郑学伦(毕业设计).doc

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1、船舶柴油机汽缸冷却器水温度自动控制系统的研究与实现指导老师：刘爱英 学生：郑学伦 （威海职业学院船舶工程系09船电一班）摘 要将单片机应用于船舶主柴油机冷却水温度自动控制系统中。首先对温度测控系统进行了功能分析，介绍了柴油机的发展历程，以及制冷系统的主要部件工作原理及特点，并根据系统所要实现的功能进行了硬件元器件的选择和软件算法的确定，最终得出柴油机冷却水温度控制系统的整套硬件设计方案。关键词：船舶 冷却水系统 单片机 温度控制 目 录摘要第1章 绪论1.1柴油机温度控制概述-1.2单片机温度控制器的优点-第2章 温度控制系统介绍-2.1系统的构成-2.2 系统各组成部分功能说明-第3章柴油机

2、发展的历程-第4章制冷系统主要部件的工作原理及特点-第5章 系统的硬件与软件开发-5.1 硬件系统电路结构-5.2系统的软件开发-结论-参考文献-第1章 绪论 1.1柴油机温度控制概述船舶柴油机动力装置运转时，有许多机械设备会散发出大量的热量。为了保证部件正常工作必须及时将这些多余的热量散发，因此冷却水系统的功用就是对需要及时散热的机械和设备提供足够的冷却水进行冷却。以保证其在一定合适的温度范围内安可靠地工作。目前，船舶柴油机冷却水温度的自动控制系统大多采用的是电子式控制方式使用的是模拟式调节仪表，主要以电子器件的逻辑运算输出控制信号来驱动继电器对电动机进行转向控制，从而达到对温度的控制 从整

3、体上看主要存在以下两个明显的缺点 采用的元器件比较落后导致电路较为复杂使用的逻辑元器件也较多增加了备件管理和维护工作的难度 由于系统整体比较复杂及模拟仪表的实现功能的限制。这些温度控制器都采用了最简单的控制规律不能提供很好的控制性能。鉴于此，提出了基于单片机控制的船舶柴油机冷却水温度控制方法。1.2单片机温度控制器的优点我们知道单片微处理器具有高精确度高、灵敏度高、响应速度以及耗能少自动控制安全可靠等优点。同时，其逻辑控制运算是由软件来进行的容易实现各种控制规则，甚至是比较复杂的控制算法的实现而且不受外界工作环境的影响。因此，基于单片机的温度控制器可以安全可靠地运行，智能控制冷却水的温度稳定在

4、某一给定值或者给定值附近，使得船舶柴油机冷却水温度测控，满足现代远洋船舶的要求。 第2章 温度控制系统介绍2.1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、远程通讯模块、单片机测控平台(下位机.)、温度传感器组、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。2.2 系统各组成部分功能说明一、计算机管理控制中心（上位机）和打印机计算机控制中心可以对单片机测控平台进行远程实时显和检测，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

5、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。二、远程通讯模块为了便于上位机（计算机）和下位机（单片机）的通讯，我们采用了标准 RS-232串行通讯规范。通过 RS-232接口，单片机可以将采集到的温度数据传输到计算机中，从而可以利用计算机的强大处理能力对数据进行分析和存储，以及连接打印机对数据进行打印保存。三、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

6、，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。四、温度传感器组采用了具有良好性能的感温元件，铂热电阻Pt100，用测量冷却水的温度。同时，为了保证测量的准确性，采用了多点测量的方法，即在高温回路中高温冷却淡水的进口和出口、低温回路中低温冷却淡水的进口和出口都安装了温度传感器，分别测量这儿点的温度。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。五、执行机构系统的执行机构由控制继电器、三相伺服交流电动机和三通调节阀组成。利用

7、继电器接受单片机发出的间断的控制指令，控制三相伺服交流电动机断续运转，带动三通调节阀的转动，改变三通调节阀的开度，进而改变冷却水的温度。第3章 柴油机的发展历程如果用最简单方式看待历史，那么组成历史的仅仅包括年代、人名、故事三个要素。虽然时间跨度冲淡他的年代和故事，但他应该感到欣慰，因为至少他的名字得以流传。鲁道夫狄赛尔(Rudofl Diesel)一个永远不会被忘却的名字。命运多笃的发明家在科学史上，人们总是会对那种无心插柳却一举成功的故事津津乐道，比如伦琴射线、青霉素、宇宙微波背景辐射等等。当然能有上述的成就固然可敬，但还有一种同样可敬的人：他们在有生之年不断探索，但成就却不被世人承认，直

