船舶分油機控制模塊研究

王凱亮

【摘要】分油機是海洋船舶機艙中不可缺少的設(shè)備之一，它對潤滑油和燃油的凈化起著非常重要的作用。本文通過分析分油機的工作原理，從提高分油效率和延長分油機的使用壽命出發(fā)，比較了各類型分油機的優(yōu)點和缺點，提出了s型分油機是綜合考慮高效率、經(jīng)濟性和適用性能的分油機。同時，針對該分油機的特點，提出了在控制方面可以改進的控制模塊，為船舶自動化、智能化打下了較好的基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】分油機 分油效率 控制模塊

1引言

分油機是遠(yuǎn)洋或沿海船舶必備的輔助機械設(shè)備之一，也是船舶主柴油機和輔柴油發(fā)電機燃油系統(tǒng)和滑油系統(tǒng)的組成部分。一般的貨運船舶配備四臺分油機，其中兩臺為燃油分油機;另外兩臺為滑油分油機。正常工作期間，燃油分油機一臺工作，一臺備用;滑油分油機也是一臺工作，一臺備用。燃油分油機與滑油分油機都是同一廠家同一型號分油機，只是分工不同，燃油分油機接燃油管理系統(tǒng);滑油分油機接滑油管路系統(tǒng)。

一般燃燒輕柴油的船舶都不配備分油機，原因在于完全以輕柴油為燃料的船舶往往都是柴油機功率小、用途簡單的微小型船舶，其滑油消耗量也較小，所以無須配備分油機。燃燒重油的船舶主機功率較大，消耗滑油也較多，所以配備燃油與滑油分油機。

2分油機的工作原理與特點分析

分油機并不是一個獨立的機械設(shè)備，一般由交流電動機驅(qū)動，交流電動機轉(zhuǎn)動驅(qū)動分離盤轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，依靠離心力分離燃油或滑油中的水分與雜質(zhì)。燃油與滑油進入分油機之前要先經(jīng)過沉淀、排水等物理過程去除主要的水與雜質(zhì)，然后在進入分油機之前通過加熱吸收熱量以提高油的流動性。所以分油機系統(tǒng)實際上包含了電動機驅(qū)動系統(tǒng)與加熱裝置。

分油機的發(fā)展經(jīng)歷了三代。第一代是機械式分油機，包括分水機與分雜機;第二代是FOPX型自動分油機;第三代是s型分油機。第一代的產(chǎn)品也稱為手動分油機，沒有自動控制的環(huán)節(jié)。當(dāng)待分油進入分油機開始分油后，人為觀察分水機儲水口的液面或者分雜機固體雜質(zhì)的多少，當(dāng)發(fā)現(xiàn)分水機或分雜機中分出的水分或雜質(zhì)足夠多時，停止待分油進入分油機，同時分油機運行，進行人工排水與排渣的操作。在把分水機中分出的水分與分雜機中分出的固體雜志排空之后，還要拆除分油機的分離盤進行手動清洗，再安裝完成后進行新的一輪分油操作。很顯然，這種最初的第一代產(chǎn)品在工作工程中需要輪機員一直參與工作，是非常不方便的。當(dāng)然，優(yōu)點在于通過人工的定期清洗分油機可以延長分油機的使用壽命，保持良好的分油效果。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和自動化程度的提高，分油機也進入了單片機控制的自動分油機時代。所以第二代的FOPX型自動分油機就是在這種背景下產(chǎn)生的。它的主要功能就是實現(xiàn)了分水和分雜的分油一體化;分油過程中的排水與排渣都是自動進行，并不會中斷正常的分油過程;所有的工作都是按照時序由計算機執(zhí)行完成的，不需要人工進行現(xiàn)場的監(jiān)測與參與。FOPX型分油機的典型特點是部分排渣，排渣期間不中斷進待分油，且每次排渣時排渣口打開時間很短，這一切都是自動控制完成的。該分油機的核心裝置是WT200型水分傳感器和8031單片機，統(tǒng)稱為EPC-400。結(jié)構(gòu)上，F(xiàn)OPX型分油機有兩根進水管：一是正常分油期間管P2斷續(xù)供水補償水分的流失，稱為補償水，此時管P1是斷水的;二是排渣時兩根管P1和P2同時連續(xù)進水，目的是為了頂開排渣口，稱為開啟水或操作水。排渣結(jié)束后排渣口因重力作用關(guān)閉，管P2連續(xù)供水密封分油機，此時管P1斷水，稱為密封水?？刂品钟蜋C進補償水的電磁閥是MVl6，管P2的斷續(xù)供水由電磁閥斷續(xù)通電進行控制。當(dāng)然，管P2連續(xù)進密封水是電磁閥連續(xù)通電控制。控制開啟水來排渣的電磁閥是MV15，通電打開3s進開啟水為打開排渣口做準(zhǔn)備。在正常分油時為排出待分油分出的水用排水電磁閥MV5通電打開約20s實現(xiàn)。同時，當(dāng)待分油含水量過少時，電磁閥MV10通電打開，向分油機內(nèi)注入置換水以防止排水時將油排出。

