基于PLC和工控机的船舶分油机控制系统

1、目录摘要11 分油机自动控制系统的发展过程22 船舶分油机的介绍32.1 船舶分油机的工作原理32.2 船舶分油机的结构82.3 船舶分油机的用途82.4船舶分油机的分类92.5影响杂质和水分分离效果的因素92.6 选择最佳的工作方式92.7 排渣113 工控机和PLC的简介113.1 工控机介绍113.1.1 工控机定义113.1.2 主要结构123.2 PLC简介133.2.1 PLC的基本结构133.2.2 PLC的工作原理143.2.3 PLC的特点154 船舶分油机的PLC控制实现154.1 船舶分油机的控制系统功能1542 分油机控制系统硬件设计2243 控制系统软件设计和实现26

2、5 分油机仿真系统数学模型描述3051分油机模型306 采用IP1612可编程序控制器326.1 IP1612可编程序控制器的特点326.2参数整定336.3 系统运行337 基于工控机的船舶分油机的故障分析347.1 启动电流大而跳电347.2 分油机启动电流正常，但很快就会跳电347.3 排渣孔跑油357.4 正确判断分油机故障的方法367.5 分油机的维修要点377.6 分油机的操作与管理398 总结419 致谢4210 参考文献43基于PLC和工控机的船舶分油机控制系统 -0810601411 陆龙生摘要随着电子信息技术的飞速发展和计算机技术的广泛应用，计算机技术日渐应用于各个领域。燃

3、油净化系统是保证船舶动力装置正常工作的重要前提，分油机又是燃油净化系统的重要设备之一，熟练掌握船舶分油机的自动控制和操作至关重要。所以，本文将在以往船舶分油机技术的基础上，结合PLC控制技术设计,对船舶分油机进行深入探讨。本文首先概括介绍了westafalia分油机的基本结构和工作原理，接着根据分油机工作过程的特点和要求详细设计了分油机的PLC自动控制功能，然后通过硬件选型、软件程序编写实现上述自动控制功能。随着现代科技的发展和石油的广泛应用，分油机越来越广泛地应用于现代工领域的各个方面。尤其是在船舶上，分油机用来分离出燃油和滑油中的水分和机械杂质，以达到减少机器磨损和故障、提高机械设备的使用

4、效率并延长机器使用寿命的目的，是船舶燃油和滑油工作系统中必设的专用设备。只要柴油机开始工作后，分油机也伴随着开始工作。在船舶上，常常是燃油、柴油、润滑油分油机同时工作，分别负责主机和辅机的各种用油处理，处于不可或缺的重要地位。作为船舶机舱燃油、滑油系统中关键设备的分油机，它的运行状况的好坏直接影响燃、滑油油料的品质，进而影响船舶动力系统的运行工况，在某些特殊的情况下甚至会直接影响到船舶的航行安全。而远洋船舶运输成本中燃油部分比例的上升，以及原油冶炼技术的提高，使得劣质燃油在船舶中得到了越来越广泛的使用，分油机长期处于恶劣的工作环境中，发生故障的可能性也大大地增加。因此，要求轮机管理人员熟知分油

5、机的工作原理和控制过程，熟练地对分油机进行管理和故障诊断，确保分油机安全有效地运行，尽量减少故障的发生，这就使得轮机管理人员和在校航海类学生进行相关培训和教学变得重要起来。安全、可靠的自动化控制系统是保证分油机正常、稳定地运行的重要前提，同时可以减轻轮机管理人员的工作负担和改善工作环境。所以本课题在对分油机工作工程进行设计和实现了分油机的自动控制系统，以PLC控制器对分油机进行自动控制。1 分油机自动控制系统的发展过程分油机控制系统的形成和发展是与现代机电控制技术的发展密切相关的。分油机按摊渣方式经历了从人工排渣、手控自动排渣到全自动排渣的工程。人工排渣是在分油机每运行一段时间后，都需要定期的

6、停车拆卸分离简，人工清除聚集在分离筒里面的淤渣，分油效率低，劳动强度大。手控自动排渣分油机上安装了一个手动控制阀，分油机的每一步过程都是靠人为地操纵控制阀，控制着分离简的密封和开启，从而实现分油过程和排渣过程的自动完成。自动排渣分油机上装有一套时序控制系统，分油机的启动、正常工作、排渣、停车都是通过时序控制系统定时完成的。分油机是现代船舶的一种重要的辅助机械，用于燃油或滑油的净化处理(分水或分杂)。有的船舶配置的分油机的台数较少，当所需处理的燃、滑油油质较差时，运行中的燃油分油机或滑油分油机就很容易出现某些故障。如何快速判断并排除分油机的故障，为安全航行赢得宝贵的时间，就显得相当重要。分油机的

