ME型电控柴油机管理浅析

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2   MPC  多功能控制模块的工作原理和常见 问题

2.1   MPC 模块工作原理

ME 型电控主机的控制系统由 2 个主操作面板 MOPA 和 MOPB 通过 2 个互为冗余的网络线连接所 有的多功能控制模块 MPC，系统中还包括驾驶台控 制面板和机旁操作面板。所有备用的应用和安装程 序储存在 2 台主操作面板 MOPA 和 MOPB 中 ，在更 换新的 MPC 时 ，新的 MPC 会通过网络线自动下载 程序和参数 。ME 型主机控制系统由多个 MPC 模块组成，了解和掌握  MPC 的结构特点和工作原理是 主机控制系统日常维护和正常运行的关键。MPC 的 内部构造几乎相同，为了实现不同的控制功能，安 装了不同的控制软件 。其中柴油机通讯控制单元 EICU(Engine  Interface  Control  Unit)用来处理和外 部的通讯 ，它由 2 个 MPC 模块构成 ，分别是 EICUA 和 EICUB，2 个模块是完全冗余 。柴油机控制单元 ECU(Engine  Control  Unit)用来处理柴油机的特定 控制(调速器)，控制单元 ECU 由 ECUA 和 ECUB 两 块 MPC 模块构成 。如果主机配备 3 台或者 3 台以下 机带油泵，则 ECUA 和 ECUB 是完全冗余；如果主机 有 4 台或者 5 台机带油泵，则 ECUA 和 ECUB 就不是 完全冗余。

辅助控制单元 ACU(Auxiliary  control  unit)控制 主机辅助系统(液压动力单元，辅助鼓风机)，辅助 控制单元由 3 个互相没有冗余的 MPC 模块组成。气 缸控制单元 CCU(Cylinder  Control  Unit)用来处理 主机单个缸的具体控制功能(高压油泵喷油 、排气 阀启闭 、气缸启动阀开关 、气缸注油)，每个缸的 MPC 模块之间没有冗余作用 。MAN  B&  W 公司自 主研发了 MPC 模块，MPC 模块由中央处理单元 、输 入输出单元、电源滤波单元、模拟/数字输出子单元 构成。MPC 模块可以直接输出各种模拟量和开关量 信号，也可以接收来自现场传感器的信号，测速系 统的脉冲信号，模拟信号，曲柄角度编码器等。

2.2    常见问题分析处理

MPC 在试验条件下，环境温度最低为-70℃，最高 温度为 140℃。因此，几乎所有的机舱环境温度下都能 正常工作，不会对机器工作性能有任何影响。如果 ME 型主机控制系统的所有 MPC 模块组装在一个箱子 里，基本都是 MPC；如果是分散安装在多个控制箱， 则要注意控制箱内有可能有两种形式的 MPC，外形 尺寸大一些的是 MPC- 10，小一点的是 MPC，2 种模块 不能够进行交换，MPC- 10 只能作为气缸控制单元 CCU 使用。MPC 则可以通用，这个在主机初始安装和 运行检修的时候要特别注意。MPC 模块故障在实际 主机装船和船舶运行的 2 个时期都时有发生，原因是 安装工艺和维护保养不到位。新造船主机安装过程 中，很多造机厂都能够很好地遵循厂家施工工艺来安 装，但部分小型船厂技术能力不强，造船的各个工程 被层层分包，导致各种问题经常出现。

监造组电气主管人员一定要严格控制现场报验 程序，督促指导施船厂施工人员按照 MAN  B&W 主 机厂的安装图纸和技术规范要求正确敷设屏电缆，电 线接头的裸线连接绝对禁止，现场灰尘和安装废弃物 要清理干净，任何小的细节工作没有做好，都会导致 电气设备绝缘不稳定。设备接通电源运行后，MPC 模 块会因为系统绝缘不稳定而经常损坏，影响船舶安全 运营，增加船东的维护成本。MPC 故障换新时要先切 断电源，所有接线连接好后才能接通电源，禁止带电 跟换 MPC，否则极易损坏 MPC 模块。主管人员应经常 对 MPC 控制柜进行检查，尽量避免或者减少灰尘入 侵，保持控制箱的良好通风，及时更换空气滤网，检查 内部接线情况并拍照存图，用电器清洁剂清洗脏污的 探头。船舶装载精铜矿等货物时，机舱通风可能导致 金属粉尘进入机舱，从而导致 MPC 出现短路故障，船 舶最好停掉机舱机械通风，控制箱密封一定要做好， 发现灰尘一定要立即清除掉。

