船舶主机遥控系统第一章.doc

中远集团香港远洋运输公司培训教材船舶主机遥控系统及故障维修吴庚申 刘世居 周明顺 张桂臣 王本明 编青岛远洋船员学院2005.8目 录前言-(1)第一章 船舶主机遥控系统概述及技术资料浏览导引-(2)第一节 船舶主机遥控系统概述-(2)第二节 技术资料浏览导引-(5)第二章 MAN B&W型柴油主机气动操纵系统-(8)第一节 气动操纵系统的组成结构-(8)第二节 气动操纵系统工作过程-(16)第三节 气动系统故障分析与系统维护-(23)第三章 NABCO M-800型主机遥控系统-(30)第一节 主机遥控系统的组成和系统参数设置表-(30)第二节 驾控的逻辑控制和逻辑流程图-(34)第三节 转速控制的逻辑流程图-(38)第四节 主机驾控系统故障诊断的基本思路和常用技巧-(41)第五节 主机安全保护系统-(50)第四章 M-800型电子调速器-(62)第一节 MG-800型调速器系统组成-(62)第二节 MG-800型调速器系统的工作原理及其功能-(63)第三节 MG-800型调速器系统的控制方式-(65)第四节 MG-800型调速器系统的主要I/O信号-(66)第五节 MG-800型调速器系统的面板说明及操作步骤-(67)第六节 MG-800型调速器系统的自检功能及故障查找方法-(69)第七节 MG-800型调速器系统的维修保养-(74)第五章 AC-4型主机遥控系统-(77)第一节 AC-4 系统概述-(77)第二节 集控室AC-4控制面板及面板操作-(81)第三节 主机操纵部位的转换-(88)第四节 AC4系统的参数整定-(89)第五节 AC-4系统的自检试验功能-(91)第六节 开关量参数的整定-(94)第七节 模拟量参数的整定-(96)第八节 SSU8810安全保护系统-(98)7前 言本书是为中远集团香港远洋运输公司轮机员船舶电气业务培训，特别是提高船舶主机遥控系统的运行知识和系统维修技能编写的。书中的内容对从事船舶自动化系统维修工作的工程师在实际工作中也有参考作用。国内海运院校教材“轮机自动化”已对船舶柴油主机遥控系统的组成、常见系统类型、工作原理作了基本的、较全面的讲述。有关该部分的基础知识，请读者自行阅读该类教材。本书是以目前远洋船舶的主流新型主机遥控系统配置为例，即与常见的MAN B&W MC机型船舶柴油主机的操纵系统配套的带电子调速器的M-800 型主机遥控系统和AutoChief 4型主机遥控系统为例，侧重从系统故障维修的角度，进行介绍，读者可以与实船技术资料一起使用本书。阅读原船设备英文技术资料是轮机员掌握设备操作使用方法和进行维护、故障排除的基础。一个可靠的生产厂家提供的技术资料应该具备完善的内容，支持轮机员在备件充裕的条件下，能够自行排除发生的故障。但生产厂家提供的手册不同于学校的教材，虽然全面，往往繁琐、条理不清楚。因此本教材对该系统技术资料中各部分在工作中的用途进行了梳理，通过简单的介绍，以帮助轮机员快速的发现所需的内容。M-800 型和AutoChief 4型主机遥控系统都是基于微型机原理的气电控制系统，其工作原理及故障诊断与系统中的气动操纵部分、微型机硬件、软件（尤其是系统工作参数的设置）、外部电气部件、线路连接都有关系。但目前的多数教科书对这方面缺乏整体关联的详细讲述，本书将通过故障排除举例，从气动操纵部分的具体部件到电路接线图具体接线端子，或者系统参数的错误，提高学员全面分析系统、实际查找故障的技能。本书由吴庚申、刘世居、周明顺、张桂臣、王本明编写。由于时间仓促，难免存在内容缺少和错误，请读者随时给与指正，以在再版时补充纠正。