分油机自动控制优化设计分析*

吴广焘

（大连职业技术学院，辽宁 大连 116037）

1 实训室分油机自动控制意义及方法

分油机的自动控制对工业生产和对学校实践教学有着重要意义， 在各个院校实训室中分油机的自动控制所采取的解决方法有所不同。 本方案欲先明确分油机自动控制的意义，分析各种控制方法后再进行设计。

1.1 实训室分油机自动控制的意义

现阶段，在工业运营生产中，对分油机的控制仍存在手动控制和自动控制两种方式， 与手动控制的分油机相比，自动控制的分油机大幅减少了技术人员的工作量，对技术人员的知识储备要求降低， 分油机的运行稳定性也逐步提高，同时优化了分油质量。

另一方面， 近年来在中华人民共和国海事局对航海类院校实训室场地设施建设征求意见稿中， 对分油机及其系统多次提出：“分油机要能够实现自动控制”。 因此研究实训室中分油机自动控制不仅是满足现代职业教育工学结合的要求， 也是严格履行国家政策法规以及国际公约的表现。

1.2 实训室分油机自动控制的方法

实训室分油机的自动控制系统的来源主要有两类。一类是来自分油机厂家配套的控制系统，这类自动控制系统操作界面先进，且与实际的工作场景相似，学生可以通过学习，完成分油机系统的操作，但其内部的程序不对用户开放，学生在学习过程中难以将自动控制部分的实践学习与理论学习结合起来； 另一类是学校自主研发的控制系统， 比如利用可编程逻辑控制器或者是单片机等进行编程，这类系统虽不是实际工业生产中所用，但却利用学生熟悉的自动控制元件，揭开了分油机自动控制系统的神秘面纱。 可编程逻辑控制器和单片机毕竟是封装控制元件，学生只能了解其涉及的电子电路， 程序一旦写入以后，运行过程中仍不能看到自动控制系统内部的动作。

为追求良好的理论教学与实践教学相结合的效果，在本分油机实训室自动控制方案中， 采用电气方式完成分油机的自动控制，将接触器、时间继电器、主令开关、电磁阀、浮子式开关等学生熟知的电气元件运用到分油机自动控制系统中，加强学生对电气自动控制知识的理解，增加运行过程的可视化，提高学生使用电气设备元件的熟练程度。

2 实训室分油机系统的问题

2.1 分油机系统管路问题

以大连职业技术学院实训室为例，通过对该院实训室现有分油机管路系统检查发现：水封水阀、补偿水阀、进油阀均为手动控制截止阀，关盘水阀为手动控制球阀。 现有分油机管路系统中，开启水管路闲置，没有与淡水压力柜连接，由于分油机比较陈旧，其启动、分油、排渣原始设计为手动操作，但由于开启水管路闲置且没有安装相关阀件等，因此不能进行排渣。 进油管与出油管同时接到日用油柜，虽说现实训中不分离重油，但进油管与出油管接到同一个油柜，难免会对学生产生误导。

2.2 分油机电气控制问题

大连职业技术学院实训室中分油机的工作过程并没有实现自动控制，仅仅在电机的启动方面，在空气开关的基础上增加了接触器、主令开关、电流表来实现分油机电机的启动和对分油机转速的检测， 实际上由于电流表量程选用的不合理，导致电流表损坏，现已无法根据电流表来判断分油机的转速。 另外在分油机出水管路中设置的浮子开关闲置， 由于分油机系统中没有任何电气控制阀件，分析原分油机设置的浮子开关可能作为分油质量检测报警所用，当分油质量下降浮子开关接通产生报警，需要工作人员手动进行排渣，但其没接进电路，也无法发挥报警作用。

3 分油机自动控制系统与工作时序

只有明确分油机自动控制系统的工作过程以及任务，澄清分油机自动控制过程的时序，才能对分油机自动控制系统进行设计。

3.1 分油机自动控制系统

分油机的自动控制系统是指分油机启动、分油和排渣过程的自动控制[1]。 在自动控制过程中，运用各种控制手段，通过控制分油机的水封水、补偿水、密封水、开启水、待分离的油等，确保分油机的启动、分油、排渣时序准确，实现分油机在分油与排渣之间切换。

分油机自动控制系统要完成以下几项工作：1） 分油前的准备工作。 在分油机电机启动，分离筒达到一定转速后，分离筒中首先要进入一定量的水封水，形成水封，确保进油后油水界面的形成，同时避免出水口、排渣口出现跑油，然后将待分离的油供进分离筒的中心[2]。 2）正常分油工作。 分离过程中，污泥和水聚集在分离筒的外围。 经分离的干净的油通过分离盘片从分离筒上端的出油口输出， 分离出的水通过排渣口或出水口离开分离筒进入渣油柜。 3）排渣工作。 在经过设定间隔时间后，分油机进入排渣状态，执行排渣程序。 4）进入下一个工作循环，分油机在排渣结束后， 应重新建立水封等进入下一个分油工作循环[3]。

