船舶空气压缩机电气控制系统原理浅析

船舶空气压缩机电气控制系统原理浅析
摘要本文对船舶空气压缩机电气系统的自动化控制作了简单的论述，主要运用
了电气自动控制、电机与电力拖动方面的技术，采用了继电控制来实现空气压缩
机的起动和停止，并且使用了压力开关触点的断开和闭合来达到空气压缩机自动
控制的目的。

关键词：空气压缩机低压电器控制自动控制
近年来，我国工业的水平不断地提高，现已进入工业4.0时代。

各行各业的
自动化程度也不断地提高，我们国家的船舶行业也已进入了全球三甲。

船舶的自
动化程度越来越高，无人机舱、一人桥楼等都反映了自动化水平的提高，本文进
一步介绍了船舶空气压缩机的自动控制。

1 系统概述
1.1 系统介绍
船舶上的各种设备，起动或正常工作的都需要压缩空气（如船舶推进主机、
柴油发电机、分油机等设备）。

空气压缩机是将机械能转换成气体压力能的装置。

空气压缩机所产生的压缩空气蓄入船用空气瓶，再由连接在空气瓶和船用设备之
间的空气管路，供给设备作正常运行使用。

1.2 系统的功能和安全要求
船舶上的任何系统所要实现的功能都应该满足船东规格书的要求，还需满足
船级社的安全规范要求。

该系统符合船东和船级社规范要求。

1.两台电驱的空气压缩机为船舶其它设备提供压缩空气。

2.可以在机舱集控台上控制空气压缩机，并可以显示工作状态。

3.当空气瓶压力低于2.2MPa或高于30MPa时空气压缩机能自动停止或起动。

4.当空气压缩机冷却水温度过高，达到90℃时，控制电路应当马上切断电机
运行，并发出报警信号。

5.当空气压缩机电机润滑油压力过低，低于0.2MPa时，控制电路应当马上切
断电机运行，并发出报警信号。

6.当空气压缩机的电控箱电源处于异常状态时，应发出报警信号。

7.所有报警信号需延伸至机舱监测报警系统。

2系统功能要求分析
2.1 系统保护
1）冷却水高温保护在电路中接入一个温度控制开关，当冷却轴承的冷却水
温度过高时，由温控开关的触点断开或闭合来切断主接触器线圈电路。

2）滑油低压保护在电路中接入一个压力开关，当润滑轴承的滑油管路中的
油压过低时，压力开关瞬时切断电路。

2.3 电路遥控自起动
空气压缩机需要有遥控控制，也就是多地点控制，而且在机舱集控室遥控时，得有自动起动和停止功能。

当空气瓶的压力蓄满3.0MPa时，空气压缩机停止工作；当空气瓶的压缩空气的容量只剩2.2MPa时，空气压缩机开始工作，不断的
往空气瓶内打气直到空气瓶的压力蓄满3.0MPa。

这样不断的循环工作，在不出现故障的情况下，可以一直无人操作。

3.空气压缩机电气原理
3.1 主电路原理
根据船东规格书和船级社规范要求分析得知，主电路只要是一个基本的单向
旋转控制电路就可以完成功能运行。

图3-1为电动机单向旋转主电路，其中主电
路由刀开关Q1、熔断器F1、接触器K1的主触头、热继电器FR和空气压缩机马
达M构成。

图3-1 主电路原理图
3.2 就地控制原理
图3-2为就地控制原理图，S1为手动选择开关，共有3挡，选择运行挡位时1，4闭合，其它两挡处于断开状态，K1接触器线圈通电吸合，图3-1中K1主触
点闭合，空气压缩机就运行。

当S1选择停止时，图3-2中2，5通路，另外两挡
断开，K1线圈断电释放，主触点断开，空气压缩机马达停止。

图3-2 就地控制原理图
3.3 遥控自动控制原理
遥控自动控制是本系统的难点，图3-3为遥控自动控制的原理图。

当S1手动
选择开关，选至遥控位，3，6闭合（其它两挡处于断开状态），再把机舱集控台
上的S2手动选择开关打到运行位，7，10闭合，K1线圈得电吸合，主触点闭合，空气压缩机起动。