编写中，参考了青岛船院王本明教授主编的“船舶柴油主机遥控系统”和上海海事大学郑士君教授主持的中远集团“主机遥控装置计算机故障诊断及辅助分析系统”项目的有关章节内容，以及近年来，发表在海运期刊上的相关文章，编者在此表示感谢。第一章 船舶主机遥控系统概述及技术资料浏览导引第一节 船舶主机遥控系统概述主机遥控是指远离机旁在驾驶台( 或集控室 )通过自动控制装置对船舶柴油机主机进行操纵。如同所有的控制系统一样, 主机遥控系统是由控制器和控制对象( 主机 )二部份组成的。控制器的任务在于不断地采集来自驾驶台的操纵命令和来自主机的运行状态信息，做出判断，自动地根据系统的控制要求，向被控对象发出控制信号，以达到控制目标。 随着船舶自动化技术的发展, 装设主机遥控系统的船舶逐年增多。 比较完善的主机遥控系统通常设有如下功能(或环节):（1）逻辑程序控制，它包括操纵转换位置判断、自动换向、自动起动、重复起动、重起动、制动的逻辑控制，（2）转速与负荷控制，它包括转速信号发送速率限制和负荷程序等，（3）安全保护与应急操作，（4）系统功能模拟试验，（5）系统故障自检等。组成自动控制系统的元件有气动、机械、液压、继电器-接触器、半导体分立元件、 小规模集成电路等不同种类, 在技术发展的不同阶段，主机遥控系统的类型随采用的控制元件不同也有气动式、电动式、电-气式、电-液式等不同。随着微型计算机在控制领域的广泛应用, 自上世纪八十年代远洋船舶主机遥控系统普遍采用了微型机做为控制器的核心，使系统的设计、生产、使用和维修都更为简单, 可靠性也大大提高。主机遥控系统是根据主机的特点及操作要求设计的，主机型号不同，船东船舶建造的选型习惯，遥控系统的具体配置是有差别的，实现控制目的所采用的元部件也不同。本书第一章至第五章MAN B&W MC机型气动操纵系统、M-800 型主机遥控系统的配置和M-800型电子调速器的内容，选取自中远集团2000年2001年建造的船舶“天顺海”“德惠海”等的资料。第五章AC-4型主机遥控系统选取自5446TEU集装箱船舶“COSCO ROTTERDAM”资料。至于各艘船舶不同型号主机和遥控系统的具体设计和配置，请以相应的船舶技术资料为准。图4-1-1 M-800型主机遥控系统（带MG800电子调速器）系统配置方框图一操纵位置和M-800型主机遥控系统的常见配置现代船舶的主机遥控系统，通常由气动部分和电动部分组成。气动部分一般由柴油主机生产厂家提供，电动部分则由主机遥控系统生产厂家提供。船舶建造时将两者进行组合，使之组成一个完整的主机遥控系统。图4-1-1 方框图表示了M-800型主机遥控系统（带MG800电子调速器）的常见配置。 表4-1-1则列出该系统在驾驶台、集控室人工气动操纵和机旁应急操纵三个不同位置，实现起动等逻辑控制、主机转速控制所应用的不同方法、使用的不同设备，以及主机安全保护装置的功能范围。该系统提供在驾驶台操纵车钟发讯器手柄，应用微机/气动结合的方式自动控制主机的换向、起动、停车和转速的设置；在集控室应用气动系统手动控制主机的换向、起动、停车以及使用电子调速器控制主机转速；在机旁进行应急操纵。同时，系统配置中的安全系统在主机的非正常工况时，提供自动减速或自动停车功能来保护主机，以及提供在遥控系统失灵，使用手动应急停车的功能。表4-1-1 M-800型主机遥控系统的操纵方法操纵位置起动等逻辑功能的实现方法主机转速控制方法主机安全保护装置的功能驾驶台使用驾驶台车令发讯器发令进行自动控制，微型机和气动结合的控制方式。从驾驶台车令发讯器发出电气信号，通过电子调速器控制手动应急停车自动紧急停车自动紧急减速集控室使用集控室车钟和操纵手柄发令进行手动控制，气动控制方式采用集控室操纵手柄发出的电气信号，通过电子调速器控制手动应急停车自动紧急停车机旁使用机旁燃油调整手轮、换向杆和按钮进行控制，机械和气动控制方式。