節(jié)選自“ME型電控柴油機(jī)管理淺析”
2 MPC 多功能控制模塊的工作原理和常見(jiàn) 問(wèn)題
2.1 MPC 模塊工作原理
ME 型電控主機(jī)的控制系統(tǒng)由 2 個(gè)主操作面板 MOPA 和 MOPB 通過(guò) 2 個(gè)互為冗余的網(wǎng)絡(luò)線連接所 有的多功能控制模塊 MPC，系統(tǒng)中還包括駕駛臺(tái)控 制面板和機(jī)旁操作面板。所有備用的應(yīng)用和安裝程 序儲(chǔ)存在 2 臺(tái)主操作面板 MOPA 和 MOPB 中 ，在更 換新的 MPC 時(shí) ，新的 MPC 會(huì)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)線自動(dòng)下載 程序和參數(shù) 。ME 型主機(jī)控制系統(tǒng)由多個(gè) MPC 模塊組成，了解和掌握 MPC 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理是 主機(jī)控制系統(tǒng)日常維護(hù)和正常運(yùn)行的關(guān)鍵。MPC 的 內(nèi)部構(gòu)造幾乎相同，為了實(shí)現(xiàn)不同的控制功能，安 裝了不同的控制軟件 。其中柴油機(jī)通訊控制單元 EICU(Engine Interface Control Unit)用來(lái)處理和外 部的通訊 ，它由 2 個(gè) MPC 模塊構(gòu)成 ，分別是 EICUA 和 EICUB，2 個(gè)模塊是完全冗余 。柴油機(jī)控制單元 ECU(Engine Control Unit)用來(lái)處理柴油機(jī)的特定 控制(調(diào)速器)，控制單元 ECU 由 ECUA 和 ECUB 兩 塊 MPC 模塊構(gòu)成 。如果主機(jī)配備 3 臺(tái)或者 3 臺(tái)以下 機(jī)帶油泵，則 ECUA 和 ECUB 是完全冗余；如果主機(jī) 有 4 臺(tái)或者 5 臺(tái)機(jī)帶油泵，則 ECUA 和 ECUB 就不是 完全冗余。
輔助控制單元 ACU(Auxiliary control unit)控制 主機(jī)輔助系統(tǒng)(液壓動(dòng)力單元，輔助鼓風(fēng)機(jī))，輔助 控制單元由 3 個(gè)互相沒(méi)有冗余的 MPC 模塊組成。氣 缸控制單元 CCU(Cylinder Control Unit)用來(lái)處理 主機(jī)單個(gè)缸的具體控制功能(高壓油泵噴油 、排氣 閥啟閉 、氣缸啟動(dòng)閥開(kāi)關(guān) 、氣缸注油)，每個(gè)缸的 MPC 模塊之間沒(méi)有冗余作用 。MAN B& W 公司自 主研發(fā)了 MPC 模塊，MPC 模塊由中央處理單元 、輸 入輸出單元、電源濾波單元、模擬/數(shù)字輸出子單元 構(gòu)成。MPC 模塊可以直接輸出各種模擬量和開(kāi)關(guān)量 信號(hào)，也可以接收來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)傳感器的信號(hào)，測(cè)速系 統(tǒng)的脈沖信號(hào)，模擬信號(hào)，曲柄角度編碼器等。
2.2 常見(jiàn)問(wèn)題分析處理
