CZ-100／3型船用空压机自动化系统设计

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船用设备 自动化系统包括控制系统、安全系统和报警系统(包括显示)n]。

控制系统包括 自动控制系统和邑系统。 自动控制指具有 自动调节特性，无需操作人员参与即可按预定指令对设备进行操作的控制 ；邑指由操作人员通过机械、电气、电子、气动、液压、电磁及光学方式或其组合方式远距离对设备进行操作的控制。

安全系统指当发生危及设备的严重故障时 ，能使发生故障的机电设备，按下列 3种类型自动产生保护性动作的系统。

(a)立即停止运行，如紧急切断用电设备电源等，而且非经人工复位，该设备不应再投入运行；(b)暂时调节到可以勉强运行的状态，如降收稿 日期：2012-09-26低转速等；(c)启动和投入备用设备，以恢复正常的运行状态。

报警系统指当被监控的机电设备或系统超出预定参数范围时所发出的听觉和视觉信号。

对于船用中压空压机组，自动化系统是其重要的组成部分，船用中压空压机组自动化系统的设计是-个系统性问题 ，-方面要考虑单台空压机组 自动化系统的设计 ；另-方面还要考虑主 、辅空压机组自动化系统的关联，同时还需满足船用环境适应性和电磁兼容性的要求。

为此，本文将给出-种 CZ-100/3型船用中压空压机组自动化系统的设计实例，阐述船用压缩机组控制系统、安全系统和报警系统设计的方法，介绍船用环境适应性和电磁兼容性 的设计要点 ，并探讨设计时应注意的问题。

2012年06期(总第236期)-控danuf制acturin技gPro黼ce ih-图 1 单机组系统流程图2 自动化系统设计 (2)及时更换损坏的部件或投入备用设备以恢2.1 总体要求 复正常的控制功能；船用中压空压机组是船用中压空气站重要的组成部分 ，主要由船用中压空压机 、电机、自动化系统等组成。在船用中压空气站中，中压空压机组-般设置 2台，可互为备用。

按照船用 自动化监控要求，船用中压空压机组应能在周期无人值班期间 自动正常运行。自动化系统应按安全原则设计，不仅应考虑与船用中压空气站中的设备故障，而且要考虑船舶及人员的安全。同时，控制系统、报警系统和安全系统的设计 ，应能使运行过程中出现的-个故障不会导致其他故障的产生，并且其产生的危险性降到旧能低的程度。下面以 CZ-100/3型船用中压空压机组为例 ，阐述船用中压空压机组控制系统 、安全系统和报警系统的设计。CZ-100/3型船用中压空压机组系统流程图如图 1。

2.2 控制系统的设计2.2.1 -般要求控制系统应具有 良好的控制品质∝制系统以及被控制的机电设备，在其全部运行工况范围内应具有满意的特性 ，即应能稳定工作，不会使机电设备受到有害的机械负荷和热负荷，并具有必要的控制精度。

控制系统的设计 ，应能使控制系统中出现的故障对控制过程产生的危险性降到旧能低的程度，并且不会使设备的自动和/或手动控制失效。

当自动控制系统或邑系统发生故障或失效时，应能 ：(1)发出报警信号；I 2012年06期(总第236期)(3)转换到就地手动控制，转换控制时不应引起机电设备运行状态的变化。

2.2.2 单机组控制系统的设计船用压缩机的自动控制装置分半 自动和全 自动两种方式 2]，CZ-100/3型船用中压空压机组的控制系统选用全 自动方式 ，单机组控制系统原理图如图2所示，具体自动控制功能如下。

N电源运行故障延时排污定时主回路排污阀1排污阀2冷却水阀图2 单机组控制系统原理图(1) 自动开机 、自动停机∝制开关处于 自动位置 ，当气瓶压力低于要求值时 ，压力控制器闭合 ，空压机组 自动开机；当气瓶压力达到要求值时 ，压力控制器断开 ，空压机组 自动停机∝制开关还能设置手动位置，当处于手动位置时，按下启动按钮，空压机立即启动。在空压机运行过程中，可以根据需要的气体压力值，设置压力 控制器停机值。

(2) 自动卸荷、自动泄放≌压机启动时 ，卸荷阀自动打开，使空压机空载启动，延时 10 s后 ，卸荷阀自动关闭，空压机带负载运行；停车时，空压机打开卸荷阀，自动泄放。