7、控制过程是按一定的时序进行的，二十世纪六十年代开始，自动控制技术飞速发展，分油机控制也得到了较大的发展，凸轮时序控制器和多回路继电器控制系统在分油机控制系统中的应用出现了，它是以凸轮时序控制开关、电磁阀构成的分油机控制系统。由于船舶机舱恶劣，温度高、湿度大、机械振动强，经过一段时间的使用，这种控制系统大多会出现线路、元器件老化、可靠性变差等现象；其次就是那些为数众多的触点开关，在恶劣的环境下反复使用后表面容易磨损、氧化，有些触点甚至发生严重的机械变形，导电性能及接触可靠性降低，经常会造成各继电器的误动作，影响分油机的正常工作，甚至烧毁电器设备，造成事故。进入八十年代，随着计算机控制技术和电子技

8、术的发展，单片机和可编程控制器(PLC)作为工业设备控制系统得到飞速发展，在船舶设备控制方面也得到了广泛应用。而可编程控制器(PLC)作为分油机时序控制的控制单元，不仅具有很强的抗干扰能力及很高的可靠性，而且简单易学、维护方便。随着PLC控制技术的发展，可编程控制器的功能也越来越完善，在逻辑控制方面更具有优势。因此，用可编程控制器(PLC)作为时序控制器的分油机控制系统得到广泛的应用。2 船舶分油机的介绍2.1 船舶分油机的工作原理离心式分油机，实际上是一种加速沉淀设备。在离心力场中实现油、水和杂质的沉淀要比在重力场中沉淀的速度、效率大数千倍，其沉淀净化的质量也更高。容器高速旋转的转速一般达6

9、0008000r/min（故不能轻易互换分油机的运动零件），转筒的转速愈高，则油、水和杂质的分离就愈彻底，效率也愈高。由于离心分油机油料分离量大，分离质量高，所以已被船舶广泛采用，为船舶必备的辅助设备。 离心分油机如下图所示：图2.1 离心分油机2.1.1 分水装置将分离机的分离筒组装成能除去污油中水分和大的固体杂质。架盘5的底部必须装上一只有孔的底分离盘2。（1）引水：分离前，先从注油口注入一定温度的水封水（来自热水压力柜），形成紧贴于分离筒内壁的水封层，封住上盘3的下边缘，以防“跑油”，直到水从比重环4处喷出后，停止注水。（2）缓慢注入油料：油料经各分离盘6的上升通道进入各分离盘之间的流道

10、进行分离。油水分界面Y-Y ：为了保证最佳分离效果和分离量，Y-Y最好控制在分离盘的外边缘附近。必须根据油水密度差正确选定比重环。2.1.2 分水机重力环的选择油水分界面Y-Y（圆柱面） ：为了保证最佳分离效果和分离量，Y-Y最好控制在分离盘的外边缘附近。根据油水密度差正确选定比重环。由公式知，重力环内径Dw可根据油的密度rf来选择。油的密度增大，重力环的内径Dw则应减小2.1.3 船舶分油机的工作时序控制分油机自动控制的实现基于对工作时序的控制，启动分油机之前，先按照说明书指定要求对分油机进行检查，一切正常后，依次启动燃油(滑油)供给泵、加热器和分油机，当燃油(滑油)温度超过设定最小温度，并

11、且分油机达到工作转速时，可以启动分离程序，燃油三通阀自动开启，燃油(滑油)进入分油机进行分离。 启动分离程序时，首先将进行双重全排渣，以确保转鼓内清洁无杂物，排渣结束后进入正常分离时序，正常分离时序设定了排渣间隔时间，时间间隔走完以后，自动进入排渣时序。如果启用了部分排渣功能，此时将会触发一次部分排渣，否则触发一次全排渣，部分排渣中排渣口开启时间相对较短，并且不停止供油阀的供油，而全排渣排渣口开启时间较长，排渣过程中停止供油阀的供油。在启用SKS功能的分油机上，如果在间隔时间走完之前，有S峪信号触发，也将进行一次部分排渣或者全排渣，捧渣结束后如果接收到停止分离程序信号，则转入停止时序，并停止供

12、油阀的供油，然后依次停止分油机、加热器和供油泵；如果没有接收到停止分程序的信号，分油机将自动转入正常分离时序。工作时序如图2.1.3(a)图2.1.3根据分油机型号和设定分离模式的不同，排渣时序有部分排渣和全排渣，在启动分离程序或者停止发分离程序时，会进行双重全排渣。部分排渣和全排渣时序如图2.1.3(b)所示，虚线内的时序根据分油机型号、分离模式的不同而确定是否需要执行。全排渣根据分离模式的不同会有一次全排渣和两次全排渣之分，两次全排渣多发生在控制单元接收到停止分油机工作时序指令时，这样可以确保分油机内部的清洁。注水时序的目的在于保证良好的密封效果，一下时序的设置都可以根据出厂设置规范。通过

