葉小明（交通運(yùn)輸部東海救助局，上海200090）

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瓦錫蘭W9L32柴油機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器故障分析

葉小明
（交通運(yùn)輸部東海救助局，上海200090）

摘要：目前，越來(lái)越多的8000KW類型船舶投入到我國(guó)救撈的待命序列，而該類型船舶皆采用瓦錫蘭W9L32系列柴油機(jī)作為主機(jī)。通過(guò)分析該主機(jī)由轉(zhuǎn)速傳感器故障所引發(fā)的“超速停車”這一保護(hù)性故障，為該類型主機(jī)維護(hù)提供參考，盡量降低船機(jī)故障等因素對(duì)救助造成的不良影響。

關(guān)鍵詞：救助船舶；W9L32主機(jī)；超速停車；轉(zhuǎn)速傳感器故障

超速停車是主機(jī)自動(dòng)保護(hù)性停車的重要參數(shù)之一，而且是沒有預(yù)警和越控的參數(shù)，其重要性不言而喻。一旦出現(xiàn)該信號(hào)，不管主機(jī)是否真的超速還是轉(zhuǎn)速傳感器引發(fā)的誤操作，必定自動(dòng)停車。對(duì)救助船舶來(lái)說(shuō)，如果在救助中遇到此報(bào)警是異常危險(xiǎn)的。因此，一旦出現(xiàn)類似報(bào)警，應(yīng)予以足夠重視，盡量在最短時(shí)間內(nèi)解決問(wèn)題，消除隱患。

1　故障概述

該輪為2009年出廠的新型8000KW救助船舶，雙機(jī)雙槳可變螺距（CPP），配備艏側(cè)推2臺(tái)、艉推1臺(tái)，操縱性能良好，具備強(qiáng)大的海上救生、消防和拖帶等能力。

主機(jī)型號(hào)為瓦錫蘭W9L32，該主機(jī)機(jī)帶自動(dòng)操作系統(tǒng)為UNICC2嵌入式發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，通過(guò)CAN總線進(jìn)行傳感器信號(hào)和其他信號(hào)的安全傳輸，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)的啟動(dòng)/停止管理、柴油機(jī)安全和速度/負(fù)載控制相關(guān)的所有任務(wù)。該操作系統(tǒng)主要包括：LCP（本地控制面板)、MCM（主控制模塊）、IOM（輸入輸出模塊）、ESM（安全控制模塊）、PDM（配電模塊）等幾部分組成。其中ESM模塊主要實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)的基本安全控制，并接受外部傳感器信號(hào)觸發(fā)柴油機(jī)的保護(hù)性自動(dòng)停車。

故障1：某日，該輪主機(jī)在停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，集中監(jiān)控報(bào)警出現(xiàn)“左主機(jī)超速停車（ESM模塊）”、“左主機(jī)滑油備用泵自啟”顯示，且滑油備用泵真實(shí)啟動(dòng)，主機(jī)狀態(tài)顯示“SHUTDOWN”。當(dāng)值人員在無(wú)法手動(dòng)關(guān)閉備用泵后，立即“RESET SHUTDOWN”，后主機(jī)狀態(tài)顯示復(fù)位完成，報(bào)警消除，備用泵亦可關(guān)閉。由于此次報(bào)警發(fā)生時(shí)，主機(jī)為停止?fàn)顟B(tài)，且復(fù)位后一切正常，便經(jīng)驗(yàn)性認(rèn)為“系統(tǒng)誤報(bào)警”，未做深究。

故障2：一周后，該輪在訓(xùn)練時(shí)，左主機(jī)正常備車，啟動(dòng)成功運(yùn)轉(zhuǎn)約3min后，主機(jī)自動(dòng)停車，且集中報(bào)警顯示“左主機(jī)ESM故障報(bào)警”、“左主機(jī)超速停車（ESM模塊）”，主機(jī)狀態(tài)仍顯示為“SHUTDOWN”。當(dāng)值人員首先去機(jī)旁觀察ESM模塊報(bào)警指示燈狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)“OVERSPEED SHUTDOWN”紅燈常亮，主機(jī)機(jī)旁顯示器亦顯示為超速停車狀態(tài)。后復(fù)位，一切恢復(fù)正常，再次啟動(dòng)主機(jī)，運(yùn)轉(zhuǎn)良好。