3.2 分油机自动控制系统的工作时序

分油机的自动控制流程是根据其工作过程， 对分油机自动控制系统中的水封水、进油阀、关盘水阀、开启水阀、补偿水阀、置换水阀等进行时序控制[4]。 其控制流程如图1 所示。1）分油前准备工作。 在分油机电机启动达到固定转速后，打开关盘水阀，进入关盘水，关闭分离筒，然后打开水封水阀建立水封。 2）分油工作。 打开补偿水阀，关闭关盘水阀，将关盘水转换为补偿水，减少供水量，保持排渣口关闭；关闭水封水阀，停止供应水封水，打开进油阀，进入待分离的油。3）执行排渣程序。关闭进油阀，停止供油，打开置换水阀，使进入的置换水逐步驱离分离筒内的剩油，然后关闭补偿水阀，打开开盘水阀，进开盘水，打开排渣口，进行排渣。

图1 分油机自动控制时序图

4 分油机自动控制系统设计

分油机自动控制系统设计要保证管路系统与电气自动控制系统的匹配， 因此要完成实训室中分油机自动控制的设计， 需要改进现有分油机管路系统进而设计分油机电气自动控制系统[5]。

4.1 实训室现有分油机管路系统改造

实训室现有分油机管路系统需要进行以下改造[6]：1）必须将分油机各管路上的阀件更换为电磁阀， 增设开启水电磁阀SV1，水封水电磁阀SV2，关盘水电磁阀VS3，补偿水电磁阀VS4， 待分离油进口电磁阀VS5， 置换水电磁阀VS6。2）更换陈旧的浮子开关，采用可以实现互锁的浮子开关，实现定时排渣和根据分油质量排渣。 3）将开启水管路与淡水压力柜连接，保证活动底盘能够动作，打开排渣口进行排渣，非分离油的进油管连接至沉淀柜。 分油机系统改造图如图2 所示。

图2 分油机系统改造图

4.2 分油机电气自动控制系统设计

根据分油机的工作流程以及实训室中分油机系统的改造，分油机的电气自动控制系统设计如图3 所示。 其中SB1为手动启动按钮，SB2为手动停止按钮。 当按下按钮SB1后，1KT 通电延时继电器、1KA 继电器、2KT 通电延时继电器通电。继电器触点1KA1、闭合，实现自锁功能，1KA2闭合，4KT 通电，关盘水电磁阀SV3动作，开启关盘水管路通水，分离筒关闭。4KT 延迟时间设置为10s，延时后，4KT2动作，关盘水电磁阀断电，关盘水管路关闭，4KT1闭合打开水封水阀SV2，4KT3动作补偿水电磁阀SV4打开。 时间继电器1KT 设置延时20s， 待1KT 延时时间到，1KT1断开，水封水电磁阀SV2断电，水封水管路停止供水，4KT 断电，4KT3断开，但1KT3闭合，补偿水电磁阀继续通电维持补偿水的供应，1KT2闭合，进油阀SV5开启，分油机进入正常分油状态。

固定时间排渣设定是通过时间继电器2KT，设置延迟时间为4h，经过4h 延时后，分油机进入排渣程序，2KT1闭合，继电器2KA 通电，其触点2KA1闭合，置换水电磁阀SV6通电，通入置换水；同时2KA3断开，进油阀SV5关闭，停止供油；与此同时，2KA2闭合，通电延时继电器5KT 通电，设置延时时间10s，继电器3KA 通电，3KA1闭合，产生排渣报警，经过5KT 的10s 延时后，5KT1断开，切断补偿水电磁阀SV4， 同时5KT2闭合， 通电延时继电器3KT 通电，开盘水电磁阀SV1通电动作，通入开盘水，打开排渣口，3KT 延时时间20s，延时后3KT1断开，切断电路。

根据分油质量排渣是通过浮子开关FZ1、FZ2执行。 在正常密度下，FZ1保持闭合，FZ2保持开启。若FZ1的触头已经断开，FZ2的触头却没有闭合， 此时时间继电器2KT 即使延时时间到，2KT1闭合，2KA 也不能通电执行排渣程序，因此FZ1、FZ2要设置机械互锁。此外在进行根据分油质量排渣时，若正好也到了固定时间排渣，FZ1、FZ2设置机械互锁，FZ2闭合，FZ1断开， 避免了2KT1和FZ2同时闭合造成短路。 分油机在进行排渣是会有30s 的声光报警，待报警结束需要手动进行复位，重新进入分油程序。

5 结语

大连职业技术学院实训室分油机自动控制系统的设计与分油机厂家提供的自动控制方案比， 其控制程序简单，电气元件故障率低，安全可靠性高，维修保养成本低。但是受限于分油机的年限久远，一些监测性的改造尚未进行，比如分油机的振动测定、转速测定。 分油机的检测报警系统尚未完善，比如分油压力、分油温度、净油和排水压力也没有测定且没有关联到系统控制之中。 在未来的研究中将进一步完善该分油机自动控制系统，将振动、转速作为分油机启动分油前准备工作的限制条件， 将分油压力、分油温度、净油压力和排水压力作为分油机运行中停车的条件进一步研究。