基于PLC的海警艦艇分油機自動控制系統(tǒng)設(shè)計

胡 靜，朱 娜

（1.公安海警學(xué)院，浙江寧波 315801；2.中國艦船設(shè)計研究中心，武漢 430064）

0 引言

艦艇分油機是一種用于分離待分油中的機械雜質(zhì)和水分，從而獲得清潔油料的專用輔助設(shè)備。分油機運行狀況的好壞會直接影響供應(yīng)油料的質(zhì)量，進而影響到主輔機設(shè)備的運行，甚至還可能影響航行安全。艦艇分油機是一種重要的輔助設(shè)備，在艦艇油料質(zhì)量較差的情況下，可以通過分油機的工作獲得較為清潔的油料，確保艦艇燃油、滑油系統(tǒng)穩(wěn)定工作，保障艦艇的動力供給和航行安全[1-3]。

1 分油機的工作原理及系統(tǒng)控制要求

分油機的凈化原理與重力場的凈化原理類似，即將待分油置于分離筒中，利用在離心力場中，待分油中的各種密度不同的物質(zhì)所受到的不同離心力（密度大的物質(zhì)受力較大，密度小的物質(zhì)受力較小）來將其與凈油分離。未經(jīng)凈化分離的燃油和滑油由凈油、水分和機械雜質(zhì)組成，其密度各不相同，凈油密度小于水分密度，水分密度小于機械雜質(zhì)密度。在高速旋轉(zhuǎn)的分離筒中，機械雜質(zhì)受到的離心力將是其重力的成百上千倍。當(dāng)待分油經(jīng)過進油口進入分離筒后，分離筒在高速旋轉(zhuǎn)的工況下，凈油、水分和機械雜質(zhì)開始產(chǎn)生離心力，待分油會沿著離心力的方向發(fā)生分層。待分油中密度較大的機械雜質(zhì)和水分將被甩向轉(zhuǎn)鼓的最外圍；待分油中密度相對較小的凈油所受到的離心力較小，其將聚集于轉(zhuǎn)軸附近。隨著待分油源源不斷加入，上述分離過程不斷進行，分離盤不斷地進行分油動作，分離筒中的分離水由水泵從分離水管路排出，機械雜質(zhì)通過排渣口順序排出，而剩下的凈油將會從凈油出口管路流出，從而達到將待分油中的雜質(zhì)和水分與凈油分離的效果。

艦艇分油機自動控制系統(tǒng)可用于船舶燃油和滑油的凈化處理，控制單元的核心是可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它接收各種外部監(jiān)測輸入信號，信號經(jīng)程序處理后，可用于控制各類電磁閥的通斷、電機的啟停等。控制系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)示意圖

分油機工作時，需要注意以下幾點。

1）進行分離作業(yè)前，待分油通過手動開啟供油閥，確認有油料供應(yīng)后，按下啟動供油泵按鈕，使待分油進入分油機外部循環(huán)。

2）手動啟動加熱器，使加熱器動作，將待分油進行加熱處理，并保持恒溫。

3）對污油入口溫度傳感器、污油入口壓力傳感器和分油機轉(zhuǎn)速傳感器進行檢測，只有在滿足分離條件并且啟動分離程序后，待分油才通過污油入口電磁閥進入分油機，否則分油機將無法啟動。在分油過程中，檢測到待分油不滿足分油入口條件時，系統(tǒng)會發(fā)出聲光報警，并且停止分油機工作。輪機管理人員排除故障后，分油機方可繼續(xù)工作。

4）手動啟動時序控制電機，時序控制系統(tǒng)開始動作。此時，通過程序延時控制，依次控制各個電磁閥動作進行分油。分油、排渣、再分油的過程可自動循環(huán)。

5）工作水用于控制排渣口的開啟和關(guān)閉。在進行排渣程序之前將沖洗水注入分離筒中進行清洗和趕油，以減少待分油的損失。進行正常分離之前，需注入水封水，達到水封的作用，防止被分離油從出水管路流出。工作水、沖洗水和水封水來自高位水箱，由各自對應(yīng)的電磁閥控制。使用減壓閥使水壓保持在0.2 MPa～0.3 MPa，在控制器的作用下，系統(tǒng)用水可在不同的時刻進入分油機。

