船舶主機推進控制系統(tǒng)的故障分析

許永成

摘 要：某輪在海上工地作業(yè)期間發(fā)生主機推進控制系統(tǒng)失靈故障的應(yīng)急處理，通過對該主機推進控制系統(tǒng)分析、檢查、查明原因及詳細(xì)描述故障的修復(fù)過程，從船舶電氣管理的角度做出總結(jié)及建議。

關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng) 主控制器PLC CPU 電源管理

1.概況

本輪采用雙主機、雙可調(diào)螺距螺旋槳的推進系統(tǒng)。主推進裝置操縱系統(tǒng)設(shè)有駕駛室、集控室和機旁控制，根據(jù)需要三個控制站的操縱權(quán)可以互相轉(zhuǎn)換。在駕駛室設(shè)有前、后兩個控制臺，以便在各種工況下，對主推進裝置等設(shè)備進行有效操縱，在前、后兩個控制臺之間，其相應(yīng)的控制系統(tǒng)控制權(quán)也能相互轉(zhuǎn)換及其轉(zhuǎn)換連鎖，確保相應(yīng)控制系統(tǒng)安全、可靠地運行。本輪控制系統(tǒng)軟件采用KAMOME PROPELLER CX300系統(tǒng)，遙控操作時由主控制器PLC接收控制臺發(fā)來的指令，實現(xiàn)對主機的控制。其信號傳送和執(zhí)行通過集控室和機旁控制箱內(nèi)的PLC主控制器和輔助繼電器來完成。集控室控制箱主要負(fù)責(zé)主機負(fù)荷、CPP螺距、齒輪箱離合器等相關(guān)操縱命令執(zhí)行，機旁控制箱負(fù)責(zé)主機安保。主機的控制模式分為三種模式：聯(lián)合模式COMBINATION MODE（螺距角在6度以內(nèi)變化時，主機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在怠速不變，隨著螺距角再增加主機轉(zhuǎn)速也跟隨相應(yīng)增加，這種模式在船舶巡航時比較經(jīng)濟）;隨動模式FOLLOW（在使用軸帶發(fā)電機供電模式時，操縱螺距角變化，主機轉(zhuǎn)速可穩(wěn)定保證船舶設(shè)備供電電壓及頻率的穩(wěn)定）;不隨動模式NON-FOLLOW（主機轉(zhuǎn)速和螺距角都需要手動旋鈕單獨操縱，不受CX300系統(tǒng)和PLC主控器的控制，也稱應(yīng)急模式）。

2.故障發(fā)生經(jīng)過及應(yīng)急處理

該輪在船廠塢修結(jié)束后第一個航次出海作業(yè)，船從碼頭裝滿油水及貨物離港到作業(yè)海區(qū)這一路一切設(shè)備運轉(zhuǎn)都正常，等到了作業(yè)海區(qū)準(zhǔn)備靠海上平臺作業(yè)時，按正常操作由前駕控制權(quán)轉(zhuǎn)到后駕控制，船長在后駕控制螺距手柄時突然出現(xiàn)右主機控制失靈，只見控制面板上的指示燈顯示右主機控制自動轉(zhuǎn)到集控室控制并出現(xiàn)右主機降速、離合器脫離開、主機停車，同時導(dǎo)致首推電機也失電停止，只有左主機運行無法正常操縱船舶靠平臺作業(yè)，幸好這時船離平臺在安全距離以外，為保證作業(yè)安全船長操縱左車將船舶離開平臺到安全水域查找故障原因。

3.原因分析

出現(xiàn)這種情況還是第一次遇見，因為剛出船廠，雖然所有設(shè)備出廠前都經(jīng)過實驗，可能存在不穩(wěn)定因素，從簡單入手，逐一排查。首先檢查主機和齒輪箱排除機械故障原因?qū)е码x合器脫開和主機停車，再檢查主機影響安保的滑油壓力低報警、滑油低壓停車、超速保護自動停車都正常，檢查控制系統(tǒng)控制箱的電源220V和24V電源及PLC模塊運行指示燈也沒有異常。檢查實驗調(diào)速器調(diào)速功能正常，主機負(fù)荷限制也正常，離合器的電磁閥及各繼電器均正常。檢查各控制臺轉(zhuǎn)換按鈕的接線沒有發(fā)現(xiàn)異常。同時為了查找齒輪箱離合器脫開、主機停車信號依據(jù)圖紙將控制離合器的電磁閥和調(diào)速器的相關(guān)繼電器在控制箱外接信號指示燈便于監(jiān)視信號來源。再次啟動右主機，轉(zhuǎn)駕駛臺控制，反復(fù)試驗，出現(xiàn)的結(jié)果各不相同，有時右主機控制位由后駕跳至前駕;有時發(fā)現(xiàn)右主機由后駕控制自動跳至前駕控制位，并且主機控制模式由定速模式轉(zhuǎn)為聯(lián)合模式，并自動轉(zhuǎn)到集控室控制。隨后再次實驗右主機的隨動FOLLOW模式又正常。通過幾次實驗結(jié)果初步判斷可能是控制箱內(nèi)部問題導(dǎo)致。該船的主控制器采用CS1G系列PLC模塊式，主要由電源模塊、CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、總線模塊組成，具備很高的I-O響應(yīng)性和數(shù)據(jù)控制功能?？刂葡鋬?nèi)部檢查從最有可能發(fā)生故障的絕緣問題、模塊故障、電源是否穩(wěn)定方面入手。

