船舶分油机控制模块研究
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【摘要】分油机是海洋船舶机舱中不可缺少的设备之一，它对润滑油和燃油的净化起着非常重要的作用。本文通过分析分油机的工作原理，从提高分油效率和延长分油机的使用寿命出发，比较了各类型分油机的优点和缺点，提出了s型分油机是综合考虑高效率、经济性和适用性能的分油机。同时，针对该分油机的特点，提出了在控制方面可以改进的控制模块，为船舶自动化、智能化打下了较好的基础。
【关键词】分油机 分油效率 控制模块
1引言
分油机是远洋或沿海船舶必备的辅助机械设备之一，也是船舶主柴油机和辅柴油发电机燃油系统和滑油系统的组成部分。一般的货运船舶配备四台分油机，其中两台为燃油分油机;另外两台为滑油分油机。正常工作期间，燃油分油机一台工作，一台备用;滑油分油机也是一台工作，一台备用。燃油分油机与滑油分油机都是同一厂家同一型号分油机，只是分工不同，燃油分油机接燃油管理系统;滑油分油机接滑油管路系统。
一般燃烧轻柴油的船舶都不配备分油机，原因在于完全以轻柴油为燃料的船舶往往都是柴油机功率小、用途简单的微小型船舶，其滑油消耗量也较小，所以无须配备分油机。燃烧重油的船舶主机功率较大，消耗滑油也较多，所以配备燃油与滑油分油机。
2分油机的工作原理与特点分析
分油机并不是一个独立的机械设备，一般由交流电动机驱动，交流电动机转动驱动分离盘转轴转动，依靠离心力分离燃油或滑油中的水分与杂质。燃油与滑油进入分油机之前要先经过沉淀、排水等物理过程去除主要的水与杂质，然后在进入分油机之前通过加热吸收热量以提高油的流动性。所以分油机系统实际上包含了电动机驱动系统与加热装置。
分油机的发展经历了三代。第一代是机械式分油机，包括分水机与分杂机;第二代是FOPX型自动分油机;第三代是s型分油机。第一代的产品也称为手动分油机，没有自动控制的环节。当待分油进入分油机开始分油后，人为观察分水机储水口的液面或者分杂机固体杂质的多少，当发现分水机或分杂机中分出的水分或杂质足够多时，停止待分油进入分油机，同时分油机运行，进行人工排水与排渣的操作。在把分水机中分出的水分与分杂机中分出的固体杂志排空之后，还要拆除分油机的分离盘进行手动清洗，再安装完成后进行新的一轮分油操作。很显然，这种最初的第一代产品在工作工程中需要轮机员一直参与工作，是非常不方便的。当然，优点在于通过人工的定期清洗分油机可以延长分油机的使用寿命，保持良好的分油效果。
随着科学技术的发展和自动化程度的提高，分油机也进入了单片机控制的自动分油机时代。所以第二代的FOPX型自动分油机就是在这种背景下产生的。它的主要功能就是实现了分水和分杂的分油一体化;分油过程中的排水与排渣都是自动进行，并不会中断正常的分油过程;所有的工作都是按照时序由计算机执行完成的，不需要人工进行现场的监测与参与。FOPX型分油机的典型特点是部分排渣，排渣期间不中断进待分油，且每次排渣时排渣口打开时间很短，这一切都是自动控制完成的。该分油机的核心装置是WT200型水分传感器和8031单片机，统称为EPC-400。结构上，FOPX型分油机有两根进水管：一是正常分油期间管P2断续供水补偿水分的流失，称为补偿水，此时管P1是断水的;二是排渣时两根管P1和P2同时连续进水，目的是为了顶开排渣口，称为开启水或操作水。排渣结束后排渣口因重力作用关闭，管P2连续供水密封分油机，此时管P1断水，称为密封水。控制分油机进补偿水的电磁阀是MVl6，管P2的断续供水由电磁阀断续通电进行控制。当然，管P2连续进密封水是电磁阀连续通电控制。控制开启水来排渣的电磁阀是MV15，通电打开3s进开启水为打开排渣口做准备。在正常分油时为排出待分油分出的水用排水电磁阀MV5通电打开约20s实现。同时，当待分油含水量过少时，电磁阀MV10通电打开，向分油机内注入置换水以防止排水时将油排出。
FOPX型分油机的自動控制过程包含：（1）假设待分油含水量极少，达上限时间63min之后净油含水量仍达不到触发值，此时电磁阀MVl0先通电进置换水，然后排渣一次;（2）假设待分油含水量正常，在大于10min小于63min时间区间内时净油含水量达到了触发值，这种情况就正常排渣;（3）假设待分油含水量稍多，在下限时间10min之内净油含水量就达到触发值，排水电磁阀MV5先打开20s排水一次，再等待上限时间63min之内净油含水量达到触发值后的第一次排渣，也就是说即排一次水后净油含水量下降到正常范围了;（4）假设待分油含水量太多，下限时间10min之内净油含水量达到触发值，排水电磁阀MV5先打开20s排水一次后，但仍在10min之内净油含水量又达到触发值（还没有达到规定的大于10min小于63min时间区间内的排渣），那么先关闭排水阀进行第一次排渣，如果没有效果且时间仍然在下限时间10min之内，则再关闭排水阀进行第二次排渣，时间在下限时间10min之内还没有效果进行第三次排渣，再没有效果就停止待分油进分油机，并报警。
