收稿日期 : 2000 - 01 - 08
作者简介 : 吕权息 (1976 - ) ,男 ,广西桂林人 ,大连海事大学在读硕士研究生 ,主要研究方向为工业过程控制等。
基 础 自 动 化
Basic Automation
Oct . 2 0 0 1
Vol. 8 ,No. 5
2001 年 10 月
第 8卷第 5期
文章编号 : 100523662 (2001) 0520057203
船用分油机自动控制系统的实现
吕权息 , 汪思源
(大连海事大学 自动化研究所 , 辽宁 大连 116026)
摘 要 : 可编程控制器 ( PLC)是实现自动化技术的重要手段。其编程容易、可靠性高、抗干扰能力强、环
境适应性好 ,在自动控制领域中得到越来越广泛的应用。探讨了 PLC 在船用分油机控制系统中的实船应用。
关 键 词 : PLC ;船用分油机 ;控制系统
中图分类号 : TP 273 文献标识码 : B
1 引 言
船用分油机就是把船舶柴油机燃烧用的重
油 ,通过电动马达的离心作用 ,进行油、水份和固
体残渣的分离 ,以保证柴油机能良好、充分地燃
烧。分油机控制系统通过检测经分离过的净油中
的含水量 ,来控制分油机的排水阀和排渣阀的正
确启闭 ,控制相应的声光报警和机械故障停机。
在我国远洋船舶上的船用分油机 ,其自控系
统大多数是以单片机或模拟电路实现的 ,可靠性
指标较低 ,而且对于运行与维护的要求又较高。
本文结合某远洋公司的远洋轮 ,用可编程控制器
实现了对 ALCAP FOPX 型分油机自动控制的设
计。 PLC 以其结构简单 ,逻辑清晰 ,可靠性高等
特点 ,简化了对管理人员的维护要求 ,有助于解决
故障诊断困难、保养困难和调试复杂等问题。
2 系统组成
在本例中选用日本产欧姆龙 ( ORMON )
C200H系列的可编程控制器来完成分油机的自
动控制功能。该系统除主机外 ,只需要一块输入
模块和一块输出模块。输入模块接受分油机外部
有关操作按钮动作 (DI) 和检测点的模拟量信号
(AI) ;输出模块按逻辑要求对相关继电器和电磁
阀及报警点进行控制输出 (DO) 。
可编程控制器的输入模块的 I/ O 口分配如
图 1 所示。
通过安装在分油机上的传感器所检测的输入
信号和输入模块相应的通道相连 :1 —启动按钮 ;
2 —复位按钮 ; 3 —高温传感器 ; 4 —低温传感器 ;
5 —低流量传感器 ;6 —净油出口压力传感器 ;7 —
排渣口是否打开反馈信号 ;8 —液体温度传感器 ;
9 —净油出口水分传感器 ;10 —排渣口液体温度传
感器 ; 11 —密封水完成传感器 ; 12 —停止按钮 ;
13 —手动排渣按钮。
09 08 07 06 05 04 03 02 01 GND
10 11 12 13 14 15 16 17 18
图 1 输入模块 I/ O 口分配图
3 软件的设计
由于分油机在船舶营运和安全方面所起的重
要作用 ,对其控制系统的要求必然很高。故用可
编程控制器实现的系统需完成如下的控制功能 :
当分油机由于外部因素或自身机械故障不能正常
工作时 ,须发出声光报警且保护性停机。用可编
程控制器构成的分油机控制系统须能实现以下的
操作步骤 (操作程序时刻如图 2 所示 ) :当需要进
行分油工作时 ,按下启动按钮 ,使马达 (DO5) 运转
并接通加热器 (DO6)的加热电源对待分油进行加
热 ,三通电磁阀 (DO1)由于在上次停机时断电 ,从
而使待分油在分油机外循环 ,同时监测待分油的
温度。经过准备阶段的延时 ,待马达的转速达到
稳定和待分油温度达到正常值后 ,控制系统进入
程序启动 ( T1) 阶段 ,水封水电磁阀 (DO4) 得电 ,
引入在离心作用下形成水封密封环的水封水。当
其准备完成时 (经过 T0 和 T1 A ) ,三通电磁阀
