Rolls—Royce Azimuth舵槳控制系統故障排除方法

李旋

摘 要：本文對羅爾斯-羅伊斯Azimuth舵槳控制系統結構原理做了簡要分析，并根據日照港拖輪生產過程中實際發生的故障案例，分析總結了Azimuth舵槳控制系統故障的排除方法，具有較大的借鑒意義。

關鍵詞：Azimuth舵槳；控制系統；故障排除

中圖分類號：U676.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2017）07-0032-02

日照港集團嵐山港務有限公司運營的船舶目前全部為全回轉拖輪，其中超過一半的拖輪配備了芬蘭羅爾斯羅伊斯公司生產的Azimuth全回轉舵槳，以實現拖輪靈活地倒車、平移、原地轉舵，滿足協助大船靠、離、移泊的要求。與一般船舶不同，拖輪擁有兩套相對獨立的舵槳控制系統，且控制系統數字化、集成化、模塊化程度較高，采用了微控制器及CAN總線通信，相較于PLC和DCS控制系統，CAN總線是一種全數字化、全分散、全透明、標準化、規格化的總線，不同傳感器和不同設備都可以與之連接，改變了過去那種封閉的、集中式的、不靈活的控制體系，由于開放性導致網絡中設備的增多，擁有更強大的功能，但更難于發現故障的原因所在，對維修人員專業能力要求較高，如何及時準確地發現并解決舵槳控制系統故障就成為我們維修人員的重中之重。

1 Azimuth舵槳控制系統原理

Azimuth舵槳控制系統由CPU、存儲器、輸入設備、執行機構、輸入輸出模塊五個部分組成，由于CPU和存儲器集成在一起，這里用控制器表示，如圖1所示。控制器是舵槳控制系統的大腦，內部存儲控制程序，對輸入信號進行處理，發出控制信號。輸入設備由控制手柄、開關、傳感器等設備組成，輸入信號主要有電流信號和開關量兩種。SLIO模塊起到中轉站的作用，可以雙向聯通，所有輸入信號必須通過SLIO模塊才可以到達控制器，所有輸出信號也必須通過SLIO模塊才可以到達執行機構。SLIO模塊可以為單塊，也可以為多塊串聯，以滿足輸入輸出通道數量為準。執行機構主要有繼電器和電磁閥，用以轉舵及各類保護。另有一路控制信號與主機轉速控制器聯通，通過控制主機轉速來改變螺旋槳轉速，一般為4-20mA的電流信號。

2 故障案例

在一次舵槳系統故障中，嵐港拖67輪在備車時發現左舵槳報警板出現ACU（舵槳控制單元）故障報警，左舵槳無法進行任何操作，將左舵槳斷電后重新送電，系統恢復正常，報警消失，但在隨后的兩天時間內時常會發生相同故障報警，且故障報警間隔時間越來越短，左舵槳基本無法正常工作。我們首先懷疑供電開關模塊故障，但在后來的檢查過程中發現，在發生故障報警時，測量供電開關模塊輸入輸出電壓均正常，基本可以排除是供電開關模塊故障，懷疑為控制系統故障。此時使用手持終端對系統故障代碼進行查詢，查找到報警故障代碼為“SLIO-F”，查找說明書解釋為SLIO模塊故障或其間的連接總線故障。部分故障代碼表示如表1。

由于拖輪兩臺舵槳控制系統是相同的，可以對集控室ACU控制箱內的兩塊SLIO模塊依次對調來排查故障，但經過對調故障未發生轉移，左舵槳依然會出現ACU故障報警，對SLIO模塊的接線也逐一檢查，未發現有松動或接觸不良，此時對故障的排查陷入困境，根據手持終端顯示的故障代碼未能準確排除故障。經過對系統的再次梳理，發現在駕駛室下的夾層內有一個BIU（駕駛室接口單元）控制箱，其中也有一塊SLIO模塊，用以實現舵槳操控手柄和ACU控制箱的數據交換，由于其位置比較隱蔽，忽略了對其的檢查。經過檢查發現，BIU控制箱中SLIO模塊的XP13通道指示燈一直顯示為紅色，為故障指示，正常情況下為綠色并閃爍，而且該通道正是該模塊與集控室ACU控制箱中SLIO模塊進行通訊的通道，與手持終端所指示的故障代碼也相一致，基本可以確定為該SLIO模塊故障導致的ACU故障報警。將左側BIU控制箱中的SLIO模塊換新，出海試車，未再發生ACU故障報警，控制系統恢復正常，故障得以解決。

