轮机自动化知识点.docx

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轮机自动化知识点

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.反馈控制系统的基本概念

1•反馈控制系统的组成，要求画出组成框图，能够描述系统的工作过程

2•自动控制系统的典型输入信号

阶跃形式、线性形式、脉冲形式、正弦形式其中阶跃形式是最严重的扰动。

3.反馈控制系统动态过程的品质指标有哪些方面？

各包括哪些指标？

各种指标的含义？

稳定性指标：

衰减率$：

是指在衰减震荡中，第一个波峰的峰值A=emax减去第—个冋相

波峰峰值B除以第一个波峰峰值A，即$=（A-B）/A

震荡次数N:

是指在衰减震荡中，被控量震荡的次数

超调量bp：

是指在衰减震荡中，第一个波峰ymax减去新稳态值y（8）与

新稳态值之比的百分数

准确性指标：

最大动态偏差emax:

是指在衰减震荡中第一个波峰的峰值。

静态偏差£:

是指动态过程结束后，被控量新稳定值与给定值之间的差值

快速型指标：

上升时间tr:

是指在衰减震荡中，被控量从初始平衡状态第一次到达新稳态值y（a）所需的时间

峰值时间tp:

是指在衰减震荡中，被控量从初始状态到达第一个波峰所需

要的时间

过渡时间ts：

是指被控量从受到扰动开始到被控量重新稳定下来所需的时

间

穿越次数：

振荡周期：

二.控制器作用规律

1•调节器的种类及其作用规律表达式。

各种调节规律的开环阶跃响应特性（输出曲线形状）双位是调节器：

比例调节器（P）:

P（t）=K•e（t）

1

比例积分调节器（PI）:

P（t）=K〔e（t）+—/e（t）dt〕

Ti

比例微分调节器（PD）:

P（t）=K〔e（t）+Tdde（t）〕

dt

比例积分微分调节器（PID）:

P（t）=K〔e（t）+丄/e（t）dt+Td妲〕

Tidt

2.正、负反馈的含义及其强弱对调节器参数（PB、Ti、Td）的影响

正反馈：

是指经反馈能加强闭环系统输入效应，即使偏差e增大

负反馈：

是指经反馈能减弱闭环系统输入效应，即使偏差e减小

正反馈可以增大调节器的放大倍数，负反馈用来提高自动调节系统（或调节器）的稳定性。

调节器一般都采用负反馈来调节调节器的品质，以提高调节的稳定性。

3.比例系数、比例带和积分时间的含义，理解比例系数、比例带、积分时间和微分时间的大

小对相应作用强度的影响

比例系数K:

是指系统输入量P（t）与输出量e（t）的比值，即K=P（t）/e（t）比例带PB:

是指调节器的相对输入量与相对输出量之比的百分数，即PB=

积分时间Ti:

是指

4•比例控制存在静态偏差的原因；积分作用消除静态偏差的原理；微分作用超前控制的原理比例控制存在静态偏差的原因：

P.17

调节器的开度是与偏差成硬性的一一对应关系，比例控制系统正是靠静态偏差来适应

不同负荷的要求。

积分作用消除静态偏差的原理：

P.19

积分作用的输出是与被控量的偏差值随时间的积累成比例，只要存在静态偏差，偏差随时间的积累就不能停止，调节器的输出就有变化，直到偏差等于零，这是积累才停止，调节器的开度才能稳定在某一值上而不变化。

微分作用超前控制的原理：

P.21

调节阀的开度的变化与偏差的变化速度成de/dt比例。

微分作用能预示扰动量的大小。

当扰动很大时，他能超前于当前的偏差，提前改变调节阀的开度，因此微分作用有超前控制的能力，能及时客服扰动，使被控量不会出现较大的偏差。

5•比例、比例积分、比例积分微分气动调节器的工作原理及其参数的调整方法P.74~77

常用工程整定方法：

（1）经验法：

经验法又称现场凑试法，它根据经验总结出来的整定参数范围先确定一个调节器的参数值PB和Ti,通过改变给定值对系统施加一个扰动，现场观察判断动态过程曲线形状。

若曲线不够理想，可改变PB或Ti，再观察动态过程曲线，经反复凑试直到控制系统符合动态过程品质要求为止，这时的PB和Ti就是最佳值。

经验法参数表

被控量

控制对象特点及PID使用要点

PB（%

T（min）

Td（min）

流量

对象T较小，PB应大，T要小，不用微分—

40--100

0.1--1

温度

对象T较大，PB应小，T要大，需用微分

20—60

3—10

0.5--3

压力

对象T和T都不大，较小，不用微分

30—70

0.4--3

液位

在允许有静差时，不用积分、微分

20--80

（2）衰减曲线法

衰减曲线法是以衰减比为4:

