第四章-船舶机仓自动控制实例第二节-燃油黏度控制系统166

考点1 NAKAKITA型控制系统包括“柴油-重油”自动转换和温度程序控制两套装置。

可见，NAKAKITA型燃油黏度控制系统是采用温度程序控制和黏度定值控制的综合控制方案。

在NAKAKITA型控制系统中，增加了温度程序控制，这就避免了在油温较低的情况下，采用黏度控制会使油温升高过快的现象，从而可改善喷油设备的工作条件。

“柴油-重油”自动转换可使在油温较低的情况下，燃油系统用柴油工作，这既能保证良好的雾化质量，又能用柴油冲洗用过重油的管路，保证控制系统和喷油设备工作的可靠性。

测粘计的作用是燃油黏度成比例的转换成毛细管两端的压差信号。

该压差信号送至差压变送器，由差压变送器转换为标准的气压信号，用作显示和黏度调节器的测量输入信号。

要使系统投入工作，先要合上电源主开关SW，电源指示灯PL亮；再把温度“上升-下降”设定开关转到所要设定的挡位上，如转到1挡。

然后把“柴油-重油”转换开关转至重油位，即开关由D断开合于H。

考点2温度程序调节器的结构和工作原理与黏度调节器完全相同，只是多了一套温度程序设定装置。

同时，该调节器是采用正作用式的。

温度程序设定装置是在给定指针上加装一个驱动杆，小齿轮转动扇形轮时，驱动杆与给定指针一起转动、驱动杆上装有上、下限温度开关，两个开关状态由开关杆控制。

在燃油系统投入工作前，由于油温较低并处于下限值，这时若把“柴油一重油”转换开关转至“重油”位置，当系统投入运行时，仍用柴油运行工作，并在温度程序调节器的控制下油温逐渐升高。

当柴油温度达到中间温度值（如70℃，可调）时，三通电磁阀动作并推动三通活塞阀，自动进行柴油到重油的转换，系统开始用重油工作。

上、下限温度的设定可通过改变上、下限温度设定器的位置来进行调整。

考点3系统的控制电路如图4-2-1所示。

它能实现“柴油-重油”的自动转换及燃油温度程序控制与黏度定值控制的自动转换。

要使系统投入工作，先要合上电源主开关SW，电源指示灯PL亮；再把温度“上升-下降”设定开关转到所要设定的挡位上，如转到1挡。

然后把“柴油-重油”转换开关转至重油位，即开关由D断开合于H。

现在，柴油油温从下限值开始以1℃/min的速度上升。

温度程序调节器的驱动杆和给定指针逐渐向温度增高的方向转动。

当柴油温度上升到中间温度时，可调凸轮把中间温度限位开关触头压下，三通电磁阀上位通，三通活塞阀的活塞上部空间通气源，把活塞压到下位，这时燃油系统自动从用柴油转换到用重油。

如果在10～20 s内完成柴油到重油的转换，三通活塞处于下位，其位置检测开关DL 触头从左面的3、4断开合于右面的1、2，而HL会从右面的1、2断开合于左面的3、4。

继电器RY-OC断电，相应的指示灯灭（图中未画出），表示柴油到重油的转换已经完成。

时间继电器TL-2延时时间是10～20 s，继电器通电10～20 s后，[CM（46）其常闭触头TL-2断开，继电器MV-10、MV-lS均断电，相当于SV1和SV2都断电，三通电磁阀保持上位通，燃油系统保持用重油。

如果在继电器TL-2延时时间之内没有完成三通活塞阀从上位到下位的转换（如活塞或活塞杆卡牢在上位），位置开关HL仍合在右边的1、2，因TL-2常开触头已经延时闭合，使继电器AX-2通电，其常闭触头AX-2断开，继电器RH断电，它的所有常开触头均断开，电机SM1和SM2均停转，柴油温度给定值不再上升，对柴油进行中间温度的定值控制，控制系统发出声光报警。

