分油機(jī)自動(dòng)控制優(yōu)化設(shè)計(jì)分析*

吳廣燾

（大連職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 大連 116037）

1 實(shí)訓(xùn)室分油機(jī)自動(dòng)控制意義及方法

分油機(jī)的自動(dòng)控制對(duì)工業(yè)生產(chǎn)和對(duì)學(xué)校實(shí)踐教學(xué)有著重要意義， 在各個(gè)院校實(shí)訓(xùn)室中分油機(jī)的自動(dòng)控制所采取的解決方法有所不同。 本方案欲先明確分油機(jī)自動(dòng)控制的意義，分析各種控制方法后再進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1.1 實(shí)訓(xùn)室分油機(jī)自動(dòng)控制的意義

現(xiàn)階段，在工業(yè)運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)中，對(duì)分油機(jī)的控制仍存在手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種方式， 與手動(dòng)控制的分油機(jī)相比，自動(dòng)控制的分油機(jī)大幅減少了技術(shù)人員的工作量，對(duì)技術(shù)人員的知識(shí)儲(chǔ)備要求降低， 分油機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性也逐步提高，同時(shí)優(yōu)化了分油質(zhì)量。

另一方面， 近年來(lái)在中華人民共和國(guó)海事局對(duì)航海類(lèi)院校實(shí)訓(xùn)室場(chǎng)地設(shè)施建設(shè)征求意見(jiàn)稿中， 對(duì)分油機(jī)及其系統(tǒng)多次提出：“分油機(jī)要能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制”。 因此研究實(shí)訓(xùn)室中分油機(jī)自動(dòng)控制不僅是滿(mǎn)足現(xiàn)代職業(yè)教育工學(xué)結(jié)合的要求， 也是嚴(yán)格履行國(guó)家政策法規(guī)以及國(guó)際公約的表現(xiàn)。

1.2 實(shí)訓(xùn)室分油機(jī)自動(dòng)控制的方法

實(shí)訓(xùn)室分油機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)的來(lái)源主要有兩類(lèi)。一類(lèi)是來(lái)自分油機(jī)廠家配套的控制系統(tǒng)，這類(lèi)自動(dòng)控制系統(tǒng)操作界面先進(jìn)，且與實(shí)際的工作場(chǎng)景相似，學(xué)生可以通過(guò)學(xué)習(xí)，完成分油機(jī)系統(tǒng)的操作，但其內(nèi)部的程序不對(duì)用戶(hù)開(kāi)放，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中難以將自動(dòng)控制部分的實(shí)踐學(xué)習(xí)與理論學(xué)習(xí)結(jié)合起來(lái)； 另一類(lèi)是學(xué)校自主研發(fā)的控制系統(tǒng)， 比如利用可編程邏輯控制器或者是單片機(jī)等進(jìn)行編程，這類(lèi)系統(tǒng)雖不是實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中所用，但卻利用學(xué)生熟悉的自動(dòng)控制元件，揭開(kāi)了分油機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的神秘面紗。 可編程邏輯控制器和單片機(jī)畢竟是封裝控制元件，學(xué)生只能了解其涉及的電子電路， 程序一旦寫(xiě)入以后，運(yùn)行過(guò)程中仍不能看到自動(dòng)控制系統(tǒng)內(nèi)部的動(dòng)作。

為追求良好的理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合的效果，在本分油機(jī)實(shí)訓(xùn)室自動(dòng)控制方案中， 采用電氣方式完成分油機(jī)的自動(dòng)控制，將接觸器、時(shí)間繼電器、主令開(kāi)關(guān)、電磁閥、浮子式開(kāi)關(guān)等學(xué)生熟知的電氣元件運(yùn)用到分油機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)電氣自動(dòng)控制知識(shí)的理解，增加運(yùn)行過(guò)程的可視化，提高學(xué)生使用電氣設(shè)備元件的熟練程度。