絕緣比較直觀，直接查看配電板絕緣表220V有些偏低沒有到報警值，24V電源絕緣監(jiān)測顯示正常，為了排除可能是絕緣的影響，逐一排查220V，最終查到是主機調(diào)速器馬達(dá)導(dǎo)致的絕緣低，對調(diào)速器馬達(dá)進行更換后，220V絕緣正常，希望在這找到發(fā)生故障的原因但試驗右主機還是不正常。模塊故障的排查，首先檢查右主機控制器系統(tǒng)顯示工作狀態(tài)是否異常，轉(zhuǎn)駕控制權(quán)限邏輯指示錯誤及離合控制異常故障，轉(zhuǎn)自集控室后都恢復(fù)正常，各模塊指示燈與左車進行對比看不出異常。校對主機控制器OMRON SYSMAC CS1G-CPU42H系統(tǒng)主程序邏輯功能正常，數(shù)據(jù)流傳送線路狀態(tài)也無發(fā)現(xiàn)異常，使用CX-PROGRAMMER程序連接專用數(shù)據(jù)接口轉(zhuǎn)換CS1G-CPU42H內(nèi)部邏輯程序分析及通信控制點靜態(tài)試驗正常。校對下載OMRON SYSMAC CS1G-CPU42H? PROGRAMMABLE CONTROLLER VER 4.0程序后的內(nèi)存地址位也是正常。對主機控制系統(tǒng)集控室，駕駛室前后操作臺NO FOLLOW MODE，F(xiàn)OLLOW MODE，COMBINATION MODE等控制回路，靜態(tài)實時監(jiān)測PRO-CON CX300操作響應(yīng)試驗也正常。最終還是懷疑懷疑OMRON SYSMAC CS1G-CPU42H在主機運行操縱時不穩(wěn)定，導(dǎo)致故障發(fā)生，將其更換。拆檢右主機控制箱主電源，該控制箱電源由主配電板220V屏一路電源開關(guān)提供，經(jīng)110V變壓器后分兩路供電，一路給PRO-CON CX300和調(diào)速器馬達(dá)提供110V交流電源，另一路轉(zhuǎn)換成24V直流電給PLC、控制面板、外部CPP和齒輪箱離合器電磁閥供電。同時還有一路蓄電池提供的24V備用直流電。經(jīng)檢查由110V轉(zhuǎn)換24V的電源模塊已發(fā)生故障。將控制箱的電源模塊更換。

4.故障解決結(jié)果及總結(jié)工作預(yù)防

該故障最終在更換右主機主控制器PLC的CPU模塊和控制箱的電源模塊后，試驗主機控制系統(tǒng)恢復(fù)正常，船舶又投入正常的營運。

針對出現(xiàn)的問題，在船舶電氣管理方面做好以下預(yù)防：

船舶進廠修理時，由于船廠自身條件及船舶進出塢修理原因，經(jīng)常發(fā)生岸電斷電情況，由于船廠供電頻繁的合斷，容易造成控制箱電源發(fā)生沖擊，采取相應(yīng)措施應(yīng)該與船廠供電部門溝通提前通知，不能隨意斷電，船上人員在船廠供電斷電前，按照斷電步驟先將控制箱的24V電源開關(guān)斷開，再斷開220V電源開關(guān);給控制箱供電時，應(yīng)先把220V電源合閘，再合24V直流電源開關(guān)，這樣可避免電流沖擊造成PLC模塊故障。對配電板絕緣無論是220V或24V監(jiān)控出現(xiàn)絕緣低時都應(yīng)及時查找處理，防止影響系統(tǒng)的正常運行。CPU模塊老化也是影響系統(tǒng)不正常的因素，模塊老化，CPU在執(zhí)行程序時容易發(fā)生數(shù)據(jù)丟失，尤其在操縱兩個車鐘指令間隔很短時。溫度對電子產(chǎn)品性能影響也很大，為了延長其使用壽命，保證其穩(wěn)定運行，船上應(yīng)加強對控制箱的管理，一般控制箱內(nèi)風(fēng)扇都裝有溫度控制開關(guān)，以保證箱內(nèi)溫度穩(wěn)定，需要定期對控制箱風(fēng)扇進行保養(yǎng)，對進風(fēng)口濾網(wǎng)進行清潔或換新。對控制箱內(nèi)部的灰塵及時清除，以免影響各模塊的散熱，機艙控制箱還應(yīng)做好水密防潮處理。