張云興

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、停車控制以及遠(yuǎn)程速度設(shè)定、監(jiān)控報警、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)速無報警停車現(xiàn)象。停車后，再次啟動時，主機(jī)可以正常使用，而且停車時間間隔不固定，故障現(xiàn)象時有時無，給故障查找?guī)砗艽罄щy，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/停止原理

初步認(rèn)為停車故障是由電磁閥7和手動閥8泄漏造成的，因為電磁閥7和手動閥8泄漏會使主機(jī)停車且無報警。當(dāng)異常停車時，現(xiàn)場觀察停車執(zhí)行機(jī)構(gòu)活塞有無動作，發(fā)現(xiàn)停車活塞并沒有頂出。因此，排除因電磁閥7和手動閥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、集控室去主機(jī)的啟動、停止、速度設(shè)定及警報顯示，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，通過軟件控制，對輸入信號進(jìn)行處理后輸出命令信號，從而對柴油機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行控制、監(jiān)視、報警和保護(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)控報警功能，同時主機(jī)安全保護(hù)功能由此控制部分實(shí)現(xiàn)。

電路工作過程為通過開關(guān)、按鈕、外界報警觸點(diǎn)、傳感器、遙控等輸入信號至U6-PLC、LOGO!或WOODWARD，通過程序進(jìn)行邏輯處理后輸出，通過外接繼電器驅(qū)動，來執(zhí)行各對應(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回路組成。當(dāng)柴油機(jī)進(jìn)行電控正常停車時，停車信號從LOGO!的I3端輸入，停車命令將從Q3端輸出，見圖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PLC的I3端控制Q3端時柴油機(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，緊急停車回路控制氣控閥推動油門桿實(shí)現(xiàn)停車。

圖2 中策系統(tǒng)LOGO原理

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

按下緊急停車按鈕，停車回路和緊急停車回路同時動作。

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)溫度過高85℃；滑油進(jìn)機(jī)壓力過低0.15mPa；手動應(yīng)急停車。

主機(jī)在緊急停車狀況下停車，集中監(jiān)控報警系統(tǒng)會顯示“主機(jī)緊急停車”報警，而此次自動停車時無任何報警，排除這種停車可能。

停車：遙控/機(jī)旁手動停車，柴油機(jī)在轉(zhuǎn)速﹥350rpm，停車按鈕無效，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電路印刷板。用于各種轉(zhuǎn)速的船舶推進(jìn)系統(tǒng)，用來控制中高轉(zhuǎn)速發(fā)動機(jī)的速度和負(fù)荷。控制器包括感知轉(zhuǎn)速的兩路磁性撿拾器，一路潤滑油壓輸入[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 ；執(zhí)行器1個，用于定位燃油計量設(shè)備；外部電源1個；速度傳感器兩個；可選開關(guān)觸點(diǎn)8個，管理控制功能；可選的潤滑油壓傳感器1個；一個可選的水壓傳感器；一個可選的用于燃油限制的進(jìn)氣壓力傳感器；三個可選的模擬信號輸出；兩個可選的繼電器驅(qū)動報警。

3.1 滑油壓力與冷卻水壓力

3.1.1 潤滑油油壓

潤滑油油壓輸入信號（潤滑油油壓信號）需要是高質(zhì)量的絕緣信號。使用屏蔽雙絞線將420mA電流變送器連接到端口42（+）和43（-）上，見圖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21mA，將會檢測到輸入信號故障。檢測到故障會導(dǎo)致狀態(tài)指示信號持續(xù)報警直到檢測到輸入信號為止。

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，輸入信號允許報警保護(hù)、停機(jī)保護(hù)。發(fā)動機(jī)報警和停機(jī)都可以顯示在手持編程器上。停機(jī)時激活繼電器輸出#1。繼電器輸出#1連接到執(zhí)行發(fā)動機(jī)停機(jī)的停機(jī)系統(tǒng)和警報系統(tǒng)。

3.1.2 水壓輸入

將水壓變送器連接到信號輸入#2。水壓輸入信號必需是高質(zhì)量的絕緣信號。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21mA，將會檢測到信號故障。檢測到故障會導(dǎo)致狀態(tài)指示信號持續(xù)報警直到檢測到輸入信號為止[3]。

輸入信號允許報警保護(hù)、停機(jī)保護(hù)。停機(jī)時激活繼電器輸出#1。繼電器輸出#1連接到執(zhí)行發(fā)動機(jī)停機(jī)的停機(jī)系統(tǒng)和警報系統(tǒng)。

繼電器輸出觸點(diǎn)端口3/4在內(nèi)部停車信號輸出的情況下被激活。內(nèi)部停車信號包括潤滑油壓力和水壓，潤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)動機(jī)的應(yīng)急停機(jī)系統(tǒng)來控制發(fā)動機(jī)的停機(jī)。保護(hù)停車后，集中監(jiān)控報警系統(tǒng)發(fā)出應(yīng)急停車警報。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)動機(jī)轉(zhuǎn)速由被動的磁電拾取器（MPU）提供信號給723PLUS控制器，見圖5。轉(zhuǎn)速傳感器必須能夠準(zhǔn)確的感知發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速在600rpm。使用第二個轉(zhuǎn)速傳感器用作備用。當(dāng)?shù)谝晦D(zhuǎn)速傳感器故障時候第二轉(zhuǎn)速傳感器用作替代。倘若同時使用兩個傳感器，必須保證它們接收的信號是完全相同的。兩個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。此時輸入阻抗低于200H。轉(zhuǎn)速傳感器輸入可以通過軟件配置成數(shù)字信號采集或模擬信號采集。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為一個專門為執(zhí)行器提供電流信號，這個電流信號是由端口19（+）和20（-）提供。通過軟件，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。通過硬件，輸出電流配置為0～200mA，這種配置允許200mA電流通過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

在任何時候出現(xiàn)速度傳感器的輸入頻率低于額定轉(zhuǎn)速的5%時，控制器會檢測到轉(zhuǎn)速丟失。任何一個速度傳感器轉(zhuǎn)速丟失都會導(dǎo)致報警。如果一個速度傳感器轉(zhuǎn)速丟失，發(fā)動機(jī)仍然繼續(xù)運(yùn)行。倘若兩路轉(zhuǎn)速信號同時丟失，開關(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)將自動停車。

對右主機(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)，無故障報警停車現(xiàn)象未再出現(xiàn)。

4 結(jié)束語

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

（1）中策GN8320柴油機(jī)振動比較劇烈，而且飛輪時有甩油現(xiàn)象，要定期對轉(zhuǎn)速傳感器進(jìn)行檢查，檢查項目至少包括：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)問題時不會導(dǎo)致停車。平時檢查傳感器狀況可以用萬用表頻率檔測量脈沖：額定轉(zhuǎn)速600rpm時脈沖信號在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。無故障報警停車可以在三個方面進(jìn)行排查：氣路方面，氣動電磁閥7有無漏氣現(xiàn)象；主機(jī)轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速時，考慮HELICE遙控系統(tǒng)給定轉(zhuǎn)速信號是否正常，可以測量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。