孔凡祥

（交通運(yùn)輸部上海打撈局，上海 200090）

0 引言

某輪是一艘全電力吊艙推進(jìn)的DP2 三用工作船，4 臺(tái)推進(jìn)器操縱系統(tǒng)采用了挪威的Kongsberg Maritime AS產(chǎn)品。在駕駛臺(tái)前、后駕駛臺(tái)集合了K-Pos,K-Thrust,K-Master and IJS 等多個(gè)操縱系統(tǒng)，推進(jìn)器操縱手柄多達(dá)9 個(gè)[1]。其中No.2 吊艙推進(jìn)器前駕臺(tái)操縱手柄,TYPE:KML-10 Azimuth lever(motor）（見(jiàn)圖1）發(fā)生轉(zhuǎn)速設(shè)定不穩(wěn)定故障，嚴(yán)重影響船舶操作可靠性。這個(gè)手柄集成了吊艙推進(jìn)器的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向控制及其他多項(xiàng)功能。十幾萬(wàn)的采購(gòu)價(jià)格，讓采用更換新手柄的維修方案變得有些艱難。在不引起損害擴(kuò)大的前提下，我嘗試自行維修，并取得了滿意的效果，下面分享給大家。

圖1 推進(jìn)器手柄外觀

1 故障現(xiàn)象

此設(shè)備一年前開(kāi)始出現(xiàn)轉(zhuǎn)速設(shè)定不穩(wěn)現(xiàn)象，后來(lái)情況逐漸惡化。故障表現(xiàn)在將手柄向前推進(jìn)到某轉(zhuǎn)速設(shè)定值，手柄輸出信號(hào)會(huì)大于設(shè)定值3%～5%，最大時(shí)會(huì)超過(guò)10%，然后再回到該設(shè)定值（設(shè)定值和實(shí)際轉(zhuǎn)速值可以通過(guò)手柄液晶屏顯示）[2]。這樣導(dǎo)致推進(jìn)器轉(zhuǎn)速忽快忽慢，發(fā)電機(jī)負(fù)荷波動(dòng)劇烈，對(duì)船舶安全影響很大。

2 故障分析

首先，通過(guò)替換法鎖定了轉(zhuǎn)速波動(dòng)大問(wèn)題是此操作手柄故障的原因?qū)е?。分解手柄總成查看，與轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向有關(guān)的大體分三個(gè)部分：①機(jī)械傳動(dòng)部分（見(jiàn)圖2）和②電路板部分通過(guò)檢查排除，故障大概率是由于③輸出電位器受損引起的。電位器共計(jì)4 個(gè)，每2 個(gè)為一組，串聯(lián)在手柄轉(zhuǎn)桿軸上。網(wǎng)線接入見(jiàn)圖3。一組負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)向控制，一個(gè)主用，一個(gè)備用（未接線），如圖4 中Pot.2。另一組負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)速控制，一個(gè)主用，一個(gè)備用（未接線），如圖4 中Pot.1。2 個(gè)主用電位器通過(guò)P3 端口與下游RPC420 電路板相連，2 個(gè)備用電位器連接P7 端口閑置。拔除連接線情況下，對(duì)手柄進(jìn)行操作，用萬(wàn)用表歐姆檔測(cè)量電位器輸出，對(duì)比主、備用電位器數(shù)值差別不大，那么可以嘗試啟用備用電位器，替代主用。

圖2 推進(jìn)器手柄內(nèi)部

圖3 網(wǎng) 線

圖4 操縱手柄電路原理圖【2】

3 解決方案

替代方法分為手柄內(nèi)部接線和外部接線兩種。A.手柄內(nèi)部更改接線可以達(dá)到替代目的，但是需要解體手柄并重新焊接線路到電路板上，操作繁瑣，風(fēng)險(xiǎn)很高，不是首選。B.還可以從手柄外部著手（如圖4 所示），我發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速電位器的信號(hào)線（3 根）與轉(zhuǎn)向電位器信號(hào)線（4 根）共用一根8 股網(wǎng)線輸出信號(hào)，所以需要把轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向兩個(gè)備用電位器一起整體取代主用電位器。但是主用插口P3（6 針）與備用插口P7（7 針）與各自的電位器接線是不一致的，所以不能簡(jiǎn)單的把主用線路插頭插到備用接口進(jìn)行操作。為了避免二次損害，我首先查閱了主備電位器的規(guī)格（見(jiàn)圖5）[2]相同，再到電位器經(jīng)銷(xiāo)商官網(wǎng)得到端口數(shù)據(jù)，然后才可以改線。

圖5 電位器規(guī)格

查詢(xún)得知維修涉及的轉(zhuǎn)速設(shè)定電位器（THRUST POTENTIOMETER）是由日本思博(SAKAE) 機(jī)械電氣株式會(huì)社生產(chǎn)，型號(hào)為：FCP30AG,標(biāo)準(zhǔn)阻值為5KΩ,有3個(gè)出線頭,耐壓250V，它是一種線性導(dǎo)電塑料電位器，精度不是很高，但是很耐用，廠家資料顯示旋轉(zhuǎn)壽命達(dá)到5 千萬(wàn)次[3]，但是受潮濕影響大，海上的氣候可能導(dǎo)致這個(gè)電位器提前出了故障（可以考慮在手柄安裝環(huán)境加裝除濕設(shè)備）。另一個(gè)電位器是轉(zhuǎn)向電位器（AZIMUTH POTENTIOMETER）,同樣由SAKAE 生產(chǎn)，型號(hào)：FSCB30AG,標(biāo)準(zhǔn)阻值為5KΩ,它是一個(gè)單圈非線性導(dǎo)電塑料電位器，確切的說(shuō)是正/余弦函數(shù)電位器，有5 個(gè)出頭,耐壓250V[3]。下面判斷一下啟用備用電位器的手柄輸出精度和風(fēng)險(xiǎn)：

