【正文】 采用PD控制會出現(xiàn)靜態(tài)誤差，使系統(tǒng)長時間偏離最佳工作點運行；若采用PI控制，則對于冷卻水溫度這樣具有較大慣性的被控對象，會因為缺乏超前的控制作用而產生較大的超調量，使得系統(tǒng)動態(tài)特性較差，而且調節(jié)閥的開度改變以后，溫度傳感器不能馬上反映出調節(jié)作用的結果，存在滯后，難以得到滿意的控制效果。它的作用方法是，利用安裝在船舶柴油機氣缸冷卻水進口或者出口管路中的感溫元件，通常為電阻數(shù)值與溫度變化在一定范圍內成線性變化的熱敏電阻，經分壓器分壓把冷卻水溫度成比例地轉換為電壓信號，這個測量信號與由電位器整定的給定值電壓信號相比較得到偏差信號，再經過比例微分作用，輸出一個控制信號，并將此控制信號送至脈沖寬度調制器，將連續(xù)的控制信號變成斷續(xù)的脈沖信號去調節(jié)冷卻水溫度[2]。 　　　　 電動式控制方式　　　　 在20世紀80年代中期，船舶柴油機冷卻水溫度控制是采用電動式作用方式?！　　　∷泊嬖谥恍﹩栴}，例如系統(tǒng)對氣體的密封性和壓力要求同樣很高，對運輸和儲存氣體的管系的密閉性要求也很高，如果控制氣壓信號有所損失，就會使得控制精度降低，效果變差。　　　　 氣動式控制方式　　　　 在20世紀70年代末期，船舶柴油機冷卻水溫度控制是采用氣動式作用方式?！　　　?這種控制方式的缺點是顯而易見的，測量元件內充注的工作介質對密封性要求很高，如果測量元件內充注的工作介質泄漏，那么其本身的壓力就不能隨溫度成比例進行變化，因而使得溫度控制失去作用。這是一種早期的反饋式控制方式。因此，單片機可以安全可靠地運行，并且智能地控制冷卻水的溫度穩(wěn)定在某一給定值，或者給定值附近，使得船舶柴油機冷卻水溫度測控滿足現(xiàn)代遠洋船舶的要求[1]。單片機具有高精確度、高靈敏度、高響應速度，以及耗能少、機構小、可以連續(xù)測量、自動控制、安全可靠等優(yōu)點。綜合這些不利因素，此類控制系統(tǒng)已經無法滿足日益提高的控制性能需求，必須采用新的控制方式。目前，船舶主機缸套冷卻水溫度的自動控制大多使用的是模擬式調節(jié)儀表，由電子器件的邏輯運算輸出控制信號來驅動繼電器，從而對電動機進行轉向控制，實現(xiàn)對溫度的控制。從整體上看主要存在以下兩個明顯的缺點：一是采用的元器件比較落后，導致電路較為復雜，使用的邏輯元器件也較多，增加了備件管理和維護工作的難度；二是由于系統(tǒng)整體比較復雜和模擬儀表的實現(xiàn)功能的限制，這些溫度控制器都采用了較簡單的控制規(guī)律，不能提供很好的控制性能?！　　　¤b于此，決定用單片機來控制船舶主機缸套冷卻水的溫度。同時，其邏輯控制運算是由軟件來進行的，可以容易地實現(xiàn)各種控制規(guī)則，甚至是比較復雜的控制算法，而且很少受外界工作環(huán)境的影響?！　　　　　　　　　　　? 船舶主機缸套冷卻水溫度控制技術發(fā)展歷程　　　　　　　　 直接作用式控制方式　　　　在20世紀50年代末期，船舶柴油機冷卻水溫度控制是采用直接作用方式。其特點是，不需要外加能源，而是根據(jù)在冷卻水管路中的測量元件內充注的工作介質的壓力隨溫度成比例變化而產生的力來驅動三通調節(jié)閥，進而改變流經淡水冷卻器的淡水流量和旁通淡水流量，從而實現(xiàn)溫度調節(jié)。同時，其控制精度不高，冷卻水溫度變化較大，對船舶柴油機的穩(wěn)定運行也會不利。其特點是，利用感溫元件和溫度變送器，把氣缸冷卻水溫度的變化成比例地轉變成氣壓信號的變化送至調節(jié)器，與調節(jié)器的給定信號相比較，其偏差信號經調節(jié)作用規(guī)律運算后，成為調節(jié)器輸出的控制氣壓信號去調節(jié)溫度。因此，這種控制方式現(xiàn)在也很少采用了。這也是目前遠洋船舶上主要采用的溫度控制方式。　　　　盡管此類電動控制系統(tǒng)的控制精度和效果可以在一定程度上滿足船舶運行的需求，但是并不說明這種控制方式是完美無缺的。其次，這種控制系統(tǒng)的測量和控制部分，是利用一些電子器件進行邏輯運算輸出的，它的缺點就是一旦邏輯輸出部分機械部件出現(xiàn)故障，則整個測控系統(tǒng)的控制能力和精度就會出現(xiàn)故障，其工作效果大打折扣。 　　　　　　　　2 溫度控制系統(tǒng)介紹　　　　　　　　 系統(tǒng)的構成　　　　首先，介紹一下現(xiàn)代遠洋船舶絕大多數(shù)所采用的中央冷卻系統(tǒng)的工作過程。