8、到多年之后他们的成就才发扬光大。柴油机的发明者鲁道夫?狄赛尔就是这样的一个人。狄赛尔1858年出生在法国巴黎，他的父亲是德国奥古斯堡的精制皮革制造商。成年之后，狄赛尔进入了德国的慕尼黑技术大学攻读。就在他读大学期间的1876年，德国人奥托研制成功了第一台4冲程煤气发动机，这是法国技师罗夏内燃机理论第一次得到实际运用。这一成就鼓舞了当时从事机械动力研究的许多工程师，这其中既包括后来汽车的发明者卡尔奔驰和戈特利普戴姆勒，也包括对机器动力十分有兴趣的年轻人狄赛尔。与致力于改造奥托发动机的奔驰和戴姆勒不同，狄赛尔的想法更为超前，他想完全舍去发动机中的点火系统，靠压缩空气发热，喷入燃料后自燃做功，这种方

9、式完全区别于吸入燃气混合气点燃做功的方式，后人称狄赛尔的原理为“压缩式内燃机”原理。当然狄赛尔产生这样的设想也并不是空穴来风，因为当时并没有发明分电器和高压点火线圈，点火装置非常简陋和不稳定，狄赛尔想跳过这个技术障碍完全是可以理解的。不久，他在法国人约瑟夫莫勒特(Joseph Mollet)发明的气动打火机上找到了灵感，并坚持不懈的探索下去。狄赛尔没有料到，他的想法实现起来远远比发明点火系统复杂的多，他所遇到的第一个就是燃料问题。常用的汽油非常活跃，也非常容易点燃，但汽油却不能适应有很高的压缩比的压燃式发动机，一旦把汽油雾化喷入含有高温、高压空气的燃烧室，就会发生猛烈的敲缸甚至爆炸。舍去汽油是

10、必然的，狄赛尔创造性把他的目标指向了植物油。经过一系列试验，对于植物油的尝试也失败了，但他是第一个把植物油料引入内燃机的人，因而近现代鼓吹“绿色燃料”者都把狄赛尔尊为鼻祖。最终燃料选择锁定在了石油裂解产物中一直未被重视的柴油上。柴油相对于汽油来说性质非常稳定，比较难于点燃，同时柴油一旦点燃会冒出大量的黑烟，因而它又不能像煤油那样用作照明。但柴油稳定的特性却恰恰适合于压燃式内燃机，在压缩比非常高的情况下柴油也不会出现爆震，这正是狄赛尔所需要的。经过近20年的潜心研究，狄赛尔终于在1892年试制成了第一台压燃式内燃机，也就是柴油机。这台柴油机用汽缸吸入纯空气，再用活塞强力压缩，使空气体积缩小到15

11、倍左右，温度上升到500700度，然后用压缩空气把雾状柴油喷入汽缸，与缸中高温纯空气混合，由于汽缸这是已经有了较高的温度，因而柴油喷入后自行燃烧做功。1892年2月27日，狄赛尔取得了此项技术的专利。柴油机的最大特点是省油，热效率高，但狄赛尔最初试制的柴油机却很不稳定，1894年，狄赛尔改进了柴油机并使其能运行1分钟左右，尽管他的柴油机还并不稳定，但狄赛尔却迫不及待的把它投入了商业生产，因为他的竞争对手早在1886年就把汽油机安装车辆上，而8年之后，汽油机汽车已经投入了商业运作。这位只了解技术并不了解商业运作的发明家犯下了一生中最大的一次错误，他急于推向市场的20台柴油机由于技术不过关，纷纷遭

