船舶主机缸套水温度控制模拟系统的实现

2012-09-21张理

中国科技信息 2012年24期

张理

集美大学轮机工程学院

引言

将主机缸套水温度保持在最佳值上对于主机安全可靠并经济地运行是十分重要，其有以下作用：首先，可以保持受热部件的工作温度不超过材料所允许的限值，从而可保证在高温状态下受热部件的足够强度；其次，可以保证受热部件内、外壁面适当的温差，减少受热部件的热应力；此外，还可以保证运动部件如活塞与缸套的适当间隙和缸壁工作面滑油膜的正常工作状态；以及防止缸套的低温腐蚀有着重要的意义。真实的缸套水温度控制系统，要考虑主机启动缸套水预热过程，在评估、教学过程中使用不太现实，我们遵循实际船上采用的PID控制方法，实现对缸套水温度对象的仿真。

图1 主机缸套水温度控制系统流程界面

1 主机缸套水温度控制流程界面

系统由PID温度控制器，嵌入式开发板内带A/D转换等构成，界面如图1。

2 系统建模

2.1 系统模型流程

图2 系统建模流程图

2.2 嵌入式开发

我们用嵌入式开发板来做缸套水温度对象仿真器。开发板支持WidowsCE.NET5.0操作系统，开发环境支持Visual Studio2005或Visual Studio2008.net(.net2.0 Compact)、EVC++、LabView开发；本系统的开发采用的是Visual Studio2005。运用嵌入式的好处：可以建立模型并可根据不同实船的系统进行修正；可以形成闭环控制，直观地模拟负荷变化；可以对控制效果进行验证；可以与主机系统连接起来，相对独立。

2.3 通信

R S 4 8 5通信方式，通信协议采用MODBUS协议，支持RTU方式；

MODBUS指令

Modbus RTU报文基本格式

功能码04：读输入寄存器（模拟量输入）

请求格式：

正确应答格式：

请求格式：

应答格式：

若设置成功，原文返回

CRC校验：即循环冗余校验码（Cyclic Redundancy Check），是数据通信领域中最常用的一种差错校验码。CRC校验码程序如下：

2.4 模型软件流程框图

在系统中，常常会遇到来自各方面的干扰，要考虑采集、发送数据的正确性，以及如何地抗干扰（减小数据的误差）。对于通过RS485的通信方式Modbus协议采集到的数据：判断其长度、判断其功能码、判断CRC校检码，若都满足要求，那么我们就认为采集到的为有效数据，否则为无效数据计数变量i自加。为了抗干扰减小数据误差，在系统中采集N组数据取平均值的方法（N=4）。

图3 系统模型软件流程图

3 功能及实现

图4 开发板界面图

操作界面如下，有一个温度表、一个曲线显示、二个操作面板。温度表用来显示主机缸套水的实时温度。曲线显示主机缸套水温度随着时间的变化，更加直观地显现PID控制的效果。实船中主机缸套水的温度为85℃，我们在程序中设定初始值为85℃，按“运行”按钮将温度数据发送到PID，整个系统自动地进行PID调节（缸套水的温度随着时间慢慢调整到PID控制器的设定值），“复位”按钮使整个系统停止运行并复位。负荷干扰模拟面板，在实际过程中，我们会不时遇到外界各种因素的干扰，上/下滑动滑块给系统一个增加/减小的干扰量（范围在-10至+10之间），按“确定”按钮，真实地呈现干扰模拟。在实际船舶中主机缸套水的温度不能大于90℃，本系统中大于90℃时，蓝色小温度计变成红色显示报警。

实验结果

1）在PID参数P=45,I=10,D=10，T1=90,T2=70(T1为PV值，T2为SV值)的条件下模拟得出的温度变化曲线如下图。