某船主机遥控系统接地故障与排除实例探讨.docx

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1、某船主机遥控系统接地故障与排除实例探讨主机遥控系统是轮机自动化的重要组成部分，通过主机遥控系统应能够对主机进行启动、停车、换向等逻辑控制和对主机的转速进行闭环控制，同时对主机的转速与负荷进行必要的限制，并具有必要的安全保护功能Lo主机遥控系统不仅能改善轮机人员的工作条件，改善船舶的操纵性能，而且还能提高船舶航行的安全性及主机工作的可靠性和经济性，其可靠性直接影响船舶营运安全2某船主机型号MANB&W6S70MC-C,是二冲程六缸十字头涡轮增压柴油机，采用的主机遥控系统是由康斯伯格公司生产的AutoChiefC20（以下简称“ACC20）主机遥控系统，是一种集控制、报警和安全保护于一体的基于现场

2、总线的综合推进控制系统3。一、故障现象及初步排查1、故障现象某次航行中，机舱监视报警系统发出警报“M/ECONTROLSYSDC24VEARTHFAIL,该警报为主机遥控系统24V接地故障，并且不断自动复位几秒钟后又再度警报，一直持续报警。警报出现后随即对主机遥控系统进行检查，发现主机转速不稳定，指针式转速表以及ACP转速数值都不断抖动、变化，振动幅度超过10转，在机侧发现主机油门杆频繁动作，不断改变主机给油量使主机转速不断变化。主机遥控系统出现严重故障并影响到主机工作，立即通知轮机长。轮机长到达机舱并了解情况后，立即备车，通知驾驶台及船长目前主机遥控故障导致主机转速不稳定，要求先主机降速至6

3、5rmin,随后开始排查故障。2、初步排查首先根据油门杆频繁动作，怀疑是转速控制单元存在故障。ACC20主机遥控系统的转速控制单元主要有测速单元、数字调速器、伺服控制单元和执行机构组成4。此时主机油门不断变化，一方面怀疑测速探头电路故障，给出错误的转速使调速器频繁动作，另一方面怀疑调速器DGU单元故障，使油门杆不断动作，导致转速不断变化。（1）排查转速测量系统ACC20采用2套相互独立的转速测量系统（见图1）,以确保任何时候都能得到正确的转速5。SlDE VH WI LYWHI I lRPM PICKUPS FOR SYSH MIRPMD彳I1I RPMEil I”WVao IRPM12 I图

4、1转速测量单元系统转速控制箱RPMD主要安装有2个专用DPU模块RPMEl与RPME2,用于对主机转速进行测量和处理。转速测量单元采用2组共4个探头，一组接至RPMEl,另一组接至RPME2,2组探头互为冗余。RPMEl与RPME2对来自测速探头的脉冲信号进行分析处理，获得主机的实际转速与转向。转速测量值一路通过串行接口RS485/422直接连接到数字调速器DGU,一路通过CAN总线连接，两路连接互为备份6。测速探头目前采用磁脉冲传感器，属于非接触式测速元件，特点是没有运动部件、无损耗、具有使用寿命长、测量精度高等优点，由永久磁铁、软磁芯、线圈及非导磁性外壳组成。测速探头一共4个，2个一组，安

5、装在主机飞轮右上角，探头靠近齿轮安装，与齿顶之间留有一个很小的间隙7o主机运行时，齿顶与齿谷交替通过，造成线圈内的磁通也交替变化，使线圈感应出一系列脉冲信号。由转速公式n=6Ofp（n为转速，f为脉冲频率（由探头测出），P为盘车机齿轮齿数）可知脉冲频率与转速成正比。打开转速测量箱RPMD检查元器件外观，未发现RPMEl与RPMD2故障显示，各接收柱接线正常，未见破损、烧灼的痕迹。再检查转速探头，没有发现探头松动，电线也未见破损、烧灼的痕迹。之后将转速探头拔出清洁，为确保转速测量能正常进行，一次只拔出1个探头，清洁后确认故障报警情况，将拔下的探头复位后再检查下一个探头。4个探头都检查清洁后，报警