1的衰减震荡过程作为整定要求的。

它先用纯比例作用进行整定，然后再加积分和微分作用。

其整定步骤是：

在闭环系统中，先切除积分和微分作用（即把微分旋钮置于最小值、积分旋钮置于最大值），然后将比例带置于较大值，在

系统达到稳定状态后，逐渐减小PB,每减小依次PB后观察在施加阶跃信号时的动态过程曲线，直到出现4:

1的衰减震荡过程为止，记下此时的比例带PBs和振荡周期Ts。

再按

下表给出的经验公式进行计算，求出不同控制作用时的PB、Ti和Td。

使系统投入运行后

再根据曲线对整定的参数进行适当的微调。

衰减曲线法经验公式表

控制规律

PB（%）

T|（min）

Td（min）

P

PBs

PI

1.2PBs

0.5Ts

PID

0.8PBs

0.3Ts

0.1Ts

（3）临界比例带法

临界比例带法又称临街振荡法或稳定边界法。

其整定步骤是：

在闭环系统中，先切除调节器的积分和微分作用，然后将比例带置于较大值，在系统达到稳定状态后，逐渐减小PB,每减小依次PB后观察在施加阶跃信号时的动态过程曲线，直到出现等幅震荡过程

为止，记下此时的比例带（临界比例带法）PBk和振荡周期Tk。

再按下表给出的经验公式

进行计算，求出不同控制作用时的PB、Ti和Td。

使系统投入运行后再根据曲线对整定的

参数进行适当的微调。

临界比例带法经验公式表

控制规律

PB（%）

T|（min）

Td（min）

P

2PBk

PI

2.2PBk

0.85Tk

PID

1.7PBk

0.5Tk

0.125Tk

在实际调试中，只能先大致设定一个经验值，然后根据调节效果修改。

参数整定找最佳，从小到大顺序查

先是比例后积分，最后再把微分加

曲线振荡很频繁，比例度盘要放大

曲线漂浮绕大弯，比例度盘往小扳

曲线偏离回复慢，积分时间往下降

曲线波动周期长，积分时间再加长

曲线振荡频率快，先把微分降下来

动差大来波动慢。

微分时间应加长

理想曲线两个波，前高后低4比1

一看二调多分析，调节质量不会低

6•调节器的正作用与反作用的概念

正作用：

若输入信号是从膜片上部进入，当输入信号增加时阀杆下移，这种形式成为正作用式。

反作用：

若输入信号是从膜片下部进入，当输入信号增加时阀杆上移，这种形式成为反作用式。

1•船舶机舱常用传感器的种类

温度传感器：

热电阻式、热敏电阻式、热电偶式

压力传感器：

电阻式、电磁感应式、金属应变片式

液位传感器：

浮子式、静压式、电极式、电阻式、电容式、超声波式

流量传感器：

容积式、电磁式、压差式

5-1-1热闵阻式諷度传關器

6•电动差压变送器和气动差压变送器的标准输出信号

气动：

0.02~0.1Mpa

电动：

4~20mA

7•气动差压变送器零点和量程的调整及量程迁移的原理和方法

通过调整调零弹簧的（迁移弹簧）的拉力，来改变喷嘴和挡板之间的初始开度，直到

P出=0.02MPa。