使用机旁燃油调整手轮直接对燃油调整轴进行控制手动应急停车自动紧急停车本书第二章将讲述机旁和集控室手动操纵时使用的气动操纵系统工作原理和故障诊断方法。由于无人机舱的设计要求，远洋船舶主机遥控系统的主要工作方式是驾驶台操纵。驾驶台操纵的自动控制功能主要是通过主机遥控系统中的电气控制系统实现的。在驾控状态下，系统由微型计算机控制，计算机输出的电气控制信号，通过气动操纵系统中的电磁阀转换为气动信号，控制主机的起动、换向、停车，或通过电子调速器调节油门的开度，控制主机的转速，在这里，气动操纵系统的阀件是作为电/气转换的接口，或控制系统输出信号的执行机构来参与实现驾控功能的。从后面第二章的学习可以知道，在驾驶台操纵的各过程中，气动操纵系统中的的大多数阀件与集控室气动手动操纵时的状态一样。因此，要掌握驾驶台电气控制系统的维修技术，不但要掌握第三章介绍的驾驶台电气控制的内容，更首先要掌握第二章气动操纵系统的内容。熟悉上面表格所列三个操纵部位所提供的功能和所使用设备的差别，并且在第二章操纵系统气路图和后面章节电路图中，进一步具体掌握哪些部件是三个操纵部位都使用的共有部件，哪些部件是某一操纵部位单独涉及的部件，通过选用不同的操纵位置，进行对比测试，定位故障区域，是进行故障诊断的首选方法之一。调速器是主机转速控制的重要设备，主机遥控系统中所采用的调速器基本上有两大类，即WOODWARD PG比例积分液压调速器和电子调速器，其主要作用都是根据转速设定值与主机实际转速之间的偏差进行比例积分调节。在气动遥控系统中，转速设定信号是气压信号，经各种限制环节后送到WOODWARD PG液压调速器的转速设定波纹管，调速器按PI调节规律控制主机油门开度。在电子式和微型机的遥控系统中，电气控制部分输出的转速设定信号是电压信号（或电流信号），对该信号有两种处理方法，一种是对代表转速设定信号的电压信号进行U / P转换，将电压信号转变为气压信号送入气控液压调速器的转速设定波纹管，由PG调速器控制主机的转速。对于 “ WOODWARD ” PGA型调速器，对应最低稳定转速和主机海上全速的转速设定气压信号范围通常约为0.05MPa-0.5Mpa；另一种是将代表设定转速的电压信号送入电子调速器，由电子调速器及其伺服机构控制主机的转速。从上世纪九十年代后期，电子调速器已经成为远洋船舶主机遥控系统的主流配置，本书第五章以MG-800型电子调速器为例，对电子调速器的工作原理、使用和维护进行了介绍。ACTUATORDRIVEUNITGOVERNERCONTROLUNITGOVERNERACTUATORPULSEGENERATORJUNCTIONBOXPULSEGENERATOR图4-1-2 驾驶台电气控制系统布置BRIDGE PANELSOURCETELEGRAPHSOURCECLOCK SIGNALMAIN SOURCEMAIN SOURCESOURCE二驾驶台电气控制系统的配置图4-1-2绘出了驾驶台电气控制系统的实际部件在驾驶台、集控室、机舱的布置。这些部件通常按功能可以归纳为对主机起动、换向、停车进行控制的逻辑控制单元、对主机转速进行控制的电子调速器单元和在主机运行条件出现问题时保护主机的安全保护单元三大部分。以上三个单元的每一个单元都是以微型机为核心组成的的控制单元，按照计算机控制系统的工作原理都由硬件和软件来组成。详细的工作原理和故障排除方法将在第三章介绍。第二节 技术资料浏览导引阅读原船设备英文技术资料是轮机员掌握设备操作使用方法和进行维护、故障排除的基础。远洋船舶自动化设备生产厂家提供的技术资料通常囊括了用户使用设备、让用户进行故障排除所需要的所有内容，能够支持轮机员在备件充裕的条件下，在维修过程中，对照实物，一步步深入查找到并理解技术资料提供的具体信息，进行测试，在一定技术层次上，自行排除发生的故障。