却器的水量，使冷却水温度回升到给定值。
控制这两部分水量比例大小的部件是三通调节阀，也是该控制系统的执行机构。
冷却水温度自动控制系统根据测温元件的位置不同有两种控制方案：一种方案是把测温元件装在柴油机冷却水进口管路上，测温元件的输出信号与冷却水进口温度成比例地变化。
测温元件的输出信号送入调节器，调节器把冷却水温度的给定值和测量值相比较得到偏差值，然后按照某种作用规律输出控制信号到执行机构，从而改变三通调节阀的开度，把冷却水的进口温度控制在给定值或给定值附近。
輪機自動化設備氣動控制簡明講義一、主機氣缸冷卻水溫度控制系統根據測溫元件位置不同，氣缸冷卻溫度控制系統有哪兩種控制方式？各有何特點？參照圖1所示系統，指出回饋調節、調節器和執行機構，並畫出系統的控制原理圖答案：1、控制形式1）控制冷卻水進口溫度，控制在給定值或給定值附近，但冷卻水的出口溫度會隨柴油機負荷的變化而有變化，在超負荷運行時，出口溫度將會發生過高的現象；2）控制冷卻水出口溫度，冷卻水出口溫度可以控制在給定值或給定值附近，但冷卻水的進口溫度會隨柴油機的負荷的變化而變化，特別在負荷增加時，冷卻水的進口溫度會下降。
2、回饋調節：執行機構：限位開關，超載保護繼電器及三相交流伺服電機（附加）冷卻水常用的控制方法是，把冷卻水分成兩部分，一部分通過淡水冷卻器，經海水冷卻使溫度降低；另一部分不通過冷卻器，直接與冷卻器的淡水混合，然後進入柴油機氣缸的冷卻空間。
若冷卻水溫度偏高，則需要減少不經冷卻器旁通水道，增加冷卻器的淡水量，反之亦然。
二、分析大型油輪鍋爐水位控制系統1.、簡述鍋爐水位測量中虛假水位概念答案：1虛假水位：假如蒸汽流量突然增大，鍋爐氣壓就要降低，蒸汽飽和溫度隨之降低，是水面下蒸汽比容增大，由於這種自蒸發現象，儘管蒸汽流量大於給水量，水位卻虛假上升；反之，鍋爐負荷突然減小，儘管蒸汽流量小於給水量，水位卻虛假下降，這兩種情況的出現稱為虛假水位。
2、分析右圖所示雙衝量控制原理雙衝量控制原理：當蒸汽流量發生變化時，就給調節器發出一個信號，使給水量與蒸汽量同方向變化，因此可以減小或抵消由於虛假水位現象而使給水量與蒸汽流量相反方向變化的錯誤動作，使調節器一開始就向正確的方向移動，從而減少了給水量和水位的波動，縮短調節時間，改善了水位的控制品質。
3、解釋名詞凋零、調量程、遷移。
凋零：就是當測量信號p=0時，差壓變送器的輸出p輸出=0.02MPa。
調量程：當測量信號p達到最大值時，p出=0.1MPa。
遷移：所謂遷移，是指根據實際需要將變送器量程的起點由零遷到某一數值。
