船用柴油机中央冷却系统水温的智能控制
（1） 通过查找资料和计算分析得出船用柴油机中央冷却系统的工作方式，以及工作流程，并且对发动机冷却水系统的结构有初步的了解，为后期的设计做准备
（2） 画出水温测量电路，A/D转换电路，功率信号测量电路，膨胀水箱液位测量电路，压力信号电路，报警电路，三通阀控制电路，海水泵控制电路的电路图，并进行电路分析得出原理，以及工作方法。
（3） 分析了种在温度控制中常见的控制算法，根据各自的优缺点，以及针对冷却水的固有特性的分析，实现了带有smith补偿的PID控制
（4） 根据硬件的设计画出各个硬件中算法的设计，并且进行验证
1.4系统研究的应用前景
本温度测控系统是用于对船舶主柴油机冷却水的温度进行监测和控制的全自动智能调节系统。它可以广泛地应用在船舶工程中，如现代远洋船舶上对温度要求比较高的船舶中央冷却水控制系统中。它具有安全可靠、操作简单方便、智能控制等优点。
另外，此测控系统以及相关产品的研发，既有利于推动工控技术的发展，又能带来可观的经济效益和社会效益。
（1）市场预测:
随着计算机技术、现代通信技术和自动控制技术等高新技术在几十年内飞速的崛起，尤其是这几年的大力发展以及电子技术在船舶上的应用。无不带动了国内电子业，航海业的腾飞。相信我们的柴油机冷却水温智能控制系统会给现代船舶带来极大的应用空间，创造良好的经济效益。
（2）课题的实用性及前瞻性:
全球经济一体化的快速发展，对货物要求量的需求增大，人民的物质需求日益加大，各国进出口量与日俱增。使得船舶自动控制技术也突飞猛进的提高。“温度测控技术”具有很强的灵活性，根据用户需要，可以方便地调整系统温度给定值，从而使整个船舶主柴油机在更加理想的条件下运转，增加了柴油机的使用寿命，满足了人们对其经济性的要求。同时，由于系统具有良好的扩展性能，可以与船舶内部网络进行通讯，使得系统功能再扩展成为可能，最大限度地满足了今后的需求。
9
船用柴油机中央冷却系统水温的智能控制
第2章 船用柴油机中央冷却系统
2.1船用柴油机中央冷却系统工作过程
船舶柴油机中央冷却水系统由高温冷却回路、低温冷却回路和海水部分构成其简化图如图1.1所示（第6页）。高温冷却回路的冷却水由柴油机缸套流出，经高温淡水冷却器。三通阀门、高温淡水泵后流入柴油机缸套。在柴油机缸套冷却水的进口和出口分别装有温度传感器，并在进口处装压力传感器，实时监测缸套冷却水的进口温度和出口温度及压力。高温淡水回路和主要作用是冷却柴油机的缸套，高温淡水温度的调节原理是：通过改变三通阀门的开度，改变流过高温淡水冷却器的流量，进而改变冷、热水的配比，调节冷却水的温度。
低温冷却水回路的冷却水由淡水泵流出后经中央冷却器、三通阀、柴油机滑油冷却器、空气冷却器后流入高温淡水冷却器，冷却高温淡水。在滑油冷却器和空气冷却器的冷却水进口和出口处均装有温度传感器，并在中央冷却器的进口处装压力传感器，以实现监测冷却水温度和压力。低温冷却回路冷却原理同高温冷却水回路，也是通过三通阀调节冷却器的旁通水量，改变冷、热水的比例，达到调节水温的目的。低温淡水回路的功能主要是冷却柴油机的滑油冷却器和空气冷却器，同时用低温淡水冷却高温淡水冷却器。海水冷却部分的作用是通过海水泵从弦外引入海水，冷却中央冷却器。
2.2系统的构成
整个船舶柴油机冷却水温度控制系统主要由计算机控制中心(上位机)和打印机、测量电路（温度测量、液位测量、功率测量、压力测量）、信号转换电路、单片机（下位机）、执行机构，以及控制软件等部分组成的，系统采用了总线结构、模块化的设计方法，各部分既可以独立工作，又能够联网协同工作，组建方式灵活，并具有良好的可扩展性。其中计算机控制中心即可实时监测柴油机冷却水温度控制系统的工作状态，又可实时显示水温，在有需要的时候还可以进行人工干扰和调节，十分方便快捷。温度测量电路采用了十分灵敏并且具有良好感温效果元件，用来测量冷却水的温度。单片机是本课题的核心部分。它既可独立工作，又能与上位机组成通讯网络，同时还可以对柴油机冷却水的温度进行监控，对执行机构发出控制指令，实现温度的检测与控制，是由温度采集接口电路、键盘与显示电路、串行通讯接口申路、看门狗电路，以及执行机构接口电路所组成的。