(DO1)得电 ,使在分油机外循环的待分油进入分
油机进行正常的分油操作 ,同时补偿水电磁阀
(DO4)断续得电 ,以保证排渣口密封良好。如果
安装在净油出口处的压力传感器没有检测到净油
的油压 ,则发出声光报警并停止分油机工作。如
果正常时 ,则进行分油程序并以安装在净油出口
处的水份检测传感器来检测净油中的水份。在程
序中设定一个最短 ( Tmin)的和一个最长的排渣时
间间隔 ( Tmax) (可调 ) 。分油机是以最短时间间隔
打开一次排渣口 ,还是以最长时间间隔打开一次
排渣口 ,取决于待分油中含水量的多少。如果其
中的含水量很少 ,而且在最长的排渣时间内 (即
T2 > Tmax)水份探测器所检测到的净油中的水份
值还没有达到触发值时 ,系统就强行要排一次渣 ,
通过控制系统引入置换水 (DO2) ,使净油中的水
份值达到触发值 ,从而发出排渣信号进行排渣操
作并检测排渣口是否打开。如果水份探测器检测
到净油中的水份值在最短和最长排渣时间间隔内
(即 Tmin < T2 < Tmax)达到触发值 ,则即刻进行排
渣操作 ,且不需要引入置换水 ,并检测排渣口是否
打开。如果待分油中的含水量较多 ,在最短排渣
时间间隔内 (即 T2 < Tmin) 净油中的水份值就达
到触发值 ,系统使排水电磁阀得电打开排水阀而
进行排水操作。若排一次水后 ,距上次排渣仍在
最短排渣间隔内 (即 T2 < Tmin) ,净油中含水量又
达到触发值 ,则要关闭排水阀进行一次排渣。如
果待分油中含有大量的水 ,距上次排渣后较短的
时间内 ,净油中含水量就达到触发值 ,且排水阀打
开一段时间 (可以设定 )后净油中含水量未能下降
到低于触发值 ,系统就要关闭排水阀进行一次排
渣。排渣后 ,净油中的含水量又较快地增至触发
值 ,且排水阀按设定时间持续打开后 ,净油中含水
量仍不能下降至触发值以下 ,则系统再一次关闭
排水电磁阀进行一次排渣后 ,停止待分油进分油
机 ,发出声光报警。在排渣过程中 ,须使开启水电
磁阀 (DO3)持续得电 3 s(即 D1 阶段中的 T4) ,且
要始终检测排渣口是否打开 ,如果没有检测到打
开的反馈信号 ,控制系统将发出声光报警并停止
分油机工作。在停止程序过程中 ,三通电磁阀
(DO1)断电 ,使待分油在分油机外循环 ,同时使置
换水电磁阀 (DO2)得电 ,用以驱赶分油机中剩油。
再经过 T3 时间后断电 ,使开启水电磁阀 (DO3)
得电 T4 时间 ,以排除分油机中的水和油渣 ,之后
和马达同时断电。接着 ,使补偿水电磁阀 (DO4)
持续得电 T11时间 ,以使排渣口密封良好 ,为下次
启动作准备。
FOPX ALCAP
电磁阀
继电器
作 用 时 间
固定时间
可调时间
STOP RUN
准 备 T1 启动时间T
0 T 1 A T 1B
T2 排渣
间隔时间
D1 排渣
T 4 T5 T2
15 30 3 15
STOP
D2 停止程序
T 3 T 4 T 11
15 3 180
DO1 待分油进分油机
DO2 置换水
DO3 开启水
DO4 补偿水和密封水
DO5 启动器
DO6 加热器
图 2 程序时刻示意图
4 结 语
与原有的控制模式相比 ,该系统接线简单 ,中
间环节少 ,故障率低 ,工作安全可靠 ,大大提高了
设备运转率。另外 ,利用 PLC 编程器的单步调试
功能 ,还便于对分油机进行分步故障分析、检测和
实时排除 ,极大地方便了轮机管理人员对设备的
保养和维修。
参考文献 :
\[ 1 \] 郑凤阁 . 轮机自动化 \[ M \] .大连 : 大连海事大学出版社 ,
1998.
\[ 2 \] 吴恒 . 柴油机船舶动力装置管理 \[ M \] .大连 :大连海事大学
出版社 ,1998.
