主机遥控第三章-1.doc

第三章 nabco m-800型主机遥控系统 m-800型主机遥控系统是日本nabco公司产品。本章将介绍该系统驾驶台电动控制系统的组成、操作使用、系统的工作原理和故障诊断的基本思路和常用技巧。本章的部分插图由于是来自实船资料的图幅尺寸比较大的的电路图，集中放置于本章的末尾。第一节 主机遥控系统的组成和系统参数设置表m800型主机遥控系统的驾驶台控制功能是通过微型机气动结合的方式实现的。第一章图4-1-2 绘出了系统各个组成部件在驾驶台、集控室、机舱的实际布置图。本节则是从微型机控制系统的角度，对系统的组成、系统功能的实现方法进行分析。一微型机控制系统的组成和工作原理输入接口电路板输出接口电路板cpu，内存程序，系统参数微型机机械电气接口电气输入信号电气气动接口电气输出信号系统状态的气动和机械信号执行机构的气动或机械动作 电 源键盘、按钮数码显示、指示灯 人机接口图4-3-1 微型机控制系统信号传递和处理示意图图4-3-1 的方框示意图绘出了在以微型机为核心组成的船舶自动化系统中，信号的传递和处理过程。我们在理解此类系统的工作原理和进行故障诊断时，都可以基于此图进行思考。同时，理解微型机控制系统的工作原理和进行故障诊断可以用一个人处理事务的过程或人体机能发生故障的诊断过程进行类比。自动化控制系统的功能是由微型机的硬件和软件，微型机和外部接口设备共同实现的。系统中微型机相当于人的大脑，大脑中的中枢神经、管理人体某机能的神经相当于电脑的硬件，脑中存储的知识相当于电脑中的软件。人的手、腿相当于外部接口设备。以一个人用手去取一杯水的控制过程为例，人的眼睛和接触杯子的皮肤相当于电脑外部设备的机械/电气接口，要将水杯的位置信息、水杯是否烫手的温度信息转化为大脑能够懂的神经信息，传递到大脑的神经，大脑使用过去学习到的知识，判断水杯不烫手，再从大脑发出神经控制命令，传递到手的控制神经，手相当于电气/气动接口，将神经控制信号转换为肌肉握紧的动作，完成拿水杯的控制动作。图中人机接口相当于一个人和另一个人交换信息的耳朵和口，电源则相当于人体的心脏和供血系统。上述软硬件各部分、微型机和外部输入/输出设备一起构成了微型机控制系统。以上一连串环节构成了手拿水杯的控制过程，其中任一个环节发生故障，都可以导致手不能取水杯。像一个人，如果一只手的功能出了毛病，不能拿水杯，病因可能是肌肉（系统的机械故障），也可能是手的神经（系统输出设备的电气/气动转换接口），也可能是从手到大脑的传递神经（设备间的电气连接线），也可能是脑血栓（微型机的输出接口电路板），甚至心脏不跳了或人去世了（电源故障或cpu故障）；当然还有一种可能，就是这个人机体没有毛病，可是脑子傻了（软件有问题，例如控制程序中使用的参数被设错了），也会导致手失去应有的机能。但是，各部分在系统中的作用是不同的，除了一些共同症状之外，不同的病因，还会引起范围大小不同，不同的其他症状，来帮助大夫确定病因。例如，cpu故障会使整个系统所有设备失去反应，而某一外部设备的故障则只影响系统的局部功能。本节下面，对微型机、系统的输入/输出接口部件、人机接口和参数进一步进行介绍。二微型机印刷电路板本章后面图4-3-2是技术资料中遥控系统微型机（c/r control panel）印刷电路板的连接图，下面表格4-3-1列出各印刷版的型号和功能。当微型机发生故障时，可以选择相同型号的印刷电路板替换，进行测试，以及订货。机箱中插卡位置印刷电路板型号说明cop001键盘指示灯板amca601电源板，提供5vdc，15vdc,15vdc等工作电压cmca-203开关量输出接口板dmca-204开关量输出接口板emca-202开关量输入接口板fmca-201开关量输入接口板gmca-401模拟量输入/输出接口板hmca-501f/v转换卡mca-001母板(连接外设电缆和接口板扁平电缆)mca-103cpu板mca-901输入/输出板(连接cpu板和接口板)三 机械/电气接口输入部件和电/气接口输出部件1. 机械/电气接口输入部件 微型机是控制系统信息处理的核心，但是外部的机械、气动信息必须通过信号转换接口部件，先转换为电气信息，才能与微型机相互沟通。机械/电气接口输入部件包括代表主机工作状态的限位开关(如盘车机啮合、操纵位置等)、压力开关（控制空气压力正常等）等开关量传感器，车钟手柄位置电位器（信号范围15v15v）等模拟量传感器。用于将被控制对象的机械或气动工作状态转化为电气信号输入微型机输入接口电路。2电/气接口输出部件从第二章气动操纵系统的分析可知，如将机旁的“机旁/遥控”手柄应置于“遥控”位，集控室中的“集控/驾控”转换手柄置在“驾控”位置，机旁和集控室主机操纵的发令部件会失去气源或控制功能。