船舶分油機控制模塊研究
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【摘要】分油機是海洋船舶機艙中不可缺少的設備之一，它對潤滑油和燃油的凈化起著非常重要的作用。本文通過分析分油機的工作原理，從提高分油效率和延長分油機的使用壽命出發，比較了各類型分油機的優點和缺點，提出了s型分油機是綜合考慮高效率、經濟性和適用性能的分油機。同時，針對該分油機的特點，提出了在控制方面可以改進的控制模塊，為船舶自動化、智能化打下了較好的基礎。
【關鍵詞】分油機 分油效率 控制模塊
1引言
分油機是遠洋或沿海船舶必備的輔助機械設備之一，也是船舶主柴油機和輔柴油發電機燃油系統和滑油系統的組成部分。一般的貨運船舶配備四臺分油機，其中兩臺為燃油分油機;另外兩臺為滑油分油機。正常工作期間，燃油分油機一臺工作，一臺備用;滑油分油機也是一臺工作，一臺備用。燃油分油機與滑油分油機都是同一廠家同一型號分油機，只是分工不同，燃油分油機接燃油管理系統;滑油分油機接滑油管路系統。
一般燃燒輕柴油的船舶都不配備分油機，原因在于完全以輕柴油為燃料的船舶往往都是柴油機功率小、用途簡單的微小型船舶，其滑油消耗量也較小，所以無須配備分油機。燃燒重油的船舶主機功率較大，消耗滑油也較多，所以配備燃油與滑油分油機。
2分油機的工作原理與特點分析
分油機并不是一個獨立的機械設備，一般由交流電動機驅動，交流電動機轉動驅動分離盤轉軸轉動，依靠離心力分離燃油或滑油中的水分與雜質。燃油與滑油進入分油機之前要先經過沉淀、排水等物理過程去除主要的水與雜質，然后在進入分油機之前通過加熱吸收熱量以提高油的流動性。所以分油機系統實際上包含了電動機驅動系統與加熱裝置。
分油機的發展經歷了三代。第一代是機械式分油機，包括分水機與分雜機;第二代是FOPX型自動分油機;第三代是s型分油機。第一代的產品也稱為手動分油機，沒有自動控制的環節。當待分油進入分油機開始分油后，人為觀察分水機儲水口的液面或者分雜機固體雜質的多少，當發現分水機或分雜機中分出的水分或雜質足夠多時，停止待分油進入分油機，同時分油機運行，進行人工排水與排渣的操作。在把分水機中分出的水分與分雜機中分出的固體雜志排空之后，還要拆除分油機的分離盤進行手動清洗，再安裝完成后進行新的一輪分油操作。很顯然，這種最初的第一代產品在工作工程中需要輪機員一直參與工作，是非常不方便的。當然，優點在于通過人工的定期清洗分油機可以延長分油機的使用壽命，保持良好的分油效果。
隨著科學技術的發展和自動化程度的提高，分油機也進入了單片機控制的自動分油機時代。所以第二代的FOPX型自動分油機就是在這種背景下產生的。它的主要功能就是實現了分水和分雜的分油一體化;分油過程中的排水與排渣都是自動進行，并不會中斷正常的分油過程;所有的工作都是按照時序由計算機執行完成的，不需要人工進行現場的監測與參與。FOPX型分油機的典型特點是部分排渣，排渣期間不中斷進待分油，且每次排渣時排渣口打開時間很短，這一切都是自動控制完成的。該分油機的核心裝置是WT200型水分傳感器和8031單片機，統稱為EPC-400。結構上，FOPX型分油機有兩根進水管：一是正常分油期間管P2斷續供水補償水分的流失，稱為補償水，此時管P1是斷水的;二是排渣時兩根管P1和P2同時連續進水，目的是為了頂開排渣口，稱為開啟水或操作水。排渣結束后排渣口因重力作用關閉，管P2連續供水密封分油機，此時管P1斷水，稱為密封水。控制分油機進補償水的電磁閥是MVl6，管P2的斷續供水由電磁閥斷續通電進行控制。當然，管P2連續進密封水是電磁閥連續通電控制?？刂崎_啟水來排渣的電磁閥是MV15，通電打開3s進開啟水為打開排渣口做準備。在正常分油時為排出待分油分出的水用排水電磁閥MV5通電打開約20s實現。同時，當待分油含水量過少時，電磁閥MV10通電打開，向分油機內注入置換水以防止排水時將油排出。
FOPX型分油機的自動控制過程包含：（1）假設待分油含水量極少，達上限時間63min之后凈油含水量仍達不到觸發值，此時電磁閥MVl0先通電進置換水，然后排渣一次;（2）假設待分油含水量正常，在大于10min小于63min時間區間內時凈油含水量達到了觸發值，這種情況就正常排渣;（3）假設待分油含水量稍多，在下限時間10min之內凈油含水量就達到觸發值，排水電磁閥MV5先打開20s排水一次，再等待上限時間63min之內凈油含水量達到觸發值后的第一次排渣，也就是說即排一次水后凈油含水量下降到正常范圍了;（4）假設待分油含水量太多，下限時間10min之內凈油含水量達到觸發值，排水電磁閥MV5先打開20s排水一次后，但仍在10min之內凈油含水量又達到觸發值（還沒有達到規定的大于10min小于63min時間區間內的排渣），那么先關閉排水閥進行第一次排渣，如果沒有效果且時間仍然在下限時間10min之內，則再關閉排水閥進行第二次排渣，時間在下限時間10min之內還沒有效果進行第三次排渣，再沒有效果就停止待分油進分油機，并報警。
