分油機自動控制優化設計分析*

吳廣燾

（大連職業技術學院，遼寧 大連 116037）

1 實訓室分油機自動控制意義及方法

分油機的自動控制對工業生產和對學校實踐教學有著重要意義， 在各個院校實訓室中分油機的自動控制所采取的解決方法有所不同。 本方案欲先明確分油機自動控制的意義，分析各種控制方法后再進行設計。

1.1 實訓室分油機自動控制的意義

現階段，在工業運營生產中，對分油機的控制仍存在手動控制和自動控制兩種方式， 與手動控制的分油機相比，自動控制的分油機大幅減少了技術人員的工作量，對技術人員的知識儲備要求降低， 分油機的運行穩定性也逐步提高，同時優化了分油質量。

另一方面， 近年來在中華人民共和國海事局對航海類院校實訓室場地設施建設征求意見稿中， 對分油機及其系統多次提出：“分油機要能夠實現自動控制”。 因此研究實訓室中分油機自動控制不僅是滿足現代職業教育工學結合的要求， 也是嚴格履行國家政策法規以及國際公約的表現。

1.2 實訓室分油機自動控制的方法

實訓室分油機的自動控制系統的來源主要有兩類。一類是來自分油機廠家配套的控制系統，這類自動控制系統操作界面先進，且與實際的工作場景相似，學生可以通過學習，完成分油機系統的操作，但其內部的程序不對用戶開放，學生在學習過程中難以將自動控制部分的實踐學習與理論學習結合起來； 另一類是學校自主研發的控制系統， 比如利用可編程邏輯控制器或者是單片機等進行編程，這類系統雖不是實際工業生產中所用，但卻利用學生熟悉的自動控制元件，揭開了分油機自動控制系統的神秘面紗。 可編程邏輯控制器和單片機畢竟是封裝控制元件，學生只能了解其涉及的電子電路， 程序一旦寫入以后，運行過程中仍不能看到自動控制系統內部的動作。

為追求良好的理論教學與實踐教學相結合的效果，在本分油機實訓室自動控制方案中， 采用電氣方式完成分油機的自動控制，將接觸器、時間繼電器、主令開關、電磁閥、浮子式開關等學生熟知的電氣元件運用到分油機自動控制系統中，加強學生對電氣自動控制知識的理解，增加運行過程的可視化，提高學生使用電氣設備元件的熟練程度。

2 實訓室分油機系統的問題

2.1 分油機系統管路問題

以大連職業技術學院實訓室為例，通過對該院實訓室現有分油機管路系統檢查發現：水封水閥、補償水閥、進油閥均為手動控制截止閥，關盤水閥為手動控制球閥。 現有分油機管路系統中，開啟水管路閑置，沒有與淡水壓力柜連接，由于分油機比較陳舊，其啟動、分油、排渣原始設計為手動操作，但由于開啟水管路閑置且沒有安裝相關閥件等，因此不能進行排渣。 進油管與出油管同時接到日用油柜，雖說現實訓中不分離重油，但進油管與出油管接到同一個油柜，難免會對學生產生誤導。

2.2 分油機電氣控制問題

大連職業技術學院實訓室中分油機的工作過程并沒有實現自動控制，僅僅在電機的啟動方面，在空氣開關的基礎上增加了接觸器、主令開關、電流表來實現分油機電機的啟動和對分油機轉速的檢測， 實際上由于電流表量程選用的不合理，導致電流表損壞，現已無法根據電流表來判斷分油機的轉速。 另外在分油機出水管路中設置的浮子開關閑置， 由于分油機系統中沒有任何電氣控制閥件，分析原分油機設置的浮子開關可能作為分油質量檢測報警所用，當分油質量下降浮子開關接通產生報警，需要工作人員手動進行排渣，但其沒接進電路，也無法發揮報警作用。

3 分油機自動控制系統與工作時序

只有明確分油機自動控制系統的工作過程以及任務，澄清分油機自動控制過程的時序，才能對分油機自動控制系統進行設計。

3.1 分油機自動控制系統

分油機的自動控制系統是指分油機啟動、分油和排渣過程的自動控制[1]。 在自動控制過程中，運用各種控制手段，通過控制分油機的水封水、補償水、密封水、開啟水、待分離的油等，確保分油機的啟動、分油、排渣時序準確，實現分油機在分油與排渣之間切換。

分油機自動控制系統要完成以下幾項工作：1） 分油前的準備工作。 在分油機電機啟動，分離筒達到一定轉速后，分離筒中首先要進入一定量的水封水，形成水封，確保進油后油水界面的形成，同時避免出水口、排渣口出現跑油，然后將待分離的油供進分離筒的中心[2]。 2）正常分油工作。 分離過程中，污泥和水聚集在分離筒的外圍。 經分離的干凈的油通過分離盤片從分離筒上端的出油口輸出， 分離出的水通過排渣口或出水口離開分離筒進入渣油柜。 3）排渣工作。 在經過設定間隔時間后，分油機進入排渣狀態，執行排渣程序。 4）進入下一個工作循環，分油機在排渣結束后， 應重新建立水封等進入下一個分油工作循環[3]。