如果在继电器TL-2通电计时时间之内，三通活塞阀完成了从上位到下位的转换，因开关HL已从右边的1、2断开，继电器AX-2是不会通电的，则重油温度仍以1℃/min的速度上升。

当重油温度达到上限值时，开关杆与温度上限设定器相碰，上、下限温度开关LLS和ULS的触头均从左边断开合于右边。

这时，继电器RH和RL均断电，电机SM1和SM2都断电停转，重油温度不再升高，即由油温的程序控制转换为对重油上限温度的定值控制。

由于ULS触头合于右边，使定时器T1通电。

它的延时时间可在0～60 min范围调整。

当T1计时时间一到，其常开触头T1闭合，继电器MV-20通电（MV-2S保持断电）。

气源电磁阀上位通，黏度调节器接通气源而投入工作。

把差压变送器送来的与燃油黏度成比例的测量信号，同黏度给定值相比较得到偏差信号，经黏度调节器的PID作用输出一个控制信号，送至“温度-黏度”控制选择阀。

由于黏度调节器输出信号大于温度调节器的输出信号，故选择输出黏度调节器送来的信号至蒸汽调节阀，对重油黏度进行定值控制，即完成了对重油温度的定值控制到对重油进行黏度定值控制的转换。

定时器T1常开触头的闭合，还使时间继电器TL-3通电，它的常开开触头延时2～3 s闭合。

该触头闭合后，一方面使AX-4A 继电器通电并自保；另一方面使继电器RY-V通电，相应指示灯亮，表示系统正在对重油进行黏度控制。

继电器AX-4A通电后，其常闭触头AX-4A/B断开，定时器T1断电回零，常开触头T1断开。

继电器MV-20和MV-2S断电，黏度调节器保持接通气源的原状态不变。

继电器TL-3断电，但因AX-4A继电器已通电自保，故定时器T1不会重新通电计时，到此，系统投入工作的各项动作已全部完成，即为船舶在海上正常航行期间。

若需系统停止工作（如船舶要靠码头)，只要把“柴油一重油”转换开关转至“柴油”位置，使开关从H断开合于D即可。

当燃油温度下降到下限值时，开关杆与下限温度设定器相碰，上、下限温度开关ULS和LLS的触头均从右边断开合于左面，继电器RH和RL都断电，电机SM1和SM2断电停转。

继电器AX-3通电，其常闭触头AX-3断开，停止测黏计和黏度显示仪表的工作。

到此控制系统又恢复到投入工作前的初始状态。

拉下电源主开关SW，就切除了控制系统的工作。

考点4本系统的黏度和温度调节器都是气动仪表，有关的气动仪表的日常管理要求、特点、应注意的事项及其常见故障前面已有叙述，不再赘述。

在此要特别指出的是，系统在运行过程中，每隔一段时间要按一下装在横节流孔上的通针，对横节流孔进行一次冲洗，以免被污物堵赛，如果横节流孔旁没有装通针，应把它拆下来用溶剂进行清洗。

在装配前，要用压缩空气吹干。

测黏计马达滚珠轴承每年清洁一次，并重新灌注润滑脂。

齿轮箱每年要检查和清洗一次，清洗后用压缩空气吹干，添加新齿轮油至正常油位。

另外本系统在运行过程中最常见的故障是，当系统停用一段时间再次启用时，执行机构的调节阀刚开始不动作，势必导致被控参数暂时失控。

在这种情况下，最简单的方法是通过大幅度的改变给定值，使调节器的输出增大，一旦调节阀动作后，立即将给定值调回到正常值即可。

考点5 VISCOCHIEF 燃油黏度自动控制系统主要由 EVT-10C 黏度传感器、PT100 温度传感器、VCU-160 控制器、 SHS 蒸汽加热装置和 EHS 电加热装置等部分组成。

