HQ-5GD PID自動舵故障分析與處理

嚴 華，楊文中

HQ-5GD PID自動舵故障分析與處理

嚴 華，楊文中

（集美大學輪機工程學院，福建廈門 361021）

本文對HQ-5GDPID自動舵基本組成進行一個簡單的概述，并對此型號舵及其執行機構出現的幾個故障提出了診斷和處理方法。目的在于通過有益探討不斷豐富對自動舵系統的管理經驗，減少故障率，保障船舶安全航行。

自動舵 故障 船舶

0 引言

船舶舵系統的主要功能是自動控制船舶航向、操縱船舶。它能使船舶航行過程中克服船舶自身條件的改變及氣象和海況各種干擾因素的影響，使船舶穩定在預定的航向上航行，同時它也是保障船舶航行安全性和經濟性的關鍵。自動舵發展到今天經歷了機械式自動舵、PID自動舵、自適應舵和現在的智能舵這么幾個階段。雖然自動舵已經進入了人工智能的現代化時代，但PID舵還未真正退出市場，很多船公司的船舶的操舵系統還是采用這樣的控制方式，PID舵電氣控制系統較為復雜，一旦出現故障往往使電氣人員感到不知所措。本文就實驗室中的國產HQ-5GD型PID自動舵電氣控制系統及執行機構出現的故障可能的原因進行分析及進行相應故障排除。

1 HQ-5GD PID自動舵系統基本組成

HQ-5GD PID自動舵系統由三個主要部分組成，一是控制系統，它主要由兩個電源控制箱，控制不同的泵站。且控制箱上有轉換開關控制不同的控制地點（駕駛臺控制或舵機房控制）。二是駕駛臺的主操縱站。在現代化船舶上的主操縱站都設有自動操縱系統隨動操縱系統和應急操縱系統三種操縱方式。三是執行機構。它又可以叫做驅動裝置或伺服裝置，主要是用于驅動舵葉轉動。本系統的伺服裝置是電磁閥型的。HQ-5GD型PID自動舵系統基本組成如圖1所示。

2 HQ-5GD PID操舵系統故障

在使用HQ-5GD PID自動操舵系統遇到以下幾個故障:

1）跑舵

①故障現象：HQ-5GD PID舵在使用過程中出現這樣一個故障，操舵儀選擇模式為隨動操作。控制箱選擇1號泵工作系統工作正常，選擇2號泵工作時泵缸工作不受操舵手輪控制，一直到超滿舵出現報警信號限位開關起作用系統才停止工作。

②故障分析：這故障一出現首先可以排除舵角反饋控制系統部分出的故障，如果這部分系統出現問題，那么舵機控制系統在控制箱選擇1號泵工作時系統工作不可能正常。其次考慮到2號泵電磁閥在舵葉偏轉到相應的舵角時無法失電導致泵缸不受控。電磁閥直接受控于可控硅，可控硅無法關斷造成泵缸持續工作。經對控制2號電磁閥可控硅控制電路及可控硅的檢測發現元器件本身及其控制電路均完好。接著將自動操舵系統控制模式轉換到應急操縱狀態，發現泵缸仍不受控，由此斷定是電磁閥出現故障，經檢查發現電磁閥的閥芯卡阻，由此造成電磁閥失電仍未斷油，所以泵缸繼續工作。總結：自動舵操舵系統一旦出了此類故障首先應從應急系統查起，再查隨動操縱系統，這樣可以節省查找的時間，到達快速處理故障的目的。

2）在隨動操作模式下兩套泵系統一套可以正常控制，另一套不能控制。

①故障現象：HQ-5GD PID操舵儀上有三個選擇控制模式，即Ⅰ、Ⅱ號通道單獨控制，Ⅰ+Ⅱ號通道聯合控制。在隨動狀態下選擇Ⅱ號通道單獨控制，舵系統工作正常。選擇Ⅰ號通道單獨工作舵系統無法工作（1、2號泵電機均可以正常起、停），但1號電磁閥無法得電。