驾驶台遥控主机时，通过操纵驾驶台上的遥控车钟手柄，向主机遥控系统发出换向、起动、停机等各种逻辑控制命令，系统由微型计算机控制，遥控系统对这些命令进行相关的逻辑运算和逻辑判断后，计算机输出的电气控制信号，主要通过气动操纵系统中的下列四个电控两位三通阀转换为气动信号，控制主机的起动、换向、停车。在这里，气动操纵系统的阀件是作为电/气转换的接口，或控制系统输出信号的执行机构来参与实现驾控功能的。停车控制电磁阀84将驾控停车信号送给阀38，实现停油控制；起动控制电磁阀90将驾控起动信号送给阀37，实现起动控制；正车换向控制电磁阀86将驾控正车换向信号送给阀10和55，实现正车换向控制；倒车换向控制电磁阀88将驾控倒车换向信号送给阀11和56，实现倒车换向控制；从前面第二章的学习可以知道，在驾驶台操纵的各过程中，在上述四个电磁阀之后，气动信号在气动操纵系统中的传递过程与集控室气动手动操纵时的状态基本相同。同时，将应急操纵台上燃油调节手轮p顺时钟转至“遥控”位置：手轮p转至“遥控”位置后，使油门连杆机构与电子调速器的电动执行机构42连接。电子调速器根据主机遥控系统的指令，控制执行机构42 输出传动机构动作，带动燃油泵的油量调节齿条动作，增大（或减少）供油量。主机自动加速或减速，直到达到所要求的设定转速。另外，本书示例的气动操纵系统中还有几个电磁阀在驾控操作时也起作用：慢转起动电磁阀26切断主起动阀的开启空气，实现慢转起动控制；安全保护电磁阀127使燃油泵泄油阀打开，实现安全保护停机控制；倒车停机vit电磁阀40控制调压阀53和59的切换，实现倒车与停机工况下切除vit的正时调节作用。主机遥控系统中使用的电磁阀线圈规格一般为24vdc。电子调速器的输入信号范围是0.5v10vdc。四控制系统键盘显示面板和系统参数地址设定表我们在第一章第二节技术资料浏览中已经初步介绍了控制系统键盘显示面板（也称为mimic板）和系统参数地址设定表的作用。键盘显示面板是微型机控制系统中通常采用的人机信息交换接口。1mimic板的发光二极管信息本章后面图4-3-3绘出遥控系统的键盘显示面板布置。面板左上方的发光二极管（led）顺序图显示主机和遥控系统相应部件在操作时的动作状态。其他区域的led则分别显示电源状况（electric source）、操纵位置（control position）、驾控工作必须满足的条件（remote control condition）、备车状况（engine ready condition）、起动联锁的条件（starting interlock condition），以及红色led的故障自检指示（monitor）。2系统参数地址设定表微型机控制系统的信息处理主要是通过执行软件程序进行的的。对于已经交付使用的控制系统，已经设计好的程序通常存储在只读存储器中，不会丢失，也不能变更。为了使控制系统适合不同的系统配置安装时的初始调试和使用后的系统变更，主机遥控系统将系统程序执行过程中使用的参数存储在靠锂电池维持的ram中或flash memory中，对这些能决定系统功能的关键参数，技术资料中提供了靠键盘显示面板的操作进行修改的方法。m-800型主机遥控系统对控制系统的微型机、安全系统的微型机、电子调速器的微型机分别设置了数百个系统参数。表格32举例了列出遥控系统微型机的部分常用参数地址等数据，其中术语“地址”来源于计算机领域，实际就是参数的序号（m-800遥控系统技术资料中，有时将序号，如021，写为t021，本书中也采用相同的标注方法）。表中有的参数在正常控制时用做逻辑判断的条件，例如021正车发火转速，当主机转速达到正车发火转速，系统发出关闭主起动空气阀的命令；有的参数用做系统故障自检的鉴别值，例如111，112电位器断线鉴别值；有的参数可用于故障诊断时，读取计算机内部各环节执行结果的数据，例如320，321，分别能显示出转速信号、车钟发讯器电位器输入电压信号经过微型机a/d转换接口读入计算机的数值，322显示出传递给电子调速器的输入信号数值。表4-3-2控制系统的参数地址地址参数说明单位调节范围设定值004点火失败的检验时间sec.0.05-30.05006起动不可能的判别时间sec.0.05-30.015007起动油量的保持时间sec.0.05-30.06021正车发火转速r.p.m.0.00-50.010022倒车发火转速r.p.m.