FOPX型分油機的自動控制過程包含：（1）假設(shè)待分油含水量極少，達(dá)上限時間63min之后凈油含水量仍達(dá)不到觸發(fā)值，此時電磁閥MVl0先通電進置換水，然后排渣一次;（2）假設(shè)待分油含水量正常，在大于10min小于63min時間區(qū)間內(nèi)時凈油含水量達(dá)到了觸發(fā)值，這種情況就正常排渣;（3）假設(shè)待分油含水量稍多，在下限時間10min之內(nèi)凈油含水量就達(dá)到觸發(fā)值，排水電磁閥MV5先打開20s排水一次，再等待上限時間63min之內(nèi)凈油含水量達(dá)到觸發(fā)值后的第一次排渣，也就是說即排一次水后凈油含水量下降到正常范圍了;（4）假設(shè)待分油含水量太多，下限時間10min之內(nèi)凈油含水量達(dá)到觸發(fā)值，排水電磁閥MV5先打開20s排水一次后，但仍在10min之內(nèi)凈油含水量又達(dá)到觸發(fā)值（還沒有達(dá)到規(guī)定的大于10min小于63min時間區(qū)間內(nèi)的排渣），那么先關(guān)閉排水閥進行第一次排渣，如果沒有效果且時間仍然在下限時間10min之內(nèi)，則再關(guān)閉排水閥進行第二次排渣，時間在下限時間10min之內(nèi)還沒有效果進行第三次排渣，再沒有效果就停止待分油進分油機，并報警。

S型分油機是由FOPX型分油機改進而來。FOPX型分油機的特點是邊排渣邊進待分油，表面上看分油效率較高，實際上這種邊分油邊排渣的分油機很難做到兩者兼顧，即分油也不是那么干凈，排渣也不是那么徹底。手動操作分油機雖然效率低下，但是分油一段時間后停止分油專門排渣可以有效地把渣排干凈，而且排渣過程中不進行分油操作最大的優(yōu)點是排渣分油分開進行不會相互影響。所以，在這種背景下，出現(xiàn)了能夠把手動操作分油機和FOPX型分油機的優(yōu)點相結(jié)合的s型分油機。

S型分油機設(shè)定一個時間，該時間段內(nèi)一直分油，設(shè)定時間到就排渣。s型分油機排渣時，先停止分油，再集中排渣。結(jié)構(gòu)上也是采用單片機形式，控制器為EPC-50，水分傳感器為MT50，相比較FOPX型分油機，S型分油機更先進，同時也多了友好的操作界面。s型分油機在結(jié)構(gòu)上與FOPX型分油機有兩處不同。一是s型分油機置換水從專用的置換水水管DI口進入，它的置換水進口與待分油進口不同，但管路是同一根，而FOPX型分油機則是兩根完全不同的管路。FOPX型分油機的置換水是待分油含水量過少，防止排渣時誤將油排出去，才加置換水。s型分油機置換水也叫沖洗水，作用是用置換水將分離筒內(nèi)的油全部擠出干凈后，再停止分油進行徹底排渣，以使下次分油凈筒起動，同時還可以做到無油停機。二是工作水管路的不同。s型分油機正常分油時管P2斷續(xù)供水，管P1斷水，管P2斷續(xù)進的水起補償作用，叫補償水。與FOPX型分油機不同的是管P1、P2是同一根管路，只不過由不同的電磁閥控制。s型分油機氣動控制閥組SVl控制待分油控制閥V1;SV4控制待凈油出口閥V4;SV5控制排水出口閥V5。

