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1、集成电路组成的主机遥控系统软故障诊断一例李忠辉 马昭胜集美大学轮机工程学院 361021内容摘要 SC轮在正常定速航行中发生轴带发电机跳电，经检查发现主机转速下降并无法调到额定转速，但故障状态没有固定下来。文章对该轮主机遥控系统作简要介绍，侧重记述了对以集成电路为主组成的主机遥控系统软故障分析处理的全过程，刻意表明故障诊断分析思路。关键词 轮机 主机遥控系统 集成电路 软故障 诊断 思路0引言SC轮主机遥控系统是荷兰LIPS公司生产的ANCOS2000系列产品，该产品控制核心是以集成电路为主构成的。主机为德国MAK552型四冲程中速柴油机，额定转速为500rpm，经由减速齿轮箱（输出130rp
2、m）驱动可调螺距螺旋桨。在正常航行时，主机在额定转速下定速运行，全船用电由主机轴带发电机供给。但该轮在一段时间里，由于主机遥控系统存在软故障（故障状态不能保留下来，随机出现与消失，没有规律性），困扰着船舶的正常营运。轮机自动化系统软故障的分析诊断，常常是在故障状态没有保留的情况下，只根据船上人员所描述的故障现象去分析判断故障原因。所以合理清晰的分析思路在故障诊断过程中显得尤为重要，决定了工作的成败。为此，将在SC轮主机遥控系统软故障诊断三个过程中的分析思路进行记述，希望通过交流，提高轮机自动化系统故障诊断技术水平。1主机遥控系统简介主机转速控制系统组成框图如图1。系统输出的4-20mA标准电流
3、信号由伺服机构（步进电机及其控制器）作用于WOODWARD液压调速器，实现对主机转速的调控。螺旋桨桨角控制是采用电/液控制方式。主机可以在驾驶室及桥楼左右两翼、集控室和机旁分别进行操纵。集控定速开关集控调速手柄驾控操纵手柄机旁调速旋钮R/V/I输入变送、转速限制驾/集/定速转换转速控制驱动电路V-I/I隔离模块遥控/机旁转换伺服机构液压调速器 图1 主机转速控制系统组成框图11遥控系统的基本功能（1）驾驶室及桥楼左、右翼手柄控制驾驶室及桥楼左、右翼手柄控制是按照已经设定的手柄位置主机转速和手柄位置螺旋桨桨角关系曲线进行组合控制，即由手柄同时操作控制主机转速和螺旋桨桨角，此时系统具有自动负荷控制
4、功能。这是自动负荷控制方式。（2）驾驶室按钮控制螺旋桨桨角在驾驶室可以通过转换开关选择由按钮控制螺旋桨桨角。此时，主机转速可继续由驾驶室手柄控制（若转速控制正常）；主机也可以在额定转速下运行（主机设定为定速或轴带发电机合闸供电状态）。在这种控制方式下系统的负荷控制功能无效。这是非跟踪控制方式。（3）集控室控制方式在集控室控制时，由集控台上的调速手柄控制主机转速，而由按钮控制螺旋桨桨角。另外在集控台上设有一转换开关，用以选定主机在额定转速下定速运行。这种控制方式下系统的负荷控制功能无效。集控室控制方式可在主机启动、试验或应急操作时使用。（4）机旁应急操作机旁应急操作时，在机旁启动主机，主机转速由
5、机旁调速旋钮（电位器）设定，螺旋桨桨角可由人工直接驱动液压系统控制电磁阀的阀芯进行调整。12系统正常时的实际使用情况在正常情况下该轮的操作方法是，备车时在集控室启动主机，启动后主机在怠速360rpm下运转，随后用集控室调速手柄逐渐加速至约500rpm。之后转换定速开关使主机在500rpm额定转速下定速运转。再通过电站操作，由主机轴带发电机供电（轴带发电机投入工作后，主机也被锁定在额定转速运行）。最后转换到由驾驶室控制手柄操作控制螺旋桨桨角。13系统故障时采取的操作方法在系统故障期间采取的操作方法是，启动主机后在机旁控制主机转速并把转速调定在500rpm。之后轴带发电机投入电网供电。最后转到驾驶
