嚴(yán) 華，楊文中

HQ-5GD PID自動(dòng)舵故障分析與處理

嚴(yán) 華，楊文中

（集美大學(xué)輪機(jī)工程學(xué)院，福建廈門 361021）

本文對(duì)HQ-5GDPID自動(dòng)舵基本組成進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的概述，并對(duì)此型號(hào)舵及其執(zhí)行機(jī)構(gòu)出現(xiàn)的幾個(gè)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(duì)自動(dòng)舵系統(tǒng)的管理經(jīng)驗(yàn)，減少故障率，保障船舶安全航行。

自動(dòng)舵 故障 船舶

0 引言

船舶舵系統(tǒng)的主要功能是自動(dòng)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?xiàng)l件的改變及氣象和海況各種干擾因素的影響，使船舶穩(wěn)定在預(yù)定的航向上航行，同時(shí)它也是保障船舶航行安全性和經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵。自動(dòng)舵發(fā)展到今天經(jīng)歷了機(jī)械式自動(dòng)舵、PID自動(dòng)舵、自適應(yīng)舵和現(xiàn)在的智能舵這么幾個(gè)階段。雖然自動(dòng)舵已經(jīng)進(jìn)入了人工智能的現(xiàn)代化時(shí)代，但PID舵還未真正退出市場(chǎng)，很多船公司的船舶的操舵系統(tǒng)還是采用這樣的控制方式，PID舵電氣控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，一旦出現(xiàn)故障往往使電氣人員感到不知所措。本文就實(shí)驗(yàn)室中的國(guó)產(chǎn)HQ-5GD型PID自動(dòng)舵電氣控制系統(tǒng)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)出現(xiàn)的故障可能的原因進(jìn)行分析及進(jìn)行相應(yīng)故障排除。

1 HQ-5GD PID自動(dòng)舵系統(tǒng)基本組成

HQ-5GD PID自動(dòng)舵系統(tǒng)由三個(gè)主要部分組成，一是控制系統(tǒng)，它主要由兩個(gè)電源控制箱，控制不同的泵站。且控制箱上有轉(zhuǎn)換開關(guān)控制不同的控制地點(diǎn)（駕駛臺(tái)控制或舵機(jī)房控制）。二是駕駛臺(tái)的主操縱站。在現(xiàn)代化船舶上的主操縱站都設(shè)有自動(dòng)操縱系統(tǒng)隨動(dòng)操縱系統(tǒng)和應(yīng)急操縱系統(tǒng)三種操縱方式。三是執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它又可以叫做驅(qū)動(dòng)裝置或伺服裝置，主要是用于驅(qū)動(dòng)舵葉轉(zhuǎn)動(dòng)。本系統(tǒng)的伺服裝置是電磁閥型的。HQ-5GD型PID自動(dòng)舵系統(tǒng)基本組成如圖1所示。

2 HQ-5GD PID操舵系統(tǒng)故障

在使用HQ-5GD PID自動(dòng)操舵系統(tǒng)遇到以下幾個(gè)故障:

1）跑舵

①故障現(xiàn)象：HQ-5GD PID舵在使用過程中出現(xiàn)這樣一個(gè)故障，操舵儀選擇模式為隨動(dòng)操作。控制箱選擇1號(hào)泵工作系統(tǒng)工作正常，選擇2號(hào)泵工作時(shí)泵缸工作不受操舵手輪控制，一直到超滿舵出現(xiàn)報(bào)警信號(hào)限位開關(guān)起作用系統(tǒng)才停止工作。

②故障分析：這故障一出現(xiàn)首先可以排除舵角反饋控制系統(tǒng)部分出的故障，如果這部分系統(tǒng)出現(xiàn)問題，那么舵機(jī)控制系統(tǒng)在控制箱選擇1號(hào)泵工作時(shí)系統(tǒng)工作不可能正常。其次考慮到2號(hào)泵電磁閥在舵葉偏轉(zhuǎn)到相應(yīng)的舵角時(shí)無法失電導(dǎo)致泵缸不受控。電磁閥直接受控于可控硅，可控硅無法關(guān)斷造成泵缸持續(xù)工作。經(jīng)對(duì)控制2號(hào)電磁閥可控硅控制電路及可控硅的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)元器件本身及其控制電路均完好。接著將自動(dòng)操舵系統(tǒng)控制模式轉(zhuǎn)換到應(yīng)急操縱狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)泵缸仍不受控，由此斷定是電磁閥出現(xiàn)故障，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)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(xù)工作?？偨Y(jié)：自動(dòng)舵操舵系統(tǒng)一旦出了此類故障首先應(yīng)從應(yīng)急系統(tǒng)查起，再查隨動(dòng)操縱系統(tǒng)，這樣可以節(jié)省查找的時(shí)間，到達(dá)快速處理故障的目的。

2）在隨動(dòng)操作模式下兩套泵系統(tǒng)一套可以正常控制，另一套不能控制。

①故障現(xiàn)象：HQ-5GD PID操舵儀上有三個(gè)選擇控制模式，即Ⅰ、Ⅱ號(hào)通道單獨(dú)控制，Ⅰ+Ⅱ號(hào)通道聯(lián)合控制。在隨動(dòng)狀態(tài)下選擇Ⅱ號(hào)通道單獨(dú)控制，舵系統(tǒng)工作正常。選擇Ⅰ號(hào)通道單獨(dú)工作舵系統(tǒng)無法工作（1、2號(hào)泵電機(jī)均可以正常起、停），但1號(hào)電磁閥無法得電。

