轮机自动化控制讲座-第一章 反馈控制系统实例

1、第一章第一章 反馈控制系统实例反馈控制系统实例第二节第二节 VAF型型燃油粘度控制系统燃油粘度控制系统第三节第三节 VISCOCHIEF型燃油粘度控制系统型燃油粘度控制系统第四节第四节 大型油轮辅锅炉水位自动控制大型油轮辅锅炉水位自动控制第五节第五节 大型油轮辅锅炉蒸汽压力自动控制大型油轮辅锅炉蒸汽压力自动控制第一节第一节 柴油机汽缸冷却水温度自动控制系统柴油机汽缸冷却水温度自动控制系统图图1-1-1 汽缸冷却水温度控制原理汽缸冷却水温度控制原理冷却器冷却器M调节器冷却器冷却器M调节器主机主机三通调节阀三通调节阀执行电机执行电机感温元件感温元件第一节 柴油机冷却水温度控制系统泵主机冷却器膨胀水

2、柜直接作用式冷却水温度控制MR-型电动冷却水温度控制系统一、控制系统的组成及工作过程一、控制系统的组成及工作过程图1-1-2二、电源电路及继电器开关电路二、电源电路及继电器开关电路三、输入电路和指示电路三、输入电路和指示电路四、四、PD控制电路控制电路五、脉冲宽度调制电路五、脉冲宽度调制电路六、管理要点六、管理要点图1-1-3d图1-1-3a图1-1-3b图1-1-3c图1-1-2组成调节器调节器开关组开关组限位开关限位开关过载保护过载保护三相伺服三相伺服马达马达三通阀三通阀MR-型调节器MR-型调节器是电动基地式仪表，它把测量、型调节器是电动基地式仪表，它把测量、显示、调节等各个单元及相关附

3、件均组装在一显示、调节等各个单元及相关附件均组装在一个控制盒内，设置在集中控制室。个控制盒内，设置在集中控制室。控制盒的组成：控制盒的组成：1.MRB板，输入与指示电路板，输入与指示电路2.MRV板，比例微分控制电路板，比例微分控制电路3.MRD板，脉冲宽度调制电路板，脉冲宽度调制电路4.MRK板，继电器和开并装置板，继电器和开并装置5.MRP板，主电源电路板，主电源电路6. MRS板，稳压电源电路板，稳压电源电路图1-1-4图1-1-4Re2Re1D1D2Sr1Sr2L1L2R3R4R1R2C1C2SW1SW2SW+16V-16V0VF1F2D1C1增温降温降温增温220V+16VMRP板，

4、主电源电路板，主电源电路图1-1-3dTU1TU2-16V+16V+16V+16VR1R2R4R5W1R3C1R7C4R6R8C2R10R11R12W2W3R13T1G+_+T802SW1SW2R9C7MRB板，输入与指示电路板，输入与指示电路图1-1-3aAB1510TU1+_TU2+_降温降温增温增温R11R13D7D8T2T1R10R12D6D5R8R9D3D4D1D2R5R6R2R3W2R4R7C2C1R1C3W1MRD板，脉冲宽度调制电路板，脉冲宽度调制电路图1-1-3c5-16V-16V+16VC4TU1+_TU2+_TU3+_R13R8R10W2R9R11R6C4R3R2R5C3

5、C2R1C1R14R4R7W151415MRV板，比例微分控制电路板，比例微分控制电路图1-1-3bTU1+_TU2+_降温降温增温增温R11R13D7D8T2T1R10R12D6D5R8R9D3D4D1D2R5R6R2R3W2R4R7C2C1R1C3W1MRD板，脉冲宽度调制电路板，脉冲宽度调制电路图1-1-3c5-16V-16V+16VTU1+_TU2+_降温降温增温增温R11R13D7D8T2T1R10R12D6D5R8R9D3D4D1D2R5R6R2R3W2R4R7C2C1R1C3W1MRD板，脉冲宽度调制电路板，脉冲宽度调制电路图1-1-3c5-16V-16V+16V管理要点管理要点