12、到了退货，这不但给了他巨大的经济负担，更重要是影响了柴油机在公众的印象，在随后的几年里几乎没有厂家或个人乐意装配柴油机。没有了资金来源又负债累累，这就使得狄赛尔的晚年陷入了极端贫困。1913年10月29日，55岁的狄赛尔独自一人呆站在横渡英吉利海峡的轮船甲板上，被巨浪卷入了大海(多数历史学家认为狄赛尔是跳海自尽的)。为了纪念狄赛尔，人们把柴油发动机命名为Diesel。 东方不亮西方亮狄赛尔做梦都想看到自己的发明能大规模装载在汽车上，但他致死都没有看到这一天。客观的讲，狄赛尔的柴油机确实存在着不少缺陷，其中最大的问题就是重量。由于柴油机汽缸压力比汽油机高很多，因而柴油机的缸体要比汽油机粗壮许多，

13、同时早期的柴油机为压缩空气使用的空气压缩机质量也非常巨大，这就使得柴油机整体上十分笨重，极不适应当时骨架还很娇小的汽车。但柴油机拥有汽油机不可比拟的扭矩优势，在功率相同时柴油机又拥有很大燃油经济性优势，这就让人们并没有放弃它。1924年，美国的康明斯公司正式采用了泵喷油器，这一发明有效地降低了柴油机的质量，同年在柏林汽车展览上MAN公司展示了一台装备柴油机的卡车，这是第一台装有柴油机的汽车。不久以后，博世公司开始正式生产标准泵喷油器，正是由于柱塞泵的普及，为柴油机安装在汽车上提供了基础。1936年，奔驰公司生产出了第一台柴油机轿车260D，这时距狄赛尔去世已经23年。尽管30年代已经有轿车安装

14、了柴油机，但真正为柴油机提供发挥舞台的还是重型机械和装甲车辆。二战中，美国的舒尔曼坦克和德国虎式坦克都使用汽油机，虎式坦克以其强大的火力和厚重的装甲占得了上风，美军只能拿数量来扯平。但在苏联战场，苏军的T-34坦克的火力和装甲虽也不及虎式坦克，但T-34使用柴油发动机，他在中弹后不易起火，这样就大大提高了战场生存能力。战后，各国汲取了战争中的教训，都自己的坦克换装成了柴油发动机。20世纪50年代以后，两大阵营在坦克功率方面进行了不断的军备竞赛，这无形中大大加速了柴油机技术的发展。人们知道喷油压力直接影响着柴油机的功率和扭矩，因而世界各大柴油机制造公司都在拼命提高柴油机的喷油压力，在这个时期，康

15、明斯公司研制成功完全不同于柱塞泵的PT喷油系统，从而大规模的提高了喷油压力。得偿夙愿如果说柴油机在重型机械上得到应用是狄赛尔的无心插柳，那么电控技术使柴油机回到了轿车领域才真正让狄赛尔得偿夙愿。如果想把柴油机引入轿车领域，那么必须解决柴油的排放和振动问题。实际上，柴油机排气中CO和HC比汽油机少得多，NOx排放量与汽油机相近，只是排气微粒较多，这与柴油机燃烧机理有关。柴油机是一种非均质燃烧，混合气形成时间很短，而且混合气形成与燃烧过程交错在一起。经过研究发现：柴油机喷油规律，喷入燃料的雾化质量，气缸内气体的流动以及燃烧室形状等均直接影响燃烧过程的进展以及有害排放物的生成。除了靠提高喷油压力和柴

16、油雾化效果来改善排放，使用预喷射也是行之有效的方法。预喷射就是在主喷射之前的某一时刻精确的喷入约为1-2毫升的预喷油量，从而使燃烧室被加热，缩短了随后进行的主喷射的着火延迟期。于是温度与压力上升减缓，降低了燃烧噪声水平和NOx。70年代以后，博世公司把电控汽油机喷射技术引用回柴油机，从而让柴油机的发展和使用进入了一个新纪元。最先出现的电控喷油泵技术，而后又发展出了电控泵喷嘴技术和高压共轨喷射技术，后两种技术是现在最主要的柴油机电控喷射技术。其中，电控泵喷嘴技术的喷油压力非常高，可以达到2050bar，并且泵和喷嘴装在一起，所以只需要很短的高压油引导部分，泵喷嘴系统也可以实现很小的预喷量，其喷油