3.2 分油機自動控制系統的工作時序

分油機的自動控制流程是根據其工作過程， 對分油機自動控制系統中的水封水、進油閥、關盤水閥、開啟水閥、補償水閥、置換水閥等進行時序控制[4]。 其控制流程如圖1 所示。1）分油前準備工作。 在分油機電機啟動達到固定轉速后，打開關盤水閥，進入關盤水，關閉分離筒，然后打開水封水閥建立水封。 2）分油工作。 打開補償水閥，關閉關盤水閥，將關盤水轉換為補償水，減少供水量，保持排渣口關閉；關閉水封水閥，停止供應水封水，打開進油閥，進入待分離的油。3）執行排渣程序。關閉進油閥，停止供油，打開置換水閥，使進入的置換水逐步驅離分離筒內的剩油，然后關閉補償水閥，打開開盤水閥，進開盤水，打開排渣口，進行排渣。

圖1 分油機自動控制時序圖

4 分油機自動控制系統設計

分油機自動控制系統設計要保證管路系統與電氣自動控制系統的匹配， 因此要完成實訓室中分油機自動控制的設計， 需要改進現有分油機管路系統進而設計分油機電氣自動控制系統[5]。

4.1 實訓室現有分油機管路系統改造

實訓室現有分油機管路系統需要進行以下改造[6]：1）必須將分油機各管路上的閥件更換為電磁閥， 增設開啟水電磁閥SV1，水封水電磁閥SV2，關盤水電磁閥VS3，補償水電磁閥VS4， 待分離油進口電磁閥VS5， 置換水電磁閥VS6。2）更換陳舊的浮子開關，采用可以實現互鎖的浮子開關，實現定時排渣和根據分油質量排渣。 3）將開啟水管路與淡水壓力柜連接，保證活動底盤能夠動作，打開排渣口進行排渣，非分離油的進油管連接至沉淀柜。 分油機系統改造圖如圖2 所示。

圖2 分油機系統改造圖

4.2 分油機電氣自動控制系統設計

根據分油機的工作流程以及實訓室中分油機系統的改造，分油機的電氣自動控制系統設計如圖3 所示。 其中SB1為手動啟動按鈕，SB2為手動停止按鈕。 當按下按鈕SB1后，1KT 通電延時繼電器、1KA 繼電器、2KT 通電延時繼電器通電。繼電器觸點1KA1、閉合，實現自鎖功能，1KA2閉合，4KT 通電，關盤水電磁閥SV3動作，開啟關盤水管路通水，分離筒關閉。4KT 延遲時間設置為10s，延時后，4KT2動作，關盤水電磁閥斷電，關盤水管路關閉，4KT1閉合打開水封水閥SV2，4KT3動作補償水電磁閥SV4打開。 時間繼電器1KT 設置延時20s， 待1KT 延時時間到，1KT1斷開，水封水電磁閥SV2斷電，水封水管路停止供水，4KT 斷電，4KT3斷開，但1KT3閉合，補償水電磁閥繼續通電維持補償水的供應，1KT2閉合，進油閥SV5開啟，分油機進入正常分油狀態。

固定時間排渣設定是通過時間繼電器2KT，設置延遲時間為4h，經過4h 延時后，分油機進入排渣程序，2KT1閉合，繼電器2KA 通電，其觸點2KA1閉合，置換水電磁閥SV6通電，通入置換水；同時2KA3斷開，進油閥SV5關閉，停止供油；與此同時，2KA2閉合，通電延時繼電器5KT 通電，設置延時時間10s，繼電器3KA 通電，3KA1閉合，產生排渣報警，經過5KT 的10s 延時后，5KT1斷開，切斷補償水電磁閥SV4， 同時5KT2閉合， 通電延時繼電器3KT 通電，開盤水電磁閥SV1通電動作，通入開盤水，打開排渣口，3KT 延時時間20s，延時后3KT1斷開，切斷電路。

根據分油質量排渣是通過浮子開關FZ1、FZ2執行。 在正常密度下，FZ1保持閉合，FZ2保持開啟。若FZ1的觸頭已經斷開，FZ2的觸頭卻沒有閉合， 此時時間繼電器2KT 即使延時時間到，2KT1閉合，2KA 也不能通電執行排渣程序，因此FZ1、FZ2要設置機械互鎖。此外在進行根據分油質量排渣時，若正好也到了固定時間排渣，FZ1、FZ2設置機械互鎖，FZ2閉合，FZ1斷開， 避免了2KT1和FZ2同時閉合造成短路。 分油機在進行排渣是會有30s 的聲光報警，待報警結束需要手動進行復位，重新進入分油程序。

5 結語

大連職業技術學院實訓室分油機自動控制系統的設計與分油機廠家提供的自動控制方案比， 其控制程序簡單，電氣元件故障率低，安全可靠性高，維修保養成本低。但是受限于分油機的年限久遠，一些監測性的改造尚未進行，比如分油機的振動測定、轉速測定。 分油機的檢測報警系統尚未完善，比如分油壓力、分油溫度、凈油和排水壓力也沒有測定且沒有關聯到系統控制之中。 在未來的研究中將進一步完善該分油機自動控制系統，將振動、轉速作為分油機啟動分油前準備工作的限制條件， 將分油壓力、分油溫度、凈油壓力和排水壓力作為分油機運行中停車的條件進一步研究。