孔德璐，李寶，顧敦良，劉新莉，莊常青

（日照航海工程職業(yè)學(xué)院，山東 日照 276800）

船舶各設(shè)備的水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)是船舶自動(dòng)控制的一個(gè)重要系統(tǒng)，在船舶領(lǐng)域涉及的此類(lèi)自動(dòng)化試驗(yàn)臺(tái)較少，功能單一，而且實(shí)驗(yàn)臺(tái)都是處于靜態(tài)。船舶在海上航行時(shí)，隨時(shí)有傾斜角度的發(fā)生。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)驗(yàn)臺(tái)具備便于調(diào)節(jié)高度且方便移動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，解決了一般實(shí)驗(yàn)臺(tái)并不便于調(diào)節(jié)高度且體積較大不易搬運(yùn)的問(wèn)題。

1 船舶電氣自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)臺(tái)

1.1 船舶電氣自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)臺(tái)的介紹

本實(shí)驗(yàn)臺(tái)以氣動(dòng)和數(shù)字PID為主體，以壓力傳感器、電動(dòng)差壓變送器、電氣轉(zhuǎn)換器、數(shù)顯壓力開(kāi)關(guān)等元器件為輔助單元搭建的船舶電氣自動(dòng)化多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)，通過(guò)香蕉插頭連接各個(gè)電氣模塊，以及采用6mm氣管、配合速接頭連接各個(gè)氣動(dòng)元部件，構(gòu)成水位自動(dòng)調(diào)節(jié)的演示實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

1.2 主要功能的演示內(nèi)容

（1）數(shù)字式PID功能實(shí)驗(yàn)。采用數(shù)字式PID智能液位顯示控制儀，通過(guò)其接收本實(shí)驗(yàn)臺(tái)的壓力變送器發(fā)出的電流信號(hào)，然后，經(jīng)過(guò)PID調(diào)整后，將輸出的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)4～20mA發(fā)送給電氣轉(zhuǎn)換器，電氣轉(zhuǎn)換器將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成為標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)0.02～0.1MPa發(fā)送給氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，氣壓信號(hào)來(lái)控制氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，從而控制流入容器水流量的大小，達(dá)到給定的水位。

（2）數(shù)顯壓力開(kāi)關(guān)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。選用了含有三極管智能數(shù)顯壓力開(kāi)關(guān)，通過(guò)對(duì)數(shù)顯壓力開(kāi)關(guān)的設(shè)置，通過(guò)調(diào)節(jié)減壓閥，從而控制氣壓大小，當(dāng)氣壓值達(dá)到設(shè)定值時(shí)，數(shù)顯壓力開(kāi)關(guān)的數(shù)值顏色會(huì)變化，繼而輸出三極管PNP型開(kāi)關(guān)信號(hào)，也可以控制氣壓信號(hào)來(lái)輸出4～20mA電流信號(hào)，可用智能數(shù)顯毫安儀表觀察電流的數(shù)值。

（3）PID氣動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)。通過(guò)安裝在管路中的擴(kuò)散硅壓力變送器發(fā)出的電流信號(hào)4～20mA經(jīng)過(guò)電氣轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的氣壓信號(hào)0.02～0.1MPa，將氣壓信號(hào)接入氣動(dòng)PID指示儀表的氣壓檢測(cè)端，作為檢測(cè)反饋信號(hào)。將氣源通入氣動(dòng)PID指示儀表，設(shè)定氣動(dòng)PID指示儀表的給定值，氣壓反饋信號(hào)到氣動(dòng)PID指示儀表，通過(guò)PID整定后，輸出0.02～0.1MPa的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)給氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，從而達(dá)到控制水量的目的，讓整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到一個(gè)穩(wěn)態(tài)效果。

2 本實(shí)驗(yàn)臺(tái)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 本實(shí)驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1 中：1.實(shí)驗(yàn)臺(tái)；2.推桿；3.把手；4.放殘管；5.萬(wàn)向輪；6.剎車(chē)踏板；7.水箱底座；8.儲(chǔ)水箱；9.進(jìn)水管；10.抽水管；11.連接塊；12.水泵；13.出水管；14.控制箱；15.實(shí)驗(yàn)箱；16.排水管；17.第一套桿；18.第二套桿；19.液壓缸；20.液壓桿；21.滑塊；22.滑槽；23.放殘閥；24.流量調(diào)節(jié)閥；25.控制閥。

圖1 船舶電氣自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)臺(tái)的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)圖