(下转第 61 页 )
·85· 基 础 自 动 化 第 8 卷
2) 调节器参数整定 串级系统副环的对象
惯性小 ,工作频率高 ,而主环惯性大 ,工作频率低。
为了提高系统的控制性能 ,以免频率相近时发生
主控回路和副控回路之间共振和干扰现象 ,造成
破坏它们的协调工作 ,主、副环的工作频率比值应
选取适当 ,相差三倍以上。副回路的工作频率高
一点可以使副回路灵敏些、控制作用快一点。主
调节器的放大系数可适当大些 ,有利于提高系统
抑制一次扰动的能力。
串级比值控制系统有主、副环两个回路 ,而且
副控回路为比值控制回路 ,因此 ,调节器参数的整
定比单回路系统要复杂 ,但其实质是相同的 ,通过
改变两调节器的 P、 T I 参数 ,来改善系统的静、动
态特性 ,从而获得最佳的控制过程。主回路是一
个定值系统 ,其控制质量要求较高。副回路是一
个随动系统 ,不仅要能准确快速地跟随主调节器
的输出变化 ,而且在它单独运行时又要保证良好
的控制效果。整定步骤为先确定副控制器的参
数 ,再整定主调节器的参数。由于副控回路是比
值环路 ,为一个随动系统 ,不应有过调 ,应该以达
到振荡与不振荡的临界过程为好 ,所以 ,将积分时
间 T I 置于最大 ,由大到小改变比例度 ,直到系统
处于振荡与不振荡的临界过程为止 ,再适当放宽
比例度 ,缓慢地把积分时间减小 ,直到系统处于振
荡与不振荡的临界过程或微振荡过程为止。然后
把串级控制系统的主调节器投入运行 ,按单回路
控制系统调节器的整定方法 ,整定主调节器的参
数 ,观察控制过程 ,适当调整调节器参数 ,直到主
变量控制质量最佳。如果在整定过程中出现共
振 ,只要适当增大主控制器、副控制器的任一比例
度值就能够消除。
本串级比值控制系统的各参数整定值为 :主
调节器的比例和积分时间分别为 011 s、 60 s ,副调
节器的比例和积分时间分别为 013 s、 5 s。
6 结 语
采用比值控制方法 ,所控制的氯气投加量比
较稳定。而用串级比值控制方法 ,由于副控回路
给系统带来的一系列优点 ,使其具有了独特的优
越控制性能 ,能及时准确地克服多方面的扰动因
素。两种方法选择使用 ,增强了系统的自控程度。
系统在水厂经过多年的运行 ,取得了很好的
效果。该控制系统操作简单 ,维护方便 ,可靠性
高 ,后加氯余氯值能达到要求并控制稳定 ,出厂水
余氯始终保持在控制范围内。
参考文献 :
\[1 \] Donald R. Coughanowr. Process Systems Analysis and
Control\[ M \]. Singapore :Mc Graw2Hill ,Inc , 1991.
\[2 \] S. Thompson. Control Systems Engineering and
Design\[ M \]. England : ELBS , 1990.
\[3 \] 涂植英 ,朱麟章 . 过程控制系统 \[ M \].北京 :清华大学
出版社 ,1988.
\[4 \] 何克忠 ,李伟 . 计算机控制系统 \[ M \].北京 :清华大学
出版社 ,1998.
Realization of Chlorine Adding Cascade Ratio Control by PL C
W A N G Jing2dong
(Nanzhuang Water Supply Plant , Guangdong Hainan 528219 ,China)
Abstract : This paper is based on the post chlorine adding control system in water supply plant , the control rule and the
procedures of the cascade control system and the ratio control system consisted of PLC flowmeter ,superfluous chlorine gauge and
other devices are reviewed. The satisfactory control quality of them is also introduced.
Key words : post chlorine adding ; PLC ; ratio control ; cascade control ; three point controller
(上接第 58 页 )
The Achievement of the Automatic Control System for the Marine Purifier
L ¨U Q uan2xi , W A N G S i2yuan
(Automation Institute ,Dalian Maritime University , Liaoning Dalian 116026 ,China)
Abstract : PLC is a important tool for the automatic control technology. It is used widely in the automatic control fields , for its
simple programming , high dependability , high ability of anti2disturbing and good environment adaptability. It discusses the
practice of PLC in control system of marine purifier.
Key words : PLC ;marine purifier ;control system
·16·第 5 期 王敬东 : 用 PLC 实现加氯串级比值控制
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