6、室由按钮操作控制螺旋桨桨角。2总体故障现象SC轮在正常定速航行中发生轴带发电机跳电，因而备用柴油发电机组自动起动、自动合闸接替供电。经检查发现主机转速从原先的500rpm下降至约470rpm及以下运行。随后解除定速运转的设定，并用集控室调速手柄进行调速试验。试验表明主机转速只能调到约470rpm及以下，即无法调到额定转速500rpm。由此，采取临时的操作办法。在采取临时操作办法期间，船上人员曾对系统进行相应的检查和测试，也把握时机对主机进行操作试验。所掌握的情况，一是在集控室启动主机后用调速手柄进行调速试验或设定为额定转速时，发现除无法调到500rpm外，所能达到的最高转速值也不固定，有时高有
7、时低，甚至在怠速360rpm下不能调高；二是在调速手柄移到最高转速位置或设定为额定转速时，测量V-I/I隔离模块的5、6接线点的电压值（见图2），发现该电压信号低于正常值（注：5、6接线点输出的4-20mA标准电流信号作用于调速器的伺服机构从而调整主机转速）；三是故障状态不定，随机出现，随机消失。3故障分析与处理过程由于系统故障状态没有固定下来，尤其是在登轮进行检查、测试时系统是处于正常状态，所以故障的检查、处理工作比较困难，前后经三次检修才最终解决问题。为了清楚表明分析思路和处理过程，对主机转速控制系统中与故障关系密切的部分电路进行整理、简化，突出重点内容。请见图2。31第一次分析检查情况根
8、据船上所反映的故障现象和故障时采取的操作方法，登轮对实际系统的构成框架作粗略了解后，可以认定轴带发电机跳闸是由于主机转速下降造成供电欠频、欠压而触发的保护动作。因而把主要精力集中在分析检查主机转速下降的原因这一方面，并且驾控转速控制支路可以不列入故障分析范围。311分析的基本思路（1）由于机旁主机调速是用电位器整定，经R/V、V/I转换电路输出4-20mA标准电流信号。该电流信号作用于液压调速器的伺服机构，实现对主机转速的调控。这与遥控时主机转速控制，经由V-I/I隔离模块输出的4-20mA标准电流信号作用于液压调速器是一样的。所以，可以排除这两路转速调整电流信号转换点之后（包括电路、调速器及
9、伺服机构、柴油机燃油供给系统等）存在问题的可能性。转换点及其之前的遥控支路是否存在问题需要检查确认。（2）由于集控室主机调速手柄转速设定与定速开关选定额定转速所给出的转速设定电压信号，作用结果都出现主机实际转速偏低的问题，所以此转换点之前两个转速设定支路可以先排除在故障范围之外。而两个支路是否共用电源以及电源是否故障，待必要时再加以考虑。转换点之后是否存在问题需要检查确认。（3）从以上两点考虑，可以确定相应两个转换点之间作为排查故障的重点范围。因为从总体故障现象看，似乎为电路接触不良所致，所以倾向地认为这两点间串联通道上可能存在接触不良的问题。9IC171081K47K100E47K47K47
10、KPCM主板转速控制驱动电路0VT0VT1490VT2IC2361K100K4704K73K947K22K22KV/I隔离转换电路22K500K+15V15V0VA0VA17865V-I/I隔离模块OUT 4-20mAT2BC5470VT390E24V去负荷控制电路2IC16311K2R13222K22K6IC1757R13122K15V基准电源2K2驾控转速控制电路+15V基准电源1K911378P291KP285K0VTP305KC150.1D460V+15V外接电路集控手柄调速驾控/集控转换1HR229151284（4）深入一步可以考虑以V-I/I隔离模块作为两个转换点之间的中间分界点，
