基于PLC的海警舰艇分油机自动控制系统设计

胡 静，朱 娜

（1.公安海警学院，浙江宁波 315801；2.中国舰船设计研究中心，武汉 430064）

0 引言

舰艇分油机是一种用于分离待分油中的机械杂质和水分，从而获得清洁油料的专用辅助设备。分油机运行状况的好坏会直接影响供应油料的质量，进而影响到主辅机设备的运行，甚至还可能影响航行安全。舰艇分油机是一种重要的辅助设备，在舰艇油料质量较差的情况下，可以通过分油机的工作获得较为清洁的油料，确保舰艇燃油、滑油系统稳定工作，保障舰艇的动力供给和航行安全[1-3]。

1 分油机的工作原理及系统控制要求

分油机的净化原理与重力场的净化原理类似，即将待分油置于分离筒中，利用在离心力场中，待分油中的各种密度不同的物质所受到的不同离心力（密度大的物质受力较大，密度小的物质受力较小）来将其与净油分离。未经净化分离的燃油和滑油由净油、水分和机械杂质组成，其密度各不相同，净油密度小于水分密度，水分密度小于机械杂质密度。在高速旋转的分离筒中，机械杂质受到的离心力将是其重力的成百上千倍。当待分油经过进油口进入分离筒后，分离筒在高速旋转的工况下，净油、水分和机械杂质开始产生离心力，待分油会沿着离心力的方向发生分层。待分油中密度较大的机械杂质和水分将被甩向转鼓的最外围；待分油中密度相对较小的净油所受到的离心力较小，其将聚集于转轴附近。随着待分油源源不断加入，上述分离过程不断进行，分离盘不断地进行分油动作，分离筒中的分离水由水泵从分离水管路排出，机械杂质通过排渣口顺序排出，而剩下的净油将会从净油出口管路流出，从而达到将待分油中的杂质和水分与净油分离的效果。

舰艇分油机自动控制系统可用于船舶燃油和滑油的净化处理，控制单元的核心是可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它接收各种外部监测输入信号，信号经程序处理后，可用于控制各类电磁阀的通断、电机的启停等。控制系统示意图如图1所示。

图1 控制系统示意图

分油机工作时，需要注意以下几点。

1）进行分离作业前，待分油通过手动开启供油阀，确认有油料供应后，按下启动供油泵按钮，使待分油进入分油机外部循环。

2）手动启动加热器，使加热器动作，将待分油进行加热处理，并保持恒温。

3）对污油入口温度传感器、污油入口压力传感器和分油机转速传感器进行检测，只有在满足分离条件并且启动分离程序后，待分油才通过污油入口电磁阀进入分油机，否则分油机将无法启动。在分油过程中，检测到待分油不满足分油入口条件时，系统会发出声光报警，并且停止分油机工作。轮机管理人员排除故障后，分油机方可继续工作。

4）手动启动时序控制电机，时序控制系统开始动作。此时，通过程序延时控制，依次控制各个电磁阀动作进行分油。分油、排渣、再分油的过程可自动循环。

5）工作水用于控制排渣口的开启和关闭。在进行排渣程序之前将冲洗水注入分离筒中进行清洗和赶油，以减少待分油的损失。进行正常分离之前，需注入水封水，达到水封的作用，防止被分离油从出水管路流出。工作水、冲洗水和水封水来自高位水箱，由各自对应的电磁阀控制。使用减压阀使水压保持在0.2 MPa～0.3 MPa，在控制器的作用下，系统用水可在不同的时刻进入分油机。

6）停止分离程序。手动停止分离程序时，会触发一次全排渣，确保分油机转鼓内的清洁。排渣结束后，如果不停止分油机电机，分油机处于准备就绪状态，此时可以按下时序控制电机的启动按钮，重新启动分离程序。

7）分油机电机停止。出现紧急停机或者由于报警原因而导致分油机电机停止时，会触发一次全排渣时序，将转鼓内杂质等排空以保持分油机转鼓的清洁。

8）温度传感器用于监测待分油进口温度是否在设定范围内，从而保证良好的分离效果，在低温和高温情况下，都会触发温度报警，并停止供油泵的供油，使分油机停机保护。在待分油进口安装有压力传感器，用于检测待分油入口压力，压力过低时，会中断分离程序，使分油机停机保护。在净油排出管路上安装有压力开关，监测净油输出是否正常，在低压和高压情况下都会触发综合报警，并中断分离程序，分油机停机。在工作水箱上安装水位传感器，当水位过高时，会触发报警，但不会中断分离程序，分油机正常运行，但报警指示灯闪烁报警，蜂鸣器发出报警音，直至故障消除，手动复位；当水位过低时，会中断分离程序，使分油机停机保护。

2 控制系统设计

进行软件设计的前提是对整个控制系统进行流程分析，完成时序控制流程图的绘制，再根据控制系统的控制要求及前期硬件系统的配置和I/O资源的分配，最终完成程序梯形图的设计和编写工作。

根据工作时序以及控制要求设计出了完整的具体时序控制流程图，如图2所示。

图2 时序控制流程图

3 系统调试

为了便于调试，利用组态王软件设计了一套基于PLC的组态系统。组态王软件具有易理解、操作简单、功能扩展方便、开放性良好等特点，具备监视和记录功能，能与PLC进行良好的通讯，能快速进行故障排除。系统调试结果如下。

1）报警示例：分油机工作时，净油出口压力过低。

当分油机的净油泵通过净油管路输出净油时，净油管路中的净油出口压力传感器动作，实时检测净油出口压力，当压力低于设定值0.1 MPa时，会触发报警，发出声光报警信号，净油出口压力报警灯变为红色报警状态，同时，控制回路立即停止分油机工作，污油入口电磁阀停止待分油供应，等待轮机管理人员排除故障。净油出口压力过低时，组态王界面如图 3所示。

图3 净油出口压力过低

2）停止程序：时序控制电机停止。

在停止时序控制时，会触发一次全排渣，工作水电磁阀长时间通电使活动底盘落下，排渣口打开，冲洗水电磁阀动作进水冲洗，确保分离程序停止后分油机转鼓内的清洁。同时，分油机处于待命状态，随时准备重新进入下一次分离时序。监控面板上时序控制电机状态指示灯变为红色停止状态。指示分离程序已经停止工作，此时的组态王界面如图4所示。

利用组态王跟PLC进行联机工作，结果表明：该PLC梯形图能够实现控制系统的要求，达到监控分油机正常运转、控制分油及故障报警的目的。

图4 停止时序控制

4 结束语

未来海警舰艇在执行高强度航行任务时，使用分油机自动控制系统可有效提升分油机的使用和控制效率。舰艇分油机自动控制系统既有助于净化油料质量，也利于舰艇机电部门人员监控和管理分油机系统，从而达到经济、省时、省力的目的。该分油机自动控制系统具有很强的现实意义和实用价值。