S型分油機是由FOPX型分油機改進而來。FOPX型分油機的特點是邊排渣邊進待分油，表面上看分油效率較高，實際上這種邊分油邊排渣的分油機很難做到兩者兼顧，即分油也不是那么干凈，排渣也不是那么徹底。手動操作分油機雖然效率低下，但是分油一段時間后停止分油專門排渣可以有效地把渣排干凈，而且排渣過程中不進行分油操作最大的優點是排渣分油分開進行不會相互影響。所以，在這種背景下，出現了能夠把手動操作分油機和FOPX型分油機的優點相結合的s型分油機。
S型分油機設定一個時間，該時間段內一直分油，設定時間到就排渣。s型分油機排渣時，先停止分油，再集中排渣。結構上也是采用單片機形式，控制器為EPC-50，水分傳感器為MT50，相比較FOPX型分油機，S型分油機更先進，同時也多了友好的操作界面。s型分油機在結構上與FOPX型分油機有兩處不同。一是s型分油機置換水從專用的置換水水管DI口進入，它的置換水進口與待分油進口不同，但管路是同一根，而FOPX型分油機則是兩根完全不同的管路。FOPX型分油機的置換水是待分油含水量過少，防止排渣時誤將油排出去，才加置換水。s型分油機置換水也叫沖洗水，作用是用置換水將分離筒內的油全部擠出干凈后，再停止分油進行徹底排渣，以使下次分油凈筒起動，同時還可以做到無油停機。二是工作水管路的不同。s型分油機正常分油時管P2斷續供水，管P1斷水，管P2斷續進的水起補償作用，叫補償水。與FOPX型分油機不同的是管P1、P2是同一根管路，只不過由不同的電磁閥控制。s型分油機氣動控制閥組SVl控制待分油控制閥V1;SV4控制待凈油出口閥V4;SV5控制排水出口閥V5。 不管是S型分油機還是FOPX型分油機，補償水、開啟水或操作水、密封水統稱為工作水。SV10電磁閥控制的置換水在FOPX型分油機中是解決分油機中含水量過少的問題;在s型分油機中既叫沖洗水，又叫調節水，為了排渣進的置換水叫沖洗水，在分油機校準啟動程序中計算置換水量時又稱為調節水。
s型分油機的控制過程包括：設定時間內水分含量監測大于100pF，先排水一次，如果監測值低于70pF，繼續分油;如果在分油設定時間內水分含量監測仍大于70pF，繼續排水，最多可以排5次水。設定時間內排5次水后仍大于70pF，先排一次渣（盡管沒到排渣時間），排完渣后再監測水分，如果仍大于70pF，再排水，仍然可以再排5次水，然后停止程序報警。
3分油機的控制環節分析
s型分油機和FOPX型分油機兩種分油機都是時序控制，但是里面都有Pl控制器，主要是油在進入分油機前要加熱，加熱溫度的控制是由PI控制器來實現的。除此之外，分油機的控制在以下兩個方面可以做些改進和改造。
3.1 S型分油機置換水流量控制
s型分油機在修理或拆卸之后，每次啟動之前要進行校準，其中置換水量的設置比較復雜。假設密封時間Ti58、排渣口打開時間Ti56、工作水排水時間Ti57、進置換水時間Ti63（即對應的置換水流量），所有的時間總和即為Ti59。Ti59的最大值為170s，這個計算過程是通過進置換水完成的，該過程不進油、不分油。在170s內沒有壓力響應，說明有泄漏或無水進入，發出警報。如果有壓力，則控制系統會根據壓力建立的時間自動計算出置換水流量以及進置換水的時間Ti63，該時間應小于120s。要注意的是：進行這部分程序前，單片機會先預設一個Ti63的值，以便這部分程序能夠運行。這部分程序運行結束后會有一個新的準確的Ti63的值替換預設的用于啟動這部分程序的Ti63值。這部分程序運行結束之后等于校準了置換水量，后面就跟“不校準啟動”一樣了，這部分程序叫校準程序。
實際上，這部分控制可以改進，可以有效避免每次修理或拆解后都要進行繁瑣的校準啟動。首先，出廠設置有固定的置換水進水時間以及換算出來的置換水量;其次，以該置換水量作為給定值設計一個閉環的負反饋系統，即在每次試分油之前進行置換水量的定值控制;然后開始試分油與正式分油過程。
3.2 S型分油機密封、補償水控制
s型分油機進補償、密封水的管P1、P2是同一根管路，只不過由不同的電磁閥控制。雖然從結構上與FOPX型分油機相比較節省了一根管路，但是，從分油機的工作過程和原理上分析可以做一些改進。既然采用同一根管路P1、P2，而且進的都是同樣的介質水，那么就可以省掉一個電磁閥，即只采用一個電磁閥。通過控制電磁閥的通電或斷電來控制電磁閥的開或關。同時，在電磁閥保持通電時，還可以通過控制電磁閥的通電電流的大小與持續時間來控制電磁閥的開度，最終達到控制管路中水的流量的目的。其中，如果采用PWM技術來控制電磁閥的電流，可以較好地解決管路斷續進水、連續進水與不進水的問題。
以上兩個控制環節從技術上是完全可以實現的，雖然略微增加了結構上的復雜，但是從工作和管理的角度節約了大量的勞動力。
4總結
本文結合各種類型分油機的工作原理進行了特性分析，找出了不同分油機的優缺點，同時在分油機的控制技術方面做了探討，為分油機技術的進步和船舶智能化提供了較好的依據。
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