17、特性是三角形的，并采用了分段式预喷射，这是很符合发动机的要求(大众公司的TDI发动机就是使用这种技术)。但电控泵喷嘴技术的喷油压力受发动机转速影响，使用蓄压系统的高压共轨技术可以解决这个问题，但它的喷油压力低于泵喷嘴系统，能达到1600bar，有些公司看中了它对任意缸数的发动机喷油压力调节很宽泛的特点，对其大加采用(最早使用高压共轨的轿车是阿尔法罗密欧156和奔驰C级别车)。话说到这里，柴油机话题快告一段落了，但柴油机的故事肯定还没有讲完，因为人们越来越发现柴油机的无穷魅力：高扭矩、高寿命、低油耗、低排放，柴油机成为解决汽车能源问题最现实和最可靠的手段。狄赛尔肯定没有想到当年他那个没人问津的丑

18、小鸭，现在100%的重型车和近30%的乘用车都在使用。但可以让狄赛尔感到欣慰的是，每当打开这些车的发动机盖，都会看见一个名字Diesel。 第4章 制冷系统主要部件的工作原理及特点（1）制冷压缩机制冷压缩机是用以压缩和输送制冷剂的设备。在消耗外界补偿功的条件下，它以机械方法吸入来自蒸发器的低温低压制冷剂蒸汽，将该蒸汽压缩成高温高压的过热蒸汽，并排放到冷凝器中去，使制冷剂能在制冷系统中实现制冷循环。开启式压缩机。这种压缩机与电动机没有共同外壳。根据曲轴箱形式，又可分为开式曲轴箱压缩机和闭式曲轴箱压缩机。前者因曲轴箱与大气相通，气缸里漏出的制冷剂直接进人大气，泄漏量大，目前已很少应用。后者曲轴箱的

19、曲轴用轴封加以密闭，使曲轴箱封闭，以减少制冷剂的泄漏量。半封闭式压缩机。这种压缩机与电动机直接连接；一起装在以螺栓连接的密封壳体内，并共用同一主轴，机壳为可拆卸式，便于维修。根据电动机的冷却形式可分为进气冷却式、进气与空气混合冷却式等形式。目前半封闭式压缩机多为高速多缸式。 全封闭式压缩机：这种压缩机和电动机直接连接，并一起装在一个焊接的密封壳体内。这种压缩机结构紧凑、密封性极好。使用方便、振动小、噪音低，适用于小型制冷设备。全封式压缩机有活塞式、旋转式、涡旋式三种。A、旋转式压缩机是一种特殊的小型回转式压缩机，如图1l2所示。其转子偏心地装在定子内，排气时间长（比往复活塞式长30左右），流过

20、气阀的流动阻力损失小，缸径行程比大，排气容积和吸气管管径大，吸气过热小，电动机工作温度低，效率高，成本低以及寿命长。B、活塞式压缩机外形如图1l3所示C、涡旋式压缩机是通过涡旋定子和涡旋转子组成涡卷以及构成这个涡卷的端板所形成的空间来压缩气体的回转式压缩机。工作时，随着曲轴的回转，涡旋转子以其中心始终绕涡旋定子中心作一偏心量为半径的圆周运动。它与往复活塞式压缩机相比，其主要特点是：压缩气体几乎不泄漏、不需吸排气阀、绝热效率可提高10、震动小、扭矩变化小、噪音可降低5dB（A）、体积减小40、重量减轻15。它适用于热泵式、吊顶型等空调机上。系列柔性涡旋压缩机：超高能效比能效比比目前市场上最先进的

21、活塞式压缩机还高12杰出的可靠性运动部件少，轴向及径向的专利柔性设计提供了前所未有的耐液击和容忍微量杂质的能力内置电机断路装置能有效保护电机免受高温及高电流之损坏低噪音、低排气脉冲噪音值比活塞式压缩机低5分贝以上简化系统设计独特的卸载启动设计使单相压缩机启动时无需启动电容、继电器，在大多数应用中无需曲轴箱加热器和气液分离器近100的容积效率带来超常的制热能力，系列范围已扩展到25匹。双螺杆式压缩机。A、双螺杆式压缩机是依靠两个螺旋形转子相互啮合而进行压缩的回转式压缩机，主要由阳螺杆、阴螺杆、气缸、转轴和轴封等组成。阳螺杆为主动螺杆，阴螺杆为从动螺杆，两螺杆的啮合与旋转齿轮传动相似。气缸做成横“