(3) 自动排放冷凝液装置 [31≌压机运行过程 中 ，间隔 20rain周期性地 自动排放冷凝液 。

(4)现瞅远程控制装置∝制柜上设置”现瞅”远程”选择开关。选择 现潮时，在现场实现 自动开机、自动停机；选择 远程”时，在监控室进行 自动开机、自动停机。

2.3 安全系统的设计安全系统的设计应保证当发生危及空压机的严重故障时 ，为避免空压站不必要的运行中断，安全系统应在报警系统动作后随即以下列方式动作 ，使其产生的危害性旧能低： (1)启动和投入备用设备； (2)降低负载或停止运行。

CZ-100/3型船用中压空压机组严格按船用安全系统的要求设计，单机组的安全系统原理图如图 3所示 ，具体设计如下：图 3 单机组安全系统原理图(1)冷却水水温保护装置。在空压机运行过程中，当水温超过规定值时，空压机自动停车。

(2)出口空气温度控制装置。在空压机运行过程中，当空压机出口压缩空气温度超过规定值46 瓣 蜘时，空压机自动停车。

(3)冷却水水压保护装置。在运行过程 中，当水压低于规定值时，空压机 自动停车。

(4)电机过载保护装置。在运行过程中，当电机负载超过规定值时，空压机自动停车。

(5)主辅机互为备用装置。当主机出现故障，或工作时间远大于备用空压机，通过电气联锁，可以相互备用[41。正常情况下主机工作 ，同 时可通过选择开关和压力控制器 自动切换到备用机并投入工作，实现主辅机互为备用的功能。

另外 ，安全系统设计时需特别注意 ，当安全系统动作而停止空压机运行 ，则非经人工复位 ，该设备不允许再 自动投入运行。当水压低、水温高、排气温度高、电机过载时 ，相应的继电器得电，继电器触点动作 自锁，只有相应的故障排除后，并进行人工复位，空压机才可再次运行。

需要说明的是：该空压机润滑方式采用飞溅式润滑，无需油压保护装置。

2.4 报警系统的设计2.4.1 -般要求报警系统设计要求对被监控的机电设备和监控系统本身的所有故障发出报警信号，所有的报警应同时发出视觉或听觉报警信号，严重故障的报警光色-般采用红色，普通故障-般采用黄色，听觉信号应有足够的响度，并应与火警、电话及其他听觉信号有明显的区别。

报警系统对同时发生的所有故障发出报警信号。对某个故障的报警和戗 对报警的应答不应妨碍对其他同时发生的故障的报警和俄应答。对报警信号应答后，可消除听觉信号并改变视觉信号，但机器处所听觉报警信号的消声按钮只允许设在机器处所或集控室内，同时视觉信号应-直保留到故障消除为止。故障消除后 ，该报警通道应能自动恢复到正常工作状态。

报警系统应具有 自检功能，即对 自身的故障自动进行检测和报警 (或指示)，以防止有警不报或误报警。

报警系统的显示可采用仪表、显示器等进行参数显示。参数可以单独显示，也可以选择显示；可用文字显示，也可以用图形显示；但显示均应清晰明了。指示灯信号的光色-般采用绿色或白色。

2012年06期(总第236期)蠢控lanuf制acmrin技g Pro ces，fr2.4.2 单机组报警系统的设计CZ-100/3型船用中压空压机组的报警系统严格按船用要求设计，同时在控制柜上显示声光报警信号，单机组报警系统原理图如图 4所示，具体报警 (指示)设计如下：(1)冷却水水温保护报警。在空压机运行过程中，当水温超过规定值时，发出声光报警信号；(2)出口空气温度保护报警。在空压机运行过程中，当空压机出口压缩空气温度超过规定值时，发出声光报警信号；(3)冷却水水压保护报警。在运行过程中，当水压低于规定值时，发出声光报警信号；(4)电机过载保护报警。在运行过程中，当电机负载超过规定值时，发出声光报警信号；(5)远程报警信号的传送。保护报警信号传送到远程监控室。