这样就完成了遥控手动起动空气压缩机。

当S2手动选择开关
打到自动位，9，12闭合后，K1线圈通电与否，还要取决于压力开关P的动作。

功能要求当空气瓶中压力低于2.2MPa时，空气压缩机起动，而压力达到3.0MPa 时，空气压缩机停止运行。

这时就得将压力开关的触点动作值调整到这两个压力点，接线时接常闭点（也就是压力为0时压力开关是闭合状态）。

假设空气瓶压
力为0，这时压力开关触点闭合，S1为遥控位，S2为自动位，这时K1线圈得电
吸合，主触点闭合，空气压缩机起动旋转。

这样一直往空气瓶中注入压缩空气，
当压力达到3.0MPa时，压力开关触点断开，K1线圈断电释放，主触点断开，空
气压缩机停止旋转。

因为空气瓶中压缩空气一直不断的在消耗，当压力下降到
2.2MPa时，压力开关触点又闭合，空气压缩机又一次起动运行，这样周而复始的工作保证了其它船舶设备的正常运行。

图3-3 遥控自动控制原理图
3.4 电路保护控制原理
电路的保护在电气控制中是非常重要的，当发生故障时可以及时切断电路，
停止机器运行，防止更大的事故发生。

图3-4中，在接触器K1前面串接了中间继电器K7，K8，K9的常开触点来保护电路。

正常工作时，控制回路有电后，因为
S1手动选择开关停止挡闭合，K2继电器线圈通电，然后K2继电器3个常开触点
闭合，K7，K8，K9继电器线圈同时通电吸合，常开触点闭合，并完成自锁。

这里要说明的是压力开关P1的压力值低于0.2MPa时触点断开，高于0.2MPa 时触点闭合；温度开关T的温度值高于90℃时触点断开，低于90℃时触点闭合。

正常工作时都处于闭合状态。

当K7，K8，K9自锁后，把S1手动选择开关打到运行挡，空气压缩机正常运行。

在正常运行过程中，由于S1选择开关在运行挡，所以停止挡已经断开，则
K2继电器线圈已经断电释放，若发生电动机过载，则热继电器的常闭触点断开，
使K7继电器线圈断电释放，这时串在K1接触器前的K7常开触点断开，空气压
缩机也就停止运行。

同理，当轴承润滑油压力低于0.2MPa时P1压力开关触点断开；冷却水温度高于90℃时T温度开关触点断开都能切断空气压缩机运行。

图3-4 电路保护原理图
3.5 排渣功能原理
空气压缩机在正常运行时，它的冷却水、润滑油本身就有可能带有杂质，以及管路中的微粒，在循环使用的过程当中很有可能对压缩机产生损坏，因此要将这些杂质排出去。

图3-5-1中，与K1接触器并接一个定时继电器K4，K4通电后每15分钟线圈吸合一次，每次吸合时间为15秒，15秒过后重新计时，这样循环控制三个电磁阀排放杂质。

在电控箱的面板上安装指示灯来显示空气压缩机是在正常运行或是因为某种故障而停止。

图3-5-2中，在接触器K1的常开触点后串联一个绿色的小灯泡，通过K1的常开触点来控制小灯泡的“明”或“暗”。

同理，通过K7，K8，K9继电器的常闭触点来控制红色小灯泡，这样可以分别指示出空气压缩机是由于哪种故障而停止工作。

这样可以使工作人员一目了然，不用再分析是什么故障导致空气压缩机停止运行。

另外有一个计时器，它可以统计出空气压缩机运行时间。

图3-5-1 排渣功能原理图
图3-5-2 控制面板原理图
3.6 空气压缩机选择箱原理
为了避免单台空气压缩机长时间运行而对机器产生损伤，在海上航行两台空气压缩机必须交替使用。

因此，在系统中设置一个空气压缩机选择箱，可以任意选择两台空气压缩机中一台为主用状态，另一台为备用状态。

空气压缩机选择箱中是一个2挡位的选择开关S4加上10个接线端子组成，它相当于一个过渡站，机舱集控台上的遥控选择开关S2和S3接入空气压缩机选择箱后，与同样从外部接入的压力开关P和空气压缩机电控箱遥控线路构成回路后来实现遥控控制。

图3-6中，当手动开关S4选择1挡时S4的1，2触点和5，6触点闭合，选择2挡时3，4触点和7，8触点闭合。

当手动开关S4选择1挡时，压力开关P 接入1号空气压缩机的自动控制回路。

同理，选择2挡时对2号空气压缩机进行自动控制。

图3-6 空压机选择箱原理图
结束语
船舶自动控制系统的成熟发展，大大减轻了船员的劳动强度，也减少了工作人员的误操作而产生事故的概率。

参考文献：
[1] 刘明伟马宏革电机与电气控制科学出版社 2007
[2] 陈渝光电气自动控制原理和系统机械工业出版社 2008.6
[3] 宋谦船舶电力拖动哈尔滨工程大学出版社 2006。