13、控制单元的参数设置工作作相应的调整，以达到最佳的分离效果。图2.1.3（b）2.2 船舶分油机的结构1- 放油旋塞;2-观察镜;3-加油孔;4-计速器;5-刹车装置;6-摩擦离合器;7-配水盘;8-弹簧托盘;9-滑动圈;10-活动底盘;11-分离筒本体；12-分离盘;l3-锁紧环;14-分离筒盖;15-盘架;16-溢油观察镜;l7-上盖；18-压紧螺钉；l9-上集油盖;20-下集油盖;21-分油机体;22-控制阀;23-上轴承;24-分离筒转轴；25-小螺旋齿轮；26-水平轴;27-污油出口;28-大螺旋齿轮2.3 船舶分油机的用途分油机是船舶燃油、润滑油的净化、提纯及污油再生的重要设备。主要

14、用于净化，去除水分和杂质。尘埃、砂子、铁锈以及棉纱、填料等固体物质会污染燃油。当粒度较大时，引起喷油系统故障，例如堵塞喷孔，加剧精密偶件的磨损。即使粒度较小也会对气缸造成磨料磨损，并易生成沉积物。燃油被水污染，例如油舱漏水或加热盘管漏水等。含水较多时，会引起燃烧性能恶化,使重油中的难燃部分燃烧时间拖长，增加后燃，结果使气缸壁、活塞顶的温度升高形成更多的沉积物。有资料指出：燃油含水7时，活塞顶的温度约升高50。重油在喷油前的预热温度较高，较多的水还会使燃油系统发生汽塞。当重油被海水严重污染时，除会加剧喷油设备和高温区域的腐蚀外，还会在活塞环区域、涡轮增压器格栅、排气管、扫气口和排气口等处形成大量

15、沉积物。这些沉积物反过来又使燃烧条件恶化，进而引起活塞环粘结、破坏润滑油膜、磨损加剧、燃气泄漏、以至缸套裂纹等。2.4船舶分油机的分类（1）按结构：碟(盘)式分离机和管式分离机。仅在结构上有些区别，其工作原理是一样的。（2）按排渣操作方式：人工、手控、程控和连续排渣主要用途：分水机和分杂机。分水机又称净化器，主要用于净化油料中的水分，但也起分杂的作用；分杂机又称澄清器，主要用于预净化油料中的固体杂质，而无分水功能。净化对象：燃油分油机、润滑油分油机连接方式：串联和并联。并联运行可以提高分油量，串联运行不但可提高分油量，更可提高分油质量。在实际应用中分油机串联运行时，多是分水机在前，分杂机在后，

16、即先净化器，后澄清器。 2.5影响杂质和水分分离效果的因素提高分离质量：从原理上来说，希望分离盘的间距要小；转速要高，流过分离盘的时间要长。对既定的设备，要提高分离效果：（1）当油料中含有较多杂质时，应减少进油流量（2）将油料适当加热，降低油的粘度和密度对分离质量的判断：卸下分离盘，观察其下表面粘结的黑色粘液(是重质油液和固体粒子的混合物)。（1）若粘液接近或达到分离盘的净油出口处，则流量应减少；（2）若无黑色粘液或只有少量黑色粘液粘结在分离盘下表面的大半径处，则可加大流量。2.6 选择最佳的工作方式三种工作方式：(1)单机工作：处理全部流量(2) 并联工作：处理总流量的50%(3) 串联工作

17、：前一台分水机，后一台为分杂机每台处理全部流量。这种 方式效果最好，主要针对过去带有重力环分油机，油水分界面随工作参数波动而变化的需要所采取的，若前级分水效果差些后级的分杂仍能保持较好的分离效果。启动时须按分水机分杂机顺序进行，停机时须按分杂机分水机顺序。随着无重力环分油机的普及，不再使用串联方式，而多采用并联方式。应注意分油机的供和排油管路（决定油流量）应足够，其次在相关的管路中应设置单向阀，防止一台分油机工作时，发生油倒灌入另一台的情况。当油料中的含水量不大于6%时，为了去除油料中的水溶性灰分(一般燃油中多是钠的化合物，如氯化钠等)，在分离油料的同时，打开引水阀，把热水注入分离筒清洗油料，

18、清洗后的污水和油中的水分一起被分离出来。注水量不可太多，约为分油量的1%，热水的温度要比油料的分离温度高56。在分离滑油时，也可以加热水冲洗，以便去掉机油中的酸，延长机油的使用期限 考虑到形成乳化液问题，著名专家Shell不主张推荐这种作法。应该提醒的是，分油机只能分离不溶于油的物质，对于重油中存在的油溶性金属盐，分油机无能为力。起动和运转1)起动：检查各部件均属正常后，起动电动机。2)分离筒的密封：待分离筒达到全速（起动后约经5min），再把控制阀转到密封位置。当看到工作水从指示管k流出时，表示分离筒的密封已经完成，再把控制阀转到分油位置补偿。3)引水封水：打开分油机最上端的引水阀，将水封水