沿主杠杆上下移动反馈波纹管的位置。

上移反馈波纹管，12增大，K单减小，则量程

增大；下移反馈波纹管，12减小，K单增大，量程减小。

4

•热电偶传感器要进行冷端的原因及冷端补充方法原因：

为了消除冷端温度变化对测量精度的影响方法：

补偿电桥法-----在电桥中接入铜丝绕制的补偿电阻Rcu,其电阻值随温度的升高而增大。

温度补偿电桥的输出为Uab与热电偶输出

的热电势e串联，这时热电偶传感器的输出电压Uo=e-Uba

5•磁脉冲传感器的转速检测原理及转向判断原理

磁头产生脉冲信号的频率与转速成比例，在主机的主轴或凸轮轴上装一个齿轮，把磁头对准齿顶固定，磁头与齿顶保持一个较小的间隙。

当齿轮转动时，磁头将交替对准齿顶和齿槽，即可输出脉冲信号。

从而在磁头的感应线圈内产生感应电动势，电动势大小与转速成比例。

实际中用用电动势的变化频率来表示转速，f=ZN/60（Hz）。

为了检测主机转向，需要装两个磁脉冲传感器，且它们之间在相位上要相差1/4或3/4个

周期。

这两个磁头所获得的脉冲信号经整形放大后，分别送往D触发器的D端和时钟脉冲

CP端，由触发器输出端Q和Q端的形状来表示主机的转向。

其原理如下图，当齿轮如图正

车方向转动时，D触发器的D端的正脉冲总比CP端超前1/4或3/4个周期，即CP端来正脉

冲时，D端总是“1”信号，故触发器Q端保持1信号，Q端为0.表示主机在正车方向运行；

当主机在倒车方向运行时，D触发器的CP端的正脉冲总比D端超前1/4或3/4个周期，即CP端来正脉冲时，D端必是“0”信号，故触发器Q端保持0信号，Q端保持1信号，表示主机在倒

车方向运行。

»5-2-7議昧冲传克器检器主机特问昂理图

8•采用差压变送器（电动或气动）对锅炉水位进行测量的原理及调整方法

可以采用对差压变送器负迁移的方法来测量锅炉水位。

把把参考水位管接到变送器的

正压室，测量水管接到负压室变送器的输出与锅炉水位变化方向一致，对变送器进行负迁移，如水位最大变化范围是600mm水柱，那么就把变送器零点从△p=0迁移到△p=—

600mm,输入信号是一600mm时，输出为0.02MPa，输入信号是0时，输出为0.1MPa。

四•执行机构

1.执行机构在反馈控制系统中的作用

执行机构的输入量是调节机构的输出控制信号，执行机构的输出量是阀的开度。

调节机构的控制信号经执行机构直接改变调节阀的开度，从而可以改变流入被控对象的物质或能量流量，使之符合控制对象的负荷要求，被控量会逐渐回到给定值或给定值附近，系统将达到一个新的平衡。

2．气动调节阀中阀门定位器的作用把调节器输出的控制信号进一步扩大，以更大的推力作用在气动调节阀上。

当阀杆移动时，通过负反馈作用实现阀芯的精确定位。

因此，加阀门定位器能加快气动调节阀的动作速度，减小系统的传输延迟。

3．阀门定位器的定位原理调节器输出的控制信号送入阀门定位器的波纹管，若控制信号增大，杠杆绕支点逆时针转动，挡板靠近上喷嘴，背压增高，经功率放大器放大后使P出1增大。