在检查过程中，需要将控制柜中不需要的物品及 时清除掉，主机台架试验结束后，在 MPC 控制箱中的 干燥剂长时间放置会变质腐烂 MPC 控制箱，也会损 坏 MPC 模块，这个对于建造时间比较久的或者夏天 湿度比较大的南方船厂尤其应该注意。主机备车和正 常运行时，要检查 MPC 模块的温度，备车条件下，主 机转速和工况变化 ，运行时船体震动这都会影响 MPC 正常工作。MPC 高温会导致主机的工况不稳定， 严重时直接烧毁 MPC 模块。MPC 模块上的保险丝起电流保护作用，电流过大烧坏保险丝时，一般在 MOP 都会有警报显示，通过报警点信息来查找 MPC 的故 障保险丝。如果没有显示只能通过万用表测量。软件 方面故障或管理人员无法识别的故障，只能更换备用 MPC 模块。

3   FIVA 电磁阀工作原理和常见问题

3.1   FIVA 电磁阀工作原理

ME 型主机伺服液压系统由液压供应单元 HPS 和 液压气缸单元 HCU 组成，HPS 单元由2 台电动液压泵 和 3 台主机机带泵给液压伺服系统提供 200  BAR(有 的机型是 300  BAR)的液压动力油，HCU 则由 FIVA 电磁阀、蓄能器、分配块、排气阀执行器和气缸注油器 组成。主机每个缸配备一个 FIVA 阀，FIVA 阀通过控 制伺服液压油的方向和流量来控制气阀开关和高压 油泵喷油，单缸气缸控制单元 CCU 的 J70 发出控制指 令，CCU 的 J30 接收 FIVA 阀的反馈信号，CCU 依据信 号和转速指令来控制 FIVA 阀，从而控制高压油泵喷 油时间和喷油量、控制排气阀排气。FIVA 阀、排气阀 和高压油泵都有反馈信号送回到 CCU 的 J30，但是排 气阀和高压油泵的反馈信号部参与 FIVA 的控制，FI⁃ VA 阀 的 反 馈 信 号 则 作 为 CCU 控 制 FIVA 的 参 考 信号。

FIVA 阀基本工作原理如下：气缸控制单元 CCU 模块通过模拟量输出通道供给 FIVA 阀的先导阀线圈 4 ~ 20mA 的电流，线圈的产生的磁力与机械弹簧的弹 簧力共同作用，推动先导阀阀芯上下动作，改变进入 左侧腔室内伺服液压油的流向和流量，主阀芯左右两 侧活塞面积不同，导致轴向推力差，推动主阀芯轴向 移动，控制伺服液压油在不同的时间，进入到排气阀 驱动泵和高压油泵驱动泵 。当先导阀的电流为 5 ~ 11mA 时，先导阀阀芯在下位，主阀芯向左侧运动，给 排气阀驱动泵供油；当电流值为 13 ~ 20mA 时，先导 阀阀芯在上位，主阀芯向右侧运动，给高压油泵驱动 泵供油；当电流值为 12mA 时，主阀芯处于中位。主阀 芯向右运动的位移量决定了高压油泵驱动泵的伺服 液压油流量，也决定了高压油泵柱塞的行程，决定了 该缸的供油量。一根与 FIVA 阀的主轴芯相连的金属 杆通过磁感应变化，以电流的形式给气缸控制单元 CCU  J30 一个反馈信息。

