淺談船舶動力裝置儀表與控制系統(tǒng)的故障診斷

楊健+張穎

摘 要：簡述了故障診斷的原理、推理模型及診斷過程.針對船舶儀表與控制系統(tǒng)工作過程中的故障，研究了船舶動力裝置儀表與控制系統(tǒng)的故障診斷系統(tǒng)，并給出了診斷實例。

船舶動力裝置儀表與控制系統(tǒng)（以下簡稱儀表系統(tǒng)）的功能是監(jiān)測和控制動力裝置的狀態(tài)。儀表系統(tǒng)本身正常與否直接關系到動力裝置能否正常運行，因此一旦儀表系統(tǒng)出現(xiàn)故障，應立即排除。

關鍵詞：船舶；故障診斷；設計

一、緒論

（一）課題的來源及意義

船舶是水上運輸，作業(yè)和保衛(wèi)國防的工具。船舶動力裝置是船舶上的機電設備和系統(tǒng)的總稱，一般由主推進裝置，輔助供能裝置，保證船舶生命力和安全的設備及保證船上人員正常生活所必需的設備和環(huán)境保護設備等組成。船舶動力裝置是船舶的重要組成部分，它是為船舶的正常航行，作業(yè)，戰(zhàn)斗和其他需要提供推進動力和各種二次能源的一套復雜的機電設備。船舶動力裝置的工作性能和效果是船舶整體性能的一個重要方面，它反映了造船技術和設計藝術的水平。

由于船舶動力裝置設計工作的復雜性，作為未來的船舶動力裝置設計工程師和科學工作者必須具有正確的設計思想和觀點，掌握船舶動力裝置設計的基本原理，基本內(nèi)容和方法，此外應適應設計現(xiàn)代化的要求，掌握船舶動力裝置計算機輔助設計的基本理論和方法，包括最優(yōu)化設計的基本概念，本課程是一門專業(yè)設計課程，是實踐性和綜合性均較強的課程，因此我們重視加強在設計能力的培養(yǎng)。

二、船舶動力裝置儀表診斷方法的選擇

（一）診斷系統(tǒng)的功能與原理

1、系統(tǒng)功能。系統(tǒng)具有以下功能：（1）儀表系統(tǒng)的故障診斷；（2）儀表系統(tǒng)的故障分析和處理意見；（3）診斷知識的自完善及記錄；（4）有關信息的打印。2、基于層次的診斷模型。該故障診斷系統(tǒng)采用層次診斷模型。層次診斷方法是基于知識的分類方法。先利用系統(tǒng)結構分級原理將復雜系統(tǒng)分為系統(tǒng)級、子系統(tǒng)級和功能單元級等幾個層次，然后對不同的層次分別采用與其相適應的診斷方法逐層確定故障的部位和原因，直至達到預定層次并獲得相應結果為止。3、診斷推理過程。針對某系統(tǒng)故障的診斷是采用推理的形式對其故障進行診斷的方法，診斷時，先輸入初始征兆（如故障現(xiàn)象等），然后假設故障子系統(tǒng)（或功能單元）并根據(jù)相應征兆進行推理，最后得到診斷結果，并詢問有關維修紀錄，進行維修處理。

（二）診斷系統(tǒng)組成

故障診斷系統(tǒng)主要由故障檢測模塊、故障診斷知識庫、故障診斷推理機、知識庫管理模塊及診斷結果及處理模塊等部分組成。

故障檢測模塊的主要任務是通過人機交互和某些檢測來推斷其故障類型；知識庫管理模塊是對各知識庫中內(nèi)容實行增刪、顯示、特性處理和修改等工作。

（三）船舶動力裝置空調(diào)壓縮機能量調(diào)節(jié)裝置故障分析

船舶航行于各個海域，氣象條件復雜多變。為了能在艙室內(nèi)創(chuàng)造出一個適宜的人工氣候，以便為船員、旅客提供一個舒適的工作和生活環(huán)境，現(xiàn)代船舶大都裝設有空氣調(diào)節(jié)裝置。對空調(diào)制冷裝置來說，壓縮機一般都設有能量調(diào)節(jié)裝置，使用期間一般處于運轉狀態(tài).在空調(diào)裝置按降溫工況運行時，當外界氣溫升高或降低時，空調(diào)制冷壓縮機上的能量調(diào)節(jié)裝置就會使壓縮機自動地增缸或減缸工作，直至空調(diào)制冷裝置由艙室?guī)С龅膬麸@熱量及凈溫量與艙室的顯熱負荷及濕負荷處于平衡狀態(tài)。這樣，空調(diào)艙室的溫度就可基本保持穩(wěn)定。

三、控制系統(tǒng)設計

（一）控制系統(tǒng)設計

控制系統(tǒng)設計是一個很大的工程。由于渦輪增壓器的影響，渦輪增壓柴油機的時間延遲更大，非線性特征也更加強烈。而現(xiàn)在柴油機控制一般是根據(jù)不同的工作點設計多個控制器，然后根據(jù)實際工況進行調(diào)度.但在工作點快速變化的情況下，這一控制方案不能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能指標。因此，需要尋找基于模型的優(yōu)化控制算法和用于控制器設計的數(shù)學模型.近年發(fā)展起來的魯棒增益調(diào)度算法可以解決這個問題，但需要線性變參數(shù)（LPV） 狀態(tài)空間模型作為算法設計的基礎。

（二）船舶動力裝置與柴油機的關系

以柴油機優(yōu)化控制為目標，通過簡化柴油機平均值模型，得到以柴油機轉速、掃氣箱壓力、排氣管壓力和壓氣機功率為狀態(tài)變量的四階線性變參數(shù)狀態(tài)空間模型。以6S60MC 型船用柴油主機為例，進行了仿真計算，并與平均值模型進行了對比分析。結果表明：（1）同平均值模型相比，盡管在簡化時忽略了很多非線性因素，LPV 模型在動態(tài)和穩(wěn)態(tài)過程中仍具有較好的準確性。（2）LPV模型可直接用于基于模型的現(xiàn)代控制算法，如魯棒控制的設計分析和系統(tǒng)仿真。采用LPV 模型，可以設計既控制柴油機轉速也調(diào)節(jié)空氣流量的控制算法，從而可在滿足轉速要求的情況下，將過量空氣系數(shù)維持在最佳范圍。

四、總結

（1）船舶動力裝置儀表故障診斷維修系統(tǒng)可對儀表和控制的某系統(tǒng)進行故障診斷。（2）該診斷系統(tǒng)不僅能查出引起該系統(tǒng)故障的原因和找出該系統(tǒng)故障的功能單元，而且可獲得故障處理方法和建議。（3）具有解釋功能，可用來快速培訓維修人員，并能積累故障診斷經(jīng)驗。

該診斷系統(tǒng)可應用推廣到診斷其它系統(tǒng)的故障。若要獲得更好的診斷效果，可把數(shù)據(jù)庫管理方法、神經(jīng)網(wǎng)絡以及模糊推理決策等技術結合起來形成集成診斷系統(tǒng)，以實現(xiàn)儀表系統(tǒng)故障的自動診斷。

參考文獻：

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