2 實(shí)訓(xùn)室分油機(jī)系統(tǒng)的問(wèn)題

2.1 分油機(jī)系統(tǒng)管路問(wèn)題

以大連職業(yè)技術(shù)學(xué)院實(shí)訓(xùn)室為例，通過(guò)對(duì)該院實(shí)訓(xùn)室現(xiàn)有分油機(jī)管路系統(tǒng)檢查發(fā)現(xiàn)：水封水閥、補(bǔ)償水閥、進(jìn)油閥均為手動(dòng)控制截止閥，關(guān)盤(pán)水閥為手動(dòng)控制球閥。 現(xiàn)有分油機(jī)管路系統(tǒng)中，開(kāi)啟水管路閑置，沒(méi)有與淡水壓力柜連接，由于分油機(jī)比較陳舊，其啟動(dòng)、分油、排渣原始設(shè)計(jì)為手動(dòng)操作，但由于開(kāi)啟水管路閑置且沒(méi)有安裝相關(guān)閥件等，因此不能進(jìn)行排渣。 進(jìn)油管與出油管同時(shí)接到日用油柜，雖說(shuō)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)中不分離重油，但進(jìn)油管與出油管接到同一個(gè)油柜，難免會(huì)對(duì)學(xué)生產(chǎn)生誤導(dǎo)。

2.2 分油機(jī)電氣控制問(wèn)題

大連職業(yè)技術(shù)學(xué)院實(shí)訓(xùn)室中分油機(jī)的工作過(guò)程并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，僅僅在電機(jī)的啟動(dòng)方面，在空氣開(kāi)關(guān)的基礎(chǔ)上增加了接觸器、主令開(kāi)關(guān)、電流表來(lái)實(shí)現(xiàn)分油機(jī)電機(jī)的啟動(dòng)和對(duì)分油機(jī)轉(zhuǎn)速的檢測(cè)， 實(shí)際上由于電流表量程選用的不合理，導(dǎo)致電流表?yè)p壞，現(xiàn)已無(wú)法根據(jù)電流表來(lái)判斷分油機(jī)的轉(zhuǎn)速。 另外在分油機(jī)出水管路中設(shè)置的浮子開(kāi)關(guān)閑置， 由于分油機(jī)系統(tǒng)中沒(méi)有任何電氣控制閥件，分析原分油機(jī)設(shè)置的浮子開(kāi)關(guān)可能作為分油質(zhì)量檢測(cè)報(bào)警所用，當(dāng)分油質(zhì)量下降浮子開(kāi)關(guān)接通產(chǎn)生報(bào)警，需要工作人員手動(dòng)進(jìn)行排渣，但其沒(méi)接進(jìn)電路，也無(wú)法發(fā)揮報(bào)警作用。

3 分油機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)與工作時(shí)序

只有明確分油機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程以及任務(wù)，澄清分油機(jī)自動(dòng)控制過(guò)程的時(shí)序，才能對(duì)分油機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.1 分油機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)

分油機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)是指分油機(jī)啟動(dòng)、分油和排渣過(guò)程的自動(dòng)控制[1]。 在自動(dòng)控制過(guò)程中，運(yùn)用各種控制手段，通過(guò)控制分油機(jī)的水封水、補(bǔ)償水、密封水、開(kāi)啟水、待分離的油等，確保分油機(jī)的啟動(dòng)、分油、排渣時(shí)序準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)分油機(jī)在分油與排渣之間切換。

分油機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)要完成以下幾項(xiàng)工作：1） 分油前的準(zhǔn)備工作。 在分油機(jī)電機(jī)啟動(dòng)，分離筒達(dá)到一定轉(zhuǎn)速后，分離筒中首先要進(jìn)入一定量的水封水，形成水封，確保進(jìn)油后油水界面的形成，同時(shí)避免出水口、排渣口出現(xiàn)跑油，然后將待分離的油供進(jìn)分離筒的中心[2]。 2）正常分油工作。 分離過(guò)程中，污泥和水聚集在分離筒的外圍。 經(jīng)分離的干凈的油通過(guò)分離盤(pán)片從分離筒上端的出油口輸出， 分離出的水通過(guò)排渣口或出水口離開(kāi)分離筒進(jìn)入渣油柜。 3）排渣工作。 在經(jīng)過(guò)設(shè)定間隔時(shí)間后，分油機(jī)進(jìn)入排渣狀態(tài)，執(zhí)行排渣程序。 4）進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)，分油機(jī)在排渣結(jié)束后， 應(yīng)重新建立水封等進(jìn)入下一個(gè)分油工作循環(huán)[3]。