同时挡板离开下

喷嘴背压降低，经功率放大器使P出2降低。

这时气缸中的活塞在压差的作用下向下移动，

关小调节阀的开度。

在活塞连同活塞杆下移时，将拉动反馈弹簧，使杠杆绕支点顺时针转动。

当反馈弹簧对杠杆产生的反馈力矩与波纹管对杠杆产生的输入力矩相平衡时，调节阀就稳定在一个新的开度上，所以阀门定位器是按力矩平衡原理工作的。

4．气动调节阀关于气开式和气关式的概念气开式：

没有输入信号时，调节阀处于全关状态；当输入信号增大时，调节阀的开度增大气关式：

没有输入信号时，调节阀处于全开状态；当输入信号增大时，调节阀的开度减小

5．根据控制任务和调节器的作用形式正确判断气动调节阀的类型

燃油黏度调节：

正作用调节器与气开式调节阀配合；

反作用调节器与气关式调节阀配合，以此类型为主

五．柴油机气缸冷却水温度自动控制系统

1.MR—n系统测量电路板MRB的作用

MRB是输入和指示电路板。

输入电路的作用是，将其刚冷却水温度的测量值与给

定值比较，输出一个偏差值信号£；指示电路的作用是显示冷却水温度的测量值和给定

值。

2.MR—n系统测量电路的零点和量程的调整方法

对温度表G可进行调量程和调零。

W2是调零电位器，在表头G调零前要把Ua调准，

即冷却水温度为零度时，Ua=3.5V。

这时可在TU2的同相端加一个3.5V的电位信号，观察

表头温度是否为零，如果不是零，通过电位器W2进行调整。

若G大于零，则减小其阻值。

即通过改变Ti发射极电位，也就是TU2的反馈强度来实现的；

调量程是通过调整电位器W3来实现的。

在TU2的同相端加一个1.48V的电位信号，观察温度表读数是否为100C。

如果低于100C,这时要减小W3的阻值，即减小其限流作用，使「集电极电流有所增大，直到表头G的读数为100C为止。

调零和调量程要反复进行几

次方能调准。

3.MR—n系统实际温度变化时，电路中各关键点的状态变化

T802型热敏电阻插在冷却水进水管中，其具有负的温度系数，即温度升高其电阻值减小。

所以当冷却水温度升高时，A点电位降低。

当冷却水温度由0C升高到100C时，对应的Ua值将从3.5V降低到1.48V;Ub的变化规律与Ua相同，即提高给定值Ub下降；而U!

5^（Ub-Ua）,所以当Ub>Ua,为正极性电位值，当Ub

4.MR—n系统的调节器作用规律及可调参数

MR—n为比例微分控制电路。

由微分运算放大器TUi、比例运算放大器TU2、综合

运算放大器TU3等组成。

调整Wi可调整比例带，调整W2可整定微分时间。

5.MR—n系统脉冲宽度调制原理，不灵敏区和脉冲宽度的调整P.94

脉冲宽度调节器的作用是把MVR板送来的连续变化的信号调制成脉冲信号，使“减少输出接触器”或“增加输出接触器”断续通电。

从而可让伺服电机M按顺时针方向

或逆时针方向断续转动，改变旁通阀的开度，把冷却水温度控制在给定值附近。

调整TU1和TU2同相输入端的点位值可调整不灵敏区。

调整电位器Wi可改变惯性环节的时间常数。

调大Wi的电阻值，其时间常数T大,

电容放电慢；反之，调小W1的电阻值，其时间常数T小，电容放电快，即调整电位器

Wi可调整脉冲宽度，Wi电阻值大，电机转动时间长，脉冲宽度宽，否则把Wi电阻值

调小，电机转动时间短，脉冲宽度窄。

6.MR—n系统简单故障诊断

如果温度指示的测量值与给定值之间有较大的偏差值，而指示灯7和8都不亮，说明电

机M没有转动。

这时，必须把开关I2立即扳到左面的手动位置，然后手操开关9，如果此

时电机可按顺时针和逆时针转动，说明控制系统出故障，可分别抽出MRB板、MRV板、

和MRD板，人为地输入一个信号，观察其输出端Ui5、U5、U9和Uio是否变化。

哪块板输

出不变化，说明故障就出在那块板上。

换一块备件板，系统恢复正常工作；

若手操开关9，电机MB不转动，说明控制系统无故障，故障出现在执行机构中，如电机M烧毁或卡死；过载保护继电器动作，切断电机M的电源等；

若手操开关9电机只能一个方向转动，而不能在另一个方向转动，可能的原因是“减少输出接触器”或“增加输出接触器”的线圈断路，或者它们的触头磨损、烧蚀而不能闭合，要及时检修。