6、1.面板功能2.投入使用3.故障排除通则4.参数调整第二节第二节 VAF型型燃油粘度控制系统燃油粘度控制系统目标：控制柴油机燃油的粘度，使之保 持在最佳喷射粘度值上。原理：燃油的粘度随温度增加而下降。方法：改变燃油的加热程度。 船舶柴油机，尤其是主机，通常燃用重油。重油的粘度较大，为便于燃油的输送和雾化，必须对燃油进行加热，并使其粘度值维持在设定范围内。第二节 VAF型燃油粘度控制系统常用燃油粘度控制系统：（1）VAF型燃油粘度控制系统；（2）NAKAKITA型燃油粘度控制 系统；（3）VISCOCHIEF型燃油粘度控 制系统（单片机控制）。第二节第二节 VAF型型燃油粘度控制系统燃油粘度控制

7、系统一、VAF型燃油粘度控制系统的组成 fig.1-2-1二、测粘计 fig.1-2-2三、差压变送器 fig.1-2-3四、调节器五、气动调节阀 fig.1-2-6六、控制系统常见故障分析及管理要点第二节第二节 VAF型型燃油粘度控制系统燃油粘度控制系统四、调节器 立体图 fig.1-2-4 简图 杆系 表盘 PB和Ti的调整 正作用式与反作用式 调节器与调节阀作用形式的配合 手自动切换第二节第二节 VAF型型燃油粘度控制系统燃油粘度控制系统比例带调整方法：比例带调整盘上M点的位置逆时针负反馈 比例带 顺时针负反馈 比例带积分时间调整方法：积分阀开大Ti 积分阀关小Ti 调节器杆系调节器杆系

8、调节器表盘调节器表盘正作用与反作用正作用与反作用正作用式调节器：当测量输入增加时，输出也增加反作用式调节器：当测量输入增加时，输出减少。正作用式反作用式：（1）喷嘴旋转90（2）M点由左上角右上角调节器与调节阀作用形式的配合调节器与调节阀作用形式的配合正作用式调节器与气开式调节阀反作用式调节器与气关式调节阀（优选）第三节第三节 VISCOCHIEF型燃油粘度控制系统型燃油粘度控制系统一、控制系统的组成、功能及特点二、测量单元三、VCU160粘度控制器第三节第三节 VISCOCHIEF型燃油粘度控制系统型燃油粘度控制系统一、控制系统的组成、功能及特点Fig. 1-3-1特点：P 22第三节第三节

9、 VISCOCHIEF型燃油粘度控制系统型燃油粘度控制系统二、测量单元Fig. 1-3-21.EVT-10C 粘度传感器2.PT 100 温度传感器Fig. 1-3-4粘度传感器单片机变送器Fig. 1-3-3第三节第三节 VISCOCHIEF型燃油粘度控制系统型燃油粘度控制系统三、VCU-160粘度控制器1.控制方式和过程控制方式：温度程序控制、温度定值控 制、粘度定值控制作用规律：PI控制（由单片机程序实现）控制方式选择开关：DO、STOP、HFO第三节第三节 VISCOCHIEF型燃油粘度控制系统型燃油粘度控制系统三、VCU-160粘度控制器1.控制方式和过程控制过程：STOPDO 程序

10、加温，直到DO Tset3,进 入温度定值控制。 DO指示灯亮，粘度报警关第三节第三节 VISCOCHIEF型燃油粘度控制系统型燃油粘度控制系统三、VCU-160粘度控制器1.控制方式和过程控制过程：STOPHFO 程序加温，直到HFO Tset3,或DOHFO 进入粘度定值控制。稳定后，改 为粘度/温度定值控制。 DO指示灯熄灭， HFO指示灯亮第三节第三节 VISCOCHIEF型燃油粘度控制系统型燃油粘度控制系统三、VCU-160粘度控制器1.控制方式和过程控制过程：HFO DO 粘度定值控制，降温，直到DO Tset3,进入温度定值控制。 DO指示灯亮， HFO指示灯熄灭第三节第三节 V

