船舶主機推進控制系統的故障分析

許永成

摘 要：某輪在海上工地作業期間發生主機推進控制系統失靈故障的應急處理，通過對該主機推進控制系統分析、檢查、查明原因及詳細描述故障的修復過程，從船舶電氣管理的角度做出總結及建議。

關鍵詞：控制系統 主控制器PLC CPU 電源管理

1.概況

本輪采用雙主機、雙可調螺距螺旋槳的推進系統。主推進裝置操縱系統設有駕駛室、集控室和機旁控制，根據需要三個控制站的操縱權可以互相轉換。在駕駛室設有前、后兩個控制臺，以便在各種工況下，對主推進裝置等設備進行有效操縱，在前、后兩個控制臺之間，其相應的控制系統控制權也能相互轉換及其轉換連鎖，確保相應控制系統安全、可靠地運行。本輪控制系統軟件采用KAMOME PROPELLER CX300系統，遙控操作時由主控制器PLC接收控制臺發來的指令，實現對主機的控制。其信號傳送和執行通過集控室和機旁控制箱內的PLC主控制器和輔助繼電器來完成。集控室控制箱主要負責主機負荷、CPP螺距、齒輪箱離合器等相關操縱命令執行，機旁控制箱負責主機安保。主機的控制模式分為三種模式：聯合模式COMBINATION MODE（螺距角在6度以內變化時，主機轉速穩定在怠速不變，隨著螺距角再增加主機轉速也跟隨相應增加，這種模式在船舶巡航時比較經濟）;隨動模式FOLLOW（在使用軸帶發電機供電模式時，操縱螺距角變化，主機轉速可穩定保證船舶設備供電電壓及頻率的穩定）;不隨動模式NON-FOLLOW（主機轉速和螺距角都需要手動旋鈕單獨操縱，不受CX300系統和PLC主控器的控制，也稱應急模式）。

2.故障發生經過及應急處理

該輪在船廠塢修結束后第一個航次出海作業，船從碼頭裝滿油水及貨物離港到作業海區這一路一切設備運轉都正常，等到了作業海區準備靠海上平臺作業時，按正常操作由前駕控制權轉到后駕控制，船長在后駕控制螺距手柄時突然出現右主機控制失靈，只見控制面板上的指示燈顯示右主機控制自動轉到集控室控制并出現右主機降速、離合器脫離開、主機停車，同時導致首推電機也失電停止，只有左主機運行無法正常操縱船舶靠平臺作業，幸好這時船離平臺在安全距離以外，為保證作業安全船長操縱左車將船舶離開平臺到安全水域查找故障原因。

3.原因分析

出現這種情況還是第一次遇見，因為剛出船廠，雖然所有設備出廠前都經過實驗，可能存在不穩定因素，從簡單入手，逐一排查。首先檢查主機和齒輪箱排除機械故障原因導致離合器脫開和主機停車，再檢查主機影響安保的滑油壓力低報警、滑油低壓停車、超速保護自動停車都正常，檢查控制系統控制箱的電源220V和24V電源及PLC模塊運行指示燈也沒有異常。檢查實驗調速器調速功能正常，主機負荷限制也正常，離合器的電磁閥及各繼電器均正常。檢查各控制臺轉換按鈕的接線沒有發現異常。同時為了查找齒輪箱離合器脫開、主機停車信號依據圖紙將控制離合器的電磁閥和調速器的相關繼電器在控制箱外接信號指示燈便于監視信號來源。再次啟動右主機，轉駕駛臺控制，反復試驗，出現的結果各不相同，有時右主機控制位由后駕跳至前駕;有時發現右主機由后駕控制自動跳至前駕控制位，并且主機控制模式由定速模式轉為聯合模式，并自動轉到集控室控制。隨后再次實驗右主機的隨動FOLLOW模式又正常。通過幾次實驗結果初步判斷可能是控制箱內部問題導致。該船的主控制器采用CS1G系列PLC模塊式，主要由電源模塊、CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、總線模塊組成，具備很高的I-O響應性和數據控制功能。控制箱內部檢查從最有可能發生故障的絕緣問題、模塊故障、電源是否穩定方面入手。

絕緣比較直觀，直接查看配電板絕緣表220V有些偏低沒有到報警值，24V電源絕緣監測顯示正常，為了排除可能是絕緣的影響，逐一排查220V，最終查到是主機調速器馬達導致的絕緣低，對調速器馬達進行更換后，220V絕緣正常，希望在這找到發生故障的原因但試驗右主機還是不正常。模塊故障的排查，首先檢查右主機控制器系統顯示工作狀態是否異常，轉駕控制權限邏輯指示錯誤及離合控制異常故障，轉自集控室后都恢復正常，各模塊指示燈與左車進行對比看不出異常。校對主機控制器OMRON SYSMAC CS1G-CPU42H系統主程序邏輯功能正常，數據流傳送線路狀態也無發現異常，使用CX-PROGRAMMER程序連接專用數據接口轉換CS1G-CPU42H內部邏輯程序分析及通信控制點靜態試驗正常。校對下載OMRON SYSMAC CS1G-CPU42H? PROGRAMMABLE CONTROLLER VER 4.0程序后的內存地址位也是正常。對主機控制系統集控室，駕駛室前后操作臺NO FOLLOW MODE，FOLLOW MODE，COMBINATION MODE等控制回路，靜態實時監測PRO-CON CX300操作響應試驗也正常。最終還是懷疑懷疑OMRON SYSMAC CS1G-CPU42H在主機運行操縱時不穩定，導致故障發生，將其更換。拆檢右主機控制箱主電源，該控制箱電源由主配電板220V屏一路電源開關提供，經110V變壓器后分兩路供電，一路給PRO-CON CX300和調速器馬達提供110V交流電源，另一路轉換成24V直流電給PLC、控制面板、外部CPP和齒輪箱離合器電磁閥供電。同時還有一路蓄電池提供的24V備用直流電。經檢查由110V轉換24V的電源模塊已發生故障。將控制箱的電源模塊更換。

4.故障解決結果及總結工作預防

該故障最終在更換右主機主控制器PLC的CPU模塊和控制箱的電源模塊后，試驗主機控制系統恢復正常，船舶又投入正常的營運。

針對出現的問題，在船舶電氣管理方面做好以下預防：

船舶進廠修理時，由于船廠自身條件及船舶進出塢修理原因，經常發生岸電斷電情況，由于船廠供電頻繁的合斷，容易造成控制箱電源發生沖擊，采取相應措施應該與船廠供電部門溝通提前通知，不能隨意斷電，船上人員在船廠供電斷電前，按照斷電步驟先將控制箱的24V電源開關斷開，再斷開220V電源開關;給控制箱供電時，應先把220V電源合閘，再合24V直流電源開關，這樣可避免電流沖擊造成PLC模塊故障。對配電板絕緣無論是220V或24V監控出現絕緣低時都應及時查找處理，防止影響系統的正常運行。CPU模塊老化也是影響系統不正常的因素，模塊老化，CPU在執行程序時容易發生數據丟失，尤其在操縱兩個車鐘指令間隔很短時。溫度對電子產品性能影響也很大，為了延長其使用壽命，保證其穩定運行，船上應加強對控制箱的管理，一般控制箱內風扇都裝有溫度控制開關，以保證箱內溫度穩定，需要定期對控制箱風扇進行保養，對進風口濾網進行清潔或換新。對控制箱內部的灰塵及時清除，以免影響各模塊的散熱，機艙控制箱還應做好水密防潮處理。