第二套桿18的一端固定連接有萬(wàn)向輪5，萬(wàn)向輪5的一側(cè)固定連接有剎車(chē)踏板6，再通過(guò)推桿2、把手3、萬(wàn)向輪5和剎車(chē)踏板6的相互配合使用，移動(dòng)和固定都方便。第二套桿18的一側(cè)固定連接有液壓缸19，萬(wàn)向輪5的數(shù)量為四個(gè)，且每?jī)蓚€(gè)萬(wàn)向輪5為一組，且兩組萬(wàn)向輪5以實(shí)驗(yàn)臺(tái)1的中垂線為對(duì)稱(chēng)軸對(duì)稱(chēng)設(shè)置，且兩組萬(wàn)向輪5分別設(shè)置在四個(gè)第二套桿18的底部，第一套桿17的數(shù)量與第二套桿18的數(shù)量均為四個(gè)，且每個(gè)第一套桿17與每一個(gè)第二套桿18通過(guò)滑塊21與滑槽22活動(dòng)連接，液壓缸19的輸出端固定連接有液壓桿20，液壓缸19的數(shù)量為四個(gè)，液壓桿20的外壁固定連接有連接塊11，它的頂部與實(shí)驗(yàn)臺(tái)1的底部固定連接，再通過(guò)實(shí)驗(yàn)臺(tái)1、儲(chǔ)水箱8、抽水管10、水泵12、出水管13、控制箱14和控制閥25的相互配合使用，達(dá)到了該船舶電氣自動(dòng)化多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)便于直接觀察電源實(shí)際電壓，水泵12的運(yùn)行電流，直觀判斷水泵12運(yùn)轉(zhuǎn)情況的目的，且便于水資源的循環(huán)利用。抽水管10的一端分別貫穿實(shí)驗(yàn)臺(tái)1的頂部和儲(chǔ)水箱8的頂部并延伸至儲(chǔ)水箱8的內(nèi)部，且抽水管10與儲(chǔ)水箱8的連接處設(shè)置有橡膠密封圈，它是由一個(gè)或幾個(gè)零件組成的環(huán)形罩，環(huán)形罩的材質(zhì)為橡膠，固定在軸承的一個(gè)套圈或墊圈上并與另一套圈或墊圈接觸或形成窄的迷宮間隙，防止液體漏出及外物侵入。圖中實(shí)驗(yàn)箱15為儲(chǔ)水箱，是完全透明的，利于學(xué)生觀察對(duì)其水位變化情況。

通過(guò)上述設(shè)計(jì)，該船舶電氣自動(dòng)化多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)，通過(guò)推桿、把手、萬(wàn)向輪和剎車(chē)踏板的相互配合使用，達(dá)到了該船舶電氣自動(dòng)化多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)便于移動(dòng)和固定的目的，使該船舶電氣自動(dòng)化多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)移動(dòng)和固定效果更好，能夠隨意調(diào)節(jié)高度，使用方便，實(shí)現(xiàn)本實(shí)驗(yàn)臺(tái)的多種實(shí)驗(yàn)功能。

2.2 船舶電氣自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)臺(tái)高度調(diào)節(jié)具體設(shè)計(jì)

如上文所述，傳統(tǒng)一些實(shí)驗(yàn)臺(tái)沒(méi)有調(diào)節(jié)高度這個(gè)特點(diǎn)，為適合不同高度的人使用，且能模擬船舶傾斜引起的水位變化，達(dá)到動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程。如圖2為實(shí)驗(yàn)臺(tái)部分結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2

如圖2所示，在實(shí)驗(yàn)臺(tái)底部固定連接配有第一套桿17，第一套桿的一側(cè)開(kāi)設(shè)有滑槽22?；鄣膬?nèi)壁活動(dòng)連接配有滑塊21，滑塊的一側(cè)固定連接有第二套桿18。第二套桿的一側(cè)固定連接有液壓缸19，液壓缸的輸出端固定連接有液壓桿20，液壓桿的外壁固定連接有連接塊11，連接塊的頂部與實(shí)驗(yàn)臺(tái)的底部固定連接。液壓缸與第二套桿的連接處設(shè)置有定位圈，且定位圈為硅膠定位圈，硅膠是一種橡膠材料，硅膠定位圈在裝置中起到減震和固定位置的作用。

通過(guò)上述設(shè)計(jì)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)臺(tái)、連接塊、第一套桿、第二套桿、液壓缸、液壓桿、滑塊和滑槽的相互配合使用，達(dá)到了該船舶電氣自動(dòng)化多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)便于調(diào)節(jié)高度的目的。

3 結(jié)語(yǔ)

本實(shí)驗(yàn)臺(tái)，經(jīng)過(guò)優(yōu)化與設(shè)計(jì)，增加調(diào)節(jié)高度裝置，模擬船舶的傾斜引起水位的變化，以PID為主體實(shí)現(xiàn)多種實(shí)驗(yàn)功能，對(duì)于航海類(lèi)院校輪機(jī)工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)有很好的促進(jìn)作用，可全方位融合教、學(xué)、做為一體化的教學(xué)平臺(tái)?；诂F(xiàn)代技術(shù)的高速發(fā)展，PID與智能控制相結(jié)合是智能控制技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)所在，在控制過(guò)程中實(shí)現(xiàn)控制效果的更有效、更優(yōu)越、更迅速。因此，本實(shí)驗(yàn)臺(tái)后續(xù)會(huì)搭建傳統(tǒng)PID控制和智能控制，以達(dá)到現(xiàn)代智能控制，進(jìn)而確保該實(shí)驗(yàn)臺(tái)優(yōu)勢(shì)功能在實(shí)際教學(xué)應(yīng)用中得到充分發(fā)揮。