6、并未消除。（2）排查数字调速器DGU模块及伺服控制单元接下来怀疑接地故障可能在DSU控制箱内，数字伺服控制箱DSU主要有数字调速器DGU模块及伺服控制单元8。DGU是为实现主机转速与负荷控制而专门设计的DPU模块，具有与主机调速有关的所有功能。DGU一方面通过CAN总线和RS485接口接收转速测量信号，另一方面通过CAN网络接收来自ACP的手柄转速设定信号，其控制输出通过RS485输送到伺服控制单元，由伺服控制单元进行位置反馈控制和功率放大后驱动伺服马达,对油门杆进行精确定位9。主机转速控制系统结构见图2o图2主机转速控制系统结构DGU中接收的手柄设定转速经各种转速限制处理，作为转速设定值与来

7、自转速测量单元的实际转速进行比较后，获得设定转速与实际转速的转速偏差值，再经过PID作用规律的处理后获得控制输出。控制输出还需要经过燃油限制及线性补偿处理后得到燃油给定值，送到伺服控制单元。伺服控制单元实际上是局部反馈控制器，伺服控制单元将油门杆设定值与实际位置进行比较后，根据偏差和控制规律驱动伺服马达带动油门杆动作，直到油门杆到达设定位置为止10。打开DSU控制箱后检查DGU模块和伺服控制单元，没有故障指示显示,检查所有接线未发现异常。为保证主机在控制系统突然失电的情况下能够继续工作，伺服控制单元设计对伺服马达的刹车功能。当突然失电时，刹车动作使伺服马达固定在当前位置，主机保持当前的供油量继

8、续运行。当系统恢复供电时，调速系统自动转入正常工作。所以暂时切断伺服控制单元的供电，屏蔽转速控制单元，此时主机油门杆固定不动，实际转速稳定，但各转速表测量转速任然波动很大，接地故障依旧，可以判断故障并不在DGU与伺服控制单元内，应是由转速测量故障导致的，极有可能故障还是在主机转速测量单元内。二、分区断电判断故障位置接地报警出现几小时后主机遥控系统发出超速警报，主机停机，为保证主机稳定运行，不得不采取机旁应急控制，正倒车和油门杆控制全部采用机旁手动控制这时主机转速显示仍然波动巨大，但实际转速稳定，接地报警故障依旧。在公司电气总管的指导下，决定采取分区断电的方法来确定接地点。此时主机已经采用机旁操

9、作，决定由影响较小的驾驶台部分、集控室部分先分别断电，再进一步切断机旁各DPU模块供电锁定接地点。由于转速探头属于精密元件，特别要求分开切断RPME1、RPME2的供电以此来判断是否是探头电路接地。1、电源系统ACC20主机遥控系统采用双路供电，U2电源模块为不间断电源，当主电源正常时，从主配电盘输入AC220V转换成DC24V,分别给PSO-PlPSO-P2、PSO-P3供电，同时给24V蓄电池充电，当主电源与应急电网都故障时，从24V蓄电池为系统供电。U5模块为普通电源模块，从应急配电盘输入AC220V转换成DC24V,分别给PSO-PlPSO-P2、PSO-P3供电。U2与U5这个2个电

10、源模块互为备用，保证系统随时有电。ACC20主机遥控系统电源系统见图3。图3ACC20主机遥控系统电源系统ACC2O在驾驶台主要设备有主机遥控控制面板ACP,单手柄复合车钟LTU车钟打印机OPU、2个过程处理分配器PSS-2A与PSS-2B驾驶台电源模块PSO-P1、前壁与两翼转速表、轮机长办公室转速表等。ACC20主机遥控系统在集控室主要设备有主机遥控控制面板ACP单手柄复合车钟LTU、显示面板单元IPU通用模块C2、2个过程处理分配器PSS-IA与PSS-IB,冗余处理控制器dPSC集控室电源模块PSo-P2、集控室转速表、负荷指示表、启动空气压力表等。主机机旁有主机信号处理箱MEC应急电

11、控箱ECU015数字伺服控制箱DSU转速测量箱RPMD等4个控制箱。主机信号处理箱MEC内主要有主机接口单元MEL主机安全单元ESU、模拟量输入模块RAi-16接线排TBX-MC与机旁电源模块PS0-P3;应急电控箱ECU015内包含按钮式车钟PBT,转速表、凸轮轴指示等；数字伺服控制箱DSU主要有数字调速器DGU模块与伺服控制单元；转速控制箱RPMD主要安装有2个专用DPU模块RPMEl与RPME2用于对主机转速进行测量和处理。2、分区断电找出接地故障点先分别依次切断驾驶台PSO-Pl供电和集控室PS0P2的双路供电，接地故障仍然存在，随后分别切断PS0-P3各条支路供电，先依次切断给转速测