S型分油机是由FOPX型分油机改进而来。FOPX型分油机的特点是边排渣边进待分油，表面上看分油效率较高，实际上这种边分油边排渣的分油机很难做到两者兼顾，即分油也不是那么干净，排渣也不是那么彻底。手动操作分油机虽然效率低下，但是分油一段时间后停止分油专门排渣可以有效地把渣排干净，而且排渣过程中不进行分油操作最大的优点是排渣分油分开进行不会相互影响。所以，在这种背景下，出现了能够把手动操作分油机和FOPX型分油机的优点相结合的s型分油机。
S型分油机设定一个时间，该时间段内一直分油，设定时间到就排渣。s型分油机排渣时，先停止分油，再集中排渣。结构上也是采用单片机形式，控制器为EPC-50，水分传感器为MT50，相比较FOPX型分油机，S型分油机更先进，同时也多了友好的操作界面。s型分油机在结构上与FOPX型分油机有两处不同。一是s型分油机置换水从专用的置换水水管DI口进入，它的置换水进口与待分油进口不同，但管路是同一根，而FOPX型分油机则是两根完全不同的管路。FOPX型分油机的置换水是待分油含水量过少，防止排渣时误将油排出去，才加置换水。s型分油机置换水也叫冲洗水，作用是用置换水将分离筒内的油全部挤出干净后，再停止分油进行彻底排渣，以使下次分油净筒起动，同时还可以做到无油停机。二是工作水管路的不同。s型分油机正常分油时管P2断续供水，管P1断水，管P2断续进的水起补偿作用，叫补偿水。与FOPX型分油机不同的是管P1、P2是同一根管路，只不过由不同的电磁阀控制。s型分油机气动控制阀组SVl控制待分油控制阀V1;SV4控制待净油出口阀V4;SV5控制排水出口阀V5。 不管是S型分油机还是FOPX型分油机，补偿水、开启水或操作水、密封水统称为工作水。SV10电磁阀控制的置换水在FOPX型分油机中是解决分油机中含水量过少的问题;在s型分油机中既叫冲洗水，又叫调节水，为了排渣进的置换水叫冲洗水，在分油机校准启动程序中计算置换水量时又称为调节水。
s型分油机的控制过程包括：设定时间内水分含量监测大于100pF，先排水一次，如果监测值低于70pF，继续分油;如果在分油设定时间内水分含量监测仍大于70pF，继续排水，最多可以排5次水。设定时间内排5次水后仍大于70pF，先排一次渣（尽管没到排渣时间），排完渣后再监测水分，如果仍大于70pF，再排水，仍然可以再排5次水，然后停止程序报警。
3分油机的控制环节分析
s型分油機和FOPX型分油机两种分油机都是时序控制，但是里面都有Pl控制器，主要是油在进入分油机前要加热，加热温度的控制是由PI控制器来实现的。除此之外，分油机的控制在以下两个方面可以做些改进和改造。
3.1 S型分油机置换水流量控制
s型分油机在修理或拆卸之后，每次启动之前要进行校准，其中置换水量的设置比较复杂。假设密封时间Ti58、排渣口打开时间Ti56、工作水排水时间Ti57、进置换水时间Ti63（即对应的置换水流量），所有的时间总和即为Ti59。Ti59的最大值为170s，这个计算过程是通过进置换水完成的，该过程不进油、不分油。在170s内没有压力响应，说明有泄漏或无水进入，发出警报。如果有压力，则控制系统会根据压力建立的时间自动计算出置换水流量以及进置换水的时间Ti63，该时间应小于120s。要注意的是：进行这部分程序前，单片机会先预设一个Ti63的值，以便这部分程序能够运行。这部分程序运行结束后会有一个新的准确的Ti63的值替换预设的用于启动这部分程序的Ti63值。这部分程序运行结束之后等于校准了置换水量，后面就跟“不校准启动”一样了，这部分程序叫校准程序。
实际上，这部分控制可以改进，可以有效避免每次修理或拆解后都要进行繁琐的校准启动。首先，出厂设置有固定的置换水进水时间以及换算出来的置换水量;其次，以该置换水量作为给定值设计一个闭环的负反馈系统，即在每次试分油之前进行置换水量的定值控制;然后开始试分油与正式分油过程。
3.2 S型分油机密封、补偿水控制
s型分油机进补偿、密封水的管P1、P2是同一根管路，只不过由不同的电磁阀控制。虽然从结构上与FOPX型分油机相比较节省了一根管路，但是，从分油机的工作过程和原理上分析可以做一些改进。既然采用同一根管路P1、P2，而且进的都是同样的介质水，那么就可以省掉一个电磁阀，即只采用一个电磁阀。通过控制电磁阀的通电或断电来控制电磁阀的开或关。同时，在电磁阀保持通电时，还可以通过控制电磁阀的通电电流的大小与持续时间来控制电磁阀的开度，最终达到控制管路中水的流量的目的。其中，如果采用PWM技术来控制电磁阀的电流，可以较好地解决管路断续进水、连续进水与不进水的问题。
以上两个控制环节从技术上是完全可以实现的，虽然略微增加了结构上的复杂，但是从工作和管理的角度节约了大量的劳动力。
4总结
本文结合各种类型分油机的工作原理进行了特性分析，找出了不同分油机的优缺点，同时在分油机的控制技术方面做了探讨，为分油机技术的进步和船舶智能化提供了较好的依据。
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