李旋

摘 要：本文對羅爾斯-羅伊斯Azimuth舵槳控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理做了簡要分析，并根據(jù)日照港拖輪生產(chǎn)過程中實(shí)際發(fā)生的故障案例，分析總結(jié)了Azimuth舵槳控制系統(tǒng)故障的排除方法，具有較大的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：Azimuth舵槳；控制系統(tǒng)；故障排除

中圖分類號：U676.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006—7973（2017）07-0032-02

日照港集團(tuán)嵐山港務(wù)有限公司運(yùn)營的船舶目前全部為全回轉(zhuǎn)拖輪，其中超過一半的拖輪配備了芬蘭羅爾斯羅伊斯公司生產(chǎn)的Azimuth全回轉(zhuǎn)舵槳，以實(shí)現(xiàn)拖輪靈活地倒車、平移、原地轉(zhuǎn)舵，滿足協(xié)助大船靠、離、移泊的要求。與一般船舶不同，拖輪擁有兩套相對獨(dú)立的舵槳控制系統(tǒng)，且控制系統(tǒng)數(shù)字化、集成化、模塊化程度較高，采用了微控制器及CAN總線通信，相較于PLC和DCS控制系統(tǒng)，CAN總線是一種全數(shù)字化、全分散、全透明、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化的總線，不同傳感器和不同設(shè)備都可以與之連接，改變了過去那種封閉的、集中式的、不靈活的控制體系，由于開放性導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的增多，擁有更強(qiáng)大的功能，但更難于發(fā)現(xiàn)故障的原因所在，對維修人員專業(yè)能力要求較高，如何及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)并解決舵槳控制系統(tǒng)故障就成為我們維修人員的重中之重。

1 Azimuth舵槳控制系統(tǒng)原理

Azimuth舵槳控制系統(tǒng)由CPU、存儲器、輸入設(shè)備、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輸入輸出模塊五個(gè)部分組成，由于CPU和存儲器集成在一起，這里用控制器表示，如圖1所示。控制器是舵槳控制系統(tǒng)的大腦，內(nèi)部存儲控制程序，對輸入信號進(jìn)行處理，發(fā)出控制信號。輸入設(shè)備由控制手柄、開關(guān)、傳感器等設(shè)備組成，輸入信號主要有電流信號和開關(guān)量兩種。SLIO模塊起到中轉(zhuǎn)站的作用，可以雙向聯(lián)通，所有輸入信號必須通過SLIO模塊才可以到達(dá)控制器，所有輸出信號也必須通過SLIO模塊才可以到達(dá)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。SLIO模塊可以為單塊，也可以為多塊串聯(lián)，以滿足輸入輸出通道數(shù)量為準(zhǔn)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要有繼電器和電磁閥，用以轉(zhuǎn)舵及各類保護(hù)。另有一路控制信號與主機(jī)轉(zhuǎn)速控制器聯(lián)通，通過控制主機(jī)轉(zhuǎn)速來改變螺旋槳轉(zhuǎn)速，一般為4-20mA的電流信號。

2 故障案例

在一次舵槳系統(tǒng)故障中，嵐港拖67輪在備車時(shí)發(fā)現(xiàn)左舵槳報(bào)警板出現(xiàn)ACU（舵槳控制單元）故障報(bào)警，左舵槳無法進(jìn)行任何操作，將左舵槳斷電后重新送電，系統(tǒng)恢復(fù)正常，報(bào)警消失，但在隨后的兩天時(shí)間內(nèi)時(shí)常會(huì)發(fā)生相同故障報(bào)警，且故障報(bào)警間隔時(shí)間越來越短，左舵槳基本無法正常工作。我們首先懷疑供電開關(guān)模塊故障，但在后來的檢查過程中發(fā)現(xiàn)，在發(fā)生故障報(bào)警時(shí)，測量供電開關(guān)模塊輸入輸出電壓均正常，基本可以排除是供電開關(guān)模塊故障，懷疑為控制系統(tǒng)故障。此時(shí)使用手持終端對系統(tǒng)故障代碼進(jìn)行查詢，查找到報(bào)警故障代碼為“SLIO-F”，查找說明書解釋為SLIO模塊故障或其間的連接總線故障。部分故障代碼表示如表1。

由于拖輪兩臺舵槳控制系統(tǒng)是相同的，可以對集控室ACU控制箱內(nèi)的兩塊SLIO模塊依次對調(diào)來排查故障，但經(jīng)過對調(diào)故障未發(fā)生轉(zhuǎn)移，左舵槳依然會(huì)出現(xiàn)ACU故障報(bào)警，對SLIO模塊的接線也逐一檢查，未發(fā)現(xiàn)有松動(dòng)或接觸不良，此時(shí)對故障的排查陷入困境，根據(jù)手持終端顯示的故障代碼未能準(zhǔn)確排除故障。經(jīng)過對系統(tǒng)的再次梳理，發(fā)現(xiàn)在駕駛室下的夾層內(nèi)有一個(gè)BIU（駕駛室接口單元）控制箱，其中也有一塊SLIO模塊，用以實(shí)現(xiàn)舵槳操控手柄和ACU控制箱的數(shù)據(jù)交換，由于其位置比較隱蔽，忽略了對其的檢查。經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)，BIU控制箱中SLIO模塊的XP13通道指示燈一直顯示為紅色，為故障指示，正常情況下為綠色并閃爍，而且該通道正是該模塊與集控室ACU控制箱中SLIO模塊進(jìn)行通訊的通道，與手持終端所指示的故障代碼也相一致，基本可以確定為該SLIO模塊故障導(dǎo)致的ACU故障報(bào)警。將左側(cè)BIU控制箱中的SLIO模塊換新，出海試車，未再發(fā)生ACU故障報(bào)警，控制系統(tǒng)恢復(fù)正常，故障得以解決。