②故障分析：這故障一出現(xiàn)首先考慮到的可能是兩個(gè)原因一是外部元器件故障；二是Ⅰ號(hào)通道的可控硅觸發(fā)控制電路出現(xiàn)問題。出現(xiàn)故障我們本著先易后難排出故障的方法，首先對(duì)外部元器件進(jìn)行故障的排查。外部元器件主要有兩個(gè)即電磁閥和可控硅。首先將起動(dòng)箱上的控制地點(diǎn)選擇在駕駛臺(tái)，在主操縱臺(tái)上選擇Ⅰ號(hào)通道，控制模式選擇簡(jiǎn)易操舵模式進(jìn)行操舵，舵可以正常偏轉(zhuǎn)，故可排出電磁閥故障。經(jīng)對(duì)可控硅器件進(jìn)行單獨(dú)測(cè)量未發(fā)現(xiàn)其損壞。出現(xiàn)這一故障極有可能的原因是可控硅觸發(fā)電路出現(xiàn)故障。HQ-5GD可控硅觸發(fā)控制電路及電磁閥控制電路如圖2、3所示。

圖1 PID自動(dòng)舵系統(tǒng)基本組成

圖3 電磁閥控制電路

運(yùn)算放大器3N輸出信號(hào)控制斯密特觸發(fā)電路由VE4a、VE5a，VE7a、VE8a組成，使連續(xù)變化的信號(hào)變成脈沖信號(hào)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(fā)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(hào)是供給可控硅觸發(fā)極的。首先我們對(duì)可控硅進(jìn)行測(cè)量，無論左舵或右舵Ⅰ號(hào)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(hào)通道的可控硅沒有導(dǎo)通。用示波器測(cè)試可控硅控制極與陰極之間的觸發(fā)波形，Ⅱ號(hào)通道單獨(dú)工作時(shí)觸發(fā)波形如圖4所示。而Ⅰ號(hào)通道號(hào)通道單獨(dú)工作時(shí)則無觸發(fā)波形產(chǎn)生，由此推測(cè)觸發(fā)控制電路可能有故障。

圖4 可控硅觸發(fā)信號(hào)波形圖

圖5 觸發(fā)電路的插件槽

用采用替代法來處理故障。Ⅰ號(hào)通道和Ⅱ號(hào)通道插件控制板的參數(shù)是完全相同的故可將Ⅰ號(hào)和Ⅱ號(hào)控制板互為更換，更換完后1號(hào)泵電磁閥仍無法得電，而更換后Ⅱ號(hào)通道單獨(dú)控制，舵系統(tǒng)工作仍正常。說明可控硅的觸發(fā)控制電路板無故障，故障應(yīng)該出現(xiàn)在觸發(fā)信號(hào)輸出鏈接電路的某個(gè)環(huán)節(jié)上，經(jīng)仔細(xì)觀察和測(cè)量發(fā)現(xiàn)觸發(fā)電路的插件槽有開裂情況如圖5所示，這才是產(chǎn)生故障的真正原因?？偨Y(jié)：一個(gè)故障產(chǎn)生一定要對(duì)可能產(chǎn)生故障環(huán)節(jié)全面細(xì)致的分析，這樣才不會(huì)出現(xiàn)遺漏的環(huán)節(jié)，導(dǎo)致故障無法排除。

3）零位偏移

①故障現(xiàn)象：隨動(dòng)操舵模式，舵輪在零位，舵葉偏離零位。

②故障分析：出現(xiàn)這一故障最有可能的原因有兩個(gè)，一是相敏電路出現(xiàn)故障，元件參數(shù)發(fā)生變化，使輸出電壓不平衡；二是反饋裝置故障或自整角發(fā)送器故障使零位不準(zhǔn)確；首先將舵輪置于零位，對(duì)相敏整流電路輸出端測(cè)量電壓信號(hào)。經(jīng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)此時(shí)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(fā)生偏離，是可以忽略不計(jì)的。問題可能就出在反饋裝置故障或自整角發(fā)送器故障使零位不準(zhǔn)確上面了。我們對(duì)自整角反饋裝置進(jìn)行調(diào)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(yùn)動(dòng)）和將反饋?zhàn)哉菣C(jī)固定螺絲松開，再將操舵手輪轉(zhuǎn)到零位。通電，轉(zhuǎn)動(dòng)自整角機(jī)勵(lì)磁繞組找到電氣零點(diǎn)，斷電再將反饋?zhàn)哉菣C(jī)固定，電磁閥重新接上線，通電。此時(shí)故障排除。由此可見造成這一故障的原因是反饋裝置的機(jī)械嚙合點(diǎn)發(fā)生偏移，通過重新的零點(diǎn)整定即可排除故障。

3 結(jié)束語

本文針對(duì)HQ-5GDPID自動(dòng)舵系統(tǒng)產(chǎn)生故障的原因進(jìn)行相應(yīng)的剖析，列舉了幾個(gè)故障的處理方法，希望能對(duì)船舶的管理人員和維修人員提供一些借鑒。當(dāng)然故障出現(xiàn)方式總是千變?nèi)f化的，作為船舶電氣設(shè)備的管理人員在處理故障時(shí)應(yīng)保持清醒的頭腦，透過現(xiàn)象看本質(zhì)，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(yán)華（1963-），男，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師。研究方向: 實(shí)驗(yàn)教學(xué)及船舶電氣自動(dòng)化研究。E-mail：854819566@qq.com