22、矿字形，其内壁与两螺杆的齿面之间的空间形成气缸工作容积，吸气口与排气口分别布置在气缸的两端。螺杆旋转时，对吸入的蒸汽进行压缩，直至最后排出。由于螺杆的转速较高，因此排气压力脉动性小。它不存在余隙容积，效率高。B、双螺杆式制冷压缩机的性能特点：a) 双螺杆式压缩机属于容积式气体压缩机，即通过工作容积的逐渐减少来达到工质压力提高的目的。b) 双螺杆式压缩机的工作腔是由一对相互平行放置的啮合的阴阳转子和壳体组成。转子两端置于轴承之上，阳转子的一端与电动机相连，阴转子为从动转子，由阳转手带动，转子的两端有吸气口及排气口。c) 一般阳转子有四个凸而宽的齿，阴转子有六个四面窄的齿。与一对螺旋齿轮相似，相互

23、咬合，凸齿逐渐地在齿沟的总长度上移动，达到压缩的目的，并更进一步促进吸气。带走压缩机压缩过程中所产生的压缩热，使压缩尽可能接近于等温压缩以提高热效率。并且排气温度与绝热压缩的情况相比要低得多。如单级压缩的冷凝温度为+40，蒸发温度为-40的情况下，工质使用氨时活塞式压缩机的排气温度达到200左右，根本不能工作，如采用螺杆式压缩机，在上述情况下排气温度可以控制在80左右。由于双螺杆式压缩机的排气温度十分低，所以就能够防止轴承、转子、滑阀机构及箱体等的热变形，转子间的间隙因而可以造得比无油螺杆式压缩机更小，从而使内部泄漏减少。用油膜来密封阳转子和阴转子之间的间隙及转子和气缸间的间隙，使内部泄漏损失

24、减少，增大了压力差和压缩比，从而能够保持较高的容积效率。提供用阳转子来直接带动阴转子所需要的润滑，并且使噪声减少。双螺杆式制冷压缩机能量调节采用滑阀式卸载装置，这是螺杆式压缩机所特有的机构，根据滑阀的位置来无级地调节排气量。当滑间与固定部分紧接在一起时，为全负荷运行。当滑阀向排气侧移动时，滑阀与固定部分之间就出现短路，使一部分气体不受压缩而回流到吸入侧，这等于将转子的有效长度缩短，因而排气量减少。滑阀的位置一般在10%100能量之间进行无级调节。采用滑阀式卸载装置后，不但节约了运行费用，而且可以最大限度地减少起动负荷，滑间机构可以用电动式、油压式或气动式操纵。并和蒸发压力及温度继电器配合使用进

25、行机组的能量自动调节。e)螺杆式与活塞式比较，其优点如下：压缩机结构紧凑、体积小、质量轻。ll易损零件少，运行可靠，操作维护简单。气体没有脉动，运行平稳，对机组基础要求不严，不需要专门的基础。ll排气温度低。这是由于压缩过程中喷人大量的润滑油，不像活塞式制冷压缩机，排气温度受压缩比的影响。螺杆式压缩机的排气温度几乎与吸气温度无关，而与所喷入的油温有关。其排气温度一般可以控制在100以下。l对湿行程不敏感。湿蒸汽或少量液体进入机内，没有液击的危险。l采用滑间装置，制冷量可在10100范围内进行无级调节，并可以在无负荷条件下起动。可在较高压缩比下运行，单级压缩时蒸发温度可达一扔，因此适用于低温制冷

26、系统。lf)螺杆式压缩机的缺点：l 要求复杂的油处理设备，要求分离效率很高的油分离器，否则喷人气缸中的大量的润滑油，会进入辅助设备而恶化传热效果。l 适应多种用途的性能比多缸活塞式压缩机差。每台螺杆式压缩机都有固定的容积比，当实际工作条件下（压缩比）不符合给定容积比时，将导致效率降低。l 噪声比较大，常采取专门的隔音措施。（2）换热器A、用来实现冷热流体之间热量交换的设备称为换热器。B、机组中有两类换热器即风换热器和水换热器。C、风换热器作为冷凝器作用是将压缩机排出的高温高压制冷剂气体冷却为液体，将热量传到空气中；作为蒸发器的作用是让低温低压的制冷剂液体气化，吸收空气中的热量。D、水换热器作为