3 Azimuth舵槳控制系統(tǒng)故障排除方法

通過此次舵槳控制系統(tǒng)故障排除的案例，以及多年Azimuth舵槳控制系統(tǒng)的維修，總結(jié)出以下幾種方法，以及時(shí)準(zhǔn)確對控制系統(tǒng)故障進(jìn)行排除：

（1）熟悉舵槳控制系統(tǒng)，這種熟悉主要分兩個(gè)方面，一方面是熟悉控制原理，掌握控制系統(tǒng)圖，了解控制系統(tǒng)有哪些部分組成、各部分有哪些功能及各部分之間如何連接。另一方面是熟悉控制系統(tǒng)實(shí)物元件和接線，知道各個(gè)元件的功能及與控制系統(tǒng)圖的對應(yīng)關(guān)系。無論是其中的元件還是線路，最重要一點(diǎn)的就是要搞清楚“從哪里來，到哪里去”的問題，因?yàn)锳zimuth舵槳控制系統(tǒng)是由控制器集中控制，重要的是理清控制器到傳感器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)的路徑。

（2）要全面、準(zhǔn)確的描述故障現(xiàn)象，故障現(xiàn)象越準(zhǔn)確、越全面，越有助于查找故障原因，以制訂相應(yīng)的檢查方案。日照港拖16輪曾發(fā)生航行過程中右主機(jī)突然掉速故障，持續(xù)約1秒鐘后恢復(fù)至正常轉(zhuǎn)速，同時(shí)舵槳ACU故障報(bào)警燈會(huì)閃一下，指示舵槳轉(zhuǎn)舵和加車正常的兩個(gè)指示燈也會(huì)熄滅一下，但不會(huì)發(fā)出聲音報(bào)警。如果單從主機(jī)掉速這個(gè)故障現(xiàn)象來考慮，忽略了報(bào)警和指示燈，就會(huì)給判斷故障原因造成一定的困難，因?yàn)樵斐芍鳈C(jī)掉速的原因可能有很多，主機(jī)調(diào)速器故障、E/P控制閥故障、舵槳控制系統(tǒng)故障、柴油機(jī)本身的機(jī)械故障都有可能造成主機(jī)掉速。但如果對報(bào)警和指示進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)在主機(jī)掉速的同時(shí)也無法轉(zhuǎn)舵和加車，通過這幾個(gè)現(xiàn)象基本上就可以判斷是舵槳控制系統(tǒng)的故障，通過排查最終發(fā)現(xiàn)是ACU控制箱中一SLIO模塊故障。一般比較關(guān)鍵的現(xiàn)象有三點(diǎn)——能否合排、轉(zhuǎn)舵、加減速，通過判斷只有其中一個(gè)故障現(xiàn)象還是多個(gè)故障現(xiàn)象同時(shí)存在，從而確定一個(gè)大體的排查方向。

（3）要按照由易到難、逐步排除的方法檢修。Azimuth舵槳雖然為全回轉(zhuǎn)舵槳，控制系統(tǒng)相對比較復(fù)雜，但主要分為了幾個(gè)部分，電源、轉(zhuǎn)舵控制、加減速控制，一般首先會(huì)檢查電源，這也是最容易檢查和排除的部分，電源過高、過低或某個(gè)部分失電都容易造成系統(tǒng)故障，然后再對系統(tǒng)的其他部分進(jìn)行排查。

（4）學(xué)會(huì)使用手持終端排查故障。通常舵槳出現(xiàn)無法操控的狀況時(shí)都會(huì)伴隨著故障報(bào)警，此時(shí)可以通過手持終端來查詢故障代碼，然后根據(jù)故障代碼來判定故障位置，在嵐港拖67和嵐港拖16舵槳故障維修的過程中，都是通過手持終端查找到大體的故障部位，極大縮小了檢查范圍，在故障排除過程中起到了至關(guān)重要的作用。

（5）拖輪有兩套幾乎完全相同的控制系統(tǒng)，在懷疑某個(gè)原件故障時(shí)，可以對調(diào)到另一控制系統(tǒng)中，觀察故障是否轉(zhuǎn)移，來判斷該元件是否正常。

（6）在出現(xiàn)加減速異常的情況時(shí)，還需要排除主機(jī)系統(tǒng)故障的可能，查找到控制主機(jī)轉(zhuǎn)速控制信號的接線端子，然后將電流表串入控制線中，正常情況下會(huì)顯示4-20mA電流信號，而且會(huì)與操舵手柄前推程度呈一定線性關(guān)系，如果電流信號異常，則可以判定為舵槳控制系統(tǒng)故障，否則為主機(jī)系統(tǒng)故障。

4 總結(jié)

無論是Azimuth舵槳控制系統(tǒng)還是當(dāng)前其他的舵槳控制系統(tǒng)，其電氣元件均有一定的壽命，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)再進(jìn)行維修畢竟是亡羊補(bǔ)牢，按照廠家說明書做好檢查保養(yǎng)，定期更換相應(yīng)元件，才能保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，即使無法保證定期更換，至少也應(yīng)備有一定數(shù)量的備件，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)有件可用。以目前使用單位的技術(shù)力量很難完成對電氣元件的維修，主要以發(fā)現(xiàn)故障部位、更換元件為主，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，針對易發(fā)生故障部位制定相應(yīng)措施，預(yù)防性的檢查維修，才是消除舵槳控制系統(tǒng)故障最有效的方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]張培仁，《CAN總線設(shè)計(jì)及分布式控制》，清華大學(xué)出版社2012