中策GN8320主機無報警自動停車分析與處理

張云興

中海油田服務股份有限公司船舶事業部塘沽作業公司 天津 300452

在海洋石油工作船上，主機類型為寧波中策GN8320柴油機，這類主機采用上海HELICE遙控系統和主機自帶安?？刂葡到y建立通訊配合使用，實現柴油機的啟動、停車控制以及遠程速度設定、監控報警、應急停車等功能。其采用WOODWARD723PLUS數字式轉速控制器輸出0～200mA控制電流，與UG-ACTUATOR連接主機高壓油泵油門控制桿實現主機負荷和速度控制。

1 故障概述

某船在海上油田礦區長期進行貨物運輸作業，航次頻繁，主機平均每月運轉360h，月均航行里程2080海里，月均靠離平臺及碼頭次數184次。

該船在一次碼頭靠泊中多次出現額定轉速無報警停車現象。停車后，再次啟動時，主機可以正常使用，而且停車時間間隔不固定，故障現象時有時無，給故障查找帶來很大困難，也給靠離泊作業造成重大安全隱患。

2 控制系統概述

由圖1可知：柴油機可以由7（停車電磁閥）實現應急停車和5（UG-ACTUATOR）連接油門桿實現正常停車。

圖1 柴油機起動/停止原理

初步認為停車故障是由電磁閥7和手動閥8泄漏造成的，因為電磁閥7和手動閥8泄漏會使主機停車且無報警。當異常停車時，現場觀察停車執行機構活塞有無動作，發現停車活塞并沒有頂出。因此，排除因電磁閥7和手動閥8漏氣停車可能[1]。

2.1 漢力士遙控系統

采用漢力士遙控系統實現主機遙控。該系統以SIEMENS S7-200 CN 中央處理器（cpu）為中心，實現前后駕控臺、集控室去主機的啟動、停止、速度設定及警報顯示，并建立起主機遙控、CPP控制及齒輪箱的通訊連接。應急停止和正常停車可以通過遙控系統操作實現。

2.2 中策主機系統

2.2.1 中策主機系統簡介

中策主機系統為主機廠家提供，以浙江中控邏輯控制器U6-PLC、LOGO!和WOODWARD為核心，通過軟件控制，對輸入信號進行處理后輸出命令信號，從而對柴油機的運行進行控制、監視、報警和保護。系統進行主機運行數據的采集，與集中監控系統建立通訊，能夠集中顯示運行中主機運行中的參數，實現監控報警功能，同時主機安全保護功能由此控制部分實現。

電路工作過程為通過開關、按鈕、外界報警觸點、傳感器、遙控等輸入信號至U6-PLC、LOGO!或WOODWARD，通過程序進行邏輯處理后輸出，通過外接繼電器驅動，來執行各對應的執行元件。

2.2.2 中策主機系統停車功能

分析發現，GN8320型主機停車分為停車和緊急停車兩個回路組成。當柴油機進行電控正常停車時，停車信號從LOGO!的I3端輸入，停車命令將從Q3端輸出，見圖2。為避免柴油機在額定轉速狀態下突然停車，程序設定了通過PLC的I3端控制Q3端時柴油機必須在怠速，否則，I3端將不起作用。停車回路控制電子調速器關閉執行器輸出停車信號，緊急停車回路控制氣控閥推動油門桿實現停車。

圖2 中策系統LOGO原理

當二類報警保護停車或按下停車按鈕時，主控制電路先輸出停車信號，使電子調速器輸出停車給機旁執行器。同時，程序檢測轉速傳感器脈沖信號以確定柴油機是否降速，若檢測轉速沒有下降或下降不多時，Q4端緊急停車信號輸出，控制氣控閥通路，啟動活塞頂出，使油門桿斷油，見圖2。

按下緊急停車按鈕，停車回路和緊急停車回路同時動作。

2.3 從原理上看，主機停車原因分析

緊急停車：超速115%額定轉速；淡水出機溫度過高85℃；滑油進機壓力過低0.15mPa；手動應急停車。

主機在緊急停車狀況下停車，集中監控報警系統會顯示“主機緊急停車”報警，而此次自動停車時無任何報警，排除這種停車可能。

停車：遙控/機旁手動停車，柴油機在轉速﹥350rpm，停車按鈕無效，排除漢力士遙控停車在主機額定轉速工況下遙控停車誤動作原因。

確定為723數字式轉速控制器系統故障導致停車。

3 故障分析與處理

723PULS控制器安裝在金屬底盤上的一個電路印刷板。用于各種轉速的船舶推進系統，用來控制中高轉速發動機的速度和負荷?？刂破靼ǜ兄D速的兩路磁性撿拾器，一路潤滑油壓輸入[2]，一路水壓輸入，一路遠程速度設定輸入，還有一路根據進氣壓力限油功能的輸入。見圖3。

圖3 723PULS 數字式轉速控制器原理

723PULS 數字式轉速控制器1個 ；執行器1個，用于定位燃油計量設備；外部電源1個；速度傳感器兩個；可選開關觸點8個，管理控制功能；可選的潤滑油壓傳感器1個；一個可選的水壓傳感器；一個可選的用于燃油限制的進氣壓力傳感器；三個可選的模擬信號輸出；兩個可選的繼電器驅動報警。