②故障分析：這故障一出現首先考慮到的可能是兩個原因一是外部元器件故障；二是Ⅰ號通道的可控硅觸發控制電路出現問題。出現故障我們本著先易后難排出故障的方法，首先對外部元器件進行故障的排查。外部元器件主要有兩個即電磁閥和可控硅。首先將起動箱上的控制地點選擇在駕駛臺，在主操縱臺上選擇Ⅰ號通道，控制模式選擇簡易操舵模式進行操舵，舵可以正常偏轉，故可排出電磁閥故障。經對可控硅器件進行單獨測量未發現其損壞。出現這一故障極有可能的原因是可控硅觸發電路出現故障。HQ-5GD可控硅觸發控制電路及電磁閥控制電路如圖2、3所示。

圖1 PID自動舵系統基本組成

圖3 電磁閥控制電路

運算放大器3N輸出信號控制斯密特觸發電路由VE4a、VE5a，VE7a、VE8a組成，使連續變化的信號變成脈沖信號輸出。為了鑒別放大器3N輸出的極性故采用兩組完全相同的觸發器。此電路后面加了射極跟隨器VE6a、VE9a是為了滿足可控硅控制功率的要求。317、319輸出電壓信號是供給可控硅觸發極的。首先我們對可控硅進行測量，無論左舵或右舵Ⅰ號通道的可控硅陰、陽極之間電壓均為直流30 V，很顯然是Ⅰ號通道的可控硅沒有導通。用示波器測試可控硅控制極與陰極之間的觸發波形，Ⅱ號通道單獨工作時觸發波形如圖4所示。而Ⅰ號通道號通道單獨工作時則無觸發波形產生，由此推測觸發控制電路可能有故障。

圖4 可控硅觸發信號波形圖

圖5 觸發電路的插件槽

用采用替代法來處理故障。Ⅰ號通道和Ⅱ號通道插件控制板的參數是完全相同的故可將Ⅰ號和Ⅱ號控制板互為更換，更換完后1號泵電磁閥仍無法得電，而更換后Ⅱ號通道單獨控制，舵系統工作仍正常。說明可控硅的觸發控制電路板無故障，故障應該出現在觸發信號輸出鏈接電路的某個環節上，經仔細觀察和測量發現觸發電路的插件槽有開裂情況如圖5所示，這才是產生故障的真正原因。總結：一個故障產生一定要對可能產生故障環節全面細致的分析，這樣才不會出現遺漏的環節，導致故障無法排除。

3）零位偏移

①故障現象：隨動操舵模式，舵輪在零位，舵葉偏離零位。

②故障分析：出現這一故障最有可能的原因有兩個，一是相敏電路出現故障，元件參數發生變化，使輸出電壓不平衡；二是反饋裝置故障或自整角發送器故障使零位不準確；首先將舵輪置于零位，對相敏整流電路輸出端測量電壓信號。經測量發現此時只有十幾毫伏電壓輸出，很顯然這么低的電壓輸出它不足以使舵葉發生偏離，是可以忽略不計的。問題可能就出在反饋裝置故障或自整角發送器故障使零位不準確上面了。我們對自整角反饋裝置進行調零。先將舵葉通過手輪置于零位。斷電，將電磁閥接線脫開（防止電磁閥通電造成泵缸運動）和將反饋自整角機固定螺絲松開，再將操舵手輪轉到零位。通電，轉動自整角機勵磁繞組找到電氣零點，斷電再將反饋自整角機固定，電磁閥重新接上線，通電。此時故障排除。由此可見造成這一故障的原因是反饋裝置的機械嚙合點發生偏移，通過重新的零點整定即可排除故障。

3 結束語

本文針對HQ-5GDPID自動舵系統產生故障的原因進行相應的剖析，列舉了幾個故障的處理方法，希望能對船舶的管理人員和維修人員提供一些借鑒。當然故障出現方式總是千變萬化的，作為船舶電氣設備的管理人員在處理故障時應保持清醒的頭腦，透過現象看本質，迅速縮小查找故障的范圍，這樣才能保障船舶的安全航行。

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Fault Analysis and Treatment of HQ-5GD PID Autopilot

Yan Hua, Yang Wenzhong

(Marine Engineeing Institure, Jimei University, Xiamen 361021, Fujian, China)

U672

A

1003-4862（2019）11-0052-04

2019-04-22

嚴華（1963-），男，高級實驗師。研究方向: 實驗教學及船舶電氣自動化研究。E-mail：854819566@qq.com