19、引入分离筒，当出水观察镜出水时，关闭引水阀。表示分离筒内水封水已经建立。4)进油作业：缓慢开启进油阀，逐渐增至所要求的分离量。同时应察看出水观察镜的情况。进油阀不可开得太快，若突然加大进油量，则猛烈进入分离筒的油料可能冲破水封区而引起大量跑油和溢油。当发生此类现象时，应立即切断进油，重新进行水封，再缓慢进油。当采用分杂机时，在把分离筒密封好后，进油应该快一些。因为它没有水封区，不存在油料将水封冲破的问题。而且，进油加快后，还能使油料中的杂质不易沉淀在分离筒底的转轴附近，从而提高分离效果。5) 运行管理：力求保持油料加热温度、流量变化的稳定。保证分离效果良好随时注意分油机工作状态。发现运转不正常

20、或噪声和振动太大时，应立即停车检查。观察出水口和排渣管的情况。是否有大量油料和是否有溢油现象。2.7 排渣人工排渣、手控排渣式分油机连续工作一段时间后，必须进行分离筒的排渣工作，否则，积聚在分离筒内壁的污渣将显著降低分离效果。排渣的时间间隔决定于油料中的杂质含量和分油量的多少。若已知燃油中的杂质百分比和分油量，则可根据说明书提供的图表大致选定排渣的时间间隔。为保证分油机的正常工作，排渣时间间隔应不超过4h 。热水清洗当油料中的含水量不大于6%时，为了去除油料中的水溶性灰分(一般燃油中多是钠的化合物，如氯化钠等)，在分离油料的同时，打开引水阀，把热水注入分离筒清洗油料，清洗后的污水和油中的水分一

21、起被分离出来。注水量不可太多，约为分油量的1%，热水的温度要比油料的分离温度高56。在分离滑油时，也可以加热水冲洗，以便去掉机油中的酸，延长机油的使用期限考虑到形成乳化液问题，著名专家Shell不主张推荐这种作法。应该提醒的是，分油机只能分离不溶于油的物质，对于重油中存在的油溶性金属盐，分油机无能为力。3 工控机和PLC的简介3.1 工控机介绍工控机（Industrial Personal ComputerIPC）是一种加固的增强型个人计算机，它可以作为一个工业控制器在工业环境中可靠运行。早在80年代初期，美国AD公司就推出了类似IPC的MAC-150工控机，随后美国IBM公司正式推出工业个人

22、计算机IBM7532。由于IPC的性能可靠、软件丰富、价格低廉，而在工控机中异军突起，后来居上，应用日趋广泛。3.1.1 工控机定义工控机即工业控制计算机，但现在，更时髦的叫法是产业电脑或工业电脑，英文简称IPC，全称Industrial Personal Computer。工控机通俗的说就是专门为工业现场而设计的计算机。IPC的技术特点： 1、采用符合“EIA”标准的全钢化工业机箱，增强了抗电磁干扰能力。 2、采用总线结构和模块化设计技术。CPU及各功能模块皆使用插板式结构，并带有压杆软锁定，提高了抗冲击、抗振动能力。 3、机箱内装有双风扇，正压对流排风，并装有滤尘网用以防尘。 4、配有高度

23、可靠的工业电源，并有过压、过流保护。 5、电源及键盘均带有电子锁开关，可防止非法开、关和非法键盘输入。 6、具有自诊断功能。 7、可视需要选配I/O模板。 8、设有“看门狗”定时器，在因故障死机时，无需人的干预而自动复位。 9、开放性好，兼容性好，吸收了PC机的全部功能，可直接运行PC机的各种应用软件。 10、可配置实时操作系统，便于多任务的调度和运行。 11、可采用无源母板（底板），方便系统升级。 3.1.2 主要结构1、全钢机箱 IPC的全钢机箱是按标准设计的，抗冲击、抗振动、抗电磁干扰，内部可安装同PC-bus兼容的无源底板。 2、无源底板 无源底板的插槽由ISA和PCI总线的多个插槽组

24、成，ISA或PCI插槽的数量和位置根据需要有一定选择，该板为四层结构，中间两层分别为地层和电源层，这种结构方式可以减弱板上逻辑信号的相互干扰和降低电源阻抗。底板可插接各种板卡，包括CPU卡、显示卡、控制卡、I/O卡等。 3、工业电源 为AT开关电源，平均无故障运行时间达到250，000小时。 4、CPU卡 IPC的CPU卡有多种，根据尺寸可分为长卡和半长卡，根据处理器可分为386、486、586、PII、PIII主板，用户可视自己的需要任意选配。其主要特点是：工作温度0-60；装有“看门狗”计时器；低功耗，最大时为5V/2.5A。 5、其他配件： IPC的其他配件基本上都与PC机兼容，主要有C