MPC 在試驗(yàn)條件下，環(huán)境溫度最低為-70℃，最高 溫度為 140℃。因此，幾乎所有的機(jī)艙環(huán)境溫度下都能 正常工作，不會(huì)對(duì)機(jī)器工作性能有任何影響。如果 ME 型主機(jī)控制系統(tǒng)的所有 MPC 模塊組裝在一個(gè)箱子 里，基本都是 MPC；如果是分散安裝在多個(gè)控制箱， 則要注意控制箱內(nèi)有可能有兩種形式的 MPC，外形 尺寸大一些的是 MPC- 10，小一點(diǎn)的是 MPC，2 種模塊 不能夠進(jìn)行交換，MPC- 10 只能作為氣缸控制單元 CCU 使用。MPC 則可以通用，這個(gè)在主機(jī)初始安裝和 運(yùn)行檢修的時(shí)候要特別注意。MPC 模塊故障在實(shí)際 主機(jī)裝船和船舶運(yùn)行的 2 個(gè)時(shí)期都時(shí)有發(fā)生，原因是 安裝工藝和維護(hù)保養(yǎng)不到位。新造船主機(jī)安裝過(guò)程 中，很多造機(jī)廠都能夠很好地遵循廠家施工工藝來(lái)安 裝，但部分小型船廠技術(shù)能力不強(qiáng)，造船的各個(gè)工程 被層層分包，導(dǎo)致各種問(wèn)題經(jīng)常出現(xiàn)。
監(jiān)造組電氣主管人員一定要嚴(yán)格控制現(xiàn)場(chǎng)報(bào)驗(yàn) 程序，督促指導(dǎo)施船廠施工人員按照 MAN B&W 主 機(jī)廠的安裝圖紙和技術(shù)規(guī)范要求正確敷設(shè)屏電纜，電 線接頭的裸線連接絕對(duì)禁止，現(xiàn)場(chǎng)灰塵和安裝廢棄物 要清理干凈，任何小的細(xì)節(jié)工作沒(méi)有做好，都會(huì)導(dǎo)致 電氣設(shè)備絕緣不穩(wěn)定。設(shè)備接通電源運(yùn)行后，MPC 模 塊會(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)絕緣不穩(wěn)定而經(jīng)常損壞，影響船舶安全 運(yùn)營(yíng)，增加船東的維護(hù)成本。MPC 故障換新時(shí)要先切 斷電源，所有接線連接好后才能接通電源，禁止帶電 跟換 MPC，否則極易損壞 MPC 模塊。主管人員應(yīng)經(jīng)常 對(duì) MPC 控制柜進(jìn)行檢查，盡量避免或者減少灰塵入 侵，保持控制箱的良好通風(fēng)，及時(shí)更換空氣濾網(wǎng)，檢查 內(nèi)部接線情況并拍照存圖，用電器清潔劑清洗臟污的 探頭。船舶裝載精銅礦等貨物時(shí)，機(jī)艙通風(fēng)可能導(dǎo)致 金屬粉塵進(jìn)入機(jī)艙，從而導(dǎo)致 MPC 出現(xiàn)短路故障，船 舶最好停掉機(jī)艙機(jī)械通風(fēng)，控制箱密封一定要做好， 發(fā)現(xiàn)灰塵一定要立即清除掉。
在檢查過(guò)程中，需要將控制柜中不需要的物品及 時(shí)清除掉，主機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)束后，在 MPC 控制箱中的 干燥劑長(zhǎng)時(shí)間放置會(huì)變質(zhì)腐爛 MPC 控制箱，也會(huì)損 壞 MPC 模塊，這個(gè)對(duì)于建造時(shí)間比較久的或者夏天 濕度比較大的南方船廠尤其應(yīng)該注意。主機(jī)備車(chē)和正 常運(yùn)行時(shí)，要檢查 MPC 模塊的溫度，備車(chē)條件下，主 機(jī)轉(zhuǎn)速和工況變化 ，運(yùn)行時(shí)船體震動(dòng)這都會(huì)影響 MPC 正常工作。MPC 高溫會(huì)導(dǎo)致主機(jī)的工況不穩(wěn)定， 嚴(yán)重時(shí)直接燒毀 MPC 模塊。MPC 模塊上的保險(xiǎn)絲起電流保護(hù)作用，電流過(guò)大燒壞保險(xiǎn)絲時(shí)，一般在 MOP 都會(huì)有警報(bào)顯示，通過(guò)報(bào)警點(diǎn)信息來(lái)查找 MPC 的故 障保險(xiǎn)絲。如果沒(méi)有顯示只能通過(guò)萬(wàn)用表測(cè)量。軟件 方面故障或管理人員無(wú)法識(shí)別的故障，只能更換備用 MPC 模塊。