3.2    常见问题分析处理

伺服液压系统存在不溶的固体颗粒，伴随滑油流入到 FIVA 阀主阀芯或先导阀位置。磨粒磨损导致阀 芯与阀体的耦合度变差，不能准确控制流量，甚至导 致阀芯卡死，引起主机单缸故障。新造船时主机滑油 管系串油工序未严格按技术要求来做，安装污染物颗 粒残存在主机滑油管系中。主机运行时，入股系统中 的自清滤器失效或者在滤器后方管系，污染物就会进 入到 FIVA 阀内部，极有可能造成卡滞。在主机的试车 过程中，主机的液压油清洁等级都会达到技术规范要 求，但这通常都是机器静止不动的状况投油检测出来 的结果。在船舶下水运行后，震动点不同，震动频率不 一样，会导致焊接物脱落，从而进入滑油系统管路。在 主机使用过程中，消除 FIVA 机械卡滞故障首先要做 好液压油分离清洁工作。对于使用主机系统滑油作为 液压伺服系统滑油的主机，更需要做好主机系统滑油 的分油工作，要不间断使用分油机分油，按时清洁 6μ 的自清滤器，检查滤器是否完好，最好有备用一套 滤芯。

清洗滤器时 ，尽可能用煤油或四氯化碳浸泡 24h，压缩空气吹净滤器内表面。加强伺服滑油的质 量监控，滑油每 3 月化验一次，保证滑油质量。FIVA 阀的先导阀的线圈和机械弹簧偶尔也会发生故障， 如果线圈的电磁力下降，右侧弹簧力相比增大，主阀 芯向左偏移，就会导致高压油泵供给量减小，排气阀 开启时间增加；如果机械弹簧疲劳导致弹力变小，主 阀芯向右偏移，会导致高压油泵供给量增大，排气阀 开启时间减小。要是线圈烧毁或者弹簧断裂，则 FI⁃ VA 无法正常工作。同时，要求伺服液压系统部件拆 检保养之后，系统一定要驱尽空气，系统存在气体会 引起 FIVA 阀的阀芯移动延迟，导致主机不能正常 运转。

4   典型故障案例解析

4.1   FIVA 阀故障分析处理

4.1.1    故障现象

某轮主机型号 6S50MEC，船舶航行途中 ，主机 MOP 报警显示“CCU2  FIVA  Position  slow  down”，主 机自动降速运行，报警无法复位，船舶在宽阔海域停 车检查。在 MOP –Maintenance –Function  Test –HCU 界面对主机 2# 缸液压气缸单元 HCU 做功能测试，发 现 FIVA 阀行程探头 CH30 无回路电流(正常电流是 17.5 ~ 20.5MA)，燃油高压油泵探头 CH31 电流高达 19.5MA(正常电流是 3.5 ~ 7.5MA)，PMI 显示主机 2#缸排气阀关闭，无行程，2#缸不喷油，没有排烟温度。

4.1.2    原因分析

主机自动降速的原因是主机第二缸的 FIVA 阀位 置故障报警导致的主机保护降速，导致 FIVA 位置故 障报警的原因是控制系统和 FIVA 设备 2 个方面故 障。控制系统故障主要是传感器、MPC 模块和线路等 故障，设备问题则是 FIVA 阀结构机械故障。

4.1.3    故障处理

船员更换编号 CH30 和 CH31 两个探头，在主机 MOP 操作界面对2# 缸液压气缸单元 HCU 功能测试， 发现 CH30 电流偏低达 3.5MA，CH31 燃油泵探头正 常，试车，排气阀不动作。更换备用 FIVA 阀进行功能 测试，故障现象依然存在；船员对主机2#缸的 MPC 模 块进行更换，测试依然显示不正常。再次检查接线，将 1# 缸和 2# 缸线路对调，对 1# 缸和 2# 缸 FIVA 阀对换，换 好后，功能测试依然失败。轮机长最终做出 FIVA 阀到 CCU 的电缆出现问题的推断，并紧急申请电缆备件。公司岸基人员分析指导船舶继续查找原因并紧急安 排备件供船。轮机人员打开主机 3#缸的 HUC-JB 接线 盒，与 1# 缸和 2# 缸的接线进行对比，终于发现 3# 缸的 接线顺序是 1243，而 1# 缸和 2# 缸的接线顺序是 1234。重新调整 1# 缸和 2# 缸的 3 和 4 接线 ，液压气缸单元 HCU 做功能测试依然失败。岸基人员在了解情况后， 指示船舶在备车状态下重新做功能测试，主机 1# 和 2#   缸 HCU 测试正常，故障消除。