轉(zhuǎn)速電位器（THRUST POTENTIOMETER）的外部接線資料如圖6[4]所示:

圖6 轉(zhuǎn)速電位器的外部接線示意圖

圖中Rp即為轉(zhuǎn)速電位器，Hi—Lo 端點(diǎn)左面為測(cè)量電路,改變Rp 的阻值，引起Hi 和Lo 之間的電壓變化，信號(hào)由模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)傳遞給下游的RPC420 控制板的通信處理器，再由通信處理器轉(zhuǎn)變?yōu)楣饫w信號(hào)，通過(guò)光纜傳到推進(jìn)器本地控制站FS202，再由本地控制站發(fā)出0-10VDC 信號(hào)控制推進(jìn)器變頻器，使推進(jìn)器達(dá)到要求轉(zhuǎn)速[5]。如果斷開(kāi)Hi 和Lo 的連接，用萬(wàn)用表可以測(cè)得AB 間電阻，改變操作手柄在轉(zhuǎn)速設(shè)定上的位置，可以分別測(cè)得CB 間的電阻。實(shí)際操作中我把手柄轉(zhuǎn)速輪設(shè)定到了0%，50%，75%和100%的位置，比較主電位器和備用電位器的電阻數(shù)值，差值在0.3%～0.8%之間，電位器廠商網(wǎng)站公布的數(shù)據(jù)，該電位器最大線性公差為±1.0%[3]，確定改為備用電位器后，手柄性能沒(méi)有受到影響。電位器的電源是24VDC,由手柄輸出信號(hào)下游PRC420 電路板提供。這樣，如果線路連接正確，將不會(huì)發(fā)生燒毀上下游其他連接設(shè)備的事故。

轉(zhuǎn)向電位器（AZIMUTH POTENTIOMETER）外部接線資料如圖7[4]所示。

圖7 轉(zhuǎn)向電位器外部接線示意圖

上圖中X3/1 和X3/2 之間的電壓，X3/3,X3/4 分別對(duì)地電壓由各自的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）發(fā)送信號(hào)到下游RPC420通信控制器，進(jìn)而得到手柄轉(zhuǎn)向角度所對(duì)應(yīng)的推進(jìn)器轉(zhuǎn)向角度信號(hào)。斷開(kāi)下游設(shè)備，接通萬(wàn)用表Ω 檔，在轉(zhuǎn)向手柄不同位置量得的電阻值，進(jìn)行主備電位器的對(duì)比，結(jié)果差值在2%～5%之間。廠家給出的此電位器公差是±1%，雖然實(shí)際偏差超出了規(guī)定值，但是可以斷定這么小的電阻差值，不會(huì)引起相關(guān)設(shè)備的損壞，有這個(gè)結(jié)論，已經(jīng)夠了。

接下來(lái)還需要重新排線。主電位器使用一根CAT5 級(jí)的工業(yè)網(wǎng)線通過(guò)P3 端口（6 針）（如圖8 所示）和下游通信控制電路板RPC420 的X3 端口相連。備用電位器使用P7 端口（7 針）（如圖8 所示）。

圖8 主電器使用 P3 端口（6 針）和備用電位器使用P7 端口（7 針）示意圖

顯而易見(jiàn)，P3 和P7 端口都是RJ45 形式的，每根網(wǎng)線都由4 組共8 根雙絞線組成，全部采用的是586B 的布線方式。但是P3 端口網(wǎng)線每根線的輸出信號(hào)與P7 差別較大，調(diào)整比較麻煩，我沒(méi)有采用更改P3 端口網(wǎng)線布置的方案，而是重新制作了一根586B 形式的CAT8 級(jí)的工業(yè)網(wǎng)線，代替CAT5 級(jí)的老網(wǎng)線，連接P7 端口和下游RPC420 的X3端口。并在X3 端口根據(jù)每根線路輸出信號(hào)的功能重新排列線號(hào)，如圖9 所示）【4】，使備用電位器端口輸出參數(shù)適合RPC420 電路板P3 端口參數(shù)的要求。老的手柄P3 端口網(wǎng)線廢除。（參考圖3 手柄輸出線路連接）

圖9 在X3 端口根據(jù)每根線路輸出信號(hào)的功能重新排列線號(hào)

4 結(jié)論

線路連接完畢后，給裝置上電，沒(méi)有出現(xiàn)報(bào)警，初始數(shù)據(jù)顯示正常。試車(chē)后，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速還是有一點(diǎn)波動(dòng)，但是完全在可以接受的范圍之內(nèi)，這次故障排除工作圓滿結(jié)束。

上述解決故障方法并不復(fù)雜，很實(shí)用，可以省下大筆費(fèi)用。建議使用此種手柄的單位可以采購(gòu)一些SAKAE 公司的相同型號(hào)的電位器，以備不時(shí)之需。并且SAKAE 公司在上海就有授權(quán)代理公司，非常方便。