3 FIVA 電磁閥工作原理和常見(jiàn)問(wèn)題
3.1 FIVA 電磁閥工作原理
ME 型主機(jī)伺服液壓系統(tǒng)由液壓供應(yīng)單元 HPS 和 液壓氣缸單元 HCU 組成，HPS 單元由2 臺(tái)電動(dòng)液壓泵 和 3 臺(tái)主機(jī)機(jī)帶泵給液壓伺服系統(tǒng)提供 200 BAR(有 的機(jī)型是 300 BAR)的液壓動(dòng)力油，HCU 則由 FIVA 電磁閥、蓄能器、分配塊、排氣閥執(zhí)行器和氣缸注油器 組成。主機(jī)每個(gè)缸配備一個(gè) FIVA 閥，F(xiàn)IVA 閥通過(guò)控 制伺服液壓油的方向和流量來(lái)控制氣閥開(kāi)關(guān)和高壓 油泵噴油，單缸氣缸控制單元 CCU 的 J70 發(fā)出控制指 令，CCU 的 J30 接收 FIVA 閥的反饋信號(hào)，CCU 依據(jù)信 號(hào)和轉(zhuǎn)速指令來(lái)控制 FIVA 閥，從而控制高壓油泵噴 油時(shí)間和噴油量、控制排氣閥排氣。FIVA 閥、排氣閥 和高壓油泵都有反饋信號(hào)送回到 CCU 的 J30，但是排 氣閥和高壓油泵的反饋信號(hào)部參與 FIVA 的控制，F(xiàn)I? VA 閥 的 反 饋 信 號(hào) 則 作 為 CCU 控 制 FIVA 的 參 考 信號(hào)。
FIVA 閥基本工作原理如下：氣缸控制單元 CCU 模塊通過(guò)模擬量輸出通道供給 FIVA 閥的先導(dǎo)閥線圈 4 ~ 20mA 的電流，線圈的產(chǎn)生的磁力與機(jī)械彈簧的彈 簧力共同作用，推動(dòng)先導(dǎo)閥閥芯上下動(dòng)作，改變進(jìn)入 左側(cè)腔室內(nèi)伺服液壓油的流向和流量，主閥芯左右兩 側(cè)活塞面積不同，導(dǎo)致軸向推力差，推動(dòng)主閥芯軸向 移動(dòng)，控制伺服液壓油在不同的時(shí)間，進(jìn)入到排氣閥 驅(qū)動(dòng)泵和高壓油泵驅(qū)動(dòng)泵 。當(dāng)先導(dǎo)閥的電流為 5 ~ 11mA 時(shí)，先導(dǎo)閥閥芯在下位，主閥芯向左側(cè)運(yùn)動(dòng)，給 排氣閥驅(qū)動(dòng)泵供油；當(dāng)電流值為 13 ~ 20mA 時(shí)，先導(dǎo) 閥閥芯在上位，主閥芯向右側(cè)運(yùn)動(dòng)，給高壓油泵驅(qū)動(dòng) 泵供油；當(dāng)電流值為 12mA 時(shí)，主閥芯處于中位。主閥 芯向右運(yùn)動(dòng)的位移量決定了高壓油泵驅(qū)動(dòng)泵的伺服 液壓油流量，也決定了高壓油泵柱塞的行程，決定了 該缸的供油量。一根與 FIVA 閥的主軸芯相連的金屬 桿通過(guò)磁感應(yīng)變化，以電流的形式給氣缸控制單元 CCU J30 一個(gè)反饋信息。
3.2 常見(jiàn)問(wèn)題分析處理