25、PU、内存、显卡、硬盘、软驱、键盘、鼠标、光驱、显示器等。国内生产工控机的厂家有研祥、华北工控、研华、爱雷丝等。国外的工控机西门子的很出名。工控机箱标准长度为19英寸，高度为4U。 6、适用领域目前，IPC已被广泛应用于工业及人们生活的方方面面。例如：控制现场、路桥收费、医疗、环保、通讯、智能交通、监控、语音、排队机、POS、数控机床、加油机、金融、石化、物探、野外便携、环保、军工、电力、铁路、高速公路、航天、地铁等等。3.2 PLC简介 早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发

26、展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程序控制器简称PLC,plc自1969年美国数据设备公司（DEC）研制出现，现行美国，日本，德国的可编程序控制器质量优良，功能强大。3.2.1 PLC的基本结构PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为： a、电源 PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十

27、分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去 B、中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或

28、输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。 C、存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 d、输入输出接口电路 1现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。 2现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。 e、功能模块 如计数、定

29、位等功能模块。 f、通信模块 如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等。3.2.2 PLC的工作原理(一) 扫描技术 当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 (一) 输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，

30、如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 (二) 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和

31、软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。 (三) 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出

32、锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。3.2.3 PLC的特点PLC具有以下鲜明的特点。 (1) 系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID回 路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，如 DDC 和 DCS 等，实现生产过程的综合自动化。 (2) 使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。 (3) 能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型。4 船舶分油机的PLC控制实现4.1 船舶分油机的控

33、制系统功能4.1.1 自动排渣功能Westfalia型分油机为自清式全自动排渣分油机，根据具体型号和分离模式选择不同，排渣可分为全排渣和部分排渣，全排渣和部分排渣的主要差别在于排渣口开启时间不同且在全排渣中会停止供油阀的供油，而在部分排渣中不会中断供油阀的供油。在下列情况下，PLC控制器将会控制分油机进行排渣时序： (1)启动分离程序。为了确保分油机内部清洁和良好的分离效果，在满足分离条件下启动分离程序时，分油机会执行排渣动作，有连续两次全排渣、一次全排渣或者部分排渣，这由分油机的型号和选择的分离模式决定。两次全排渣：控制器接收到排渣信号后，会自动执行连续的两次全排渣过程。注水：其作用是水封水

34、，防止燃油从排水管路流出。在没用启用删s和SMS监控功能的分离模式和用于滑油分离的OSC型分离模式中都需要有注水时序。(2)停止分离程序。手动停止分离时序时，会执行一次全排渣，排渣结束后如果不停止分油机电机，分油机处于准备就绪状态，此时可以按下起动分离程序按钮重新起动分离程序。(3)分油机电机停止出现紧急停机或者由于其它原因而导致分油机电机停止时，控制器会触发双重全排渣时序，将转鼓内杂质等排空以保持分油机转鼓的清洁。 (4)分离间隔时间到。分油机进入正常分离模式后，起动分离间隔时间的计时器，如果在间隔时间内没有SMS信号(启用SMS监控功能的分离模式)或者其他方式触发排渣程序，则控制器会在间隔

35、时间走完后自动执行一次全排渣，排渣结束后进入下一次正常分离时序，计时器重新起动，如果在间隔时间内执行了排渣时序，则计时器在排渣结束进入下一次正常分离时序时重新起动。准确的排渣间隔时间同分油机参数、污油含渣量等有关，时间的确定通常有计算法和辅助图表法，以下对每一种方法列举一实例：计算法确定分离时间实例；已知：污油中固渣含量P=O05储渣空间体积矿=15升储渣空间利用率为：75分油机处理能力=2000升小时则分离时间T=V×75%/V0×P=1.5×0.75/2000×0.05%=1.13小时。(5)SMS信号触发。转鼓中的压力受储渣空间影响，在启用SMS监

36、控系统的分离模式中，循环管路上安装有压力开关，监测分离转鼓中的压力，当转鼓中含渣量到达一定值时，压力开关动作，并将信号送至PLC控制器，触发一次排渣时序。为了确定分离是否正常，PLC控制器设定了最小排渣时间间隔，如果在最小间隔时间内，SMS信号触发，则表明分离系统异常，应该中断分离程序，停机检查，如果在最小分离时间走完以后SMS信号触发，则属于正常排渣，排渣结束后进入下一次正常分离时序。4.1.2 监控功能WMS(水分监测系统)功能，当完成排渣程序，污油供应开始后启动WMS功能。在傍通管路中安装有一只导通感应器(CS)监测液体的浓度，水分含量较高时，开启排水阀把水排走。为避免油乳化，导通测量是

