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上海市浦东新区海港大道1550号 联系人：马义平 电话：+86 13916096944（微信同号） 1.2.1 ME电控柴油机的发展（柴油机的三次技术革命）7.1.1 解读：6S46ME-B 8.3主机的HPS No.2 pump 运行电流小7.1.2 解读：6S46ME-B 8.3主机的HPS No.2 pump 运行电流小7.1.3 解读：6S46ME-B 8.3主机的HPS No.2 pump 运行电流小智能和绿色是船舶未来发展的方向，阀门遥控系统与智能船体、机舱、能效管理、货物管理等紧密关联，预计将得到更广泛的应用。某轮使用来自DAMCOS公司开发的阀门电液驱动装置，并基于西门子S7-200系列可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller,PLC），组成了阀门电液分散控制系统[1]，节省人力、操作可靠、维护便利[2]。本文介绍了某轮阀门遥控系统的工作原理，通过电气故障维修的实例，总结常见故障原因和检修方法，并基于智能船舶的发展背景，对当前阀门遥控系统的功能、管理等提出改进建议。1 某轮阀门遥控系统介绍1.1 阀门遥控系统的组成电液分散式阀门遥控系统目前应用最为广泛，通常由工作站、MIMIC模拟板、PLC控制柜和电液驱动装置组成，如图1所示。
某轮阀门遥控系统的工作站设置在集控室和甲板办公室，各有2台计算机，用于压载系统和舱底水系统的监测和遥控。PLC控制柜分为艏测量控制柜、艉测量控制柜和控制台，共8套PLC测量控制单元。其中PLC8采用CPU222，连接一个以太网扩展模块CP243-1，作为PLC主站，通过以太网交换机，与工作站通信。其余7台PLC均采用CPU226，作为从站。主站与从站以及从站与从站之间通过RS485连接，使用自由口协议通信。PLC6和PLC7位于甲板办公室的控制台内，实现试灯、消声和控制位置选择等功能，以及MIMIC模拟板上阀门、泵的开关和启停信号的采集及状态指示的输出。PLC1位于艏测量控制柜，PLC2-5位于艉测量控制柜，负责采集现场的阀位及泵的状态信号，并通过数字量输出模块控制继电器实现电液驱动装置和泵的遥控。电液驱动装置是将电机、液压泵、阀位反馈微动开关等集成在一起，装在阀门上，由电信号控制电机的正反转或者电磁阀的通位来实现阀门开关的设备。某轮采用的阀门电液驱动装置有本地电源装置（Local Power Unit,LPU）和小型本地电源装置（Mini Local Power Unit,LPUM）两种，由液压泵、驱动液压泵的单相异步电机、电磁阀、压力开关等功能模块组成，又分单作用式和双作用式，即LPU-S、LPU-D、LPUM-S和LPUM-D。1.2 阀门遥控系统的工作原理某轮阀门遥控系统由工作站、MIMIC模拟板以及PLC控制柜上的触摸屏发出控制指令，送至PLC。PLC运算处理后通过继电器控制电液驱动装置中的电机和电磁阀是否通电，实现阀门的遥控开关。电液驱动装置内的电机驱动液压泵产生工作油压，并通过电磁阀控制液压油的流向，然后送至液压缸执行机构。液压缸的往复运动则直接开关截止阀或经齿轮和齿条开关蝶阀。电液驱动装置内的阀位反馈微动开关，用于将阀位信号送至PLC，实现阀门的开关状态显示及控制。PLC控制柜与阀门电液驱动装置的线路连接是220 V电源线的一路直接到电机和电磁阀的接线端子上，作为公共线，另一路则经由PLC数字量输出控制的中间继电器的常开触点，实现PLC对电机和电磁阀电源的通断控制。控制单作用阀门时，开阀，电机和电磁阀通电，阀开到位后，即微动开关反馈“阀开”，电机断电，电磁阀继续通电；关阀，电磁阀断电。控制双作用阀门时，开阀，电机和电磁阀通电，阀开到位后，电机和电磁阀断电；关阀，电机通电，电磁阀断电，阀关到位后，电机断电。在开阀或关阀时，如果阀位反馈的微动开关在规定时间内没有动作，PLC控制电机和电磁阀断电，同时在工作站的上位机界面上显示阀故障。2 故障实例分析2.1 辅机舱左前污水井阀BMV40故障实例2.1.1 LPUM-S工作原理辅机舱左前污水井阀BMV40的电液驱动装置为LPUM-S。LPUM-S用于控制单作用弹簧关闭式阀门，通过建立油压克服弹簧弹力，实现阀门的打开，而通过弹簧复位实现阀门的关闭，其液压原理如图2所示。
