船舶主机推进控制系统的故障分析

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　　摘 要：某轮在海上工地作业期间发生主机推进控制系统失灵故障的应急处理，通过对该主机推进控制系统分析、检查、查明原因及详细描述故障的修复过程，从船舶电气管理的角度做出总结及建议。
　　关键词：控制系统 主控制器PLC CPU 电源管理
　　1.概况
　　本轮采用双主机、双可调螺距螺旋桨的推进系统。主推进装置操纵系统设有驾驶室、集控室和机旁控制，根据需要三个控制站的操纵权可以互相转换。在驾驶室设有前、后两个控制台，以便在各种工况下，对主推进装置等设备进行有效操纵，在前、后两个控制台之间，其相应的控制系统控制权也能相互转换及其转换连锁，确保相应控制系统安全、可靠地运行。本轮控制系统软件采用KAMOME PROPELLER CX300系统，遥控操作时由主控制器PLC接收控制台发来的指令，实现对主机的控制。其信号传送和执行通过集控室和机旁控制箱内的PLC主控制器和辅助继电器来完成。集控室控制箱主要负责主机负荷、CPP螺距、齿轮箱离合器等相关操纵命令执行，机旁控制箱负责主机安保。主机的控制模式分为三种模式：联合模式COMBINATION MODE（螺距角在6度以内变化时，主机转速稳定在怠速不变，随着螺距角再增加主机转速也跟随相应增加，这种模式在船舶巡航时比较经济）;随动模式FOLLOW（在使用轴带发电机供电模式时，操纵螺距角变化，主机转速可稳定保证船舶设备供电电压及频率的稳定）;不随动模式NON-FOLLOW（主机转速和螺距角都需要手动旋钮单独操纵，不受CX300系统和PLC主控器的控制，也称应急模式）。
　　2.故障发生经过及应急处理
　　该轮在船厂坞修结束后第一个航次出海作业，船从码头装满油水及货物离港到作业海区这一路一切设备运转都正常，等到了作业海区准备靠海上平台作业时，按正常操作由前驾控制权转到后驾控制，船长在后驾控制螺距手柄时突然出现右主机控制失灵，只见控制面板上的指示灯显示右主机控制自动转到集控室控制并出现右主机降速、离合器脱离开、主机停车，同时导致首推电机也失电停止，只有左主机运行无法正常操纵船舶靠平台作业，幸好这时船离平台在安全距离以外，为保证作业安全船长操纵左车将船舶离开平台到安全水域查找故障原因。
　　3.原因分析
　　出现这种情况还是第一次遇见，因为刚出船厂，虽然所有设备出厂前都经过实验，可能存在不稳定因素，从简单入手，逐一排查。首先检查主机和齿轮箱排除机械故障原因导致离合器脱开和主机停车，再检查主机影响安保的滑油压力低报警、滑油低压停车、超速保护自动停车都正常，检查控制系统控制箱的电源220V和24V电源及PLC模块运行指示灯也没有异常。检查实验调速器調速功能正常，主机负荷限制也正常，离合器的电磁阀及各继电器均正常。检查各控制台转换按钮的接线没有发现异常。同时为了查找齿轮箱离合器脱开、主机停车信号依据图纸将控制离合器的电磁阀和调速器的相关继电器在控制箱外接信号指示灯便于监视信号来源。再次启动右主机，转驾驶台控制，反复试验，出现的结果各不相同，有时右主机控制位由后驾跳至前驾;有时发现右主机由后驾控制自动跳至前驾控制位，并且主机控制模式由定速模式转为联合模式，并自动转到集控室控制。随后再次实验右主机的随动FOLLOW模式又正常。通过几次实验结果初步判断可能是控制箱内部问题导致。该船的主控制器采用CS1G系列PLC模块式，主要由电源模块、CPU模块、输入模块、输出模块、总线模块组成，具备很高的I-O响应性和数据控制功能。控制箱内部检查从最有可能发生故障的绝缘问题、模块故障、电源是否稳定方面入手。
　　绝缘比较直观，直接查看配电板绝缘表220V有些偏低没有到报警值，24V电源绝缘监测显示正常，为了排除可能是绝缘的影响，逐一排查220V，最终查到是主机调速器马达导致的绝缘低，对调速器马达进行更换后，220V绝缘正常，希望在这找到发生故障的原因但试验右主机还是不正常。模块故障的排查，首先检查右主机控制器系统显示工作状态是否异常，转驾控制权限逻辑指示错误及离合控制异常故障，转自集控室后都恢复正常，各模块指示灯与左车进行对比看不出异常。校对主机控制器OMRON SYSMAC CS1G-CPU42H系统主程序逻辑功能正常，数据流传送线路状态也无发现异常，使用CX-PROGRAMMER程序连接专用数据接口转换CS1G-CPU42H内部逻辑程序分析及通信控制点静态试验正常。校对下载OMRON SYSMAC CS1G-CPU42H  PROGRAMMABLE CONTROLLER VER 4.0程序后的内存地址位也是正常。对主机控制系统集控室，驾驶室前后操作台NO FOLLOW MODE，FOLLOW MODE，COMBINATION MODE等控制回路，静态实时监测PRO-CON CX300操作响应试验也正常。最终还是怀疑怀疑OMRON SYSMAC CS1G-CPU42H在主机运行操纵时不稳定，导致故障发生，将其更换。拆检右主机控制箱主电源，该控制箱电源由主配电板220V屏一路电源开关提供，经110V变压器后分两路供电，一路给PRO-CON CX300和调速器马达提供110V交流电源，另一路转换成24V直流电给PLC、控制面板、外部CPP和齿轮箱离合器电磁阀供电。同时还有一路蓄电池提供的24V备用直流电。经检查由110V转换24V的电源模块已发生故障。将控制箱的电源模块更换。
　　4.故障解决结果及总结工作预防
　　该故障最终在更换右主机主控制器PLC的CPU模块和控制箱的电源模块后，试验主机控制系统恢复正常，船舶又投入正常的营运。
　　针对出现的问题，在船舶电气管理方面做好以下预防：
　　船舶进厂修理时，由于船厂自身条件及船舶进出坞修理原因，经常发生岸电断电情况，由于船厂供电频繁的合断，容易造成控制箱电源发生冲击，采取相应措施应该与船厂供电部门沟通提前通知，不能随意断电，船上人员在船厂供电断电前，按照断电步骤先将控制箱的24V电源开关断开，再断开220V电源开关;给控制箱供电时，应先把220V电源合闸，再合24V直流电源开关，这样可避免电流冲击造成PLC模块故障。对配电板绝缘无论是220V或24V监控出现绝缘低时都应及时查找处理，防止影响系统的正常运行。CPU模块老化也是影响系统不正常的因素，模块老化，CPU在执行程序时容易发生数据丢失，尤其在操纵两个车钟指令间隔很短时。温度对电子产品性能影响也很大，为了延长其使用寿命，保证其稳定运行，船上应加强对控制箱的管理，一般控制箱内风扇都装有温度控制开关，以保证箱内温度稳定，需要定期对控制箱风扇进行保养，对进风口滤网进行清洁或换新。对控制箱内部的灰尘及时清除，以免影响各模块的散热，机舱控制箱还应做好水密防潮处理。
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