伺服液壓系統(tǒng)存在不溶的固體顆粒，伴隨滑油流入到 FIVA 閥主閥芯或先導(dǎo)閥位置。磨粒磨損導(dǎo)致閥 芯與閥體的耦合度變差，不能準(zhǔn)確控制流量，甚至導(dǎo) 致閥芯卡死，引起主機(jī)單缸故障。新造船時(shí)主機(jī)滑油 管系串油工序未嚴(yán)格按技術(shù)要求來(lái)做，安裝污染物顆 粒殘存在主機(jī)滑油管系中。主機(jī)運(yùn)行時(shí)，入股系統(tǒng)中 的自清濾器失效或者在濾器后方管系，污染物就會(huì)進(jìn) 入到 FIVA 閥內(nèi)部，極有可能造成卡滯。在主機(jī)的試車(chē) 過(guò)程中，主機(jī)的液壓油清潔等級(jí)都會(huì)達(dá)到技術(shù)規(guī)范要 求，但這通常都是機(jī)器靜止不動(dòng)的狀況投油檢測(cè)出來(lái) 的結(jié)果。在船舶下水運(yùn)行后，震動(dòng)點(diǎn)不同，震動(dòng)頻率不 一樣，會(huì)導(dǎo)致焊接物脫落，從而進(jìn)入滑油系統(tǒng)管路。在 主機(jī)使用過(guò)程中，消除 FIVA 機(jī)械卡滯故障首先要做 好液壓油分離清潔工作。對(duì)于使用主機(jī)系統(tǒng)滑油作為 液壓伺服系統(tǒng)滑油的主機(jī)，更需要做好主機(jī)系統(tǒng)滑油 的分油工作，要不間斷使用分油機(jī)分油，按時(shí)清潔 6μ 的自清濾器，檢查濾器是否完好，最好有備用一套 濾芯。
清洗濾器時(shí) ，盡可能用煤油或四氯化碳浸泡 24h，壓縮空氣吹凈濾器內(nèi)表面。加強(qiáng)伺服滑油的質(zhì) 量監(jiān)控，滑油每 3 月化驗(yàn)一次，保證滑油質(zhì)量。FIVA 閥的先導(dǎo)閥的線圈和機(jī)械彈簧偶爾也會(huì)發(fā)生故障， 如果線圈的電磁力下降，右側(cè)彈簧力相比增大，主閥 芯向左偏移，就會(huì)導(dǎo)致高壓油泵供給量減小，排氣閥 開(kāi)啟時(shí)間增加；如果機(jī)械彈簧疲勞導(dǎo)致彈力變小，主 閥芯向右偏移，會(huì)導(dǎo)致高壓油泵供給量增大，排氣閥 開(kāi)啟時(shí)間減小。要是線圈燒毀或者彈簧斷裂，則 FI? VA 無(wú)法正常工作。同時(shí)，要求伺服液壓系統(tǒng)部件拆 檢保養(yǎng)之后，系統(tǒng)一定要驅(qū)盡空氣，系統(tǒng)存在氣體會(huì) 引起 FIVA 閥的閥芯移動(dòng)延遲，導(dǎo)致主機(jī)不能正常 運(yùn)轉(zhuǎn)。
4 典型故障案例解析
4.1 FIVA 閥故障分析處理
4.1.1 故障現(xiàn)象
某輪主機(jī)型號(hào) 6S50MEC，船舶航行途中 ，主機(jī) MOP 報(bào)警顯示“CCU2 FIVA Position slow down”，主 機(jī)自動(dòng)降速運(yùn)行，報(bào)警無(wú)法復(fù)位，船舶在寬闊海域停 車(chē)檢查。在 MOP –Maintenance –Function Test –HCU 界面對(duì)主機(jī) 2# 缸液壓氣缸單元 HCU 做功能測(cè)試，發(fā) 現(xiàn) FIVA 閥行程探頭 CH30 無(wú)回路電流(正常電流是 17.5 ~ 20.5MA)，燃油高壓油泵探頭 CH31 電流高達(dá) 19.5MA(正常電流是 3.5 ~ 7.5MA)，PMI 顯示主機(jī) 2#缸排氣閥關(guān)閉，無(wú)行程，2#缸不噴油，沒(méi)有排煙溫度。
4.1.2 原因分析
主機(jī)自動(dòng)降速的原因是主機(jī)第二缸的 FIVA 閥位 置故障報(bào)警導(dǎo)致的主機(jī)保護(hù)降速，導(dǎo)致 FIVA 位置故 障報(bào)警的原因是控制系統(tǒng)和 FIVA 設(shè)備 2 個(gè)方面故 障?？刂葡到y(tǒng)故障主要是傳感器、MPC 模塊和線路等 故障，設(shè)備問(wèn)題則是 FIVA 閥結(jié)構(gòu)機(jī)械故障。
