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船机故障心莫慌，遇事不决船机帮 导读 本文论述，单片机作为主控单元，实现对整个系统工作流程的控制，达到主机所需的逻辑运算与控制、监测报警、主机模型运行等目的；系统的控制和功能的实现采用电-气转换技术、气动逻辑控制技术和气压传动等技术。 空压机和空气瓶、气路板、仪表、气动逻辑阀、电磁阀、气动辅件和执行元件等共同构成气动控制系统。 一、整体系统功能介绍 各式各样的主机遥控系统，结构很多都比较繁杂，而船舶主机满足运行、控制所必须的各种功能就依靠这些繁杂的系统来实现，以达到五个目的： （1）相互转换操作部位； （2）控制主机转速与负荷； （3）逻辑控制遥控系统； （4）应急操纵和安全保护； （5）模拟试验。 在不同种类的主机遥控系统上，对以上目的的实现要求也是不尽相同。 该主机控制系统的仪表指示、运行状态和操作流程与实船相同，且具有以下功能。 （1）气动逻辑时序控制功能相对完整，详细流程是：遥控或机旁控制选择；主机机旁控制、集控、驾控转换；备车过程中气动系统检测与识别；正常启动、手动启动、自动启动；启动时间限制、重启动、慢转启动、三次重复启动；集控和驾控之间无扰动切换；正常换向、运行中换向、应急换向；强制制动；主机正常停车、紧急停车和故障停车。 （2）海上定速航行，机动航行操作，限制加速速率与程序负荷功能，快速率与慢速率自动选择，调速器执行机构，临界转速自动快速通过以及转速设定函数发生器均和实际使用相同。 （3）各种限制功能与安全保护： 轮机长转速限制，最高和最低转速限制，加速速率限制，主机临界转速限制，压缩空气压力限制，设备故障报警，故障引起降速，或导致停车，安全保护与监测报警，越控功能。 其中，越控功能是指：取消某些保护引起的降速或停车。 二、MAN 和 Wärtsilä 机型操纵功能 MAN B&W 机型和 Wärtsilä 机型控制模式共同构建了本系统的控制程序，如图 1 所示。 MAN B&W 和 Wärtsilä 控制模式的选择，如图 2 所示。 换向：MAN B&W 和 Wärtsilä 控制模式均通过同一个车钟进行换向，如图 3 所示。 启动、供油和调速： MAN B&W 控制形式： （1）推动车钟手柄进行换向，换向成功后，推动油门手柄到“START”位置，启动空气进气，如图4所示。 （2）达到发火转速后，迅速将油门手柄推到调速区，系统开始模拟供油，可以对应车钟档位，控制主机转速。 Wärtsilä （SULZER）控制形式： （1）推动车钟手柄进行换向，换向成功后，将油门手柄推至供油调速区最低油门，此时“启动”指示灯亮，如图5所示。 （2）启动程序通过按下“启动”按钮开始，当转速达到发火转速后，松开“启动”按钮，启动完成。 （3）跟随车钟信号，对油门手柄进行调节控制。 （4）停车：拉回油门手柄到“STOP”位。 三、主要控制功能的实现过程 （1）控制位转换功能 主机气动控制系统要求多处的冗余保护，以确保足够的运行可靠性和安全性。 假如某处由于故障，不能控制或控制失效，在逻辑上必须保证能短时间内转到其他位置进行控制。 在机旁设置机旁（Local）控制和遥控（Remote）控制转换开关，集控台上安装驾驶台（BR）和集控室（ECR）遥控转换开关，驾驶台或者集控室控制主机是通过转换开关来确定，集控室或驾驶台想要操作主机，机旁控制位必须在遥控（Remote）位置。 采用遥控或机旁控制，由机旁转换开关确定。 （2）换向功能 具体流程如下： 当主机启动信号通过车钟发出时，主机遥控系统首先检测车钟信号和凸轮轴的实际位置，比较检测到的信号，经过逻辑测定，判定换向必要性，直至完成操作，换向信号停止，发出相应信号，准备后续的逻辑控制，须注意的是换向要求的逻辑条件包括以下三个方面： ①车钟信号和凸轮轴位置不同； ②主机停油； ③柴油机允许换向的转速以下，或应急换向转速。 （3）启动功能 油门手柄发出启动信号，主机遥控系统先进行自检，只有满足启动所需要的所有逻辑条件后，空气系统才会进气以启动主机，有以下三种启动形式：正常启动，慢转启动和重 复启动。 须注意的是启动要求的逻辑条件包括以下方面： ①盘车机已经脱开； ②已经完成柴油机换向，车钟位置和凸轮轴位置相同； ③油门手柄发出启动信号； ④压缩空气达到启动压力； ⑤启动过程中，在柴油机喷油以前，关闭油 门； ⑥在要求的时间内完成启动。 （4）慢转启动 为避免主机停机较长时间后重新启动，可能会对曲轴、气缸壁等运动副造成磨损，一般先盘车和慢速运行，进行故障检测和预润滑，充分润滑以后再正常运转。 （5）重启动 重启动是指为了提高主机倒车或在紧急情况下顺利启动的几率，遥控系统自动增加启动时的供油量，或者自动提高发火转速。 （6）重复启动 发出启动车令后，因为设备故障，在要求的时间内未能启动，发出信号。 系统探查到信号后，自动再次启动，如还是失败，柴油机第三次启动，若三次启动仍然失败，为保护主机，节省启动空气，系统停止启动并发出报警信号。 轮机员在排除故障并复位报警后，主柴油机即被允许再次启动。 （7）运转中换向 紧急避碰时油门拉到停车位置，停油信号通过遥控系统立即发出，燃油系统不再供油，无功率输出。 换向凸轮轴先进行换向，主机随后开始制动，制动类型分为能耗制动和强制制动两种。 为缩短制动距离，减少制动时间，能耗制动在新建船舶中应用越加广泛。 车钟信号送出后，转速设定单元匹配相应强弱的气压信号，控制调速器动作，从而调节燃油系统的供油量，达到调速目的。 有的遥控系统只设置强制制动。 （8）安全保护及应急操纵 ①当遥控系统出现故障，主机在安保系统的控制下，进行降速或者停止运行，对主机进行保护，并发出声光警报。 此时在集控台安保系统中显示报警故障。 轮机员在排除故障并复位报警后，主柴油机即被允许再次启动。 ②机旁应急操纵。当主机遥控失灵，在驾驶台和集控室均不能操纵主机时，为了保证航行安全，主机必须可将控制位转到机旁，由轮机员根据驾驶台指令进行操车。 ③手动应急停车。在机旁、驾驶台和集控室设置应急停车按钮，按下应急停车按钮，发出警报，主机停油。 待故障查明解除以后，对紧急停车按钮进行复位，消除报警，然后才能重新启动主机。 应急运行，是指避碰等应急情况下的启动、加速及换向。 应急启动是指为了提高主机倒车或在紧急情况下顺利启动的几率，采用重启动，取消相关的启动保护和限制。 应急加速则是危急情况下，按下越控按钮，取消程序负荷的限制，取消有关的压力和扭矩限制，让柴油机加速速率增加。 航行时遇到紧急情况，在主机未停止的情况下进行换向称为应急换向。 船舶柴油机在狭窄水道或恶劣海况航行期间突发设备故障，在安保系统的控制下将主机降速甚至停车，但是出于安全考虑，必须保持正常航行，此时通过越控，忽略应急降速 和停车信号，继续让柴油机运转。 四、模拟控制功能 由于主机遥控系统设备繁杂，设备高度集成，虽然轮机员平时也对机舱设备经常进行维护保养，但是有些设备还是接触较少。 而且对主机遥控系统进行检测，既不能影响其正常使用，还要减少能源消耗，减轻机舱人员的工作强度，现代船舶的主机遥控系统均设计有模拟试验功能，用于设备测试和故障查找，通常可以测试遥控系统的运行状况，如气动阀件的动作状态，换向信号发出后凸轮轴的位置是否改变，以及启动完成情况；主机运行出现故障时，试验遥控系统各 项功能，模拟相关运行状态，提供参考数据，从而发现故障；测试和调整遥控系统的各种参数，如轮机长转速限制、给油量限制等参数整定。 在进行模拟试验前，要对气动系统设备进行检查，确保主启动阀已经关闭，防止主机误操作，引发事故。 由集控室发出车钟信号或者利用模拟试验功能发出模拟信号，同时利用模拟功能发出转速，遥控系统无需检测其真实性，只要有转速信号，就可以进行测试，检查遥控系统的相关功能或者进行故障的排查。 五、教学培训功能 本系统依托MAN B&W和Wärtsilä柴油机的气动控制，将遥控系统的常见结构、连接环节、工作原理、工作特性以及逻辑关系，通过集成遥控系统、控制功能模块，实现主机气动控制系统理实一体化，训练故障排查与维修技术。 该平台可以进行完善的教学和培训活动，在船舶上可进行的逻辑控制流程和功能： 启动、调速、换向、停车、集控/驾控/机旁控制位转换、备车、慢转启动、重启动、三次重复启动、紧急停车和换向、制动等，加速速率限制、程序负荷限制、机动航行操纵、海上定速航行、临界转速自动快速通过、安全保护和监测报警、故障诊断功能在本平台上均可实现。 训练故障设置，分以下几个方面： 主机故障无法启动，气动阀件堵塞卡死，气动系统空气分配器故障以及主机启动异常等。 本文原创作者系： 青岛远洋船员职业学院 曾 东 END  |
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