27、蒸发器的作用是令低压制冷剂液体气化，吸收水中的热量，从而使水的温度降低。作为冷凝器的作用是将高温高压制冷剂气体冷却为液体，将热量传入水中，而使水的温度升高。E、风换热器的结构为内螺纹铜管串铝翅片结构以增加制冷剂在铜管内搅动流动，而风在铝翅片间流动。风换热器在运动时，注意保持通风良好，翅片表面无挡风，翅片间无脏物，平时注意定时清洗。F、水换热器的结构有壳管式结构、套管式结构和板式换热器。G、水换热器的结构要求水系统上一定安装过滤器。在平时运行时，注意水系统中气体的排除。（3）冷凝器冷凝器又称为“液化器”，是使蒸汽在其中放出热量而液化的热交换器。在制冷系统中，它是制冷剂向系统外放热的热交换器。来自

28、压缩机的制冷剂过热蒸汽进人冷凝器后，将热量传给周围介质空气或水，而其自身因放出潜热而凝结成液体体p液化）。按所采用的冷却介质，冷凝器可分为风冷式（或称空冷式）和水冷式。（4）蒸发器蒸发器是液体制冷剂在其中蒸发的热交换器。在制冷系统中，蒸发器是产冷设备，它属于问壁式热交换器，被冷却介质的热量通过管壁式板壁传给制冷剂，制冷剂在低温下蒸发，把热量从蒸发器中带走。制冷系统中的蒸发器按冷却方式不同，可分为直接冷却式和间接冷却式两大类。两者冷却空气或冷却物体，后者先冷却载冷剂盐水或淡水，再去冷却空气或冷却物体。前者降温快、冷量损失小、结构紧凑，主要用于冰箱、冷藏箱。小冷库、小型制冷设备及各种空调机中，而后

29、者用于较大型的空调和冷冻设备中。（5）易熔塞和高低压控制器这两个部件都是为制冷系统安全运行而设置的。为了防止压缩机排气压力过高与吸气压力过低而设置了压力继电器，它属于双位调节器。当压缩机排气压力超过设定值时，高压控制器的微动开关断开压缩机电源，待故障排除后，手动复位。当吸气压力过低时，低压控制器就会动作而使压缩机停车。其高低压力设定值可调节。当制冷管路因故而压力和温度升高时，使易熔塞在压力达到24f/c（水冷螺杆机组）或28f/c（地源热泵机组）时自行熔化起到保护作用。易熔塞熔化材料由铋（Bi）、镉（Cd）、锡（Sn）和铅（pb）组成。高低压压力控制器结构如图1-1-6所示。6）曲轴箱加热器曲

30、轴箱加热器是在压缩机底部外围紧靠着压缩机固定的电加热器。为了使压缩机底部的冷凝器用），而冷液态制冷剂不断地保持气体状态，可用曲轴箱加热器对压缩机本身进行保温。如图l-l-7所示。7）用于制冷、供暖空调设备上的自动控制器A、电磁阀。电磁阀可以受压力、温度、液面、流量控制器或手动开关发出的指挥信号所控制的一种开关式自动调节阀，广泛用于空调制冷系统中。电磁阀由电磁头、外壳、线圈、芯铁。弹簧、膜片或活塞、阀体等主要零部件组成。当电源接通或断开时，线圈中磁场形成或消失，吸起阀门或让阀门利用弹簧力和铁芯本身的自重而关闭。电磁阀的外形结构如图1-l-8所示。B、四通换向阀四通换向阀是一种两进两出的特殊电磁阀