1—油箱；2—滤器；3—电机；4、5—安全阀；6、13—单向阀；7、11—手摇泵快速接口；8—旁通阀；9—液压缸；10、12—梭阀；14—电磁阀；15—节流阀（用以调节关阀速度）；16—液压泵开阀时，电机3启动，液压油经过液压泵16、单向阀13、梭阀10到达液压缸的B口，使活塞杆左移，驱动阀门打开。为了防止液压油流回油箱，电磁阀14通电。当阀门达到全开位置，压力升高至150 bar，使安全阀4短暂开启进行泄压，保护液压泵。此时微动开关将“阀开”信号送给PLC，经运算处理后控制数字量输出，使电机断电。此时电磁阀仍保持得电，液压缸锁闭在当前位置。关阀时，电磁阀断电，液压油经过电磁阀、节流阀15流回油箱，阀门在弹簧力作用下关闭，微动开关将“阀关”信号送给PLC。手摇泵快速接口用于手动开关阀门及补油。2.1.2 BMV40故障分析BMV40安装在机舱花铁板底下且靠近污水井，工作环境恶劣，发生过的故障包括：电气绝缘故障（如电源线接地和电机绕组绝缘低）；舱底水中的异物进入截止阀，造成阀位反馈故障；电液驱动装置中的节流阀15故障，使阀不能关闭等。(1)绝缘低故障针对BMV40电液驱动装置接线盒内220 V电源公共线接地故障，此时主配电板上会有220V绝缘低的报警。通常是采用分区断电法确定绝缘低是否为阀门遥控系统引起的。然后依次切断PLC控制柜中的空气开关。通常1路空气开关控制1套PLC测量控制单元，1套PLC测量控制单元则对应多个遥控阀，例如PLC4控制16个遥控阀。此时就需要在PLC控制柜的接线端子排上逐一解线，当220 V绝缘恢复正常时，定位到该电源线对应的阀门。最后到现场对该阀门电液驱动装置的接线盒进行检查，若是电缆破损，则进行绝缘包扎；若是进水或液压油，则检查密封圈，视情更换；若因进水或受潮导致电机绕组的绝缘低，则需要做好电缆标记后将电机拆下解体，对绕组进行清洗和烘干，并更换轴承。(2)阀遥控故障在工作站进行BMV40开阀操作，阀显示为故障状态。首先去现场检查阀位，若阀没有动作，一般应先检查是否缺液压油。可通过手摇泵进行补油，若补进去较多液压油，则缺油很可能就是阀遥控故障的原因。补油后通过手摇泵进行开阀和关阀的操作。若工作站界面上阀位显示正常，脱离了故障状态，则说明遥控阀的执行机构和阀位反馈都正常；若手摇泵无法使阀全开，则阀体可能有异物，造成卡阻，需要将阀从管路中拆下清洁。若阀已基本在全开位置，但无“阀开”反馈，可通过内六角扳手逆时针微调电液驱动装置上的顶针长度。如果顶针完全松开也无法获得“阀开”信号，则微动开关可能断线、弹簧失效或开关损坏；此外阀体内部也设有一个顶针，若生锈使顶针卡阻，微动开关同样不能动作，此时需要拆下电液驱动装置，对顶针及微动开关等进行检修。当上述故障排除后，再次在工作站上进行开阀操作，若阀依然无法打开，则应检查电液驱动装置中的电气元件。可以由两人配合操作，例如一人在工作站开关阀门，一人在现场操作手摇泵以及观察电机和电磁阀的动作，必要时还需要在PLC控制柜里观察输入输出模块和继电器的动作，去初步判断故障原因。最后通过万用表测量，可以排查出电磁阀线圈开路，电容失效、电机绕组烧断等故障，以及控制柜中输出模块故障、继电器故障、断线故障等。特别注意继电器PCB板易因短路故障而断线，应焊接飞线修复。2.2 低位海水箱通海阀CWV19故障实例2.2.1 LPU-D工作原理图3为LPU-D液压原理，开阀时，电机3和电磁阀14通电，液压泵16排出液压油，经电磁阀、液控单向阀13到达液压缸的B口，推动活塞杆左移使阀门打开。回油经过A口、液控单向阀5、电磁阀后返回油箱。PLC收到微动开关反馈的“阀开”信号，电机和电磁阀断电。两个液控单向阀形成液压锁，使执行机构闭。为了防止油压过高，设有安全阀6、11和15，当压力达到225 bar时开启，溢流回油箱。关阀时，电机通电，电磁阀断电，改变液压油的流向，从A口进入液压缸，使阀门关闭。当阀门在全开状态下，压力开关4检测油路的压力，如果因为泄漏或者温度波动而引起液压油压力降低，此时电机会通电几秒，以保持油压，防止阀门在外力作用下关闭。