因此，這種冷卻系統(tǒng)中就有兩個冷卻水回路：一個是低溫回路，就是由舷外海水來冷卻低溫淡水的回路，因為海水的流入和流出不是一個閉合的過程，因此又稱為開式冷卻；另一個是高溫回路，就是由低溫淡水來冷卻高溫淡水的回路，因為低溫淡水和高溫淡水的流動是一個循環(huán)利用的過程，因此又稱為閉式冷卻。此設計中主要研究高溫淡水循環(huán)?！　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　D21 船舶中央冷卻系統(tǒng)簡化框圖　　　　整個船舶主機冷卻水溫度控制系統(tǒng)主要是由單片機測控平臺、溫度傳感器組、執(zhí)行機構，以及控制軟件等部分組成的。 　　　　 系統(tǒng)各組成部分功能說明 　　　　下面分別對單片機測控平臺、溫度傳感器組、執(zhí)行機構和控制軟件等部分進行詳細的說明:　　　　1)單片機測控平臺　　　　單片機測控平臺是整個溫度控制系統(tǒng)的重要組成部分，它要獲取溫度傳感器組的測量數(shù)據(jù)，并且與溫度設定值進行比較，同時輸出控制信號到執(zhí)行機構，實現(xiàn)溫度的檢測與控制。經過此自動控制過程，使主機缸套冷卻水溫度穩(wěn)定在設定數(shù)值，或是設定數(shù)值附近，從而達到自動控制溫度的目的。同時，為了保證測量的準確性，采用了多點測量的方法，即在主機缸套冷卻水的進口和出口，及缸套壁處都安裝了溫度傳感器，分別測量這幾點的溫度，然后單片機控制多路開關，分別采集這幾點的溫度數(shù)值?！　　　?)執(zhí)行機構　　　　執(zhí)行機構是指進行溫度調節(jié)的機械裝置，即控制繼電器、三相伺服交流電動機和三通調節(jié)閥?！　　　?利用繼電器接受單片機發(fā)出的間斷的控制指令，控制三相伺服交流電動機斷續(xù)運轉，帶動三通調節(jié)閥的轉動，改變三通調節(jié)閥的開度，進而改變冷卻水的溫度。 　　　　4)控制軟件　　　　單片機測控系統(tǒng)運行軟件是燒錄在單片機程序存儲器中，控制單片機運行的程序，它包括主程序、采樣（A/D轉換）子程序、帶smith頂估器的PID算法子程序、報警處理程序、鍵盤和顯示子程序等。用三位LED數(shù)碼管顯示，其顯示數(shù)值范圍是000999，℃。 　　　　3)設定溫度　　　　用戶可以自行設定任何一個測量點的溫度數(shù)值，數(shù)字小鍵盤輸入、三位LED數(shù)碼管顯示，其顯示數(shù)值范圍是000999，℃。5℃時，系統(tǒng)會自動報警，以提醒輪機管理人員注意，及時查明故障原因和解決問題。同時，外圍控制電路都選用了目前市場上常見的一些元器件，比如溫度傳感器、A/D轉換元件，以及LED數(shù)碼管等，其成本均不高，使得本控制系統(tǒng)具有良好的性價比?！　　　?)可控點多，擴展性能好　　　　本系統(tǒng)采用了多點測溫的方法，單片機可以利用多路開關來選擇測控點，從而可以分別對缸套冷卻水的不同部位進行監(jiān)測，了解整個主機的運行狀態(tài)?！　　　?　　　　　　　　圖31硬件電路結構原理圖和電路圖　　　　本測控系統(tǒng)采用了AT89C51作為微處理器，采用鉑電阻(pt100)作為溫度傳感器，與運算放大器相結合構成精密測溫電路，采用了ADC0809芯片作為精密測溫電路與單片機的轉換通道。鍵盤矩陣采用2行3列非編碼方式，顯示部分為3位LED數(shù)碼管顯示?！　　　?系統(tǒng)各主要模塊介紹　　　　如圖31所示，系統(tǒng)的硬件結構主要由溫度檢測電路、A/D轉換電路、鍵盤與顯示電路、報警電路、驅動電路和輸出控制電路等部分組成?！　　　?)主控單元　　　　主控單元采用ATMEL公司的AT89C51控制芯片。它具有4K字節(jié)的片內程序存儲器，并且是FLASH工藝的，這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫，同時，寫入單片機內的程序還可以進行加密，因而可以有效地保存數(shù)據(jù)信息。此外，AT89C51還具有128字節(jié)RAM,32條可編程I/O線，2個16位可編程定時/計數(shù)器，6個中斷源，1個串行I/O口，片內振蕩器和時鐘電路[4]?！　　　T89C51的接口電路有ADC0808274N25和CD4052等芯片。　　　　圖32是AT89C51芯片管腳分配示意圖。當鉑絲溫度上升時，其電阻阻值也隨之增加?！　　　　　　　”?1 pt100鉑電阻