3.2 分油機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作時(shí)序

分油機(jī)的自動(dòng)控制流程是根據(jù)其工作過(guò)程， 對(duì)分油機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的水封水、進(jìn)油閥、關(guān)盤(pán)水閥、開(kāi)啟水閥、補(bǔ)償水閥、置換水閥等進(jìn)行時(shí)序控制[4]。 其控制流程如圖1 所示。1）分油前準(zhǔn)備工作。 在分油機(jī)電機(jī)啟動(dòng)達(dá)到固定轉(zhuǎn)速后，打開(kāi)關(guān)盤(pán)水閥，進(jìn)入關(guān)盤(pán)水，關(guān)閉分離筒，然后打開(kāi)水封水閥建立水封。 2）分油工作。 打開(kāi)補(bǔ)償水閥，關(guān)閉關(guān)盤(pán)水閥，將關(guān)盤(pán)水轉(zhuǎn)換為補(bǔ)償水，減少供水量，保持排渣口關(guān)閉；關(guān)閉水封水閥，停止供應(yīng)水封水，打開(kāi)進(jìn)油閥，進(jìn)入待分離的油。3）執(zhí)行排渣程序。關(guān)閉進(jìn)油閥，停止供油，打開(kāi)置換水閥，使進(jìn)入的置換水逐步驅(qū)離分離筒內(nèi)的剩油，然后關(guān)閉補(bǔ)償水閥，打開(kāi)開(kāi)盤(pán)水閥，進(jìn)開(kāi)盤(pán)水，打開(kāi)排渣口，進(jìn)行排渣。

圖1 分油機(jī)自動(dòng)控制時(shí)序圖

4 分油機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

分油機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要保證管路系統(tǒng)與電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的匹配， 因此要完成實(shí)訓(xùn)室中分油機(jī)自動(dòng)控制的設(shè)計(jì)， 需要改進(jìn)現(xiàn)有分油機(jī)管路系統(tǒng)進(jìn)而設(shè)計(jì)分油機(jī)電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)[5]。

4.1 實(shí)訓(xùn)室現(xiàn)有分油機(jī)管路系統(tǒng)改造

實(shí)訓(xùn)室現(xiàn)有分油機(jī)管路系統(tǒng)需要進(jìn)行以下改造[6]：1）必須將分油機(jī)各管路上的閥件更換為電磁閥， 增設(shè)開(kāi)啟水電磁閥SV1，水封水電磁閥SV2，關(guān)盤(pán)水電磁閥VS3，補(bǔ)償水電磁閥VS4， 待分離油進(jìn)口電磁閥VS5， 置換水電磁閥VS6。2）更換陳舊的浮子開(kāi)關(guān)，采用可以實(shí)現(xiàn)互鎖的浮子開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)定時(shí)排渣和根據(jù)分油質(zhì)量排渣。 3）將開(kāi)啟水管路與淡水壓力柜連接，保證活動(dòng)底盤(pán)能夠動(dòng)作，打開(kāi)排渣口進(jìn)行排渣，非分離油的進(jìn)油管連接至沉淀柜。 分油機(jī)系統(tǒng)改造圖如圖2 所示。

圖2 分油機(jī)系統(tǒng)改造圖

4.2 分油機(jī)電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)分油機(jī)的工作流程以及實(shí)訓(xùn)室中分油機(jī)系統(tǒng)的改造，分油機(jī)的電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖3 所示。 其中SB1為手動(dòng)啟動(dòng)按鈕，SB2為手動(dòng)停止按鈕。 當(dāng)按下按鈕SB1后，1KT 通電延時(shí)繼電器、1KA 繼電器、2KT 通電延時(shí)繼電器通電。繼電器觸點(diǎn)1KA1、閉合，實(shí)現(xiàn)自鎖功能，1KA2閉合，4KT 通電，關(guān)盤(pán)水電磁閥SV3動(dòng)作，開(kāi)啟關(guān)盤(pán)水管路通水，分離筒關(guān)閉。4KT 延遲時(shí)間設(shè)置為10s，延時(shí)后，4KT2動(dòng)作，關(guān)盤(pán)水電磁閥斷電，關(guān)盤(pán)水管路關(guān)閉，4KT1閉合打開(kāi)水封水閥SV2，4KT3動(dòng)作補(bǔ)償水電磁閥SV4打開(kāi)。 時(shí)間繼電器1KT 設(shè)置延時(shí)20s， 待1KT 延時(shí)時(shí)間到，1KT1斷開(kāi)，水封水電磁閥SV2斷電，水封水管路停止供水，4KT 斷電，4KT3斷開(kāi)，但1KT3閉合，補(bǔ)償水電磁閥繼續(xù)通電維持補(bǔ)償水的供應(yīng)，1KT2閉合，進(jìn)油閥SV5開(kāi)啟，分油機(jī)進(jìn)入正常分油狀態(tài)。