4.2   排气阀故障分析处理

4.2.1    故障现象

某轮主机型号 5S60MEC，船舶航行途中，主机 3#   缸排气阀发出异常机械响声，集控室警报系统显示 “Exhaust  Valve  Closing  Too  Fast”警报，值班轮机员 立 即 报 告 轮 机 长 ，在 轮 机 人 员 检 查 过 程 中 主 机 “CCU3   EXH.Close   Position   Changed (Slow   Down) ALARM”报警。主机自动降速，降速后排气阀异响消 除，报警随之消除，轮机长将主机重新加车到全速后 主机运行正常，排气阀运行正常，无异常响声 。第 2 天，主机 2# 缸排气阀又发生类似现象，主机降速后重 新加车到全速后异响消除。第 3 天，相同的现象再次 发生，轮机长请示船长同意后。在宽阔海域停车检查， 在主机 MOP –Maintenance –FunctionTest –HCU 界面 对主机 2# 缸液压气缸单元 HCU 做功能测试，发现正 常 ，控制系统检查正常 ，检查其它设备 ，也未发现 异常。

4.2.2    原因分析

功能测试正常，所有的检查都正常，船舶航行时 偶尔发生主机排气阀异响，船员、船管及主机厂家技 术人员在船舶现场，对控制系统和排气阀及其液压设 备进行了详细的分析排查。，原因如下：①控制系统的 绝缘低会导致排气阀工作不稳定。②传感器和 FIVA 阀之间电缆的屏蔽线破损会导致干扰信号传输。③液 压系统元件卡滞不灵活。

4.2.3    故障处理

对更换的排气阀位置传感器电缆重做屏蔽，防止 信号干扰。从 cocos变化曲线来看，2#缸排气阀关闭反 馈时间较长，拆检泵体及排气阀，并对 FIVA 阀清洁处 理。对排气阀驱动泵检查，丝赌放气处理，改善驱动泵 运行。将主机促动泵进油单向阀下面密封垫片研磨 0.1mm左右，使阀头和泵盖本体良好接触，减少阀头 震动，保障可靠供油。

4.3   管理措施

对 ME 型主机的故障诊断，一定要依据 MOP 的 故障信息和故障代码来分析。故障无法排除时，轮机 管理人员一定要把故障真实情形向岸基人员做详细 汇报，不能漏掉任何的处理细节。船员要通过 MOP- MAINTENANCE-FUNCTION TEST 对控制系统和伺 服系统进行测试和查找故障。日常维护管理方面要 加强伺服液压油的管理，保持滑油清洁，确保滑油品 质，每 3个月化验一次 。主机 COCOS及 MOP 电脑定 期截屏保存，控制系统特别是 MPC 和 HCU接线要拍 照 。经常检查主机电源控制箱绝缘情况，定期做绝缘测试。更换主机相关传感器时，要注意电缆屏蔽。对容易脏污的传感器定时清洁，震动区域的传感器 要按时紧固。更换液位传感器时，一定对安装部位上 部的空气驱除干净 。船员要掌握 ME 型电控柴油机 的技术特点，遇到故障时冷静处理，正确连线，严格 按照 ME 主机说明书要求测试和保养设备，杜绝经 验主义错误。

5   结束语

总之，ME型电控柴油机是一种新型船舶主机，设 备本身和技术还需要不断地完善和发展，船舶管理人 员应及时从主机厂家获取最新的技术通告。同时还要 实时监控船舶主机的技术状态，指导船舶的维护保养 工作，使主机始终处于可靠的技术状态。公司要加强 船舶轮机人员的培训，掌握 ME型主机的特殊结构和 管理特点，主机故障时能迅速地找出主机故障原因并 排除；故障无法排除时，能将故障信息正确地反馈给 岸基人员，岸基人员能指导船舶及时排除故障，保证船舶主机安全运行。

来源：神华科技，作者倪宁波