31、，用于压缩式热泵系统供暖与制冷工况转换。当热泵从制冷工况转为供暖工况时，四通换向阀动作（转到供暖工况位置），于是室内蒸发器作为冷凝器用，压缩机排出的高温制冷剂蒸汽经四通间流入室内蒸发器（此时作冷凝器用），而冷凝器则成为蒸发器，完成工况转换。转换流程如图ll9所示。四通换向阀的结构和工作原理如图所示：（见图4）四通阀由主阀、导阀和电磁线圈三个主要部分组成。当电磁线圈通电时，机组处于制热运行状态，当电磁线圈断电时，机组处于制冷运行状态。四通阀在使用维修时，应当注意以下几点；在拆装时，一定要使四通阀的接管和接线正确无误。安装前尽量清除管内的杂物。焊接时，将线圈拆下，阀体用湿布包扎。通电前，一定核实四

32、通阀线圈的电压与电源电压是否一致，线圈是否牢固地套在阀杆上。在线圈通电时，切忌不断电拆卸阀的线圈。四通阀在制冷时不通电，在制热时，电磁阀通电，此时能够听到阀体内有“咔哒”的响声，然后可以听到急促的气流声。若制冷制热不能切换，一般为四通阀换向失灵。C、热力膨胀阀1、热力膨胀阀是调节进入蒸发器中挥发性制冷剂流量的控制机构。其随蒸发器压力变化和出口的过热度变化而动作。热力膨胀阀是压缩式制冷系统中常备的一个节流部件。它由感温包、毛细管、膜片、定值弹簧、节流针阀及调节螺丝等零件组成。感温包、毛细管及膜片所组成的密闭系统中充注低沸点工质作为感温系统。它装在蒸发器进口端，而感温包紧贴在蒸发器出口端的管上。从

33、调节特性分析，它属于直接作用式比例调节器。根据其膜片下蒸发压力的引出点不同热力膨胀阀有内平衡式与外平衡式之分。前者的蒸发压力从阀体内部引出，而后者的平衡压力从蒸发器出口处引出。因此对于阻力损失大的（冷量亦较大）蒸发器均选用外平衡式。热力膨胀阀结构如图1-l-5所示。2、膨胀阀是控制制冷系统流量的元件。3、膨胀阀在制冷系统中有三个作用：节流降压：当高压常温的制冷剂液体经过膨胀阀后，就变为低压低温的制冷剂液体，这些低压低温的制冷剂液体流入换热器中迅速蒸发，从而实现换热。控制流量：膨胀阀通过感温包感受进入压缩机的气体温度控制膨胀阀的开度，调节流过膨胀阀的制冷剂流量，使制冷剂流量与换热器的热负荷相匹配

34、。控制过热度：膨胀阀在出厂时，调整好的设定，使之既能保持换热器传热面积的充分利用，又防止压缩机的液击。a)膨胀阀使用注意事项：膨胀阀的静态过热度在机组出厂时已经调整好，在使用时千万不要自己调整，以免造成机组故障。感温包固定位置十分重要，对于28铜管，应包在管的侧面，对于22铜管，应包在管的侧上方。感温包外一定包隔热材料，以防外界环境温度对系统的影响。在系统管路修理时，若在膨胀阀附近焊接时，可以将膨胀阀的上部（动力头）拆下或用温布包扎，若在感温包附近焊接时，必须把感温包拆下。（8）干燥过滤器干燥过滤器是清除机组中的杂质污物和水份的元件。A、在制冷系统中，由于制冷剂、冷冻油中含有水份，而在组装时也

35、会不可避免地有氧化物及潮气，机组运行也能产生部分脏物，而制冷系统对水份和杂质又特别敏感，若系统中的水份或杂质物达到一定的量，就会对压缩机及制冷配件造成严重的危害，故在系统中必须加装干燥过滤器。B、干燥过滤器的结构如下图：（见图6）C、干燥过滤器的工作原理为分子筛和玻璃棉层混合作用，分子筛去除水份和蜡质，玻璃。在使用时，由于分子筛吸水能力较强，故平时存放干燥过滤器不要开口暴露在大气当，。在正常运行时，干燥过滤器整体温热。若干燥过滤器半截发热半截发凉，说明干燥过滤器堵塞。D、干燥过滤器的工作原理为分子筛和玻璃棉层混合作用，分子筛去除水分和蜡质，玻璃棉过滤固体杂质。E、在使用时，由于分子筛吸水能力较

