中策GN8320主機(jī)無(wú)報(bào)警自動(dòng)停車分析與處理

張?jiān)婆d

中海油田服務(wù)股份有限公司船舶事業(yè)部塘沽作業(yè)公司 天津 300452

在海洋石油工作船上，主機(jī)類型為寧波中策GN8320柴油機(jī)，這類主機(jī)采用上海HELICE遙控系統(tǒng)和主機(jī)自帶安?？刂葡到y(tǒng)建立通訊配合使用，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)的啟動(dòng)、停車控制以及遠(yuǎn)程速度設(shè)定、監(jiān)控報(bào)警、應(yīng)急停車等功能。其采用WOODWARD723PLUS數(shù)字式轉(zhuǎn)速控制器輸出0～200mA控制電流，與UG-ACTUATOR連接主機(jī)高壓油泵油門控制桿實(shí)現(xiàn)主機(jī)負(fù)荷和速度控制。

1 故障概述

某船在海上油田礦區(qū)長(zhǎng)期進(jìn)行貨物運(yùn)輸作業(yè)，航次頻繁，主機(jī)平均每月運(yùn)轉(zhuǎn)360h，月均航行里程2080海里，月均靠離平臺(tái)及碼頭次數(shù)184次。

該船在一次碼頭靠泊中多次出現(xiàn)額定轉(zhuǎn)速無(wú)報(bào)警停車現(xiàn)象。停車后，再次啟動(dòng)時(shí)，主機(jī)可以正常使用，而且停車時(shí)間間隔不固定，故障現(xiàn)象時(shí)有時(shí)無(wú)，給故障查找?guī)?lái)很大困難，也給靠離泊作業(yè)造成重大安全隱患。

2 控制系統(tǒng)概述

由圖1可知：柴油機(jī)可以由7（停車電磁閥）實(shí)現(xiàn)應(yīng)急停車和5（UG-ACTUATOR）連接油門桿實(shí)現(xiàn)正常停車。

圖1 柴油機(jī)起動(dòng)/停止原理

初步認(rèn)為停車故障是由電磁閥7和手動(dòng)閥8泄漏造成的，因?yàn)殡姶砰y7和手動(dòng)閥8泄漏會(huì)使主機(jī)停車且無(wú)報(bào)警。當(dāng)異常停車時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)觀察停車執(zhí)行機(jī)構(gòu)活塞有無(wú)動(dòng)作，發(fā)現(xiàn)停車活塞并沒(méi)有頂出。因此，排除因電磁閥7和手動(dòng)閥8漏氣停車可能[1]。

2.1 漢力士遙控系統(tǒng)

采用漢力士遙控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主機(jī)遙控。該系統(tǒng)以SIEMENS S7-200 CN 中央處理器（cpu）為中心，實(shí)現(xiàn)前后駕控臺(tái)、集控室去主機(jī)的啟動(dòng)、停止、速度設(shè)定及警報(bào)顯示，并建立起主機(jī)遙控、CPP控制及齒輪箱的通訊連接。應(yīng)急停止和正常停車可以通過(guò)遙控系統(tǒng)操作實(shí)現(xiàn)。

2.2 中策主機(jī)系統(tǒng)

2.2.1 中策主機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

中策主機(jī)系統(tǒng)為主機(jī)廠家提供，以浙江中控邏輯控制器U6-PLC、LOGO!和WOODWARD為核心，通過(guò)軟件控制，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理后輸出命令信號(hào)，從而對(duì)柴油機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行控制、監(jiān)視、報(bào)警和保護(hù)。系統(tǒng)進(jìn)行主機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集，與集中監(jiān)控系統(tǒng)建立通訊，能夠集中顯示運(yùn)行中主機(jī)運(yùn)行中的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控報(bào)警功能，同時(shí)主機(jī)安全保護(hù)功能由此控制部分實(shí)現(xiàn)。

電路工作過(guò)程為通過(guò)開(kāi)關(guān)、按鈕、外界報(bào)警觸點(diǎn)、傳感器、遙控等輸入信號(hào)至U6-PLC、LOGO!或WOODWARD，通過(guò)程序進(jìn)行邏輯處理后輸出，通過(guò)外接繼電器驅(qū)動(dòng)，來(lái)執(zhí)行各對(duì)應(yīng)的執(zhí)行元件。