由于生产成本，设备的不断升级改进，时间等关系，生产厂家提供的技术资料往往是系统和各个部件图纸资料的堆积，不会像学校教材那样条理清晰，连贯，缺乏周密的叙述。为了让轮机员能够从缺乏条理和说明的技术资料中，迅速发现有用的章节，对于以微型机为基础的船舶主机遥控系统的技术资料，我们从系统故障维修的角度，将技术资料按其内容和使用时的功能划分为以下几个部分来阅读使用：1. 资料的第一部分通常是对遥控系统功能的文字描述部分（如Instruction Manual for M/E Remote Control System, Specification）。在这一部分，遥控系统的开发者用文字方式描述 操纵位置转换的操作步骤，逻辑关系；在驾驶台、集控室和机旁三个不同位置进行换向、起动、转速控制、停车操纵的不同步骤、功能、逻辑关系；主机安全保护系统的功能，以及车钟、车令打印等。这一部分通常也包括遥控系统组成的示意图。这一部分是对该船舶主机遥控系统功能、操纵方法的具体设计说明，是操纵使用的手册，也是判断某一功能是否存在故障的标准。2. 柴油主机的气动操纵系统图纸，如本书第二章图4-2-1。柴油主机的气动操纵系统是由主机生产厂家提供，因此，这部分资料往往放在主机的技术资料里。无论是排除气动遥控部分的故障，还是对驾驶台电动遥控系统的故障进行诊断或设计测试方案，都需要清楚的了解气动操纵部分的管路工作状态及作用，从而全面的、从发令环节到执行机构每个环节都能清楚系统是如何工作的。会在系统发生故障时，设计出模拟试验的方案。4.主机遥控系统操作的方框图、时序图和信息处理流程图，如本书第三章图4-3-1 等。遥控系统所处理的是主机运转状态、操作命令和执行机构等输入/输出信号之间的逻辑关系，尽管技术资料中在遥控系统功能、规格的文字描述中对这些逻辑关系也作了叙述，但是，方框图、时序图、信息处理流程图可以更准确、更直观的表达出系统的设计结果。方框图包括： 起动操作逻辑图-详细列出了起动操作中的逻辑关系，包括点火失败的判断，三次起动等。 转速控制方框图列出了从车令手柄发令开始，车令手柄位置与调速器转速设定信号的对应，起动油量设置，负荷程序，临界转速回避，到向电子调速器输入转速设定信号的信号传输全部过程。 停车、换向、紧急倒车逻辑关系图发火转速、换向转速、超速鉴别逻辑图等对于以微型机为核心的控制系统，系统的功能和信息的处理主要是靠软件实现。八十年代NABCO M-800型遥控系统的技术资料列出了软件程序的设计，高水平的维修人员可以通过阅读程序，详细的理解系统的设计，判断系统工作过程每一个环节的状态。由于维修人员不一定能够读懂具体的程序，九十年代后，M-800型系统的技术资料就不再列出具体的程序，而上述逻辑图实际就是程序的框图，体现了信息在计算机中的处理过程和相互之间的逻辑关系、时序关系。值得重视的是，逻辑图中，在有的步骤旁，列出了相应的参数序号，维修人员可以使用系统显示面板上的数码显示，读出该参数，从而能知道软件在执行该步骤时，内部的状态和结果，与正确数值比较后，判断出是否存在故障。5. MIMIC板（模拟显示板或称键盘显示面板）和参数地址设定表，如本书第三章后面图4-3-3和表格4-3-2 等。对于早期完全用继电器和集成电路等硬件构成的控制系统，对硬件系统元件的工作状态要使用万用表测量，系统中允许用户调整的参数要以可调电位器来设置。但是，对于以微型机为核心的主机控制系统，系统的功能主要是靠软件实现，难以使用万用表对大规模集成电路进行测量，更不能用万用表测出软件执行过程的数字信息数值，也不使用电位器来设置软件中使用的参数。