-50.0-0.00-10024换向转速r.p.m.0.00-12045039车令正车dead slow的转速设定值r.p.m.0.00-12035040车令正车slow的转速设定值r.p.m.0.00-12045045车令正车海上全速最大值的转速设定值r.p.m.0.00-12089071自动减速的转速设置值r.p.m.0.00-12045072起动油量的转速设定值r.p.m.0.00-12045074临界转速回避低限值r.p.m.0.00-12055075临界转速回避高限值r.p.m.0.00-12065100起动空气压力太低（起动联锁）鉴别值kgf/cm20.00-50.010111鉴别电位器断线的低限值volt0.00-1.000.2112鉴别电位器断线的高限值volt9.99-9.999.99138车令手柄在正车dead slow位置的鉴别值volt0.00-9.991.29139车令手柄在正车dead slow位置的鉴别值volt0.00-9.992.59142车令手柄在正车海上全速最大值位置的鉴别值volt0.00-9.992.59302车令发讯环节计算出来的转速设定值r.p.m.304主机转速信号r.p.m.305经过临界转速回避环节处理的转速设定值r.p.m.313经过负荷程序环节处理的转速设定值r.p.m.320主机转速信号(f/v转换后的电压值)volt321车钟发讯器电位器输入电压信号volt322遥控系统送往电子调速器的设定转速电压输入信号volt图 4-3-4 3使用键盘阅读和修改系统参数的方法 参数的阅读图4-3-4中，当“read”绿色led灯亮时（或按“r”键后，“read”绿色led灯亮），使用键盘键入如表32中参数的地址，则数码显示管“address”显示地址，数码显示管“data”显示该地址代表的参数的数值。 参数的修改 旋转位于键盘背面的钥匙开关，使红色“write enable”led灯亮，再按“w”键，使红色“write”led灯亮，系统即进入修改参数的状态。先键入要修改的参数的地址，然后按“d”键，“data”显示区域变黑，这时可以键入该参数的新数值，最后，按“e”键，新的数据就被记忆到控制系统的微型机中。第二节 驾控的逻辑控制和逻辑流程图当将操纵位置转换到驾驶台后，可以使用驾驶台车钟手柄，通过系统的驾驶台电气控制系统，借助于主机操纵系统提供的正车换向控制、倒车换向控制、起动、停车电控两位三通阀（见前面第二章图4-2-1 中，阀件84、86、88、90 ）分别将电气信号转换为气动信号，以及通过电子调速器对转速的控制，对主机进行操纵。在分析主机的操纵和控制时，可以分为对起动、换向等操作的顺序逻辑控制和对主机转速参数的控制两部分来研究，本节先分析逻辑控制。香远船舶常见的与man b&w型柴油主机气动操纵系统相配套的，m-800型主机遥控系统操纵位置转换、驾驶台起动、换向、停车、紧急倒车等逻辑控制的操作使用和逻辑流程图如下：1 操纵位置的转换机旁、集控室、驾驶台三个操纵位置的转换是由机旁控制位置转换手柄的位置、机旁燃油调节轴的连接位置、集控室控制位置转换开关位置、驾驶台按钮开关位置决定，并由相应的指示灯显示。在ac或dc电源不正常，或者电控系统存在严重故障（给出“system failure”报警）时，从集控室转换到驾驶台的功能被连锁，电控系统的严重故障通常指： 微型机的cpu硬件故障 15v电源故障 通讯不正常 车钟发讯电位器断线 正车换向电磁阀电路断线 正车换向电磁阀电路断线 起动电磁阀电路断线 停车电磁阀电路断线 转速信号不正常 当请求驾控,而操纵位置转换连锁时,系统给出“impefect bridgecontrol”报警。2. 起动的控制过程和控制逻辑图 起动的控制过程要起动主机，必须实现以下顺序控制：将车钟发讯器的手柄推到正车（或倒车）位置，并且起动空气分配器已经换到正车位置，换向信号空气已经送到喷油泵换向机构，然后，供给起动空气，随着主机的旋转，各喷油泵换向机构转逐一换向到正车（或倒车）位置，当主机转速依靠起动空气运转达到发火转速时，供应起动油量，切断起动空气，切换到靠燃油运转。从起动空气切除起, 再经过予置时间, 立即释放起动油量, 燃油供油量将以一定的速率从起动油量减少或增加至车钟手柄给定的油量。 起动的连锁只有满足以下所有工况，起动才能进行：a) 满足主机准备工况（包括主起动阀在“service”位置，ac或dc电源正常，盘车机脱开，起动空气分配器中间阀不再“block”位置，调速器连接到燃油调节杆等。）b) 应急停车没有动作或被取消。 c）燃油在切断位置d) 起动空气压力正常 e ）起动失败已经复位 点火失败和重复起动在起动过程中, 如果主机转速已达到发火转速, 转换为燃油运转, 但主机转速又重新降低到发火转速之下( 例如由于油路问题 ), 并且转速低于发火转速的时间已超过预定的时间, 则系统判断这种状态为点火失败。 并且自动重新开始起动过程。 自动重新起动的功能称作重复起动, 在重复起动时, 为了使起动容易成功, 系统自动取消增压空气压力限制。重复起动的次数限为二次, 如果点火失败达到三次, 系统自动中止重复起动。 并发出“start failure”的报警信号。 