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)自動控制意義及方法

分油機(jī)的自動控制對工業(yè)生產(chǎn)和對學(xué)校實(shí)踐教學(xué)有著重要意義， 在各個院校實(shí)訓(xùn)室中分油機(jī)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(jī)自動控制的意義，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)自動控制的意義

現(xiàn)階段，在工業(yè)運(yùn)營生產(chǎn)中，對分油機(jī)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(jī)相比，自動控制的分油機(jī)大幅減少了技術(shù)人員的工作量，對技術(shù)人員的知識儲備要求降低， 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， 近年來在中華人民共和國海事局對航海類院校實(shí)訓(xùn)室場地設(shè)施建設(shè)征求意見稿中， 對分油機(jī)及其系統(tǒng)多次提出：“分油機(jī)要能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制”。 因此研究實(shí)訓(xùn)室中分油機(jī)自動控制不僅是滿足現(xiàn)代職業(yè)教育工學(xué)結(jié)合的要求， 也是嚴(yán)格履行國家政策法規(guī)以及國際公約的表現(xiàn)。

1.2 實(shí)訓(xùn)室分油機(jī)自動控制的方法

實(shí)訓(xùn)室分油機(jī)的自動控制系統(tǒng)的來源主要有兩類。一類是來自分油機(jī)廠家配套的控制系統(tǒng)，這類自動控制系統(tǒng)操作界面先進(jìn)，且與實(shí)際的工作場景相似，學(xué)生可以通過學(xué)習(xí)，完成分油機(jī)系統(tǒng)的操作，但其內(nèi)部的程序不對用戶開放，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中難以將自動控制部分的實(shí)踐學(xué)習(xí)與理論學(xué)習(xí)結(jié)合起來； 另一類是學(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)生熟悉的自動控制元件，揭開了分油機(jī)自動控制系統(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， 程序一旦寫入以后，運(yùn)行過程中仍不能看到自動控制系統(tǒng)內(nèi)部的動作。

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)室自動控制方案中， 采用電氣方式完成分油機(jī)的自動控制，將接觸器、時(shí)間繼電器、主令開關(guān)、電磁閥、浮子式開關(guān)等學(xué)生熟知的電氣元件運(yùn)用到分油機(jī)自動控制系統(tǒng)中，加強(qiáng)學(xué)生對電氣自動控制知識的理解，增加運(yùn)行過程的可視化，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)的問題

2.1 分油機(jī)系統(tǒng)管路問題

以大連職業(yè)技術(shù)學(xué)院實(shí)訓(xùn)室為例，通過對該院實(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)油閥均為手動控制截止閥，關(guān)盤水閥為手動控制球閥。 現(xiàn)有分油機(jī)管路系統(tǒng)中，開啟水管路閑置，沒有與淡水壓力柜連接，由于分油機(jī)比較陳舊，其啟動、分油、排渣原始設(shè)計(jì)為手動操作，但由于開啟水管路閑置且沒有安裝相關(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油柜，難免會對學(xué)生產(chǎn)生誤導(dǎo)。

2.2 分油機(jī)電氣控制問題

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

3 分油機(jī)自動控制系統(tǒng)與工作時(shí)序

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

3.1 分油機(jī)自動控制系統(tǒng)

分油機(jī)的自動控制系統(tǒng)是指分油機(jī)啟動、分油和排渣過程的自動控制[1]。 在自動控制過程中，運(yùn)用各種控制手段，通過控制分油機(jī)的水封水、補(bǔ)償水、密封水、開啟水、待分離的油等，確保分油機(jī)的啟動、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，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(jìn)入渣油柜。 3）排渣工作。 在經(jīng)過設(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)入下一個分油工作循環(huán)[3]。

3.2 分油機(jī)自動控制系統(tǒng)的工作時(shí)序

分油機(jī)的自動控制流程是根據(jù)其工作過程， 對分油機(jī)自動控制系統(tǒng)中的水封水、進(jìn)油閥、關(guān)盤水閥、開啟水閥、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)啟動達(dá)到固定轉(zhuǎn)速后，打開關(guān)盤水閥，進(jìn)入關(guān)盤水，關(guān)閉分離筒，然后打開水封水閥建立水封。 2）分油工作。 打開補(bǔ)償水閥，關(guān)閉關(guān)盤水閥，將關(guān)盤水轉(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，打開開盤水閥，進(jìn)開盤水，打開排渣口，進(jìn)行排渣。

圖1 分油機(jī)自動控制時(shí)序圖

4 分油機(jī)自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

分油機(jī)自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要保證管路系統(tǒng)與電氣自動控制系統(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)開啟水電磁閥SV1，水封水電磁閥SV2，關(guān)盤水電磁閥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）更換陳舊的浮子開關(guān)，采用可以實(shí)現(xiàn)互鎖的浮子開關(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(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)的電氣自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖3 所示。 其中SB1為手動啟動按鈕，SB2為手動停止按鈕。 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)盤水電磁閥SV3動作，開啟關(guān)盤水管路通水，分離筒關(guān)閉。4KT 延遲時(shí)間設(shè)置為10s，延時(shí)后，4KT2動作，關(guān)盤水電磁閥斷電，關(guān)盤水管路關(guān)閉，4KT1閉合打開水封水閥SV2，4KT3動作補(bǔ)償水電磁閥SV4打開。 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，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(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)定是通過時(shí)間繼電器2KT，設(shè)置延遲時(shí)間為4h，經(jīng)過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，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5KT 的10s 延時(shí)后，5KT1斷開，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，開盤水電磁閥SV1通電動作，通入開盤水，打開排渣口，3KT 延時(shí)時(shí)間20s，延時(shí)后3KT1斷開，切斷電路。

根據(jù)分油質(zhì)量排渣是通過浮子開關(guān)FZ1、FZ2執(zhí)行。 在正常密度下，F(xiàn)Z1保持閉合，F(xiàn)Z2保持開啟。若FZ1的觸頭已經(jīng)斷開，F(xiàn)Z2的觸頭卻沒有閉合， 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， 避免了2KT1和FZ2同時(shí)閉合造成短路。 分油機(jī)在進(jìn)行排渣是會有30s 的聲光報(bào)警，待報(bào)警結(jié)束需要手動進(jìn)行復(fù)位，重新進(jìn)入分油程序。

5 結(jié)語

大連職業(yè)技術(shù)學(xué)院實(shí)訓(xùn)室分油機(jī)自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分油機(jī)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(yǎng)成本低。但是受限于分油機(jī)的年限久遠(yuǎn)，一些監(jiān)測性的改造尚未進(jìn)行，比如分油機(jī)的振動測定、轉(zhuǎn)速測定。 分油機(jī)的檢測報(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有測定且沒有關(guān)聯(lián)到系統(tǒng)控制之中。 在未來的研究中將進(jìn)一步完善該分油機(jī)自動控制系統(tǒng)，將振動、轉(zhuǎn)速作為分油機(jī)啟動分油前準(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)行中停車的條件進(jìn)一步研究。