3.1 滑油壓力與冷卻水壓力

3.1.1 潤滑油油壓

潤滑油油壓輸入信號（潤滑油油壓信號）需要是高質量的絕緣信號。使用屏蔽雙絞線將420mA電流變送器連接到端口42（+）和43（-）上，見圖4。此輸入并不與其他的控制輸入和輸出絕緣，所以如果變送器不絕緣的話就需要安裝絕緣器件。如果輸入電壓小于2.0mA或者輸入電壓超過21mA，將會檢測到輸入信號故障。檢測到故障會導致狀態指示信號持續報警直到檢測到輸入信號為止。

圖4 723PULS 數字式轉速控制器模擬量輸入接口

從配置上看，輸入信號允許報警保護、停機保護。發動機報警和停機都可以顯示在手持編程器上。停機時激活繼電器輸出#1。繼電器輸出#1連接到執行發動機停機的停機系統和警報系統。

3.1.2 水壓輸入

將水壓變送器連接到信號輸入#2。水壓輸入信號必需是高質量的絕緣信號。使用屏蔽雙絞線將4～20mA電流變送器連接到端口45（+）和46（-）上，見圖4。此輸入并不與其他的控制輸入和輸出絕緣，所以如果變送器不絕緣的話就需要安裝絕緣器件。如果輸入電壓小于2.0mA或者輸入電壓超過21mA，將會檢測到信號故障。檢測到故障會導致狀態指示信號持續報警直到檢測到輸入信號為止[3]。

輸入信號允許報警保護、停機保護。停機時激活繼電器輸出#1。繼電器輸出#1連接到執行發動機停機的停機系統和警報系統。

繼電器輸出觸點端口3/4在內部停車信號輸出的情況下被激活。內部停車信號包括潤滑油壓力和水壓，潤滑油壓力及水壓保護按照“停車設定-轉速曲線圖”實施停車保護。繼電器輸出接入發動機的應急停機系統來控制發動機的停機。保護停車后，集中監控報警系統發出應急停車警報。因此，排除滑油壓力和冷卻水壓不穩定停車。

3.2 轉速脈沖故障停車

3.2.1 速度傳感器作用

發動機轉速由被動的磁電拾取器（MPU）提供信號給723PLUS控制器，見圖5。轉速傳感器必須能夠準確的感知發動機的轉速。發動機轉速在600rpm。使用第二個轉速傳感器用作備用。當第一轉速傳感器故障時候第二轉速傳感器用作替代。倘若同時使用兩個傳感器，必須保證它們接收的信號是完全相同的。兩個傳感器安置在飛輪盤的上半部分。

圖5 轉速傳感器安裝接線

轉速傳感器輸入的硬件出廠配置為MPU。此時輸入阻抗低于200H。轉速傳感器輸入可以通過軟件配置成數字信號采集或模擬信號采集。所有的轉速傳感器連接都需要屏蔽。將屏蔽線接地。確保連接轉速傳感器的整條屏蔽線是連續不間斷的，同時保證與其他所有的導體絕緣。

3.2.2 執行器停車指令

如圖6所示，模擬輸出#3為一個專門為執行器提供電流信號，這個電流信號是由端口19（+）和20（-）提供。通過軟件，調節執行器行程的最大和最小值，也就是柴油機的最大油量和怠速油量。通過硬件，輸出電流配置為0～200mA，這種配置允許200mA電流通過40H阻抗，使用屏蔽雙絞線連接執行器與控制器。

圖6 723數字式轉速控制器輸出到執行器接線

在任何時候出現速度傳感器的輸入頻率低于額定轉速的5%時，控制器會檢測到轉速丟失。任何一個速度傳感器轉速丟失都會導致報警。如果一個速度傳感器轉速丟失，發動機仍然繼續運行。倘若兩路轉速信號同時丟失，開關量輸入Speed Fail Ovrd的狀態設置為FALSE，控制器將燃油需求降為0，柴油機將自動停車。

對右主機飛輪上端兩只用于723數字式轉速控制器的轉速傳感器進行檢查，發現其中一只針孔式插頭內油污嚴重，存在接觸不良，另一只插頭連接良好；兩只傳感器脈沖信號傳輸線正常連接，但導線連接屏蔽線處于中間斷路。

經檢查確認后，更換備用轉速傳感器一套，拆下來的傳感器進行清潔、除油、備用，并兩只轉速傳感器重新接線，屏蔽線可靠連接，調節傳感器到飛輪齒間隙到1mm。在隨后觀察的故障期內，無故障報警停車現象未再出現。

4 結束語

中策GN8320柴油機無故障報警而自動停車的現象具有典型思考意義。做好其分析應對，對提高這類海洋石油支持船提高安全生產水平具有重要價值。通過研究，可以總結出以下經驗：

（1）中策GN8320柴油機振動比較劇烈，而且飛輪時有甩油現象，要定期對轉速傳感器進行檢查，檢查項目至少包括：接線緊固情況、傳感器固定螺栓、傳感器齒間間隙、傳感器油污清潔。

（2）兩只轉速傳感器互為備用，當一只傳感器出現問題時不會導致停車。平時檢查傳感器狀況可以用萬用表頻率檔測量脈沖：額定轉速600rpm時脈沖信號在1.865Hz左右為正常。

（3）根據不同的故障停車現象，尋找故障的源頭。無故障報警停車可以在三個方面進行排查：氣路方面，氣動電磁閥7有無漏氣現象；主機轉速低于額定轉速時，考慮HELICE遙控系統給定轉速信號是否正常，可以測量723數字式轉速控制器51/52接口給定電流確認；主機轉速傳感器工況。