船舶辅机控制优化方案

1.3.2.1 船舶机舱电动辅机的双位控制

机舱的很多设备，如冷藏、空调的温度，空气柜的空气压力，水柜、油柜的液位等，并不需要严格地维持在某恒定值上，而是往往要求维持在某一低限到高限的可调范围内。这就是属于闭环控制方式的双位控制原理。其原理框图如图1.40所示。

图1.40　双位闭环控制系统图

当系统输出的高限Ho达到设定的高限Hi时，通过比较使控制开关断开，系统停止工作，被调量下降；当输出量降到低限oL并达到给定或输入的低限iL时，控制开关闭合，系统又投入运行。

实现双位闭环控制的元件通常有双位压力继电器、液位（高度）继电器等。它们在双位闭环控制系统中，既是比较元件，也是开关执行元件。现以双位压力继电器作为控制元件的海（淡）水柜自动给水控制为例进行讨论。

1.海（淡）水柜压力自动控制

海（淡）水柜示意图如图1.41所示，它一般是放在机舱的。要将水送到上层甲板用于人员生活或清洁卫生，必须采用压力水柜。随着用水量的变化，水和空气间容积的变化，即水位高度和气压都在变化。气压大小与水位高低成正比。可见，密闭容器式的双位液位高度控制可以采用双位压力继电器作为控制元件。

如图 1.42 所示为组合式高低压压力继电器原理，把下部管子与待测液压、气压等空间部位相连接，当待测压力升高达到低限时，波纹管（4）向上的顶力克服弹簧（1）向下的压力，左边的摆动板（5）逆时针摆动，使微动开关动作，改变其开关状态，即常闭触点断开，常开触点闭合；随着压力的继续升高，开关状态暂时不变；但当压力升高到高限PH时，微动开关（7）动作，改变开关状态；当压力从高限降低时，开关（7）的状态又立即复位，但开关（6）的状态暂时不变，直至压力降低到PL以下，开关（6）的状态才复原。如果将待测压力P大于LP，但小于HP状态下的高压闭合触点KP（H）与低压开启触点KP（L）串联起来，连接成如图1.43所示控制线路，就可以对被调量进行双位调节。

图1.41　压力水柜示意图

图1.42　组合式高低压压力继电器原理图

1—弹簧；2—低压压力调节盘；3—高压压力调节盘；4—波纹管；5—摆动板；6、7—微动开关；8、9—传动杆。

如图1.43所示为海（淡）水压力自动控制线路，其动作过程是：转换开关打到“自动”位置，当实际水位高于低限水位而低于高限水位时，KP（H）闭合，KP（L）开启，接触器KM线圈断电，水泵电机停转。随着用水量增加，水位高度和气压逐渐下降。当气压（水位）低到低限PL（HL）以下时，低压继电器KP（L）的触头转换为闭合状态，使KM线圈通电，主触头闭合水泵启动，向水柜补充水。当气压（水位）高于低限PL（HL）时，KP（L）触头打开，但水泵继续补水，直至升高到高限PH（HH）时，KP（H）触头打开，KM线圈断电，水泵停转。当水位再次降到高位以下时，KP（H）闭合，但水泵仍然停转，直到水位继续下降到低位时，KP（L）闭合，水泵方能重新启动补水。

图1.43　海（淡）水柜自动控制线路

2.船舶辅锅炉电极式双位水位自动控制

图1.44所示是一种电极式水位调节系统，它利用水的导电特性而工作。在锅炉工作水位附近接出一个上下与锅筒相通的筒（为了防止由于船舶倾斜而出现的误动作，有的船采用双水柱筒），筒中水位与锅炉内水位相同，筒中插入三根长度不同于筒壳绝缘的铜棒，铜棒末端的安装高度恰好与锅炉的最高、最低工作水位和极限低水位相对应。水位调节可以采用手动和自动调节两种方式，通过转换开关K实现。

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图1.44　电极式水位调节系统

自动补水时，水位上升到最高水位使水面与铜棒1接触，继电器1KA有电动作，其常闭触点1KA1断开，使接触器1KM失电，使水泵停止工作；当水位下降至最低水位时，水面与铜棒2脱离接触，常闭触点1KA1复位使水泵开始工作补水，如果由于某种原因锅炉水位未能上升，则水位到达极限低水位时，铜棒3也与水面脱离接触，发出声、光警报，2KA1触点断开，接触器2KM失电，此时燃油泵停止工作，炉膛自动灭火。此外，可通过将转换开关K置于手动位置实现手动补水。这种系统应定期维护，防止电极棒表面有污垢而影响其导电性能。

1.3.2.2 备用泵的自动切换控制

为主机服务的燃油泵、滑油泵、冷却泵等主要电动辅机，为了使其方便控制和可靠工作，均设有两套机组，不仅能在机组旁控制，也能在集中控制室进行遥控；而且在运行中泵系统出现故障时能实现机组的自动切换，使备用机组立即启动投入工作，以保证主机处于正常工作状态。如图1.45所示为某船泵的自动控制线路原理图，图1.46所示为泵的切换控制电路图。

1.自动启动

将遥控-自动选择开关SA1、SA2置于自动位置。如选择1号泵工作，2号泵备用，则将组合开关SA11置于运行位置，SA22置于备用位置。

当电源开关QS1、QS2合闸后，1号泵、2号泵控制回路分别从变压器副边1、2、3、4端得电。

图1.45　泵的自动切换主电路

图1.46　泵的切换控制电路

对1号泵来说有：

（1）继电器KA11通电，其在2号泵控制回路中的常闭触头KA11断开，起互锁作用。同时与KT1′ 串联的KA11常闭触点断开，使KT1′ 不能通电。

（2）时间继电器KT1通电，经延时后使KA12通电，此时其两常开触头分别闭合。

① 使KA10通电，其常开触头闭合，使接触器KM1通电，1号泵启动。

② 为KA13通电作准备，并且起到自锁作用。

（3）KM1的副触头KM1闭合使KT2通电，延时开始。待管路起压后，压力继电器KPL1动作，同时KT2延时结束，使KA13通电动作，其常闭触点断开，此时KA11完全由KPL1控制。

2.自动切换

1号泵运行时，由压力继电器KPL1执行监视。2号泵在1号泵运行期间，其控制线路从变压器3、4端获电，运行选择开关处于备用位置，即SA22闭合。继电器KA21直接从变压器3、4端得电，其在1号泵控制线路中与SA12串联的常闭触点断开，起自动切换互锁的作用。由于1号泵运行期间，与KT1′ 线圈串联的KA11常闭触头是断开的，联动开关SA21也是断开的，故KT1′ 不得电，与KT1′ 延时闭合触头串联的继电器KA22也不会得电。

若因某种原因失压时，触头KPL1打开，KA11失电，1号泵因KA11失电而停止运行，KA11常闭触头闭合，KT2′ 通电，经延时后，KA22通电，KA20通电动作，使接触器KM2通电，2号泵自动启动。而同时常闭触头KM2断开，使KA12失电。2号泵按1号泵的过程继续工作。