起动不可能在每一次起动过程中, 如果起动空气连续供应的时间已超过系统预置的时间限制( 可调 ), 而主机转速始终达不到发火转速, 则系统自动停止起动过程, 并发出“start failure”的报警信号。在发生“start failure”报警后, 只有把车钟手柄退回“停车”位置, 才能使报警复位, 重新开始进行起动。车钟发讯器置正车位置 供给起动油量与门主机转速超过正车发火转速（021）起动电磁阀断电切断起动空气燃油凸轮轴：正车 停油电磁阀断电 起动电磁阀断电调速器停车信号：on中断起动操作.重复起动次数主起动阀开启时间限制（参数006：15秒） 否是1.或.23图 4-3-5 起动控制的逻辑流程图是否满足起动连锁条件是否起动油量保持时间（参数007，6秒）点火失败判断时间（参数004，5秒）定时器（6秒）（参数020）与门主机：靠起动空气运转起动空气分配器：正车 正车电磁阀通电 定时器（2秒）（参数003）调速器“停车”信号：off 调速器转速设置：起动油量（072） 起动失败故障报警. 起动不可能报警复位.起动失败故障报警.车令手柄置于停车位置. 起动失败故障报警复位.主机：靠燃油运转主机转速超过正车发火转速（021）否是停车电磁阀：通电调速器停油信号：on取消扫气空气限制信号主机燃油运行10秒后，调速器扫气空气限制取消信号：off调速器起动油量设置: 复位起动完成后，主机转速按照参数（014或018）的速率，增加或减少到与车令手柄位置相对应的数值正车电磁阀：断电上述起动控制过程在技术资料中，使用了如图4-3-5的逻辑流程方框图给予了更准确的表述。在基于微型机的控制系统中，外界输入/输出信号通过标准模块化的输入/输出硬件电路与计算机相联后，系统的功能（例如逻辑结果和逻辑条件之间的关系）主要通过执行软件程序来实现。因此，该逻辑流程图的主要部分实际也就是软件程序的方框图。在八十年代的早期nabco产品技术资料中，提供了详细的软件程序，而现在的技术资料中，由于船舶的用户不需要，也不可能修改程序，则仅提供了逻辑流程图。但是，在系统交付时需要根据不同的主机、不同的设备配置、某些部件的安装初始位置等，对程序中相应参数（例如图4-3-5中主机正车发火转速021）进行初始设置、整定，同时在系统使用后，根据设备状况的变动，也应该允许轮机员对系统中的某些参数进行调整，因此，在逻辑流程图的相应位置标出了该逻辑处理阶段的重要参数，使用者可以通过本章第2节提供的表格和讲述的方法，查阅或修改参数。另外，一部分参数（例如图4-3-5中的321是车令手柄电位器位置的对应电压输入计算机后，经过模/数转换的对应数值）不是程序进行逻辑处理使用的判断值，不可以修改，而是用于显示逻辑处理的结果数值，帮助了解计算机中处理的中间结果，帮助判断系统中发生的故障。3转速鉴别程序示例图4-3-6绘出微型机软件中对主机转速信号处理的程序方框图t21t22正车发火转速鉴别+-cmp+-cmpt304控制系统转速信号(r.p.m.)abs图4-3-6 主机转速鉴别程序倒车发火转速鉴别t23t24制动转速鉴别+-cmp+-cmp换向转速鉴别4换向、停车、紧急倒车等逻辑控制换向、停车、紧急倒车等逻辑控制的操作过程和逻辑流程图与上面起动过程的分析说明类似，请读者在需要时自行阅读实际的船舶技术资料。图4-3-7转速的设置与控制流程方框图驾驶台车钟手柄ef f h s ds st ds s h f nf转速设定信号输出 正车 倒车 手柄位置（输入电压）车令发讯程序起动油量设置程序inout紧急减速重起动起动油量设置 转速信号发送速率限制和负荷程序转速设定信号时间输出信号输入信号临界转速回避程序临界转速上限临界转速下限车令发讯电位器313参数305参数321参数314参数322参数302发出“system abnormal”（车令电位器断线）报警电压值是否正常？否(rpm)是(v)调速器补偿环节输入信号（rpm）输出（电压）电子调速器（电压信号：0.5 10v）(072)(rpm)(rpm)(rpm)(v)第三节 转速控制的逻辑流程图图4-3-7绘出了m-800型主机遥控系统驾控操纵时，主机转速的设置和控制逻辑流程图。从该图可以看出，在驾驶台移动车令手柄位置，发出转速设置命令之后，微型机对转速控制命令的传递和处理过程。其中信号处理的主要环节有：1车令发讯环节图4-3-8车令手柄位置与设定转速对应关系转速的设置是将驾驶台车钟手柄移动到某一位置，发出命令。手柄的移动，带动车令发讯器的电位器向微型机输入相应的电压信号。计算机中对转速处理的第一个环节是车令发讯环节，在计算机软件中预先设置了车令发讯器手柄位置(即输入电压信号)与转速控制信号(即电子调速器转速设定值的输入信号)的对应关系，如图4-3-8，从而可以计算出与车令手柄位置相对应的电子调速器转速设定值。