4.1.3 故障處理
船員更換編號(hào) CH30 和 CH31 兩個(gè)探頭，在主機(jī) MOP 操作界面對(duì)2# 缸液壓氣缸單元 HCU 功能測(cè)試， 發(fā)現(xiàn) CH30 電流偏低達(dá) 3.5MA，CH31 燃油泵探頭正 常，試車(chē)，排氣閥不動(dòng)作。更換備用 FIVA 閥進(jìn)行功能 測(cè)試，故障現(xiàn)象依然存在；船員對(duì)主機(jī)2#缸的 MPC 模 塊進(jìn)行更換，測(cè)試依然顯示不正常。再次檢查接線，將 1# 缸和 2# 缸線路對(duì)調(diào)，對(duì) 1# 缸和 2# 缸 FIVA 閥對(duì)換，換 好后，功能測(cè)試依然失敗。輪機(jī)長(zhǎng)最終做出 FIVA 閥到 CCU 的電纜出現(xiàn)問(wèn)題的推斷，并緊急申請(qǐng)電纜備件。公司岸基人員分析指導(dǎo)船舶繼續(xù)查找原因并緊急安 排備件供船。輪機(jī)人員打開(kāi)主機(jī) 3#缸的 HUC-JB 接線 盒，與 1# 缸和 2# 缸的接線進(jìn)行對(duì)比，終于發(fā)現(xiàn) 3# 缸的 接線順序是 1243，而 1# 缸和 2# 缸的接線順序是 1234。重新調(diào)整 1# 缸和 2# 缸的 3 和 4 接線 ，液壓氣缸單元 HCU 做功能測(cè)試依然失敗。岸基人員在了解情況后， 指示船舶在備車(chē)狀態(tài)下重新做功能測(cè)試，主機(jī) 1# 和 2# 缸 HCU 測(cè)試正常，故障消除。
4.2 排氣閥故障分析處理
4.2.1 故障現(xiàn)象
某輪主機(jī)型號(hào) 5S60MEC，船舶航行途中，主機(jī) 3# 缸排氣閥發(fā)出異常機(jī)械響聲，集控室警報(bào)系統(tǒng)顯示 “Exhaust Valve Closing Too Fast”警報(bào)，值班輪機(jī)員 立 即 報(bào) 告 輪 機(jī) 長(zhǎng) ，在 輪 機(jī) 人 員 檢 查 過(guò) 程 中 主 機(jī) “CCU3 EXH.Close Position Changed (Slow Down) ALARM”報(bào)警。主機(jī)自動(dòng)降速，降速后排氣閥異響消 除，報(bào)警隨之消除，輪機(jī)長(zhǎng)將主機(jī)重新加車(chē)到全速后 主機(jī)運(yùn)行正常，排氣閥運(yùn)行正常，無(wú)異常響聲 。第 2 天，主機(jī) 2# 缸排氣閥又發(fā)生類(lèi)似現(xiàn)象，主機(jī)降速后重 新加車(chē)到全速后異響消除。第 3 天，相同的現(xiàn)象再次 發(fā)生，輪機(jī)長(zhǎng)請(qǐng)示船長(zhǎng)同意后。在寬闊海域停車(chē)檢查， 在主機(jī) MOP –Maintenance –FunctionTest –HCU 界面 對(duì)主機(jī) 2# 缸液壓氣缸單元 HCU 做功能測(cè)試，發(fā)現(xiàn)正 常 ，控制系統(tǒng)檢查正常 ，檢查其它設(shè)備 ，也未發(fā)現(xiàn) 異常。
4.2.2 原因分析
功能測(cè)試正常，所有的檢查都正常，船舶航行時(shí) 偶爾發(fā)生主機(jī)排氣閥異響，船員、船管及主機(jī)廠家技 術(shù)人員在船舶現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)控制系統(tǒng)和排氣閥及其液壓設(shè) 備進(jìn)行了詳細(xì)的分析排查。，原因如下：①控制系統(tǒng)的 絕緣低會(huì)導(dǎo)致排氣閥工作不穩(wěn)定。②傳感器和 FIVA 閥之間電纜的屏蔽線破損會(huì)導(dǎo)致干擾信號(hào)傳輸。③液 壓系統(tǒng)元件卡滯不靈活。