固定時(shí)間排渣設(shè)定是通過(guò)時(shí)間繼電器2KT，設(shè)置延遲時(shí)間為4h，經(jīng)過(guò)4h 延時(shí)后，分油機(jī)進(jìn)入排渣程序，2KT1閉合，繼電器2KA 通電，其觸點(diǎn)2KA1閉合，置換水電磁閥SV6通電，通入置換水；同時(shí)2KA3斷開(kāi)，進(jìn)油閥SV5關(guān)閉，停止供油；與此同時(shí)，2KA2閉合，通電延時(shí)繼電器5KT 通電，設(shè)置延時(shí)時(shí)間10s，繼電器3KA 通電，3KA1閉合，產(chǎn)生排渣報(bào)警，經(jīng)過(guò)5KT 的10s 延時(shí)后，5KT1斷開(kāi)，切斷補(bǔ)償水電磁閥SV4， 同時(shí)5KT2閉合， 通電延時(shí)繼電器3KT 通電，開(kāi)盤(pán)水電磁閥SV1通電動(dòng)作，通入開(kāi)盤(pán)水，打開(kāi)排渣口，3KT 延時(shí)時(shí)間20s，延時(shí)后3KT1斷開(kāi)，切斷電路。

根據(jù)分油質(zhì)量排渣是通過(guò)浮子開(kāi)關(guān)FZ1、FZ2執(zhí)行。 在正常密度下，F(xiàn)Z1保持閉合，F(xiàn)Z2保持開(kāi)啟。若FZ1的觸頭已經(jīng)斷開(kāi)，F(xiàn)Z2的觸頭卻沒(méi)有閉合， 此時(shí)時(shí)間繼電器2KT 即使延時(shí)時(shí)間到，2KT1閉合，2KA 也不能通電執(zhí)行排渣程序，因此FZ1、FZ2要設(shè)置機(jī)械互鎖。此外在進(jìn)行根據(jù)分油質(zhì)量排渣時(shí)，若正好也到了固定時(shí)間排渣，F(xiàn)Z1、FZ2設(shè)置機(jī)械互鎖，F(xiàn)Z2閉合，F(xiàn)Z1斷開(kāi)， 避免了2KT1和FZ2同時(shí)閉合造成短路。 分油機(jī)在進(jìn)行排渣是會(huì)有30s 的聲光報(bào)警，待報(bào)警結(jié)束需要手動(dòng)進(jìn)行復(fù)位，重新進(jìn)入分油程序。

5 結(jié)語(yǔ)

大連職業(yè)技術(shù)學(xué)院實(shí)訓(xùn)室分油機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分油機(jī)廠家提供的自動(dòng)控制方案比， 其控制程序簡(jiǎn)單，電氣元件故障率低，安全可靠性高，維修保養(yǎng)成本低。但是受限于分油機(jī)的年限久遠(yuǎn)，一些監(jiān)測(cè)性的改造尚未進(jìn)行，比如分油機(jī)的振動(dòng)測(cè)定、轉(zhuǎn)速測(cè)定。 分油機(jī)的檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)尚未完善，比如分油壓力、分油溫度、凈油和排水壓力也沒(méi)有測(cè)定且沒(méi)有關(guān)聯(lián)到系統(tǒng)控制之中。 在未來(lái)的研究中將進(jìn)一步完善該分油機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，將振動(dòng)、轉(zhuǎn)速作為分油機(jī)啟動(dòng)分油前準(zhǔn)備工作的限制條件， 將分油壓力、分油溫度、凈油壓力和排水壓力作為分油機(jī)運(yùn)行中停車(chē)的條件進(jìn)一步研究。