3 Azimuth舵槳控制系統故障排除方法

通過此次舵槳控制系統故障排除的案例，以及多年Azimuth舵槳控制系統的維修，總結出以下幾種方法，以及時準確對控制系統故障進行排除：

（1）熟悉舵槳控制系統，這種熟悉主要分兩個方面，一方面是熟悉控制原理，掌握控制系統圖，了解控制系統有哪些部分組成、各部分有哪些功能及各部分之間如何連接。另一方面是熟悉控制系統實物元件和接線，知道各個元件的功能及與控制系統圖的對應關系。無論是其中的元件還是線路，最重要一點的就是要搞清楚“從哪里來，到哪里去”的問題，因為Azimuth舵槳控制系統是由控制器集中控制，重要的是理清控制器到傳感器或執行機構的路徑。

（2）要全面、準確的描述故障現象，故障現象越準確、越全面，越有助于查找故障原因，以制訂相應的檢查方案。日照港拖16輪曾發生航行過程中右主機突然掉速故障，持續約1秒鐘后恢復至正常轉速，同時舵槳ACU故障報警燈會閃一下，指示舵槳轉舵和加車正常的兩個指示燈也會熄滅一下，但不會發出聲音報警。如果單從主機掉速這個故障現象來考慮，忽略了報警和指示燈，就會給判斷故障原因造成一定的困難，因為造成主機掉速的原因可能有很多，主機調速器故障、E/P控制閥故障、舵槳控制系統故障、柴油機本身的機械故障都有可能造成主機掉速。但如果對報警和指示進行分析，可以發現在主機掉速的同時也無法轉舵和加車，通過這幾個現象基本上就可以判斷是舵槳控制系統的故障，通過排查最終發現是ACU控制箱中一SLIO模塊故障。一般比較關鍵的現象有三點——能否合排、轉舵、加減速，通過判斷只有其中一個故障現象還是多個故障現象同時存在，從而確定一個大體的排查方向。

（3）要按照由易到難、逐步排除的方法檢修。Azimuth舵槳雖然為全回轉舵槳，控制系統相對比較復雜，但主要分為了幾個部分，電源、轉舵控制、加減速控制，一般首先會檢查電源，這也是最容易檢查和排除的部分，電源過高、過低或某個部分失電都容易造成系統故障，然后再對系統的其他部分進行排查。

（4）學會使用手持終端排查故障。通常舵槳出現無法操控的狀況時都會伴隨著故障報警，此時可以通過手持終端來查詢故障代碼，然后根據故障代碼來判定故障位置，在嵐港拖67和嵐港拖16舵槳故障維修的過程中，都是通過手持終端查找到大體的故障部位，極大縮小了檢查范圍，在故障排除過程中起到了至關重要的作用。

（5）拖輪有兩套幾乎完全相同的控制系統，在懷疑某個原件故障時，可以對調到另一控制系統中，觀察故障是否轉移，來判斷該元件是否正常。

（6）在出現加減速異常的情況時，還需要排除主機系統故障的可能，查找到控制主機轉速控制信號的接線端子，然后將電流表串入控制線中，正常情況下會顯示4-20mA電流信號，而且會與操舵手柄前推程度呈一定線性關系，如果電流信號異常，則可以判定為舵槳控制系統故障，否則為主機系統故障。

4 總結

無論是Azimuth舵槳控制系統還是當前其他的舵槳控制系統，其電氣元件均有一定的壽命，當系統發生故障時再進行維修畢竟是亡羊補牢，按照廠家說明書做好檢查保養，定期更換相應元件，才能保證系統的正常運行，即使無法保證定期更換，至少也應備有一定數量的備件，當發生故障時有件可用。以目前使用單位的技術力量很難完成對電氣元件的維修，主要以發現故障部位、更換元件為主，總結經驗，針對易發生故障部位制定相應措施，預防性的檢查維修，才是消除舵槳控制系統故障最有效的方法。

參考文獻：

[1]張培仁，《CAN總線設計及分布式控制》，清華大學出版社2012