36、强，故平常存放干燥过滤器不要开口暴露在大气当中。焊接时，在干燥过滤器上包湿布，在焊接后不要浇水。F、在正常运行时，干燥过滤器整体温热。若干燥过滤器半截发热半截发凉，说明干燥器堵塞。第5章 系统的硬件与软件开发5.1 硬件系统电路结构 温度控制系统的硬件电路结构原理图如图 3 所示。 本测控系统采用了AT89C51作为微处理器，采用铂电阻(Pt100)作为温度传感器，一与运算放大器(叩27)相结合构成精密测温电路，采用了ADC0809芯片作为精密测温电路与单片机的转换通道。键盘矩阵采用2行3列非编码方式，显示部分为3位LED数码管显示，看门狗电路采用了较为常见的X25045芯片。系统输出环节通过

37、单片机输出口传递输出控制信号，经光电藕合4N25和模拟开关CD4O52后去控制继电器的通断，进而控制三相伺服交流步进电机电机的旋转，当实际温度偏高时，单片机输出控制信号使正转继电器通电，伺服电机正转，改变三通调节阀的开度，增加流过淡水冷却器的淡水量，使淡水温度降低;当实际温度偏低时，单片机输出控制信号使反转继电器通电，伺服电机反转，改变三通调节阀的开度，增加旁通冷却水流量，使淡水度升高，最终起到温度控制的作用。5.2系统的软件开发一、系统的软件设计船舶柴油机冷却水的温度控制系统还具有明显的纯滞后特性。这是由于温度传感器安装在柴油机冷却水的进口和出口处，而控制作用却是在相对较远的三通调节阀上实现

38、的。因此，当执行机构施加了控制作用以后，冷却水的温度并不是马上发生变化，无法反映控制作用；而是要等到冷却水流过了淡水冷却器，两路水流混合后，再到达温度传感器处，被测温度的变化能反映出控制效果。整个控制系统的软件设计包括上位 PC 机软件和单片机子系统软件两个部分。其中，上位 PC 机的软件主要是系统给定值的设定、历史数据的显示和打印、异常报警、与单片机进行通信的各个程序；单片机子系统的软件是由主程序、采样(A/D转换)子程序、带 Smith 预估器的 PID 算法子程序、报警处理子程序、键盘和显示子程序、RS-232 串行口通信子程序等组成。二、上位机 PC 机监控软件设计本控制系统的上位机监

39、控软件的主要模块结构图如图所示。串行通信：主要是进行上位机和下位机的通信模式配置，实现上位机与下位机之间的串行通信。使用 Visual Basic 良好的具有结构化的事件驱动编程模式，完成人机交互界面的设计。在 windows 环境下，我们利用 VB 中提供的通信控件 MSCOMM32.OCX，可以方便地对串行通信的各项参数进行设置，包括串口状态、通信格式和通信协议等。三、下位机单片机软件设计系统的下位单片机应用软件包括主程序、采样(A/D 转换)子程序、带Smith 预估器的 PID 算法子程序、报警处理子程序、键盘和显示子程序、RS-232串行口通信子程序等主要模块。提供主程序模块结构图如

40、图 4所示： 结论本课题是以温度测控智能化为宗旨，其目的是为现代船舶工业提供高效、实用的温度控制系统。通过对基于单片机的船舶柴油机冷却水温度控制系统的研发可以使轮机自动化技术达到一个新的技术水平，也可以改善轮机操作人员的工作条件、减少其工作强度。参考文献1 郑凤阁 轮机自动化 2008年第6版 大连海事大学出版利2 胡汉刁 单片机原理及其接口技术 1996年第1版 清华大学出版社3 丁镇生 传感及其遥控遥测技应用电子 2003年第1版 工业出版社4 陶水华 新型PID功控制及其应用 2002年第2版 机械工业出版社5朱建元 船舶柴油机 2004年第2版 人民交通出版社6张少明 卢晓春 船舶柴油机冷却水温度微机控制系统的设计 2009年第一期 船电技术7王宏智 张冬梅 盛进路 船舶柴油机冷却水温度控制系统的设计 2006年第四期 青岛远洋船员学院院报