图中横坐标的参数（例如计算机中预设的主机遥控系统参数t139），是计算机用于判断车令手柄是否位于正车slow中点位置的手柄电位器的输入电压值。当更换该电位器之后，需要重新校准这些横坐标参数。图中纵坐标的参数（例如t40，对应正车slow的转速设定值）是计算机用于计算车令手柄相应位置的输出给电子调速器的转速设定值，这些纵坐标参数可供轮机员在车令手柄位置和主机转速统调时，使用本章前面第一节介绍的方法在mimic板上进行修改调试。2起动油量、自动减速油量设置环节遥控系统在起动( 重复起动 )过程以及紧急自动减速( 停车 )状态, 将不理会车钟发出的设定转速车令, 而是向调速器分别提供起动油量、重起动油量、自动减速油量或零油量信号。3转速信号发送速率限制和负荷程序环节遥控系统在操作时, 允许驾驶人员将车钟手柄直接推至任意位置, 可以直接发出全速车令信号, 但是船舶主机从冷机起动, 加速至全速, 如果加速过快, 则主机将承受很大的热应力, 以致受热部位产生裂纹而损坏主机。 为此在遥控系统中, 对于转速车令信号的发送设有加速速率限制环节。 这一环节使得在上述加速过程, 送至调速器的实际转速设定信号并不立即等于车钟的给定转速值, 而是按照一定的速率延时逐渐增加到车钟的设定值, 以保护主机。 当对主机进行加速操纵时，转速（或负荷）范围不同对加速过程的限制程度就不同，因此加速过程控制有下列两种形式：(1)发送速率限制；(2)负荷程序（也称程序负荷）。其中发送速率指的是主机在中速区以下的加速控制，加速较快。而负荷程序指的是高速区的加速控制，特别强调慢加速。因为在高负荷时加速太快，会使主机超热负荷，严重影响缸套、活塞等部件的寿命。因此，负荷程序也常称为热负荷程序。有了发送速率和负荷程序这种控制功能，驾驶员可按实际情况把车钟手柄扳到任一速度挡，而不必考虑是否会损害主机。当车钟手柄从停车扳到正车（倒车）全速时，主机先进行起动操作，起动阶段完成以后，主机的加速过程就会按预先设定好的加速速率进行加速，最后一直到车钟手柄所设定的正车全速位置。由此可见，转速给定值是变化的，而且变化规律是确定的。在本章的系统中, 上述功能是通过转速信号发送速率限制程序实现的。有关转速信号发送速率限制程序的具体逻辑流程图就不在本章列出和进行分析了。 由于主机在从起动到加速至全速以及减速等不同阶段对转速变化的速率有不同的要求。 例如在前面图4-3-7的发送速率程序方框中, 曲线有四种斜率, 其中1）是起动过程中主机达到发火转速, 起动油量释放后, 供油量从起动油量减少到车钟手柄给定油量的速率; 2）是主机转速不高时的加速速率; 3）是主机在高负荷时的加速速率, 这是要求以很慢的速率加速, 系统在此时的功能也称作负荷程序; 4）是非起动过程时的减速速率, 这时可以较快的减速。cnstt74cnstt75+-+-s qrorandandcmp1cmp2acrlrsffdcrldcrha111t305t313(m170)d521d522d524d521d523sw1sw2图4-3-9 临界转速回避子程序4 临界转速迥避程序 主机在工作时必须避开共振转速区。为了帮助有兴趣的读者进一步的理解计算机软件在自动控制系统中的作用，图4-3-9绘出实现临界转速回避的具体子程序块，该程序是nabco公司m-800主机遥控系统早期产品技术资料中提供的，采用的是类似于可编程序控制器逻辑流程图编程语言来编写的。图4-3-9程序中, 从前一环节转速信号发送速率限制子程序m170传送过来的信号t313 代表转速设定值, 当t313 小于临界转速下限时, t313 通过选择开关sw1 和sw2 , 传送至后续环节。 当t313 的数值逐渐增至临界转速上限和下限之间时, 临界转迥避环节的输出量( sw2 的输出t305) 等于临界转速的下限值( 系统参数t74 的值 ), 而不随转速设定值一起增加, 只有当t313 的数值大于临界转速上限时, 临界转速的输出才恢复随着转速设定值变化。 至于主机转速下降时的情况。 与此相似, 只是采取在临界转速上限等的措施。 下面仅举当t313 从小于临界转速下限逐渐增加的情况加以分析: 当t313临界转速下限值( t74 )时比较器cmp1的输出d521=1, 比较器cmp2的输出d522=0( t75 是临界转速上限值 )rs触发器功能块rsff的状态d523=0,并且或非门输出d524=0与门输出dcrl=0,dcrh=0设定转速信号t313 通过sw1 和sw2 , t305=t313。 当临界转速下限值( t74 )t313临界转速上限值( t15 ) 时d521=0, d522=0d5230，d524=1dcrl=1，dcrh=0t305临界转速回避下限值（t74）当转速设定值t313 增加至大于临界转速上限值（t75）时, d521=0, d522=1d523=1, d524=0dcrl=0, dcrh=0t305=t313。