11、分界点前段侧重分析检查可能存在的分压因素，而分界点后段则主要分析检查可能存在的分流因素。注：当主机定速或轴带发电机供电，继电器HR22通电，其触点1HR22动作接于5号线。图2 主机转速控制系统部分电路312主要的检测工作由于在检查期间故障现象没有出现，所以本着故障存在可能性最大、实施检测最方便、避免故障扩大最有效的原则，做了以下工作：（1）对确定的重点排查范围内，串联通道上所有的接线点进行检查并重新固紧；各继电器及触点状态进行检测；电路板上各重要的焊接点进行检验。这项工作没有发现与故障有关的问题。（2）对V-I/I 隔离模块的输入、输出信号及跟随调速手柄的情况进行检测。没有发现可以确认为故障
12、原因的问题。但测得V-I/I隔离模块的输入电压信号（1、7或1、8接线点），即PCM主板的输出电压信号（9、14接线点）略低于标准值。这与船方所反映的V-I/I隔离模块的输出电压信号低于正常值的情况是吻合的。（3）在集控室分别以调速手柄设定转速和定速开关选定额定转速的不同情况，对PCM主板的输入信号值（9、13接线点）及跟随情况进行检测，没有发现问题。（4）因为以上检查工作没有发现可以确认的故障点，而且故障现象始终没有出现，所以分析检查工作暂告停止。最后启动主机试运行，通过反复调整主机转速的检验，也没有明显的异常状况，但最高转速偏低（稳定在一个数值上）。这与上述V-I/I隔离模块的输入电压信号
13、，即PCM主板的输出电压信号略低于标准值的情况是相吻合的。所以在主机运转状态下，在PCM主板上对主机最高转速和怠速分别进行调校，即整定在500rpm和360rpm。在无故障状态的情况下，初次分析检查只是做了基本的排查工作，也没有发现可以认定为故障原因的明显问题，所以建议在定速航行时遥控系统投入使用，以观察效果。酌情考虑下一步工作。32第二次分析检查情况在第一次检查后，SC轮出航的第二天系统的故障就又出现。因而对该系统的技术资料，尤其是对PCM主板及V-I/I隔离模块进行较深入的分析，从理论上对造成故障的原因进行推敲。321分析思路（1）居于第一次分析检查结果以及对集成芯片组成的PCM主板及V-
14、I/I隔离模块电路原理的分析，倾向地认为故障存在于PCM主板和V-I/I模块之中。若故障时能测得PCM主板的9、13点信号是正常的，则能证实这个推断。（2）在PCM主板转速控制电路中，重点锁定在转速控制驱动电路及相关的焊接点。待上船进行具体检测后，再判定是否存在故障。（3）因为V-I/I隔离模块具有隔离功能，所以先不考虑其输出侧的问题，而只考虑其输入侧的故障对PCM主板输出的影响，如漏电流将使PCM主板的输出电压信号下降。因而需要经具体检测后，才能进一步缩小故障范围，即判定故障是在PCM主板还是在V-I/I隔离模块。322工作过程在以上思路的支配下，对相应环节的检测方案进行设计（具体体现在下述
15、对船方的建议中），等待上船实施。为了能捕捉到故障出现的机会，第二次登轮是在国内第一港并随船到第二港，但是整个过程故障没有出现。尽管如此，还是对PCM主板和V-I/I隔离模块进行实际检测，做更深入的分析。并对重点元件的型号及参数做了记录，以便选配备件。在检查没有结果的情况下，考虑到焊接点的虚焊和脱焊可能造成的类似影响，所以对PCM主板上相关焊接点重新进行融化。但无法确认是否排除了故障，所以建议在航行中检验。若再次出现类似故障，建议测量PCM主板转速控制输入（9、13点）、输出（9、14点）信号的值，而且要特别关注9、13点的输入情况。333检测方案因船舶开航数日后系统又出现类似故障，并获知PCM主板转速控