六.燃油粘度自动控制系统

i.用反馈控制系统的观点理解燃油粘度控制系统的组成

2.燃油粘度的控制手段

以燃油黏度为被控量，根据燃油黏度的偏差值，控制加热器蒸汽调节阀的开度，或电加热器的接触器，使燃油黏度保持恒定。

3•毛细管式测粘计工作原理

齿轮泵的排量很小，毛细管的内径很小,

A

通过毛细管的油量恒定，并且燃油在毛细管中的流动是处在层流状态，那么毛细管两端的压差就与燃油的黏度成正比。

图中正负连接管之间的压差厶P就反映了燃油黏度的实际值。

该压差信号送至差压变送器，由压差信号变为标准气压信号，用作显示和燃油黏度调节器的测量输入信号。

工作原理是

基于流动燃油的粘性对其中振动杆振动幅度的衰减来进行测量的。

振动杆的强制振动是由震动线圈和永久磁铁产生并保持的，其自振频率是固定的。

振动杆的振动频率取决于其几何尺寸。

当振动杆的几何尺寸被设计确定后，就可以求得一个与之相对应的自振频率，如果设计强制振动频率就等于这个自振频率，在振动杆上将发生共振。

可见在这个振动频率上，振动杆的振幅值最大，即在动力线圈上产生一个与振动杆振动频率相同的交流电流，则将产生同频率的交变磁通。

检测线圈中也产生变化磁通,该变化磁通在检测线圈中产生交变感应电动势。

由于燃油具有黏性，燃油的摩擦阻力将会衰减振动杆的振动的振幅，而衰减感应电动势的幅值。

黏度越大，这种衰减量就越大；反之，黏度越小，衰减量就越小。

于是，检测线圈中的感应电动势的下降值是与燃油黏度成正比的

6.燃油粘度控制系统温度调节器和粘度调节器的作用形式及其与蒸汽调节阀的配合

作用方式：

黏度调节器为反作用式、温度程序调节器为正作用式

温度程序调节器和黏度调节器的输出信号都送到“温度一一黏度”控制选择阀，选择阀的输出信号送入蒸汽调节阀，控制其开度。

当温度低于上限值时，选择阀输出温度程序信号，当油温达到上限值时，选择阀输出黏度控制信号。

8.气动调节器的正反作用方式转换

9.ViscoChief燃油粘度控制系统的控制方式和控制过程

方式：

ViscoChief燃油粘度控制系统可以对DO进行温度定值控制，对HFO进行温度或

黏度控制，两种控制方式在升温或降温过程中有升温速率的程序控制和降温黏度定值控制。

过程：

当把控制方式选择开关从停止转到DO位置时，开始对柴油进行加热，温度升高

的速率是按事先设定的规律进行程序控制的。

当温度达到设定的DO定值控制温度以下

3C之内时，加温过程的程序控制结束，自动转入温度定值控制，此时黏度警报被自动关掉。

当把控制方式选择开关从停止或柴油位置转到HFO位置时，升温过程与DO相同，只是当温度达到HFO设定温度3C以下之内时，自动转入黏度定值控制，同时闪亮的DO工作指示灯灭，HFO工作指示灯亮。

工作状态稳定后，改为对HFO进行温度或黏度定值控制。

当黏度控制到给定值与测量值的绝对偏差在0.5cSt以内时，温度调节器开始以黏度设定值所对应的当时温度值作为给定值，对HFO进行温度定值控制，只要黏度偏差保持在0.5cSt以内，温度调节器就一直输出控制信号，使系统温度保持在当时温度上。

当黏度控制到给定值与测量值的绝对偏差超过0.5cSt时，黏度调节器开始工作，使其恢复

到绝对偏差在0.5cSt以内，当黏度控制到给定值与测量值的绝对偏差在0.5cSt以内时，温度调节器又以黏度设定值所对应的当时温度值作为给定值，对HFO进行温度定值控制。

10．ViscoChief燃油粘度控制系统在从换油过程中的工作过程

11．ViscoChief燃油粘度控制系统调节器作用规律

它主要是由PI温度调节器和PI黏度调节器组成。

12．燃油粘度控制系统的简单故障判断

七．分油机自动控制系统

1．FOPX型分油机自动控制系统的组成由两块印刷电路板组成，一块是水分信号传感器处理电路板，它接收装在净油出口管

上的WT200水分传感器输出的净油含水量信号，经处理后送到主控电路板；另一块是主控电路板，它接收装在分油机进油管上和出油管上的各种传感器信号，经分析和处理后，由输出端输出各种信号对分油机进行操作。