37、在内部进行。在净化分离时，循环阀经由时间器T15控制关闭1分钟，随即由时间器T16控制打开15秒。只在循环阀打开时，导通感应才会测量和排水，直至监测到为油时才再关闭。随即开始下一个测量周期(TIGT15)。SItS(储渣空间监测系统)功能，当排渣程序己完成，供油阀打开，SMS功能开启。当循环阀打开其间，SMS压力开关监测着转鼓排渣空间的压力。SMS功能同时经由时间器监控(最低分离时间10分钟)。当压力下降是由于固渣或水的积聚，而时间器时间己走完时，一次由固渣或水决定排渣的动作在延时10秒后触发。完成排渣程序后，监控SMS功能的“最低分离时间”计时器重新启动。如果在最低分离时间(10分钟)还没有

38、走完时，由于固渣或水的积聚而导致压力下降，在延时10秒后，触发下列动作：(1)终止分离程序。(2)触发一次强力排渣。(3)相应的报警信息显示在屏幕上。(4)触动外接警报系统。SgJS系统在最低分离时间内发出反应是不正常的。这有可能是水渗漏进供油处。启用S惦功能后，循环阀一直处于开启状态，排水阀不动作。排渣电流监控，分油机在不同的工况下，电机电流值发生变化，电流的监测可以检查转鼓的液压系统是否正常，并根据电流值进行排渣监测。根据电机电流变化规律，PLc控制器根据模拟量输入检测电机电流，在排渣期间，操作水阀开启后必须在设定时间(正常为3秒)内，达到排渣电流检测点，排渣电流检测点的 计算方法如下：摊

39、渣电流检测点=电机运行电流×12电机运行电流为正常分离时的电机电流值，当确认了相应的电流增加后，排渣程序会继续执行，然后进入分离程序，如果电流未达到设定点，则：(1)在排渣后排渣程序停止。(2)供油阀转回打循环位置。(3)触发综合报警。(4)在显示屏中相关的报警信患闪动。分油机电机电流值变化规律如下图所示：图32电机电流变化规律曲线从图中可以看出，在正常分离期间，电机电流稳定，排渣程序中，电机电流会增加，超过额定电流值。电流值的测量通过电流换能器进行，然后输出420mA的标准信号送至PLC控制器模拟量输入点，在控制程序中对电机电流进行监控。测量原理如下图所示：图33电机电流测量原理图

40、温度监测功能，为了保证分油机最佳的分离效果，污油进机前温度应控制在设定范围内，起动分油机后，如果温度没有达到设定的最小温度值，分离程序不能启动，在分离过程中，如果温度超过设定最大温度值或者低于设定最小温度值，则在延时一定时间后，停止供油阀的供油，控制系统触发综合报警。温度的测量通过温度传感器PTl00测量，然后向PLC控制器中输入420mA的标准信号，在控制程序中对温度进行监控。测量原理如下图所示： 图34温度测量原理图4.1.3 综合报警功能分油机控制系统通过数据和信号采集，对分油机的运行状态进行监控，在出现异常的情况下，触发综合报警，并采取相应的处理措施【捌，确保设备安全和最佳分离效果。同

41、时，PLC控制器还会记录下每一次报警的相关信息，例如报警次数，报警原因等等。报警点设置如下：电机保护报警：电机保护开关监测，出现该故障时，供油阀停止供油，停止分油机运行，触发综合报警。净油出口压力高PSH=在分油机净油出口安装了压力开关，压力超过设定值时，开关动作，分离程序中断，供油阀停止供油，并触发综合报警。净油出口压力低PSL：在分油机净油出口安装了压力开关，压力低于设定值时，开关动作，分离程序中断，供油阀停止供油，并触发综合报警。污水出口高位FSH=在排水管路上安装有液位检测开关，当排水量超过设定值时，开关动作，供油阀停止供油，并触发综合报警。储渣柜超高位报警LSI丹I：液位开关监测储渣

42、柜的液位，超过高位限制时，开关动作，触发一次转鼓排渣，中断分离程序，并触发综合报警。分离程序不能再启动，直至液位下降低于LS删超高位。供油泵故障：电机保护开关监测，出现该故障时，中断分离程序，触发综合报警。排渣泵故障：电机保护开关监测，出现该故障时，中断分离程序，触发综合报警。振动监控一级：传感器检测分油机基座振动速率，超过一级振动时(正常为4mms)，触发综合报警，但不中断分离程序，此时需要进行一次手动排渣操作，排渣结束后，振动速率仍超过设定值，则中断分离程序，再次触发综合报警。振动监控二级：同上，超过二级振动时(正常为75ms)，分油机停止，并起动刹车装置，加快停止速度，触发综合报警。排渣

43、监测报警：排渣电流在操作水电磁阀打开期阔必须在规定时问内达到设定值，出现该故障时，触发综合报警，中断分离程序。手动程序启动、冲洗排渣、部分排渣、停机程序排渣时，不进行排渣监测。迸油温度低TSL报警：温度低于最小设定值时，供油阀停止供油，触发综合报警，温度超过最低温度后才可以重新起动分离程序。进油温度高TStt报警：温度超过最大设定值时，供油阀停止供油，触发综合报警。4.1.4 状态和时序指示功能通过PLC控制器操作面板上的相应按钮可以调出分油机状态的显示页面，显示出实时的分油机运行状态，包括如下几种状态：停止，此时分油机没有起动。加速，分油机处于起动阶段，转速增加，电流降低，此时不能启动分离程