不管是S型分油機還是FOPX型分油機，補償水、開啟水或操作水、密封水統(tǒng)稱為工作水。SV10電磁閥控制的置換水在FOPX型分油機中是解決分油機中含水量過少的問題;在s型分油機中既叫沖洗水，又叫調(diào)節(jié)水，為了排渣進的置換水叫沖洗水，在分油機校準(zhǔn)啟動程序中計算置換水量時又稱為調(diào)節(jié)水。

s型分油機的控制過程包括：設(shè)定時間內(nèi)水分含量監(jiān)測大于100pF，先排水一次，如果監(jiān)測值低于70pF，繼續(xù)分油;如果在分油設(shè)定時間內(nèi)水分含量監(jiān)測仍大于70pF，繼續(xù)排水，最多可以排5次水。設(shè)定時間內(nèi)排5次水后仍大于70pF，先排一次渣（盡管沒到排渣時間），排完渣后再監(jiān)測水分，如果仍大于70pF，再排水，仍然可以再排5次水，然后停止程序報警。

3分油機的控制環(huán)節(jié)分析

s型分油機和FOPX型分油機兩種分油機都是時序控制，但是里面都有Pl控制器，主要是油在進入分油機前要加熱，加熱溫度的控制是由PI控制器來實現(xiàn)的。除此之外，分油機的控制在以下兩個方面可以做些改進和改造。

3.1 S型分油機置換水流量控制

s型分油機在修理或拆卸之后，每次啟動之前要進行校準(zhǔn)，其中置換水量的設(shè)置比較復(fù)雜。假設(shè)密封時間Ti58、排渣口打開時間Ti56、工作水排水時間Ti57、進置換水時間Ti63（即對應(yīng)的置換水流量），所有的時間總和即為Ti59。Ti59的最大值為170s，這個計算過程是通過進置換水完成的，該過程不進油、不分油。在170s內(nèi)沒有壓力響應(yīng)，說明有泄漏或無水進入，發(fā)出警報。如果有壓力，則控制系統(tǒng)會根據(jù)壓力建立的時間自動計算出置換水流量以及進置換水的時間Ti63，該時間應(yīng)小于120s。要注意的是：進行這部分程序前，單片機會先預(yù)設(shè)一個Ti63的值，以便這部分程序能夠運行。這部分程序運行結(jié)束后會有一個新的準(zhǔn)確的Ti63的值替換預(yù)設(shè)的用于啟動這部分程序的Ti63值。這部分程序運行結(jié)束之后等于校準(zhǔn)了置換水量，后面就跟“不校準(zhǔn)啟動”一樣了，這部分程序叫校準(zhǔn)程序。

實際上，這部分控制可以改進，可以有效避免每次修理或拆解后都要進行繁瑣的校準(zhǔn)啟動。首先，出廠設(shè)置有固定的置換水進水時間以及換算出來的置換水量;其次，以該置換水量作為給定值設(shè)計一個閉環(huán)的負(fù)反饋系統(tǒng)，即在每次試分油之前進行置換水量的定值控制;然后開始試分油與正式分油過程。

3.2 S型分油機密封、補償水控制

s型分油機進補償、密封水的管P1、P2是同一根管路，只不過由不同的電磁閥控制。雖然從結(jié)構(gòu)上與FOPX型分油機相比較節(jié)省了一根管路，但是，從分油機的工作過程和原理上分析可以做一些改進。既然采用同一根管路P1、P2，而且進的都是同樣的介質(zhì)水，那么就可以省掉一個電磁閥，即只采用一個電磁閥。通過控制電磁閥的通電或斷電來控制電磁閥的開或關(guān)。同時，在電磁閥保持通電時，還可以通過控制電磁閥的通電電流的大小與持續(xù)時間來控制電磁閥的開度，最終達(dá)到控制管路中水的流量的目的。其中，如果采用PWM技術(shù)來控制電磁閥的電流，可以較好地解決管路斷續(xù)進水、連續(xù)進水與不進水的問題。

以上兩個控制環(huán)節(jié)從技術(shù)上是完全可以實現(xiàn)的，雖然略微增加了結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜，但是從工作和管理的角度節(jié)約了大量的勞動力。

4總結(jié)

本文結(jié)合各種類型分油機的工作原理進行了特性分析，找出了不同分油機的優(yōu)缺點，同時在分油機的控制技術(shù)方面做了探討，為分油機技術(shù)的進步和船舶智能化提供了較好的依據(jù)。