黏度传感器和温度传感器分别检测燃油加热器出口燃油的黏度和温度，两者将黏度和温度值按比例转换成标准电流和电压信号送到控制器。

VCU-160 型控制器是一种具有比例积分控制规律的全自动控制装置，可以对燃油黏度或温度进行定值控制，有柴油温度定值控制和重油黏度定值控制两种操作方式。

系统既可以遥控，又可以进行现场自动控制，必要时经转换也可手动控制。

用数码显示器可以同时显示系统中燃油的黏度和温度值，另外也可显示参数设定值和故障种类。

VISCOCHIEF 黏度自动控制系统与常规的黏度控制系统相比较，具有如下主要特点：（1）VISCOCHIEF 黏度自动控制系统利用改进后的温度传感器检测温度敏感性好，即对温度的变化响应速度快，单片机黏度传感器测量精度高，同时又采用了黏度和温度控制回路新方案，使用中不需参数整定，大大提高了系统的动态控制精度，并提高了系统的稳定性。

（2）黏度传感器采用新的结构以后，没有运动部件（只有振动杆件），可在全流量下测量，不易堵塞，结构紧凑，重量轻，在主机燃用劣质高黏度燃油情况下仍具有较高的测量精度。

（3）由于该黏度控制系统采用了单片机，因此，它具有完善的自检、控制、显示、多种故障报警等功能，大大提高了系统的可靠性。

很多功能设置的改变是靠改变控制系统的某些参数来实现的，这就使它具有很强的适应性和灵活性，并具有与上位机进行通讯的功能，是船舶动力装置实现分布式集中监控的必要条件之一。

考点6 1．EVT-10C 黏度传感器（1）测黏计：测黏计是燃油黏度的测量装置，它把燃油黏度的变化转换成为感应电动势的变化量送到单片机变送器。

（2）单片机变送器：黏度传感器内的单片机变送器采用 Intel 公司 MCS-51 系列单片机 80C31 组成单片微型计算机变送系统，它把测量线圈产生的感应电动势经数据放大后送入精密电压一频率转换器 LM231 ，它输出的脉冲信号频率与输入电压严格成比例，实际上LM231 是起模数转换器的作用。

该脉冲信号送到80C31内部定时器 T0，记录单位时间脉冲数，该数值就反映了燃油黏度的实际值。

为了防止振动、温度、流量、压力、流速等外界因素的干扰，软件上采取了数字滤波等抗干扰措施，并进行数值标定。

80C31 再把表示黏度值的数字量送入AD7543BD 数模转换器转换成电压模拟量，经电压电流变换电路转换成标准4～20 mA 电流输出，其对应的黏度测量范围是 0～50 cSt。

2．PT100 温度传感器PT100 是一种热电阻式温度传感器。

这种传感器是利用金属材料电阻值随温度升高而增大，且在检测范围内它们之间保持良好线性关系的特性制造的。

PT 100 温度传感器在结构上与以往使用的温度传感器有所不同，检测元件直接插入被检测介质中，不用壳体防护，以避免热电阻与壳体之间的空气影响传热速度。

这种改进后的温度传感器的热惯性很小，能及时感受温度的变化。

考点7 VCU-160 黏度控制器用单片机8031 可以同时监视、控制、显示燃油温度和黏度，它主要由 PI 温度调节器和 PI 黏度调节器组成。

控制和显示所用的输入信号来自于 EVT-10C 黏度传感器和 PT100 温度传感器，输出控制信号到蒸汽加热装置的蒸汽调节阀或电加热装置的接触器。

可以对 DO（柴油）进行温度定值控制，对HFO（重油）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和降温黏度定值控制，另外设有手动控制蒸汽调节阀调节方式。

在各种工作方式下均有温度和黏度显示。

当把控制方式选择开关从停止转到 DO 位置（温度控制）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3℃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。

图 4-2-2 粘度控制过程曲线当把控制方式选择开关从停止或柴油位置转到 HFO 位置（黏度控制）时，升温过程与 DO 工作方式升温过程相同，只是当温度达到 HFO 设定温度以下3℃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。