44、序。准备就绪，分油机转度达到额定转速，可以启动分离程序。分离，分油机处于分离状态，供油阀开启或者正在进行排渣程序。出错，电机保护开关动作，此时停止供油阀的供油，并切断分油机的电源。分离时序指示，分油机在分离状态下，根据选用分离模式的不同，将会按照不同的时序执行分离操作，通过PLC控制器操作面板可以调出相应的显示页面，指示当前所进行的分离时序，包括：循环，供油阀关闭，处于循环模式而没有进入分油机，分油机处于起动、故障或者准备状态时，供油阀都将处于循环模式。等待，分离程序已启动，等待时间结束后进入置换水时序。置换，置换水阀开启，进入置换水，防止转鼓内燃油(滑油)损失。置换后等待，置换时序结束后等待

45、时间。全排渣，操作水阀开启，排渣口打开进行排渣，排空转鼓内储渣空间。部分排渣，操作水阀开启，排渣口短时阃开启排渣。转速恢复，排渣期间，分油机转轴转速会下降，此时补偿在排渣期间转速的下降。注水，对于部分分离模式下，进行正常分离时序前，先进行注水，起水封水作用。注水后等待，注水时序结束后等待时间供油阀开启，此时进行正常分离时序污油进入分油机进行分离。供油泵(排渣泵)状态指示，对于供油泵和排渣泵均有以下三种状态：运行，供油泵(排渣泵)已起动，并处于正常工作状态。停止，供油泵(排渣泵)停止运行，电源切断。出错，供油泵(排渣泵)电机保护开关动作，处于故障模式。除上述显示的状态和时序以外，PLC控制器还将

46、记录其他分油机运行数据，如分油机运行小时数，排渣次数，起动次数，wMS触发次数，SMS触发次数等等，这些数据可以作为对分油机进行维护的参考，有利于了解分油机的运行状况。4.1.5 参数设定和修改功能在基于时序控制的PLC程序中，运用了大量计时器控制分离时序的执行，针对具体的污油状况，可以对分离时序参数进行设定和修改，为了确保分油机设备安全和非专业人员的误操作，参数的设定和修改需要输入密码，才能进入参数设定和修改页面。在输入正确的的密码后可以迸入相应的页面对下列计时器参数进行设定和修改：TOO：部分排渣时间T01：置换水时间T02：注水时问T03：分离程序起动后等待时间T04：全排渣时间T05：

47、排渣后转速恢复时间T06：关闭水脉冲时间T07：报警延迟时间T08：置换后等待时间T09：注水后等待时问TIO：分油机起动时间T20：分油机分离间隔时间42 分油机控制系统硬件设计4.2.1 PLC控制器硬件选型根据系统总体功能设计以及产品的可靠性，本课题的PLC控制器选用西门子C7635型号的PLC，具体性能和参数如下表所示：4.2.2 PLC硬件地址分配分油机控制系统接收分油机传感器以及控制台上按钮、开关等信号，经过程序处理，输出信号控制阀件、电动机以及指示灯等。其输入输出地址分配如下表所示：表32 PLC输入地址分配表数字输入 输入描述数字输入 输入描述DI0.0分油机启动DI1.0储渣

48、罐液位过高DI0.1分油机出错DI1.1排渣磊起动DI0.2分油机停止DI1.2排渣磊停止DI0.3供油磊起动DI1.3排渣磊出错DIO.4供油磊出错DI1.4供给磊停止DI0.5进油出口压力过低DI1.5水分传感器触发DI0.6进油出口压力过高DI1.6DI0.7DI1.7模拟输入输入描述模拟输出输入描述DI0.0电机最大电流监控AO0.2供油温度显示DI0.1分油机转速显示AO0.3震动速率显示表3,3 PLC输出地址分配表数字输出 输出描述数字输出 输出描述DO0.0分油机运转DO1.0循环阀DO0.1置换水阀DO1.1DO0.2供油磊运行DO1.2DO0.3操作水阀DO1.3DOO.4

49、供油阀DO1.4DO0.5排渣磊运行DO1.5DO0.6报警指示灯DO1.6DO0.7排水阀DO1.7模拟输入输入描述模拟输出输入描述DI0.0电机最大电流监控AO0.2供油温度显示DI0.1分油机转速显示AO0.3震动速率显示另外，应用西门子ProTool软件对PLC控制器的操作面板显示进行组态时，需要分配内部变量地址，具体分配如下表所示：表34 PLC内部地址分配表地址 长度 用途MW202Alarm messagesMW243Event messageMWIO2Function keyAssignmentMWl43LED AssignmentMW402System assignment4