5.调速器补偿环节调速器补偿环节可以用来调整来自上述环节的转速设定值与控制系统输出给电子调速器的电压信号（作为电子调速器的转速设定值）之间的对应关系。用于补偿电子调速器安装时机械或电子电路的匹配差别。经过该环节的处理，驾驶台电气控制系统输出一个电压信号到调速器环节，作为调速器的设定值。有关电子调速器的内容，请阅读本书第四章。另外，上世纪八十年代中期的远洋船舶柴油主机通常采用woodward pga液压调速器，其输入的转速设定值是范围为0.05mpa-0.5mpa的气压信号，调速器按pi调节规律控制主机油门开度，以保持在不同负荷时主机转速符合车令的设置。因而，对于这种调速器，系统在驾驶台电气控制系统输出的代表车令转速设置值的电压信号和调速器之间设置有e-p转换器，用于将电压或电流信号，转换为气压信号。有关woodward pga液压调速器和e-p转换器的结构、工作原理、性能测试和特性调整的方法可以查阅其他书籍资料，就不再本书中讲解了。第四节 主机驾控系统故障诊断的基本思路和常用技巧主机遥控系统是关系船舶操纵的重要设备, 保持其性能良好以及在发生故障时能迅速地判断出故障部位, 进行修理是十分重要。 前面第二章第三节介绍了对主机气动操纵系统故障的诊断方法。本节进一步介绍主机驾驶台电气控制系统的维修和故障诊断方法。一电控系统日常维护检查的注意事项微型机硬件是大规模集成电路，基本上没有寿命问题，但要考虑由于环境条件会导致元件劣化，有必要进行定期维护检查。使用中应注意的事项和系统的常规维护与检查事项如下：1. 应注意系统的环境温度、湿度以及是否积尘（尽管目前已经在船舶上安装的微型机控制系统已经通过船级社的各种形式实验认可）。2. 检查系统的供电和输入输出使用的电源是否在基准范围之内，尽量避免不必要的停电.3. 检查安装情况，各单元是否固定好，连接电缆是否完全插入连接器并锁定，外部配线螺丝有无松动，外部配线电缆是否有断裂。定期检查微型机系统的i/o（输入/输出模块）的接线情况。特别注意，尽量不要将灰尘、油污弄到接线端子上，引起接触不良。4. 注意输出继电器的寿命，检查控制系统外部电气、继电器触头、滑动接触电器的状况（如果有）。5. 对于使用电池维持cpu模块中用于存储可更改工作参数的内存的电源的老式产品，要经常注意电池状况，应及时更换电池。6. 阅读系统的技术资料，接船、交船时对系统进行全面的功能测试，或进行模拟试验。注意与资料对照或记录系统正常工作时的参数，注意系统正常运行时的仪表和指示灯显示，以便在维修或发生故障时进行对照。二主机遥控系统的常见故障微型机印刷电路板本身是大规模集成电路，一般发生故障的机率很低。驾驶台操纵的功能出现问题，对一些一直在正常营运的老旧船舶，经验表明，实际多数故障原因还是参于驾驶台控制过程的气动阀件或者电气转换部件的气动部分橡胶密封件老化失修所致；另外从微型机通往外部设备，如位于机舱中的传感器、电磁阀的电气连接年久腐蚀、在主机大修时被不慎损坏，也是常见的故障原因。1. 气动阀件的常见故障和维修 气动逻辑回路的常见故障为: 1) 漏气, 使阀件控制端动作气压过低, 阀位不能切换。 漏气原因通常是管接头漏气或二位三通阀内的密封环丢失。 查找漏气部位时, 可以听声音,但最好是用气压表定量从气源向末端测量。 活塞环等运动部件的磨损也能造成漏气。2) 运动部件卡住, 例如停油气缸活塞卡住。 这往往是缺油造成的。 气源或转速设定气压信号等气控调节回路 减压阀、调压阀在正常使用时, 其输出气压稳定在整定值。放气孔在工况不变时, 没有空气泄出。 故障时则在放气孔可以发现较严重的漏气声。 其故障原因一般是节流孔堵塞, 橡胶膜老化, 或者是拆装时某些部件位置装错。修理时用通针通开堵塞的节流孔, 清洗污垢, 更换橡胶膜。气动部件的故障在运行时间过长的旧船上比较常见。2. 电气部件( 包括电子、微型机 )的常见故障及维修 电源故障：某一路电源部件损坏；调试时，某一路电源没有合上等，熔丝熔断。和。或电源故障。 微型机连接的外部设备由于工作环境较差，容易发生故障：如接线端子或接插件接触不良，锈蚀。 电气元部件故障，电源故障导致的元部件损坏。 检修后，错误接线，或经验不足的维修人员在检修过程中短路，烧毁元部件。3.主机遥控系统的工作参数设置错误从前面几节的学习可以知道，主机遥控系统的工作参数对系统的正常工作影响很大。例如，在点火转速预置值、起动油量、每次起动主起动空气阀开启时间限制三个参数中，任何一个被错误的设置为零，即使系统部件没有任何故障，也会造成主机起动失败。