2　故障分析

分析故障2，非常矛盾。首先確定主機(jī)當(dāng)時(shí)并未實(shí)際超速（飛車），轉(zhuǎn)速穩(wěn)定為750rpm，一切參數(shù)正常，且海況條件良好，不存在螺旋槳浮出水面空轉(zhuǎn)的情況，但超速報(bào)警也確實(shí)發(fā)生，并觸發(fā)了主機(jī)自動(dòng)停車。此信號(hào)來(lái)自何處？分析此主機(jī)關(guān)于ESM模塊轉(zhuǎn)速測(cè)量和超速報(bào)警的原則圖（如下圖1）：

圖1　轉(zhuǎn)速測(cè)量與超速報(bào)警原理圖Fig.1　Schematic diagram of speed measurement and overspeed alarm

由此邏輯圖可知，本機(jī)速度通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立的速度傳感器（ST173/ST174）測(cè)量，它們具有獨(dú)立的供電電路和獨(dú)立的傳感器故障檢測(cè)電路。速度傳感器的頻率將轉(zhuǎn)換為與轉(zhuǎn)速成比例的模擬電壓。當(dāng)任意傳感器檢測(cè)到柴油機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到115 %額定轉(zhuǎn)速時(shí)，其頻率脈沖信號(hào)所對(duì)應(yīng)的電壓值觸發(fā)ESM中的內(nèi)部超速行程電路，主機(jī)自動(dòng)停車保護(hù)，并鎖定于SHUTDOWN狀態(tài)，直至人工復(fù)位。

再聯(lián)想到故障1的發(fā)生，分析得出以下邏輯圖（如圖2）：

圖2　滑油壓力監(jiān)測(cè)邏輯圖Fig.2　Logic diagram of oil pressure monitoring

由邏輯圖可以得出，主機(jī)滑油備用泵啟動(dòng)的前提條件是控制系統(tǒng)檢測(cè)到滑油壓力低于設(shè)定值，而監(jiān)測(cè)滑油壓力的前提又是主機(jī)達(dá)到高速，正常運(yùn)轉(zhuǎn)。既然如此，為什么主機(jī)在停機(jī)的時(shí)候，還會(huì)出現(xiàn)監(jiān)測(cè)滑油壓力，還會(huì)出現(xiàn)備用泵啟動(dòng)的情況，又是矛盾？問(wèn)題又回到了故障1中“左主機(jī)超速停車（ESM模塊）”這一故障報(bào)警，做如下思考：系統(tǒng)接收到超速信號(hào)——處理器認(rèn)為主機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)——滑油壓力進(jìn)入監(jiān)測(cè)——主機(jī)實(shí)際未運(yùn)轉(zhuǎn)，無(wú)滑油壓力——滑油備用泵啟動(dòng)。如此，故障1便得以解釋。

綜合故障1與故障2，問(wèn)題都指向了“超速停車”這一未發(fā)生但卻實(shí)際存在的故障報(bào)警。再次分析ESM中超速報(bào)警的邏輯圖，可得：

a.主機(jī)實(shí)際未超速，信號(hào)源故障排除。

b.轉(zhuǎn)速傳感器偶發(fā)性故障，脈沖信號(hào)發(fā)射錯(cuò)誤。

c.ESM模塊f/U轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤或是模塊內(nèi)部不穩(wěn)定故障。

由此可以推知故障原因或?yàn)閭鞲衅骰驗(yàn)镋SM模塊本身，又因?yàn)镋SM模塊本身的傳感器檢測(cè)線路未檢測(cè)出“轉(zhuǎn)速傳感器故障報(bào)警”，故決定先更換ESM模塊，再進(jìn)行進(jìn)一步觀察和排除。

更換此模塊后，主機(jī)備車、啟動(dòng)無(wú)誤，但在正常運(yùn)轉(zhuǎn)約6h后出現(xiàn)“左主機(jī)ESM故障報(bào)警”，在0.5h內(nèi)此故障頻繁出現(xiàn)、消失，但最后保持在此報(bào)警狀態(tài)。在此期間，機(jī)旁觀察ESM指示燈，發(fā)現(xiàn)“speed diff.fail”與“Pulse2”指示燈閃亮，最后“Pulse2”熄滅，“speed diff.fail”處于常亮狀態(tài)，報(bào)警存在，但完成后故障復(fù)位，再次啟動(dòng)故障消失，此為故障3。由邏輯圖1分析得知：“speed diff.fail”（轉(zhuǎn)速偏差大報(bào)警）出現(xiàn)的條件是兩轉(zhuǎn)速傳感器（ST173/ST174）之間比較偏差＞5%時(shí)輸出有效值；而“Pulse2”熄滅更是表明脈沖通道2（ST174）無(wú)輸入信號(hào)至ESM模塊內(nèi)部。綜合以上出現(xiàn)的三個(gè)故障，其共同特性都與轉(zhuǎn)速傳感器這一I/O通道有關(guān)，加上故障3更換過(guò)ESM模塊，故此基本可以斷定左主機(jī)故障來(lái)源與轉(zhuǎn)速傳感器2（ST174）有關(guān)。