50、3 控制系统软件设计和实现4.3.1 控制系统软件简介本控制系统中应用到西门子的STEP7 V53编程软件和ProTool v60 SP2组态软件，前者用于编写下位机PLC的控制程序，后者用于组态操作面板显示内容。在Pc机上应用STEP7 V53软件进行控制系统硬件的组态和软件的编写，程序编写完成后下载到PLC控制器中的CPU模块中运行，在Pc机上用ProTool对显示界面进行组态。组态文件下载到PLC控制器中的操作面板中执行，Pc机同PLC控制器的通讯通过MPI接口实现。STEP7支持结构化编程，以结构化逻辑模块组织程序的执行，主要有oB组织块、Fc模块、FB模块、SFC模块、SFB模块、D

51、B模块等。组织块0B，它是操作系统和用户程序的接口。由操作系统调用并控制循环和中断程序的执行以及PLC如何启动通过编程0B指定CPU的响应。S7提供了不同的oB，常用的由主组织模块081、循环中断模块0835、暖启动模块08100、热启动模块OBlOl、冷启动模块08102、错误中断模块0881等等，这些OB允许用户创建在特定时间执行的程序，用OB也可以创建特定事件响应的程序(如错误检测等)。0B决定各个程序部分执行的顺序。且0B有优先级，如果被操作系统调用的oB多于一个，最高优先级的0B最先执行，其他的0B根据优先级依次执行。数据块DB，用户程序所需要的大量的数据或变量存储在数据块中，是实现

52、各逻辑块之间交换、传递和共享数据的重要途径。数据块只有变量声明部分，没有程序。操作数据块中的数据时要先打开数据块。可以建立一个或多个数据块，每个数据块大小不定，但是不同的CPU对数据块及其总数量有限制。对数据块必须遵循先定义后使用的原则，否则，将造成系统混乱。数据结构形式有：基本数据类型、复式数据类型和用户数据类型。功能块FB，它可看成是子程序，有oB或者其他逻辑块调用，有两部分组成，一部分是每个FB的变量声明表，声明此块的局部变量；另一部分是逻辑指令组成的程序，程序要用到变量声明表中给出的局部数据。当调用FB时，需要提供执行时用到的数据或变量，将外部数据传递给FB，使得FB具有通用性，可被其

53、他块调用，以完成多个类似的控制功能。它至少具有一个背景数据块。功能Fc与功能块FB的区别在于，Fc没有背景数据块，不能使用静态变量，当完成操作后数据不能保持。系统功能块SF8，功能同FB相似，不同之处在与SFB(或者SFc)已经有系统定义并封装起来，用户只能在调用时给出对应的接口参数，使用系统功能块的缺点在于只能针对特定的功能，不能查看源程序，灵活性不够。s7中程序循环调用结构如下图所示：图35 PLC程序执行结构图4.3.2 控制系统软件实现硬件组态：分油机控制系统采用的PLC硬件如表3，1历示，为了保证程序能够下载到PIE中运行，必须先根据PLC硬件型号进行正确的组态，硬件组态后还可以对各

54、个硬件模块进行参数设置。硬件组态窗口如下所示：图36图36硬件组态窗口软件程序：分油机自动控制系统通过循环执行PLC指令代码，实现在无人管理的环境条件下完成燃油、滑油、柴油的净化，包括自动排渣、监控、综合报警、参数设定和修改以及向用户指示当前的运行状况。表35 PLC控制系统程序组织模块功能表组织模块功能模块子功能模块主组织(Ore)模拟量处理(FCO标度化(FCll)错误中断(OB80操作按钮处理(FC2)暖启动(Oal00)综合报警(FC3)报警(FC30)FO访问(OBl22)时序控制(FC4)泵控制ffC5)组态显示(FC6)电磁阀控制(FC7)排渣控制(FC8)如表35所示，控制系统

55、程序有组织模块、功能模块和子功能模块实现，其中，组织模块包括主组织模块OBl，其作用在于组织各功能模块的循环调用；错误中断模块(OB81)用于在PLC控制系统发生硬件或者软件错误时进入中断处理分油机的自动控制程序通过功能模块实现。这些功能模块实现的功能包括：模拟量处理，用于对模拟输入量和模拟输出量进行标度化处理；操作按钮处理，用于处理处理从控制台中接收到的按钮操作信号；综合报警模块处理所有报警，包括报警详细消息的显示、报警指示灯、报警蜂鸣器启动等：时序控制模块实现分油机的自动运行时序控制；泵的控制模块实现泵的起动、停止控制；组态显示用于同控制面板显示单元组态软件的通讯处理：电磁阀控制模块实现电磁阀的通电和断电；排渣控制实现排渣电磁阀的通、断电以及排渣监控功能。对于多次用到的