除了具有以上的报警信号，还有电源的状态指示、空压机运行指示和机组运行时间的显示。

N[KA2/j ]KA3 KA4 l l- 1 o电源运行时间运行指示排气超温水压低电机过载水温度高远程运行信号远程综合故障图 4 单机组报警系统原理图3 船用环境适应性及电磁兼容性的设计3.1 环境适应性设计3.1.1 船用环境条件(1) 自动化系统在表 1所述的环境空气温度下正常工作。

(2)自动化系统在下列相对湿度下正常工作：温度达45 时：95%±3%温度高于45oC时：7O%±3% 2012年06期(总第 236期)表 1 环境空气温度安装位置 温度(℃)- 般围蔽处所和有空调的围蔽处所 5～55有散热设备且无空调的围蔽处所 5～70开敞甲板、无保温措施的甲板室 -25～70(3) 自动化系统在表 2所述的振动条件下正常工作，如在频率范围内发生共振，并当振动超过要求值时，应采取适当措施予以抑止。

(周期 10s)以及垂直方向线性加速度±9.8m/s2时正常工作。

(5) 自动化系统应能适应船上盐雾、油雾 、霉菌及灰尘等环境。

3.1.2 环境适应性设计(1)所有电器元件的选择需满足船用标准的要求；电控柜设计时选择耐腐蚀材料，同时考虑柜体和各接口的密封性。

(2)抗振动设计为防止振动对电器元件的影响，该机组 自动化系统进行了抗振动设计，电控柜抗振结构图如图 5。

表2 振动安装位置 振动参数2.O～13.2 Hz 13.2～100 Hz- 般处所 振幅±1mm 加速度 4-0.7 g往复机械 2.0-25 Hz 25100 Hz空压机上 振幅±1.6mm 加速度 ±4.0 g(3)设计时应明确 自动化系统需进行船用环境适应性试验。

3.2 电磁兼容性设计3.2.1 电磁兼容性要求自动化系统需具有必要的电磁兼容性。电磁兼容性是指系统 、分系统、设备在共同的电磁环境 中能协调地完成各 自功能的共存状态 ，即设备图5 电控柜抗振结构图制 技 术不会由于处于同-电磁环境中的其他设备的电磁干扰而导致性能降低或故障，也不会由于自身的电磁干扰使处于同-电磁环境中的其他设备产生不允许的性能降低或故障。电磁兼容性是电子产品的-项重要指标，它包含系统间和系统内的电磁兼容两个方面。

3.2.2 电磁兼容性设计电磁兼容设计必须对电磁干扰源进行分析 ，并研究电磁干扰的各种传播途径，以便于采取措施，消除或抑制电磁干扰源，减轻电磁干扰的影响。

传导干扰是指通过导线进行传播的干扰 ，主要有共阻耦合、电感耦合、电容耦合 3种形式。辐射干扰是干扰源通过向空间辐射电磁能量而形成的干扰，主要有感应愁合和辐射愁合两种形式。

CZ-100/3型船用中压空压机组按船用电磁兼容性要求，该设备既要有-定的抗电磁干扰的能力，同时也不能产生超过允许的电磁干扰。基本设计原则如下：(1)分析并找出系统所有的人为干扰源和 自然干扰源；(2)旧能消除或抑制干扰源；(3)采用屏蔽、滤波等手段从各种传播途径上抑制干扰耦合 ；(4)采用接地和搭接技术。

4 试验CZ-100/3型船用中压空压机组 自动化系统制作完成后，对控制系统、安全系统和报警系统的灵敏度和极限值等整定值进行调节和锁定；对控制系统、安全系统和报警系统的各项功能进行了检查；并对电控柜进行了环境适应性试验，包括倾斜和亿、低温、高温、湿热、振动、颠震、霉菌、盐雾、电磁兼容性，检测结果均符合船用标准的要求 ；同时自动化系统连同空压机-起 ，按规定的试验大纲进行了系泊和航行试验 ，整个系统工作正常。

5 结语通过对该型机组的控制系统、安全系统和报警系统进行设计 ，同时考虑环境适应性及电磁兼容性要求 ，经环境适应性试验、电磁兼容性试验、系泊和航行试验，结果表明该型压缩机组自动化系统设计正确、运行安全、可靠，满足了船用规范要求。

另外，该机组还可以配置计算机系统，以及以计算机为主的自动化监控设备，包括可编程控制器。同时满足 《船上计算机应用与检验指南》的相关规定。该文对同类压缩机的自动化设计具有-定的参考价值。