11、ISCOCHIEF型燃油粘度控制系统型燃油粘度控制系统三、VCU-160粘度控制器2.控制板电路 Fig. 1-3-6 （1）模拟量输入电路（2）开关量输入电路（3）输出电路（4）显示电路第四节第四节 大型油轮辅锅炉水位自动控制大型油轮辅锅炉水位自动控制主锅炉：蒸汽动力船舶上用于蒸汽动力装置的 锅炉。蒸发量大，蒸汽压力高，对水 位和蒸 汽压力的控制要求较高，常 采用带有积分作 用的调节器。辅锅炉：内燃机动力船舶上的锅炉。油轮辅锅炉：加热货油，驱动甲板设备，蒸发量较 大，类似主锅炉。货轮辅锅炉：燃油、滑油及生活用水加热，要求不 高。其水位和压力常用双位控制。第四节第四节 大型油轮辅锅炉水位自动控

12、制大型油轮辅锅炉水位自动控制一、锅炉水位控制的特点二、某油轮辅锅炉水位自动控制系统 的组成及工作原理三、变送器四、调节器五、给水调节阀六、控制系统常见故障分析及管理要点一、锅炉水位控制的特点一、锅炉水位控制的特点（1）水中含有蒸汽（15%20%）（2）蒸汽压力变化时，水下蒸汽的体积发 生变化。虚假水位，难控制。因此，水位与给水量、蒸发量和水下蒸汽体积有关。第四节 大型油轮辅锅炉水位自动控制一、锅炉水位控制的特点一、锅炉水位控制的特点第四节 大型油轮辅锅炉水位自动控制1. 双冲量水位控制（1）单冲量：水位（2）双冲量：水位蒸汽流量 fig.1-4-1（3）三冲量：水位蒸汽流量给水量一、锅炉水位控

13、制的特点一、锅炉水位控制的特点第四节 大型油轮辅锅炉水位自动控制2. 双回路水位控制（1）水位控制回路（2）给水压差控制回路pFGfig.1-4-2二、某轮辅锅炉水位自动控制系统的组成二、某轮辅锅炉水位自动控制系统的组成fig.1-4-3)(CAKBPP气动计算器的气压输出A水位调节器的气压输出B蒸汽流量变送器的气压输出K系统常数，此处K2C仪表制造常数，本仪表为50% （0.6MPa）第四节 大型油轮辅锅炉水位自动控制作用：测量被控量，并把被控量的变化量按比例作用：测量被控量，并把被控量的变化量按比例的转变成标准信号，输出至调节器和显示仪表。的转变成标准信号，输出至调节器和显示仪表。气动标准

14、信号：气动标准信号：19.6 KPa 98.1 Kpa 0.02MPa 0.1 Mpa 0.2kg/cm21.0kg/cm2三、变送器三、变送器Fig.1-4-4三、变送器三、变送器1.气动差压变送器的结构和工作原理气动差压变送器的结构和工作原理2.迁移原理迁移原理（1）测量部分）测量部分把被控量变化转换为轴向推力。把被控量变化转换为轴向推力。p q测测 p F膜膜1.气动差压变送器的结构和工作原理气动差压变送器的结构和工作原理Fig.1-4-4Fig.1-4-6M测p F膜膜l1M反p出出 F波波l2M测 M反pKplFlFp单波膜出21（2）气动转换部分）气动转换部分 把测量部分输出的轴向