平时，造成工作参数设置错误的原因可能是系统老化，原有的工作参数不符；或维修工程师更换部件后，没有相应的调整工作参数，或甚至把参数设错。对于气动遥控系统，工作参数的设置是通过减压阀设定值（如起动油量）、单向节流阀的节流大小来实现。对于使用小规模集成电路构成的遥控系统，工作参数的设置是通过调整印刷电路板上的微调电位器阻值来实现的。而对微型机主机遥控系统则是使用键盘来设置、修改工作参数。nabco m-800型主机遥控系统和m-800型电子调速器（下一章讲述）共使用了三个微型机（不包括车钟、主机转数表中使用的微处理器），提供了三个键盘显示面板，各有几百个参数，对于一般水平的用户，难以掌握技术资料中各参数英文简单说明的用途和含义。轮机员可以在接船时，在遥控系统工作正常的时候，对照技术资料查阅并记住各参数的实际设定数值，以便在日后出现故障时进行比较。三. 微型机控制系统故障判断的基本思路前面，本章第一节，图4-3-1 微型机控制系统信号传递和处理示意图绘出了在以微型机为核心组成的船舶自动化系统中，信号的传递和处理过程。我们在理解此类系统的工作原理和进行故障诊断时，都可以基于此图进行思考。m800型主机遥控系统的驾驶台控制功能是通过微型机气动结合的方式实现的，传统的继电器-接触器控制系统和使用小规模集成电路实现的控制系统，其控制系统的功能全部靠硬件来实现。而基于微型机技术的控制系统，其功能则是由硬件（外部电路和微型机硬件电路）和软件（控制程序）一起实现的。因此，微型机控制系统的工作原理和故障排除技巧是与传统的继电器-接触器控制系统不同的。对微型机控制系统进行维修，只靠控制系统的硬件电气原理图或硬件逻辑电路图对系统进行分析，是无法解决问题的。图中的电路也无法象继电器-接触器控制系统电路图一样，读出从电源的一端，通过继电器辅触点和继电器线圈到电源另一端的通路。作为传统继电器-接触器控制系统的替代者，微型机控制系统的控制功能主要是在微型机的硬件和软件中实现的。模块化的结构，微型机控制系统的输入/输出接口电路直接与传感器或执行机构相连，大大地简化了系统的电气物理结构，减少了发生故障的可能性，也使得系统的故障判断和处理比承担同样控制功能的继电器-接触器系统容易的多。像所有的计算机工业控制系统一样，在主机遥控系统的电气原理图中，微型机部件是按照计算机原理工作的“black box”（俗称“黑盒子”）。一般水平的系统的使用者是无法，也没有必要了解微型机硬件大规模集成电路的详细细节和软件程序的源程序细节。对于微型机部件，一般水平的维修人员，只要了解这个“black box”的功能，知道其输入/输出信号之间的逻辑关系，知道它的功能是由其中的硬件和软件一起决定的，知道如何从模块角度判断它是否损坏，是否需要更换就可以了。一个完善的微型机控制系统的用户技术文档会包含对该控制系统的软件（微型机用户程序）功能的描述（描述系统功能、微型机输入输出信号之间的逻辑和时序关系的文字或逻辑时序图，描述了系统的输入/输出信号进入微型机之后是如何进行处理的，是我们判断微型机模块输入信号和输出信号之间的关系是否正确的依据）和对该控制系统硬件的描述（外部设备和微型机部件连接的电气原理图，即微型机的输入输出信号连接图，和电气接线图，供对外部信号进行具体测量时，判断输入/输出信号状态时使用。）。这是我们掌握系统工作原理和进行故障排除的基础。自动控制系统的功能是自动地根据生产过程的状态和控制指令对执行机构发出控制信号，对被控制对象进行控制。在微型机控制系统中，各种物理量（生产过程的状态和执行机构的动作等）都是以电气信号的形式输入/输出到计算机，由计算机中预先输入的用户程序进行处理。当我们发现系统的功能不符合该系统的规定时，则往往是系统出现了故障。在故障查找时，一般先看看电源是否正常。如果电源正常，再看看故障的影响范围，是整个系统（包括微型机设备的显示信息和被控制的设备）都瘫痪，还是局部的故障（此时，只有微型机控制的部分功能失去作用）。如果是局部故障，则要使用技术资料图纸，找到该项出问题的功能所涉及的外部逻辑条件，及其所对应的具体i/o通道和具体设备，进一步检查测量。正在营运中船舶的自动化系统如果发生故障，一般故障部位比较单一，容易找到。而陈旧的故障或经过多位维修人员处理仍未修复的故障，则往往增添一些人为的故障，增加了故障判断的难度。下面介绍一些故障判断和修理的常用方法和技巧。四电控系统故障诊断的常用方法和技巧1. 在进行故障判断前首先要熟悉系统的结构、工作原理、功能和操纵方法。熟悉操纵手柄的用途, 显示灯的含义, 熟悉各种操纵方式之间的转换方法和相互关系, 系统运行的条件和结果，仔细地阅读说明书，这是进行故障排除的基础。当然，有实践经验的维修人员，也可以通过烧焦的元件或气味，或先检查易损部件，迅速找到故障部件。2. 发生故障后，首先利用显示灯、led的信息,检查系统的工况是否符合正常运行要求当遥控系统的某项功能不能实现时, 并不一定系统确实有故障。