以微型机为核心的主机控制系统，通常设计有MIMIC板作为用户与微机控制系统的人机接口，MIMIC板上的键盘和数码显示用于阅读和修改系统的参数。技术资料中对主机遥控系统、安全保护系统、电子调速器三个微机系统分别提供三个表格，每个表格列有几百个参数。这些参数可以分为两类，一类是实时的测量值，显示参数的当前值，例如主机转速，车令手柄电位器的输入电压值等，这类数据只能阅读，不可以更改，用于故障判断时显示各处的工作状态；另一类是系统中的设定值，例如发火转速的判断值，起动油量、起动油量保持时间等，这类数据允许用户更改，从而改变了系统的工作特性。MIMIC板的资料会介绍MIMIC板的操作使用方法，以及使用安全保护系统的MIMIC板上设置主机模拟转速的方法。同时模拟板上还会有许多发光二极管，用于显示系统的正常工作状态、故障状态，以及系统元件故障自检的结果。6.电气控制部分的图纸。用于系统硬件安装时连接各部分设备，以及在发生故障时，查找元部件，接线端子，进行测量时使用。从八十年代后期，大规模集成电路构成的微型机成为主机遥控电气控制系统的主体，承担了前一代遥控系统采用大量硬件（继电器、小规模集成电路芯片）才能实现的功能。微型机印刷电路板的硬件可靠性很高，技术资料中，一般不再提供微型机硬件部分的细节内容，系统的图纸资料是以微型机的硬件方框作为系统的中心，外部元器件作为微型机的外部输入/输出设备，绘制出输入/输出信号与微型机的连接关系。同时，现在技术资料的印制大多使用计算机绘图，用大小为A4的页面打印装订，因此，资料中的图纸尽管仍保留了图纸名称、图纸编号等重要的传统读图信息，但是，和常规的集中到一张大尺寸图纸绘制的继电器接触器电气原理图相比较，有许多不同的读图特点。这一部分图纸内容包括： 系统元部件的名称、编号、规格列表 图纸符号的绘制规定，通常列出在该船图纸中生产厂家规定的缩写，绘图符号、习惯等。 电气控制系统的布置图（OUTLINE），可以看出电气控制系统主要部件（硬件）在驾驶台、集控室、机舱的布置，以及相互之间的连接关系, 微型计算机系统的组成简图。对于基于微型机的各种船舶自动化系统，不管是分油机控制系统，主机淡水冷却系统，机舱集中监控系统，还是主机遥控系统，微型机都是控制系统的核心部件。M-800型主机遥控系统电气部分的三大核心部件：遥控单元（C/R CONTROL PANEL）、安全保护单元(C/R SAFETY PANEL)、电子调速器单元(GOVERNER CONTROL UNIT) 实际分别是一台具有专门功能的微型机。微型机的CPU板发生故障时，整个控制系统瘫痪；微型机的输入/输出接口电路印刷板发生故障时，相应的局部控制部分也会丧失功能。在电路图纸部分，列有微型机硬件的各种电路印刷板型号，及相互连接的技术信息。在故障诊断时，如果排除了外部设备发生故障的可能性，则可以根据这部分资料提供的微型机硬件电路印刷板型号，更换相应的微型机备件印刷板，进行测试。 遥控系统的输入/输出信号图表，如本书第三章图4-3-11 等。这种图是从整个电气控制系统的全局角度的角度来绘制信号传递关系，在每一张图中，绘出电气信号在标明了安装位置（驾驶台、集控室、机舱）的几个设备之间的输入/输出和连接关系。 电气控制系统每个设备的接线图和与其相连的接线端子板单元的输入/输出信号图表，这部分图以系统中的每个重要设备为对象，分设备来绘出与这个设备相连的接线端子板单元及输入/输出信号。在进行故障诊断，追踪信号在外部硬件电路中的传递和处理流程时，必需使用第和第类的电气图纸，查找到相应的接线端子，测试信号状态。7.主机遥控系统主要元器件、设备的技术资料，包括部件的安装外形、尺寸、技术规格、调试方法等。主要部件有：车钟发讯器、转速脉冲发生器、驾驶台的开关和指示灯板、集控室指示灯板等。