1—油箱；2—滤器；3—电机；4—压力开关；5、13—液控单向阀；6、11、15—安全阀；7、10—手摇泵快速接口；8—旁通阀；9—液压缸；12—注油阀；14—电磁阀；16—液压泵2.2.2 CWV19故障分析机舱常规巡检时发现阀CWV19电液驱动装置的电机表面温度很高，且能听到电机运转的“嗡嗡”声。当发现故障后，转换到高位海底门使用，然后对CWV19断电，使电机停转。因为CWV19是低位海水箱通海阀，为中央冷却系统供海水，对机舱正在运转的设备非常重要，所以其控制逻辑中采用了压力开关4检测系统的工作油压，当低于设定值时，使电机通电，液压泵工作以保持油压，防止阀门在外力作用下被关闭。经检查，发现手摇泵快速接口10因挤压变形而漏油，使电液驱动装置的油箱1中油位降低，液压泵的排出压力不足。此时压力开关动作，使电机一直运转，导致发热。解决了漏油的故障后，通过手摇泵加满油，阀门开关正常。万用表检查电气元件，确认电机绕组、电磁阀线圈、分相启动电容等也都正常。此时在工作站上进行阀遥控操作，发现阀门无法打开，现场确认电机正在运转。将电液驱动装置从阀体上拆下，在工作台上外接电源，确认电机和电磁阀已动作，但未排油，判断故障可能出现在液压元件中，如液压泵、阀等。对电液驱动装置进行解体，检查发现液压泵与电机轴连接的传动杆已磨断，应该是液压泵长时间干转造成的。换新液压泵，在工作台上通电，试验正常；现场装复后，遥控开关正常，故障修复。3 改进建议通过对阀门遥控系统日常维护保养工作的总结以及适应智能船舶的技术发展的需要，提出以下几点改进建议。1）阀门遥控系统的功能可以集成到机舱监测报警系统中，并提供报警输出和复位的功能，如主、备用电源失效报警、绝缘低报警、故障报警等，以便及时有效地对遥控阀进行维护。当前系统存在开关阀门操作时，若在规定时间内PLC未检测到正确的阀位反馈信号，阀显示为故障状态，不能继续发出遥控指令的问题。目前的做法是通过手摇泵开关阀门到位或微动开关的接线重新插拔，使阀位反馈正常，阀显示为正常状态。这样的设计虽然能保护电液驱动装置，防止损害扩大，但不利于快速排查故障及提高设备可用性。因此建议改进PLC和上位机的程序，在界面上只根据微动开关的反馈信号显示阀门开、关和中间的状态，故障状态则可用其它符号标识。工作站上设管理员权限，并且单击故障阀时弹出的菜单加入越控或复位的功能，这样船员在经过现场检查，确认该阀无接地、短路等电气故障且油位正常后，可以再次进行遥控操作。2）针对重要的阀门，如海水箱通海阀，应设低油压或低油位的报警，其应急操作应增加更直接可靠的方式。CWV19因漏油导致电机持续运行，使电机过热、泵干转的故障降低了冷却水系统的可靠性。很多阀门无法正常打开，常见故障原因也是缺油，应在电液驱动装置中设低油位开关，及时发出报警，有利于故障快速修复，提高系统的可靠性。目前阀门遥控系统的应急操作单元通常是采用便携式手摇泵或固定式手摇泵操作电液驱动装置，实现阀门的开关。这种操作方式需要操作手摇泵、对接快速接头以及转换导向阀，在紧急情况下很容易犯错，且电液驱动装置与阀门的连接管路、接头、密封圈等可能损坏，使应急操作失效。因此建议改进阀体结构，参考油柜速闭阀的设计，将该功能集成在安全系统中，能通过弹簧、蓄能器、齿轮机构等实现在工作站和本地的应急开关。3）阀门遥控系统必然会广泛应用在智能船舶上，例如《智能船舶规范》（2020）中就要求舱柜、隔离空舱、管隧以及污水井均应进行液位监测，并能按程序自动控制相关系统的泵和阀门的启停、开关[3]。智能船舶的阀门遥控系统能方便地进行压载水和燃油的自动调驳，获得最优的船舶吃水和纵倾[4]，并满足船舶各种工况要求。遥控阀应为可寻址式，并具备自检和自学习功能，维修人员通过手持终端设备就能进行监测和遥控，并自动获得维护建议[5]。阀门遥控系统应能自主决策，分组实现全船遥控阀的开关试验，防止阀门出现卡阻及紧急情况下操作失效的情况，试验过程不会影响各系统工作以及设备和船舶安全。4 结束语本文介绍了某轮阀门遥控系统的控制逻辑和电液驱动装置的工作原理。通过对电气故障实例的分析，为电液式阀门遥控系统的电气故障排查提供诊断思路和实践指导。最后针对当前阀门遥控系统维护管理中的问题，在功能、集成性、应急操作等方面提出改进建议，以适应智能船舶的发展。[1]许长青.阀门遥控系统电气故障分析及改进建议[J].航海技术,2023(06):30-33.许长青，讲师，浙江国际海运职业技术学院
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