2.2.2 中策主機(jī)系統(tǒng)停車功能

分析發(fā)現(xiàn)，GN8320型主機(jī)停車分為停車和緊急停車兩個(gè)回路組成。當(dāng)柴油機(jī)進(jìn)行電控正常停車時(shí)，停車信號(hào)從LOGO!的I3端輸入，停車命令將從Q3端輸出，見(jiàn)圖2。為避免柴油機(jī)在額定轉(zhuǎn)速狀態(tài)下突然停車，程序設(shè)定了通過(guò)PLC的I3端控制Q3端時(shí)柴油機(jī)必須在怠速，否則，I3端將不起作用。停車回路控制電子調(diào)速器關(guān)閉執(zhí)行器輸出停車信號(hào)，緊急停車回路控制氣控閥推動(dòng)油門桿實(shí)現(xiàn)停車。

圖2 中策系統(tǒng)LOGO原理

當(dāng)二類報(bào)警保護(hù)停車或按下停車按鈕時(shí)，主控制電路先輸出停車信號(hào)，使電子調(diào)速器輸出停車給機(jī)旁執(zhí)行器。同時(shí)，程序檢測(cè)轉(zhuǎn)速傳感器脈沖信號(hào)以確定柴油機(jī)是否降速，若檢測(cè)轉(zhuǎn)速?zèng)]有下降或下降不多時(shí)，Q4端緊急停車信號(hào)輸出，控制氣控閥通路，啟動(dòng)活塞頂出，使油門桿斷油，見(jiàn)圖2。

按下緊急停車按鈕，停車回路和緊急停車回路同時(shí)動(dòng)作。

2.3 從原理上看，主機(jī)停車原因分析

緊急停車：超速115%額定轉(zhuǎn)速；淡水出機(jī)溫度過(guò)高85℃；滑油進(jìn)機(jī)壓力過(guò)低0.15mPa；手動(dòng)應(yīng)急停車。

主機(jī)在緊急停車狀況下停車，集中監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)會(huì)顯示“主機(jī)緊急停車”報(bào)警，而此次自動(dòng)停車時(shí)無(wú)任何報(bào)警，排除這種停車可能。

停車：遙控/機(jī)旁手動(dòng)停車，柴油機(jī)在轉(zhuǎn)速﹥350rpm，停車按鈕無(wú)效，排除漢力士遙控停車在主機(jī)額定轉(zhuǎn)速工況下遙控停車誤動(dòng)作原因。

確定為723數(shù)字式轉(zhuǎn)速控制器系統(tǒng)故障導(dǎo)致停車。

3 故障分析與處理

723PULS控制器安裝在金屬底盤上的一個(gè)電路印刷板。用于各種轉(zhuǎn)速的船舶推進(jìn)系統(tǒng)，用來(lái)控制中高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)的速度和負(fù)荷?？刂破靼ǜ兄D(zhuǎn)速的兩路磁性撿拾器，一路潤(rùn)滑油壓輸入[2]，一路水壓輸入，一路遠(yuǎn)程速度設(shè)定輸入，還有一路根據(jù)進(jìn)氣壓力限油功能的輸入。見(jiàn)圖3。

圖3 723PULS 數(shù)字式轉(zhuǎn)速控制器原理

723PULS 數(shù)字式轉(zhuǎn)速控制器1個(gè) ；執(zhí)行器1個(gè)，用于定位燃油計(jì)量設(shè)備；外部電源1個(gè)；速度傳感器兩個(gè)；可選開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)8個(gè)，管理控制功能；可選的潤(rùn)滑油壓傳感器1個(gè)；一個(gè)可選的水壓傳感器；一個(gè)可選的用于燃油限制的進(jìn)氣壓力傳感器；三個(gè)可選的模擬信號(hào)輸出；兩個(gè)可選的繼電器驅(qū)動(dòng)報(bào)警。