4.2.3 故障處理
對(duì)更換的排氣閥位置傳感器電纜重做屏蔽，防止 信號(hào)干擾。從 cocos變化曲線來(lái)看，2#缸排氣閥關(guān)閉反 饋時(shí)間較長(zhǎng)，拆檢泵體及排氣閥，并對(duì) FIVA 閥清潔處 理。對(duì)排氣閥驅(qū)動(dòng)泵檢查，絲賭放氣處理，改善驅(qū)動(dòng)泵 運(yùn)行。將主機(jī)促動(dòng)泵進(jìn)油單向閥下面密封墊片研磨 0.1mm左右，使閥頭和泵蓋本體良好接觸，減少閥頭 震動(dòng)，保障可靠供油。
4.3 管理措施
對(duì) ME 型主機(jī)的故障診斷，一定要依據(jù) MOP 的 故障信息和故障代碼來(lái)分析。故障無(wú)法排除時(shí)，輪機(jī) 管理人員一定要把故障真實(shí)情形向岸基人員做詳細(xì) 匯報(bào)，不能漏掉任何的處理細(xì)節(jié)。船員要通過(guò) MOP- MAINTENANCE-FUNCTION TEST 對(duì)控制系統(tǒng)和伺 服系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試和查找故障。日常維護(hù)管理方面要 加強(qiáng)伺服液壓油的管理，保持滑油清潔，確?；推?質(zhì)，每 3個(gè)月化驗(yàn)一次 。主機(jī) COCOS及 MOP 電腦定 期截屏保存，控制系統(tǒng)特別是 MPC 和 HCU接線要拍 照 。經(jīng)常檢查主機(jī)電源控制箱絕緣情況，定期做絕緣測(cè)試。更換主機(jī)相關(guān)傳感器時(shí)，要注意電纜屏蔽。對(duì)容易臟污的傳感器定時(shí)清潔，震動(dòng)區(qū)域的傳感器 要按時(shí)緊固。更換液位傳感器時(shí)，一定對(duì)安裝部位上 部的空氣驅(qū)除干凈 。船員要掌握 ME 型電控柴油機(jī) 的技術(shù)特點(diǎn)，遇到故障時(shí)冷靜處理，正確連線，嚴(yán)格 按照 ME 主機(jī)說(shuō)明書(shū)要求測(cè)試和保養(yǎng)設(shè)備，杜絕經(jīng) 驗(yàn)主義錯(cuò)誤。
5 結(jié)束語(yǔ)
總之，ME型電控柴油機(jī)是一種新型船舶主機(jī)，設(shè) 備本身和技術(shù)還需要不斷地完善和發(fā)展，船舶管理人 員應(yīng)及時(shí)從主機(jī)廠家獲取最新的技術(shù)通告。同時(shí)還要 實(shí)時(shí)監(jiān)控船舶主機(jī)的技術(shù)狀態(tài)，指導(dǎo)船舶的維護(hù)保養(yǎng) 工作，使主機(jī)始終處于可靠的技術(shù)狀態(tài)。公司要加強(qiáng) 船舶輪機(jī)人員的培訓(xùn)，掌握 ME型主機(jī)的特殊結(jié)構(gòu)和 管理特點(diǎn)，主機(jī)故障時(shí)能迅速地找出主機(jī)故障原因并 排除；故障無(wú)法排除時(shí)，能將故障信息正確地反饋給 岸基人員，岸基人員能指導(dǎo)船舶及時(shí)排除故障，保證船舶主機(jī)安全運(yùn)行。
來(lái)源：神華科技，作者倪寧波
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