基于C8051F060微控制器的船舶制冷装置控制系统的设计与实现

姜应战，吴猛猛，孙 团，赵冬冬(海军潜艇学院，山东 青岛 266042)

基于C8051F060微控制器的船舶制冷装置控制系统的设计与实现

姜应战，吴猛猛，孙 团，赵冬冬
(海军潜艇学院，山东 青岛 266042)

文章提出了一种基于C8051F060微控制器的船舶制冷装置控制系统的设计与实现方法，给出了系统的组成及软硬件设计，为制冷装置控制系统的设计提供了一种有效的手段。

制冷装置；模拟系统；微控制器

远洋船舶的制冷装置控制系统实现了制冷装置的自动测量、控制、报警和保护等功能，通常有传统的继电接触器控制以及PLC控制等。

1 船舶制冷装置设备组成

船舶制冷装置多采用1机2库模式，即1台制冷压缩机控制低温库和高温库，高温库库温维持在1～5 ℃，低温库库温维持在-16～-20 ℃。装置主要有压缩冷凝机组、冷藏室、自动控制元件、高低温库冷风机、冷却水泵、过滤干燥器、回热器及制冷装置控制系统等[1]，如图1。

图1 制冷装置组成布置图

制冷循环工作过程为：冷凝贮液器中液体氟利昂经过过滤干燥器，后进入回热器，在回热器中与来自高低温冷风机的气体进行热交换，使液体氟利昂过冷，而后分成2路，一路进入低温库热力膨胀阀，节流到低温库的蒸发压力，在低温库进行蒸发吸热，降低低温库库温；另一路进入高温库热力膨胀阀，节流到高温库的蒸发压力，在高温库进行蒸发吸热，降低高温库库温。蒸发的气体氟利昂经过回热器吸入压缩机，经压缩机将压缩，进入油分离器进行油气分离后进入冷凝贮液器完成制冷循环。

控制系统实时控制冷库温度、操纵控制信号及制冷系统工作状态，以进行制冷系统库温控制以及系统的故障报警及保护。

2 制冷装置控制系统硬件及软件组成

制冷装置控制系统电路如图2，软件设计原理如图3。

2.1硬件组成

制冷装置控制系统采用微控制器进行控制，主要用于制冷压缩机的启停控制、冷却水泵的启停控制、工作方式控制、融霜控制、温度检测等，使低温库和高温库维持在规定的温度范围，同时对压缩机电机过流、吸入压力过低、排气温度高、滑油温度高、滑油压力低及排气压力过高等故障报警或停车等进行控制。

2.1.1 微控制器

C8051F060是完全集成的混合信号片上系统型微控制器，具有59个数字I/O引脚，片内集成了2个16位、1Msps(采样百万次每秒)的模拟数字转换器(ADC)。下面列出ADC主要特性[2]：①高速、流水线结构的8051兼容的CIP-51内核；②2个16位、1 Msps(采样百万次每秒)的ADC，带存储器直接访问(DMA)控制器；③局域网(CAN2.0B)控制器，具有32个消息对象，每个消息对象有其自己的标识掩码；④全速、非侵入式的在系统调试接口(片内)；⑤768 字节片内 RAM；⑥10位、200 ksps(采样千次每秒)的ADC，带8通道模拟多路开关；⑦2个12位数字模拟转换器(DAC)，具有可编程数据更新方式；⑧64 kB可系统编程的FLASH存储器；⑨4 352 (4 k+256)字节的片内RAM；⑩可寻址64 kB地址空间的外部数据存储器接口。

图2 制冷装置控制电路图

图3 制冷装置软件设计原理图

2.1.2 控制系统信号输入电路

控制系统输入信号直接送至MCU端口P0.0～P0.7、P2.0～P2.7、P4.0～P4.2，当无输入信号时，端口输入高电平；当有输入信号时，相应端口输入低电平，以控制制冷装置的运行。

1)控制方式及冷库选择。控制方式信号实现制冷装置的手动或自动控制方式的选择；冷库选择信号，实现对高温库、低温库的单独控制或者自动运行。

2)压缩机及水泵控制。手动控制时，通过压缩机及水泵控制开关，实现对制冷压缩机和冷却水泵的启、停控制。

3)润滑油加热器及融霜控制。润滑油加热器及融霜控制信号控制润滑油加热和冷库融霜；冷库融霜时，制冷循环停止。

4)保护及联锁控制。当吸入压力低、排出压力高、压缩机电机过流、滑油温度高及滑油压力低时，相应压力或温度继电器输出信号送至微控制器，实现压缩机运行保护；冷却水流开关信号实现制冷压缩机和冷却水泵的运行连锁，即当无冷却水流动时，制冷压缩机不能启动。

5)电子型温度控制器。电子型高温库温控器与低温库温控器主要实现以下功能：①高、低温库的温度测量和显示；②温度下限、上限的设定,被控设备的开、停控制；③用于压缩机停机延时时间的设定和控制；④温度传感器故障显示(开路或短路)；⑤对测温采用软件校正，保证测温精度。

2.1.3 压缩机、水泵、风机、供液电磁阀、滑油加热器及融霜控制电路

通过微控制器输出端口P1.0～P1.6，经达林顿驱动芯片2803及固态继电器(SSR)，实现对压缩机、水泵、风机、供液电磁阀、蜂鸣器、滑油加热器及融霜控制。

2.1.4 指示灯及蜂鸣器控制电路

通过微控制器输出端口P3.1～P3.7，经达林顿驱动芯片2803及固态继电器，实现水泵运行指示、压缩机运行指示、高温库运行指示、低温库运行指示、故障指示、融霜指示、蜂鸣器报警等。

2.1.5 CAN总线

微控制器内部CAN微控制器的收发端通过IS 01050收发驱动电路，变换成CAN总线电平标准，实现制冷装置控制系统与船舶集控室的数据通信，实现集控室对制冷装置的遥控控制与制冷装置参数的集中指示。

2.2软件组成

制冷装置软件设计原理如图3。

制冷装置控制系统软件用于实现制冷装置的状态指示、参数显示、工作方式选择、泵的启停控制、压缩机的启停控制、润滑油加热融霜控制以及故障显示与处置等。

3 结束语

本文提出的基于C8051F060微控制器的船舶制冷装置的设计与实现方法，经实际应用证明，设计方案合理、经济，系统运行稳定可靠。

[1] 高翔.舰船辅助机械[M].北京:国防工业出版社，2005.

[2] 潘琢金．C8051F060/1/2/3/4/5/6/7混合信号ISP FLASH 微控制器数据手册[M]．北京：电子工业出版社，2004．

In this paper,design and realization of marine refrigerating plant control system are given based on microcontroller C8051F060,together with the systematic composition and soft/hard wares,which offers an effective measure for designing the control system of the refrigerating plant.

refrigerating plant;control system;microcontroller

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2015.06.012

姜应战(1962-)，男，山东文登人，副教授，硕士，研究方向为舰船电气控制。

2015-07-06