3.1 滑油壓力與冷卻水壓力

3.1.1 潤(rùn)滑油油壓

潤(rùn)滑油油壓輸入信號(hào)（潤(rùn)滑油油壓信號(hào)）需要是高質(zhì)量的絕緣信號(hào)。使用屏蔽雙絞線將420mA電流變送器連接到端口42（+）和43（-）上，見(jiàn)圖4。此輸入并不與其他的控制輸入和輸出絕緣，所以如果變送器不絕緣的話就需要安裝絕緣器件。如果輸入電壓小于2.0mA或者輸入電壓超過(guò)21mA，將會(huì)檢測(cè)到輸入信號(hào)故障。檢測(cè)到故障會(huì)導(dǎo)致?tīng)顟B(tài)指示信號(hào)持續(xù)報(bào)警直到檢測(cè)到輸入信號(hào)為止。

圖4 723PULS 數(shù)字式轉(zhuǎn)速控制器模擬量輸入接口

從配置上看，輸入信號(hào)允許報(bào)警保護(hù)、停機(jī)保護(hù)。發(fā)動(dòng)機(jī)報(bào)警和停機(jī)都可以顯示在手持編程器上。停機(jī)時(shí)激活繼電器輸出#1。繼電器輸出#1連接到執(zhí)行發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)的停機(jī)系統(tǒng)和警報(bào)系統(tǒng)。

3.1.2 水壓輸入

將水壓變送器連接到信號(hào)輸入#2。水壓輸入信號(hào)必需是高質(zhì)量的絕緣信號(hào)。使用屏蔽雙絞線將4～20mA電流變送器連接到端口45（+）和46（-）上，見(jiàn)圖4。此輸入并不與其他的控制輸入和輸出絕緣，所以如果變送器不絕緣的話就需要安裝絕緣器件。如果輸入電壓小于2.0mA或者輸入電壓超過(guò)21mA，將會(huì)檢測(cè)到信號(hào)故障。檢測(cè)到故障會(huì)導(dǎo)致?tīng)顟B(tài)指示信號(hào)持續(xù)報(bào)警直到檢測(cè)到輸入信號(hào)為止[3]。

輸入信號(hào)允許報(bào)警保護(hù)、停機(jī)保護(hù)。停機(jī)時(shí)激活繼電器輸出#1。繼電器輸出#1連接到執(zhí)行發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)的停機(jī)系統(tǒng)和警報(bào)系統(tǒng)。

繼電器輸出觸點(diǎn)端口3/4在內(nèi)部停車信號(hào)輸出的情況下被激活。內(nèi)部停車信號(hào)包括潤(rùn)滑油壓力和水壓，潤(rùn)滑油壓力及水壓保護(hù)按照“停車設(shè)定-轉(zhuǎn)速曲線圖”實(shí)施停車保護(hù)。繼電器輸出接入發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)急停機(jī)系統(tǒng)來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的停機(jī)。保護(hù)停車后，集中監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出應(yīng)急停車警報(bào)。因此，排除滑油壓力和冷卻水壓不穩(wěn)定停車。

3.2 轉(zhuǎn)速脈沖故障停車

3.2.1 速度傳感器作用

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速由被動(dòng)的磁電拾取器（MPU）提供信號(hào)給723PLUS控制器，見(jiàn)圖5。轉(zhuǎn)速傳感器必須能夠準(zhǔn)確的感知發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在600rpm。使用第二個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器用作備用。當(dāng)?shù)谝晦D(zhuǎn)速傳感器故障時(shí)候第二轉(zhuǎn)速傳感器用作替代。倘若同時(shí)使用兩個(gè)傳感器，必須保證它們接收的信號(hào)是完全相同的。兩個(gè)傳感器安置在飛輪盤的上半部分。

圖5 轉(zhuǎn)速傳感器安裝接線

轉(zhuǎn)速傳感器輸入的硬件出廠配置為MPU。此時(shí)輸入阻抗低于200H。轉(zhuǎn)速傳感器輸入可以通過(guò)軟件配置成數(shù)字信號(hào)采集或模擬信號(hào)采集。所有的轉(zhuǎn)速傳感器連接都需要屏蔽。將屏蔽線接地。確保連接轉(zhuǎn)速傳感器的整條屏蔽線是連續(xù)不間斷的，同時(shí)保證與其他所有的導(dǎo)體絕緣。