6）停止分離程序。手動停止分離程序時，會觸發(fā)一次全排渣，確保分油機轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的清潔。排渣結(jié)束后，如果不停止分油機電機，分油機處于準(zhǔn)備就緒狀態(tài)，此時可以按下時序控制電機的啟動按鈕，重新啟動分離程序。

7）分油機電機停止。出現(xiàn)緊急停機或者由于報警原因而導(dǎo)致分油機電機停止時，會觸發(fā)一次全排渣時序，將轉(zhuǎn)鼓內(nèi)雜質(zhì)等排空以保持分油機轉(zhuǎn)鼓的清潔。

8）溫度傳感器用于監(jiān)測待分油進口溫度是否在設(shè)定范圍內(nèi)，從而保證良好的分離效果，在低溫和高溫情況下，都會觸發(fā)溫度報警，并停止供油泵的供油，使分油機停機保護。在待分油進口安裝有壓力傳感器，用于檢測待分油入口壓力，壓力過低時，會中斷分離程序，使分油機停機保護。在凈油排出管路上安裝有壓力開關(guān)，監(jiān)測凈油輸出是否正常，在低壓和高壓情況下都會觸發(fā)綜合報警，并中斷分離程序，分油機停機。在工作水箱上安裝水位傳感器，當(dāng)水位過高時，會觸發(fā)報警，但不會中斷分離程序，分油機正常運行，但報警指示燈閃爍報警，蜂鳴器發(fā)出報警音，直至故障消除，手動復(fù)位；當(dāng)水位過低時，會中斷分離程序，使分油機停機保護。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計

進行軟件設(shè)計的前提是對整個控制系統(tǒng)進行流程分析，完成時序控制流程圖的繪制，再根據(jù)控制系統(tǒng)的控制要求及前期硬件系統(tǒng)的配置和I/O資源的分配，最終完成程序梯形圖的設(shè)計和編寫工作。

根據(jù)工作時序以及控制要求設(shè)計出了完整的具體時序控制流程圖，如圖2所示。

圖2 時序控制流程圖

3 系統(tǒng)調(diào)試

為了便于調(diào)試，利用組態(tài)王軟件設(shè)計了一套基于PLC的組態(tài)系統(tǒng)。組態(tài)王軟件具有易理解、操作簡單、功能擴展方便、開放性良好等特點，具備監(jiān)視和記錄功能，能與PLC進行良好的通訊，能快速進行故障排除。系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果如下。

1）報警示例：分油機工作時，凈油出口壓力過低。

當(dāng)分油機的凈油泵通過凈油管路輸出凈油時，凈油管路中的凈油出口壓力傳感器動作，實時檢測凈油出口壓力，當(dāng)壓力低于設(shè)定值0.1 MPa時，會觸發(fā)報警，發(fā)出聲光報警信號，凈油出口壓力報警燈變?yōu)榧t色報警狀態(tài)，同時，控制回路立即停止分油機工作，污油入口電磁閥停止待分油供應(yīng)，等待輪機管理人員排除故障。凈油出口壓力過低時，組態(tài)王界面如圖 3所示。

圖3 凈油出口壓力過低

2）停止程序：時序控制電機停止。

在停止時序控制時，會觸發(fā)一次全排渣，工作水電磁閥長時間通電使活動底盤落下，排渣口打開，沖洗水電磁閥動作進水沖洗，確保分離程序停止后分油機轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的清潔。同時，分油機處于待命狀態(tài)，隨時準(zhǔn)備重新進入下一次分離時序。監(jiān)控面板上時序控制電機狀態(tài)指示燈變?yōu)榧t色停止?fàn)顟B(tài)。指示分離程序已經(jīng)停止工作，此時的組態(tài)王界面如圖4所示。

利用組態(tài)王跟PLC進行聯(lián)機工作，結(jié)果表明：該PLC梯形圖能夠?qū)崿F(xiàn)控制系統(tǒng)的要求，達到監(jiān)控分油機正常運轉(zhuǎn)、控制分油及故障報警的目的。

圖4 停止時序控制

4 結(jié)束語

未來海警艦艇在執(zhí)行高強度航行任務(wù)時，使用分油機自動控制系統(tǒng)可有效提升分油機的使用和控制效率。艦艇分油機自動控制系統(tǒng)既有助于凈化油料質(zhì)量，也利于艦艇機電部門人員監(jiān)控和管理分油機系統(tǒng)，從而達到經(jīng)濟、省時、省力的目的。該分油機自動控制系統(tǒng)具有很強的現(xiàn)實意義和實用價值。