2．EPC-400控制系统的输入、输出信号

输入信号

输出信号

PT1——

温度开关（高温）

MV15—

—操作水电磁阀（

P1管）

PT2——

温度开关（低温）

MV16—

—补偿水电磁阀（

P2管）

PT3——

温度传感器

MV10—

—置换水电磁阀

FS—

—低流量开关

MV5

——排水电磁阀

F14——

净油流量表

MV1

——进油电磁阀

PS1——

压力开关（净油压力）

发光二极管

PS2——压力开关（排渣反馈）

XT1——温度传感器（排渣口温度）

WT200——水分传感器按钮开关

3．EPC-400控制系统的排水和排渣控制过程

八.船用燃油辅锅炉自动控制系统

1•船用燃油辅锅炉自动控制系统的控制内容

1.水位自动控制

2.蒸汽压力自动控制

3.燃烧时序控制

4.安全保护

2.辅锅炉电极式水位双位控制原理P.113

电极式双位水位控制系统是在锅炉的外面装设一个电极室，它分别与锅炉的水空间和

蒸汽空间相通，故电极室中的水位与锅炉水位一致。

因为炉水有一定的盐分，所以它是导电的，电极室中插有三根电极棒，分别是允许的上、下限水位和危险低水位报警。

4•辅锅炉时序控制器的种类及基本原理

1.有触点时序控制器

a）多回路时间继电器：

利用标度盘上的爪形块来控制相应的微动开关

b）凸轮式时序控制器：

同步电机经减速带动一根凸轮轴转动，固定在凸轮轴上的

若干凸轮片将依次使微动开关动作

2.无触点时序控制器：

利用RC电路的延时功能来实现的。

5•辅锅炉火焰检测传感器的种类及其基本特点

a）光敏电阻：

有光照时电阻很小，无光照时电阻很大

b）光电池：

光敏感范围仅限可见光，不包括红外线

c）紫外线灯泡：

只对紫外线敏感，不能用万用表检测其是否有效

6•杂货轮辅锅炉蒸汽压力控制的手段，低火燃烧与高火燃烧的概念

当蒸汽压力下降到允许值的下限时，两个压力检测开关都闭合，控制系统自动起动风门电机使风门开得最大，它的同轴所带动的回油阀关得最小，这时喷油量和送风量都达到最大，即对锅炉进行所谓的“高火燃烧”

当蒸汽压力上升到允许值的上限时，一个压力检测开关都闭合，另一个压力检测开

关断开，再次起动风门电机使风门关得最小，它的同轴所带动的回油阀开得最大，这时喷油量和送风量都达到最小，即对锅炉进行所谓的“低火燃烧”。

3•辅锅炉燃烧时序控制基本流程

7.大型油轮辅锅炉水位自动控制的特点

虚假水位难控制

1）水中含有蒸汽（15%~20%）

2）蒸汽蒸汽压力变化时，水下蒸汽的体积发生变化。

因此，水位与给水量、蒸发量和水下蒸汽体积有关。

8.水位双冲量控制的概念

检测装置有两个：

一个是检测水位变化的水位变化冲量信号；另一个是检测蒸汽流量变化的蒸汽流量冲量信号，这两个信号都送到双冲量调节器。

9.大型油轮辅锅炉水位双回路控制的概念

由两个控制回路组成：

一个是根据水位偏差控制给水调节阀的开度的水位控制回路；另一个是根据水位调节阀前后压差控制蒸汽调节阀的开度，以维持给水调节阀前后的压差

恒定的给水差压控制回路。

10.大型油轮辅锅炉蒸汽压力自动控制压力控制原理

油轮辅锅炉蒸汽压力自动控制由两个控制回路组成：

一是根据蒸汽压力的偏差值经PI控制作用的蒸汽压力调节阀来控制燃油调节阀的开度，即改变向炉膛内的喷油量；另

一个是根据喷油量对向锅炉的送风量的控制回路。

空气压力与喷油量之间是近似平方的

关系。

九．主机遥控基础知识

1．AC-4主机遥控系统的结构组成（培训教材P204）

一是由车钟操纵来实现主机停车、换向、起动等逻辑控制的AC-4遥控单元；二是实现主机转速控制的数字式电子调速器DGS88OOe;三是实现安全保护功能的安全系统

SSU8810。

或者说AC-4型主机遥控系统是由驾驶台AC-4遥控单元、集控室AC-4遥控单

元、数字式电子调速器DGS8800e、安全系统SSU8810、车钟单元ETU、