基于單片機(jī)的船舶液壓系統(tǒng)溫度控制

馮 倩

（秦皇島港股份有限公司，河北秦皇島 066000）

0 引言

液壓系統(tǒng)具有可靠耐用、能耗較低、系統(tǒng)清潔和管理方便等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛地應(yīng)用在船舶上，為各類裝置提供動力。在液壓系統(tǒng)中壓力介質(zhì)的溫度對系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行具有至關(guān)重要的影響。常見的液壓油溫度升高后一般會導(dǎo)致液壓系統(tǒng)的有效功率降低，黏度下降引起磨損加劇，密封圈加速老化損壞，液壓油變質(zhì)加速，嚴(yán)重時(shí)還會發(fā)生氣穴損壞原件；相反，溫度過低將導(dǎo)致黏度增大，液壓泵功率損耗增加，密封圈收縮、變硬，降低密封性能。由此可見，要實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行，將溫度控制在適當(dāng)范圍內(nèi)是非常必要的。為保證溫度控制系統(tǒng)本身可靠性，該技術(shù)在保證系統(tǒng)功能前提下，優(yōu)先選取簡單、可靠的元器件，與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比，可靠性及準(zhǔn)確性大大提高，對液壓溫度控制領(lǐng)域有一定的借鑒意義。

1 船舶液壓系統(tǒng)溫度控制程序設(shè)計(jì)

由于常見的液壓系統(tǒng)正常工作時(shí)液壓油溫度為30～80 ℃，所以本系統(tǒng)閾值暫定為40～70 ℃。溫控系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，單片機(jī)將傳感器測量的液壓油實(shí)時(shí)溫度與閾值進(jìn)行比較，如果實(shí)時(shí)溫度超過70 ℃，經(jīng)過延時(shí)消除誤報(bào)警影響之后，將觸發(fā)警報(bào)，并啟動冷卻電機(jī)，加強(qiáng)對液壓油的冷卻，當(dāng)液壓油溫度降低到高于閾值下限5 ℃時(shí)停止冷卻電機(jī)，防止冷卻過度，導(dǎo)致觸發(fā)低溫報(bào)警；如果實(shí)時(shí)溫度低于40 ℃，同樣經(jīng)過延時(shí)之后，觸發(fā)報(bào)警并啟動加熱器，直至液壓油溫度上升到低于閾值上限5 ℃為止。通過此系統(tǒng)，可將液壓油溫度控制在一定范圍內(nèi)。為提高該溫控系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性，可通過按鍵將閾值在30～80 ℃范圍內(nèi)調(diào)節(jié)（上下限溫差最小為15 ℃）?？刂圃砣鐖D1 所示。

1.1 溫度傳感器

溫度傳感器選用DS18B20數(shù)字傳感器，該傳感器體積小，環(huán)境適用性強(qiáng)；測量溫度為-55 ℃至125 ℃，符合該溫控系統(tǒng)的要求范圍；檢測結(jié)果以數(shù)字量輸出，直接傳輸給單片機(jī)，簡單快捷；默認(rèn)12 位分辨率，精度0.0625 ℃，滿足該系統(tǒng)精度要求；傳感器具有CRC 校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾、糾錯能力[1]。該傳感器為單總線元件，編程時(shí)要先進(jìn)行初始化檢驗(yàn)，以確定傳感器工作正常；時(shí)序要求比較嚴(yán)格，編程時(shí)需要嚴(yán)格按照手冊上的時(shí)序圖進(jìn)行延時(shí)操作，否則會導(dǎo)致傳感器工作異常。DS18B20 溫度讀取流程如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)原理及流程圖

1.2 顯示器件

顯示器件選用LCD1602 屏幕，該顯示器是一種極低功耗的顯示器，由于LCD 具有體積小、質(zhì)量輕、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，已成為各種便攜式電子信息產(chǎn)品的理想顯示器[2]。顯示屏為慢顯示元件，每條子程序之前都需要讀取并判別忙標(biāo)志位的狀態(tài)，或者根據(jù)手冊要求進(jìn)行足夠的延時(shí)，當(dāng)顯示器不忙的時(shí)候再輸入新的指令，否則將導(dǎo)致指令失效。LCD1602 顯示程序流程如圖1 所示。

1.3 聯(lián)動繼電器輸出電路

溫控系統(tǒng)通過繼電器輸出電路啟動冷卻電機(jī)或者加熱器，當(dāng)繼電器有電壓時(shí)，線圈產(chǎn)生磁場，吸合觸點(diǎn)，回路導(dǎo)通，此時(shí)繼電器作為一個(gè)中間連接器，實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)和控制回路之間的控制功能。雖然繼電器只需5 V 即可正常工作，但是因其電阻影響，單片機(jī)引腳無法直接驅(qū)動，還需要借助三極管對電流進(jìn)行放大，系統(tǒng)采用常見的SRS-12VDC-SL 繼電器，控制設(shè)備電流為10 A，用戶還可根據(jù)需要更換繼電器型號，實(shí)現(xiàn)對更大功率的冷卻電機(jī)或者加熱器的控制。

2 船舶液壓系統(tǒng)溫度控制程序仿真

基于Proteus 搭建該溫度控制系統(tǒng)的仿真系統(tǒng)，以驗(yàn)證技術(shù)可行性。由于仿真軟件中沒有STC 系列單片機(jī)，所以使用AT 系列單片機(jī)代替，兩款單片機(jī)在系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中沒有區(qū)別。系統(tǒng)工作原理為：當(dāng)溫度過低時(shí)，單片機(jī)P2.1 引腳輸出低電平，則Q2 導(dǎo)通，繼電器RL2 吸合，點(diǎn)亮紅色LED 燈D1，加熱器開始加熱，液壓油升溫。通過調(diào)節(jié)RV1 阻值大小，可改變加熱器升溫速率，使得該溫控系統(tǒng)適用性更強(qiáng)。同理，當(dāng)溫度過高時(shí)，單片機(jī)P2.0 引腳輸出低電平，則Q1 導(dǎo)通，繼電器RL1 吸合，點(diǎn)亮黃色LED 燈D2，冷卻電機(jī)啟動，液壓油降溫。

3 結(jié)語

船舶液壓系統(tǒng)的溫度關(guān)乎液壓裝置能否正常、穩(wěn)定運(yùn)行，因此液壓系統(tǒng)的溫度控制一直是一個(gè)研究重點(diǎn)。將已經(jīng)較為成熟的單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用在此方向，很容易實(shí)現(xiàn)船舶液壓系統(tǒng)溫度的自動化控制。單片機(jī)控制溫度不僅價(jià)格低廉，操作方便，還具有極高的安全性，能夠有效地提高船舶液壓裝置的經(jīng)濟(jì)效益。但是該技術(shù)還存在部分缺陷，如報(bào)警閾值和加熱器的加熱速率需要長時(shí)間反復(fù)調(diào)試，積累大量經(jīng)驗(yàn)之后，才能達(dá)到較為理想的控制狀態(tài)；系統(tǒng)暫時(shí)無法在集控室遠(yuǎn)程、集中控制。希望在未來的研究中，能克服這些問題，并將其轉(zhuǎn)化為實(shí)際產(chǎn)品，服務(wù)于船舶液壓裝置，為輪機(jī)員帶來更多技術(shù)便利，為公司創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。