15、推把测量部分输出的轴向推力转换成标准的气压信号作为差压变送器的输出。力转换成标准的气压信号作为差压变送器的输出。1.气动差压变送器的结构和工作原理气动差压变送器的结构和工作原理Fig.1-4-7Fig.1-4-4 在K单中，F膜、F波和l1都是固定不变的，唯一可调的是l2。 反馈波纹管l2 K单 量程 ； 反馈波纹管l2 K单 量程 。 要得到较大的量程，就必然使l2增长。为不使变送器体积过于庞大，将大量程变送器制作成双杠杆式变送器。1.气动差压变送器的结构和工作原理气动差压变送器的结构和工作原理Fig.1-4-4p F膜膜l1q反 l2M测 M反pKpllFllFp双波膜出3241q反 l4

16、 = p出出F波波l31.气动差压变送器的结构和工作原理气动差压变送器的结构和工作原理（2）气动转换部分（双杠杆）气动转换部分（双杠杆）Fig.1-4-5Fig.1-4-8（3）差压变送器调零和调量程假定p的最大变化范围是01000mmH20 1.让正负压室均通大气，使p=0，观察变送 器输出压力是否为0.02MPa，若不是，拧动迁 移（调零）弹簧，使p出=0.02MPa。 2.逐渐增大正压室压力，使p出=0.1MPa，观察正压室压力是否为1000mmH20，若小于它，说明量程小了，则松开量程支点的锁紧螺母，上移支点，反之亦然。 3.重新调零、调量程，直到零点和量程准确为止。1.气动差压变送器

17、的结构和工作原理气动差压变送器的结构和工作原理Fig.1-4-4单杠杆差压变送器结构原理图气源输出Fig.1-4-4单杠杆差压变送器结构原理图气源输出6-喷嘴 13-膜盒 9-锁紧螺母 8-主杠杆7-迁移弹簧5-档板 15-紧固螺母 14-正压室 12-负压室 11-支架 10-静压误差调节螺母 1-放大器 20-琐紧螺钉 19-反馈波纹管 18-量程调节指点 17-底版 16-密封簧片 4-顶针架 3-顶针 2-迁移螺钉 Fig.1-4-4(1)双杠杆差压变送器工作原理图气源p2 p1p出 Fig.1-4-5测量部分结构原理图 Fig.1-4-6单杠杆差压变送器工作原理图p2 p1V气源p出

18、 l1l3l2F反 Fig.1-4-7双杠杆差压变送器受力分析图 p出 p1p2q反反量程支点q反反l4l3l2l1Fig.1-4-8 所谓迁移，是指根据实际需要将变送所谓迁移，是指根据实际需要将变送器量程的起点由零迁到某一数值。迁移后，器量程的起点由零迁到某一数值。迁移后，量程的起点和终点都改变，但量程不变。量程的起点和终点都改变，但量程不变。 以测量锅炉水位为例说明其迁移原理。以测量锅炉水位为例说明其迁移原理。2.迁移原理Fig.1-4-9用参考水位罐检测锅炉水位装置 512346BACCFig.1-4-9图1-4-9用参考水位罐检测锅炉水位装置 5-差压差压变送器变送器2-参考参考水位罐

19、水位罐4-参考参考水位管水位管6-阀箱阀箱BACC-泄放阀泄放阀 1-锅炉锅炉A-截止阀截止阀B-平衡阀平衡阀3-测量测量管管Fig.1-4-9差压变送器的负迁移特性MPa0.02mmH2O600-6000负迁移负迁移 0.1Fig.1-4-10MPa0.02Kg/cm2100正迁移正迁移0.164量程迁移的优点：1.适应不同应用场合的需要：例如，水位测量2.提高灵敏度：量程越小，K越大3.减小误差： (10-6) 1% = 0.04 (10-0) 1% = 0.1四、调节器四、调节器fig.1-4-11通用正/反作用式PID调节器第四节 大型油轮辅锅炉水位自动控制四、调节器四、调节器fig.1-4-12第四节 大型油轮辅锅炉水位自动控制) ( 0)()( 0 ; ; 11124111151212411512114512apbpapbpaFpaFppbFpbFppaFpaFpbF