12、量箱供电的Fl与F5开关，接地警报仍存在，完全排除测速单元存在接地故障，当断开PS0-P3电源模块的F3开关时，“M/ECONTSYSDC24VEARTHFAlL”警报消失，再次观察主机转速表，转速表指示在正常的范围内微微波动，判断故障由是这一线路接地引起。相关接线见图4o24VDPU图4X1-03到ME-JB4的接线根据图纸发现PS0-P3电源模块的F3向接线排TBX-MC和应急控制箱ECUO15供电，将ECUO15的电源进线断开后，将PS0-P3电源模块的F3开关合上后，没有出现接地警报，主机转速表指示也很稳定，于是将故障点锁定在ECUO15控制箱内。将ECUO15的3路分支电源全部断开，

13、依次送电，将XI-03接线头接回电源后，“M/ECONTSYSDC24VEARTHFAlL”警报再次出现，转速表指示波动变大。故障锁定在X1-03接头。XI-03接头为1根三芯线中的1根，其余2根的编号为Xl-08、XI-22o顺着这根线检查，此三芯线束接到主机ME-JB4接线箱内。在ME-JB4接线箱发现此三芯线的3个接线头分别都是断开的，对应的线号为5557和58o经检查发现接线头之前缠绕的绝缘胶带因高温己经失去黏性，部分接线头裸露，加上船舶的抖动，造成55端间歇性接地。对断开的接线端重新包扎处理，供电后“M/ECONTSYSDC24VEARTHFAIL”警报消失，转速表的指示也正常，故障

14、排除。三、结论测速系统转速不稳定，主要怀疑接地故障干扰导致测量转速不稳定，由于主机测速探头对脉冲信号比较敏感，而这次接地故障为频繁接地，可能在主机遥控系统内形成电流脉冲干扰，使测速探头给出的转速不稳定，进一步导致油门杆频繁动作，甚至出现主机超速停车。“M/ECONTROLSYSDC24VEARTHFAIL”警报由U5电源模块发送到机舱监视报警系统，而确认的接地故障点在PS0-P3模块下的ECUO15控制箱内，由此可见低压电源系统的接地故障，通过整个环路内的其他端子传感器或执行器或接线端的不同强度的接地电阻，就会对整个电源模块系统内其他单元的稳定工作造成直接或间接地干扰，PS0-P3供电模块的无

15、规律间歇性接地对向其供电的2组测速探头产生干扰，使整个测速系统不稳定，导致主机转速波动巨大,主机遥控系统瘫痪。事故由接地故障导致，但故障本完全可以避免，由于平时对主机遥控系统各个电控箱的检查较少，主机遥控系统在安装时就埋下这个隐患，如果及时发现排除就不会发这个故障。在之后进一步检查系统时发现多处控制箱内有空的线头，有的做了包扎，而有的则直接裸露接头，这些线头在安装完工后并没有妥善的绝缘处理，不仅线路图上并没有标出编号，而且绝缘胶带做包扎也不符合电气工艺要求，将这些线端标注清楚并接在空的接线柱上才最为可靠。另一方面，ACC20主机遥控系统的各DPU模块间信号都采用光电隔离，但电源系统内却没有有效的隔离保护措施，如果测速单元的电源模块再单独采用DC/DC电隔离，就能进一步提高测速单元的运行可靠性。某型船主机遥控系统典型故障分析某船航行过程中，遥控工况下主机偶发性出现转速波动，转速测量板上的转速值与机旁仪表上的转速值偏差较大，影响船舶航行安全。文章通过梳理遥控系统转速控制指令的信号走向，对主机闭环调速系统进行分析检查、排除故障，形成了典型故障的诊断方法，为后续同类系统的检修和故障排除提供参考。该船主机遥控系统在驾驶室通过自动控制装置对船舶主机进行远程操纵，是典型的闭环负反馈控制系统。主机遥控系统主要包括控制器和主