3.2.2 執(zhí)行器停車指令

如圖6所示，模擬輸出#3為一個(gè)專門為執(zhí)行器提供電流信號(hào)，這個(gè)電流信號(hào)是由端口19（+）和20（-）提供。通過(guò)軟件，調(diào)節(jié)執(zhí)行器行程的最大和最小值，也就是柴油機(jī)的最大油量和怠速油量。通過(guò)硬件，輸出電流配置為0～200mA，這種配置允許200mA電流通過(guò)40H阻抗，使用屏蔽雙絞線連接執(zhí)行器與控制器。

圖6 723數(shù)字式轉(zhuǎn)速控制器輸出到執(zhí)行器接線

在任何時(shí)候出現(xiàn)速度傳感器的輸入頻率低于額定轉(zhuǎn)速的5%時(shí)，控制器會(huì)檢測(cè)到轉(zhuǎn)速丟失。任何一個(gè)速度傳感器轉(zhuǎn)速丟失都會(huì)導(dǎo)致報(bào)警。如果一個(gè)速度傳感器轉(zhuǎn)速丟失，發(fā)動(dòng)機(jī)仍然繼續(xù)運(yùn)行。倘若兩路轉(zhuǎn)速信號(hào)同時(shí)丟失，開(kāi)關(guān)量輸入Speed Fail Ovrd的狀態(tài)設(shè)置為FALSE，控制器將燃油需求降為0，柴油機(jī)將自動(dòng)停車。

對(duì)右主機(jī)飛輪上端兩只用于723數(shù)字式轉(zhuǎn)速控制器的轉(zhuǎn)速傳感器進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)其中一只針孔式插頭內(nèi)油污嚴(yán)重，存在接觸不良，另一只插頭連接良好；兩只傳感器脈沖信號(hào)傳輸線正常連接，但導(dǎo)線連接屏蔽線處于中間斷路。

經(jīng)檢查確認(rèn)后，更換備用轉(zhuǎn)速傳感器一套，拆下來(lái)的傳感器進(jìn)行清潔、除油、備用，并兩只轉(zhuǎn)速傳感器重新接線，屏蔽線可靠連接，調(diào)節(jié)傳感器到飛輪齒間隙到1mm。在隨后觀察的故障期內(nèi)，無(wú)故障報(bào)警停車現(xiàn)象未再出現(xiàn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

中策GN8320柴油機(jī)無(wú)故障報(bào)警而自動(dòng)停車的現(xiàn)象具有典型思考意義。做好其分析應(yīng)對(duì)，對(duì)提高這類海洋石油支持船提高安全生產(chǎn)水平具有重要價(jià)值。通過(guò)研究，可以總結(jié)出以下經(jīng)驗(yàn)：

（1）中策GN8320柴油機(jī)振動(dòng)比較劇烈，而且飛輪時(shí)有甩油現(xiàn)象，要定期對(duì)轉(zhuǎn)速傳感器進(jìn)行檢查，檢查項(xiàng)目至少包括：接線緊固情況、傳感器固定螺栓、傳感器齒間間隙、傳感器油污清潔。

（2）兩只轉(zhuǎn)速傳感器互為備用，當(dāng)一只傳感器出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)不會(huì)導(dǎo)致停車。平時(shí)檢查傳感器狀況可以用萬(wàn)用表頻率檔測(cè)量脈沖：額定轉(zhuǎn)速600rpm時(shí)脈沖信號(hào)在1.865Hz左右為正常。

（3）根據(jù)不同的故障停車現(xiàn)象，尋找故障的源頭。無(wú)故障報(bào)警停車可以在三個(gè)方面進(jìn)行排查：氣路方面，氣動(dòng)電磁閥7有無(wú)漏氣現(xiàn)象；主機(jī)轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速時(shí)，考慮HELICE遙控系統(tǒng)給定轉(zhuǎn)速信號(hào)是否正常，可以測(cè)量723數(shù)字式轉(zhuǎn)速控制器51/52接口給定電流確認(rèn)；主機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器工況。