由于现代远洋船舶的中央冷却系统具有.高温淡水和低温淡水两个冷却水回
10
船用柴油机中央冷却系统水温的智能控制
路，所有我们在设计时应对高温淡水和低温淡水进行分别设计。但两个回路的设计方法基本相同。在本文中仅对高温淡水回路进行设计。
2.2.1系统结构图
智能控制器控制系统结构如图3-1所示。
图3-1智能控制器控制系统结构图
Smith预估控制可以预测未来的系统偏差，对系统输出进行提前校正，这种超前预估作用克服了时滞的不利影响。
船舶柴油机缸套冷却水温度的变化，主要是由于主机功率发生了变化。船舶柴油机冷却水温度经常超调，是由于控制方法存在一定缺陷。本文将功率扰动信号引入控制系统中，通过模糊决策，使系统能够在功率变化的时候，预先调节阀门开度，改变冷、热水配比，可大大降低主机缸套冷却水温度超调量，并用Smith预估PID控制器精确调节水温，优化控制系统的调节能力。智能控制器控制系统结构如图2.1所示。
将模糊控制与Smith预估器结合是模糊控制在纯滞后系统应用中比较成功的一种方式。针对船舶柴油机中央冷却水温度控制对象的特点。本文提出了冷却水温度智能控制器，本系统在Smith预估器PID控制器的基础上，将柴油机功率的模糊控制含量信号引入到冷却水温度控制系统中，使系统能够在柴油机的功率变化以后，立即做出反应，来预先调节三通阀的开度，从而达到降低冷却水温度动超调量，快速调节冷却水温度的目的。
2.2.2系统各组成部分功能说明
下面我没对计算机控制中心(上位机)和打印机、温度测量、、单片机（下位机）、执行机构，以及控制软件等部分做逐一介绍。
（1）计算机控制中心
计算机控制中心可以对单片机测控平台进行远程实时显示和检测。利用计算
11
船用柴油机中央冷却系统水温的智能控制
机中安装的通讯软件，计算机可以与单片机进行实时通讯，将单片机存储器中的相关数据传输和显示在计算机终端显示器上，方便用户对每个检测点的实际温度和设定温度进行比较和监测，对于超标的数据给予特殊颜色的显示并报警。
同时，上位机也可以对测控平台的历史数据进行存储分析和打印，以方便用户对测控平台的每一个温度数据进行存储。当每次启动软件时，该软件可以自动的从单片机温度控制器中读出历史数据并存储到计算机中。
（2）温度传感器组:
本系统采用了铂热电阻Pt100，其感温效果较其他感温元件比较突出。用来测量冷却水的温度。同时，本系统采用了多点测量的方法以保证测量的准确性，即在低温回路中低温冷却淡水的出口和进口、高温回路中高温冷却淡水的出口和进口都安装了温度传感器，分别测量这几点的温度，然后单片机控制多路开关，分别采集这几点的温度数值。在某一时刻，单片机采集的是某个点的温度实际数值，然后与该点的设定数值相比较，再输出控制信号，因此，并不会增加单片机的运算负荷，使得单片机完全有能力承担控制中心的任务。
由于采用了这种多点测量的方法，克服了在以往温度控制中，只能单一的测量冷却水进口或者出口的实际温度，出现偏差的现象，这也证明了本课题设置的科学性和合理性。
（3）单片机测控平台(下位机):
单片机测控平台(下位机)是整个温度控制系统的重要组成部分，是联系温度信号采集和计算机管理控制中心的枢纽。一方面，它要获取温度传感器组的测量数据，并且与温度设定值进行比较，同时输出控制信号到执行机构;另一方面，它要将温度测量数据和设定数据上传到计算机管理控制中心(连接打印机)。系统控制流程是，单片机将温度传感器测量到的信号经信号调制电路和A/D转换得到实际测量温度，与预先设定温度数值进行比较，当测量温度比设定温度高时，单片机断续输出控制信号，经过光电隔离和驱动放大后，输出给增大输出继电器，继电器控制三相伺服交流电动机断续运转，使得连接在电机上的三通调节阀转动，减少不经冷却器的旁通水量，增加经冷却器的淡水量;若是测量温度比设定温度低时，单片机断续输出控制信号，经过光电隔离和驱动放大后，输出给减小输出继电器，继电器控制三相伺服交流电动机断续运转，使得连接在电机上的三通调节阀转动，增加不经冷却器的旁通水量，减少经冷却器的淡水量。经过此自动控制过程，使柴油机冷却水温度稳定在设定数值，或是设定数值周围，从而达到自动控制温度的目的。
12