為進(jìn)一步確定是否為ST174引發(fā)的故障，再次啟動(dòng)主機(jī)，觀察主機(jī)PCU（主推進(jìn)裝置）控制箱內(nèi)接收轉(zhuǎn)速信號(hào)的PLC單元P3（QD62E,此單元為高頻計(jì)數(shù)器）的脈沖指示燈，發(fā)現(xiàn)盡管機(jī)旁顯示傳感器無(wú)誤，ESM無(wú)誤，但該指示燈在主機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)后仍有一段時(shí)間的慢閃，最后變?yōu)槌Ａ?，與其在高速下一直保持常亮的狀態(tài)有誤。故可以斷定：該機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器為偶發(fā)性故障，頻率測(cè)算有偏高或是偏低的失誤，應(yīng)予以更換。

3　解決方法

更換該傳感器后，主機(jī)經(jīng)多次試車，故障未出現(xiàn)，問(wèn)題解決。該傳感器為感應(yīng)接近PNP類型。速度傳感器的頻率將轉(zhuǎn)換為與轉(zhuǎn)速成比例的模擬電壓。安裝形式如圖（下圖3）：

圖3　轉(zhuǎn)速傳感器安裝示意圖Fig.3　Installation diagram of speed sensor

安裝該傳感器時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

a.更換此元件時(shí)，應(yīng)將柴油機(jī)機(jī)旁控制箱斷電，確保人員與電氣元件安全。

b.傳感器旋入支架時(shí)應(yīng)注意后面電線跟轉(zhuǎn)，避免打結(jié)斷掉。

c.傳感器與齒間間隙一定要用塞尺量好，在規(guī)定值范圍內(nèi)，過(guò)大與過(guò)小都可能造成傳感器的過(guò)速損壞。

4　意義

在處理該問(wèn)題時(shí)，故障本身一直在變化，而且出現(xiàn)都是閃發(fā)性的，且充滿了矛盾。筆者有以下幾點(diǎn)體會(huì)與各位同行探討：

其一，作為輪機(jī)管理人員，當(dāng)不確定故障出現(xiàn)時(shí)，在駕駛?cè)藛T允許的情況下，不要急于復(fù)位消警。應(yīng)該先弄清楚報(bào)警來(lái)自何處，故障發(fā)生時(shí)的原始狀態(tài)。好比警務(wù)人員處理案情時(shí)“保護(hù)第一現(xiàn)場(chǎng)”，非常重要。

其二，作為輪機(jī)管理人員，應(yīng)該不放過(guò)任何一個(gè)故障的出現(xiàn)，因?yàn)槊恳粋€(gè)故障的出現(xiàn)都是事故的隱患。如若此次，面對(duì)可以復(fù)位，若有若無(wú)的報(bào)警，我們聽之任之，當(dāng)自動(dòng)停車故障發(fā)生在救助或是航行避讓時(shí)，危險(xiǎn)可想而知。

其三，故障的發(fā)生很多都是無(wú)規(guī)律性的，像上述的超速停車報(bào)警，明明未實(shí)際發(fā)生卻實(shí)際存在。面對(duì)此類故障，當(dāng)我們正常的推理打不開局面的時(shí)候，不如換個(gè)思路，一步步排除。哪怕是有關(guān)的備件一個(gè)個(gè)更換上去，畢竟作為輪機(jī)管理人員，我們可以不知道故障的原因，但必須要讓機(jī)器動(dòng)起來(lái)。

The Analysis of Speed Sensor Fault in Wartsila Main Engine W9L32

YE Xiao-ming
(East China Sea Rescue Bureau, Ministry of Transport, Shanghai 200090, China)

Abstract:Now more and more 8000KW'S ships join in our China Rescue.The Wartsila W9L32 diesel engine serves as the main engine for this ship.This paper is to analyze the protection fault of overspeed shutdown by speed sensor fault in this M/E, which provides a reference for the same M/E.So we can reduce the adverse effects of the rescue which is caused by machine faults.

Key words:Rescue ship; Main Engine W9L32; Overspeed shutdown; Speed sensor fault

中圖分類號(hào)：TK428

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1674-8646（2016）02-0030-03

收稿日期：2015- 12- 23

作者簡(jiǎn)介：葉小明（1981-），男，山東安丘人，學(xué)士，工程師，從事柴油機(jī)安全管理研究。