首先可能是操纵者对系统不熟悉, 系统工况不符合正常运行要求，而引起的假故障。要观察控制台指示灯的显示，是否有影响该项功能的红色指示灯。一个设计完善的系统，对于系统工作时或故障诊断时用户需要知道的重要状态信息都会在mimic板安排指示灯显示来提供帮助，因此用户要阅读说明书，清楚的理解各发光二极管（led）的含义。3. 不同操纵位置交叉对比测试法当发生起动、换向、转速控制等故障时，可以在机旁、机控室、驾驶台不同位置分别进行操纵，进行交叉对比，定位故障区域。熟悉三个操纵部位所提供的功能和所使用设备的差别，掌握哪些部件是三个操纵部位都使用的共有部件，哪些部件是某一操纵部位单独涉及的部件，通过选用不同的操纵位置，进行对比测试，定位故障区域，区分故障是属于气动部分, 还是属于电气部分，是进行故障诊断的首选方法之一。当使用机旁操纵检查执行机构，此时微机与主机之间的联系被切断，人机对话变的简单了，便于发现故障的所在。4. 故障信号流程图追踪法故障信号流程图追踪法是判断故障部位的最常用方法。该方法亦称为故障树分析法。在这种方法中, 首先判断出故障的性质，是起动故障，还是换向故障，还是转速控制出现问题；其后通过追踪检查与故障有关的各种信号通路及状态, 一步步判断，排除没有发生故障的部件，逐步逼近，确定出发生故障的部位。图4-3-10列出了查找主机起动故障的流程图。 5. 模拟试验法为了检查一个控制系统的功能, 进行调试和故障诊断，必须对系统在各种运行状况下的控制动作进行测试。但是，实际的被控制对象的各种工况，例如主机的转速、锅炉的水位、冷却水的温度等一些大型设备的参数，牵扯很多因素，很难根据测试的需要，随时、任意、方便的设置。同时，主机遥控系统的的检查通常是在系统停车、在港停泊或在船厂主机大修的同时进行, 这时无法提供遥控系统在判断时需要的不同状态值。为了解决上述问题, 就需要进行模拟试验。 所谓模拟试验就是采取以假代真的模拟手段, 为系统测试提供可以随意设置的各种运行状态模拟信号, 使控制系统或系统中的某一部分根据这些模拟信号发出控制信号, 进行显示, 从而判断控制装置的功能, 进行调试和故障诊断。在进行模拟试验前要做好各种准备工作。而在模拟试验进行完毕后，必须将进行模拟试验的临时设置全部复位，否则系统不能正常工作。掌握模拟试验方法对轮机管理人员来说是十分重要的。尽管有各种各样的模拟试验装置和多种试验方式，但基本的试验方式是在主机停车时利用车令发讯器和模拟转速旋钮配合操作，使遥控系统完成一系列动作。因为遥控系统对主机的实际转速和模拟转速是没有辨别能力的，把模拟转速同实际转速同等对待。正是利用这一点，使遥控系统达到检查各种功能和判断故障的目的，按设计要求完成各种动作。在用车令发讯器和模拟转速的试验中，除了主机因起动空气截止阀关闭而不动以外，遥控系统的各种部件都可以动作。因此，在进行模拟试验前要做好各种准备工作，例如提供正常的控制空气压力等。而在模拟试验进行完毕后，必须将模拟试验使用的开关全部复位，否则系统不能正常工作。实际上，当控制设备或部件离开它的工作现场进行测试，设备工作需要的输入信号也往往是使用了模拟信号。主机遥控系统故障诊断时，当怀疑某一输入逻辑条件（例如控制空气压力过低）是导致系统故障的原因，则可以一用短接线，方便的人工改变该开关量信号的输入触点（压力继电器触点）的状态，进行判断。主机遥控系统对于测试时需要的主要信号通常提供了相应的模拟测试装置或部件，系统功能模拟试验使得轮机人员可以在不开动主机时, 就能对主机遥控系统的功能进行检查、调试以及故障分析。目前营运船舶的气动、电动及电-气结合等各类主机遥控系统都设有模拟试验装置, 其试验目的、步骤基本上是类似的。但也因各类设备结构上的差异存在一些不同之处。对于不同的主机遥控系统产品所提供的模拟试验方法及功能，请根据技术资料的说明使用。6模块功能测试法 各种复杂的系统通常可以看作由一些分系统、环节或部件组成。这些具有一定功能的分系统、环节或部件可以称作模块。模块的划分并不是死板的，一个模块可以是一个元件，也可以包含许多部件，只要输入和输出信号之间存在一定的对应关系,具有一定的功能，便于对其进行测试。对一个模块尽管可能不知道它的具体内部结构（俗称“黑盒子”），但只要对其功能和输入输出信号的关系进行测试，就可以判断该部分是否正常。 例如一个微型机控制系统可以分为微型机设备和外部设备两大部分；而微型机设备可以分为cpu 模块、输入/输出模块等，但它本身也可以看作一个模块。不同模块在系统中的地位、作用不同, 有的是系统实现各种功能的共用部分, 如果cpu模块损坏了,则系统的全部功能丧失。 而另一些模块只承担局部的工作, 如果损坏了, 将只影响局部的功能。 因此, 当系统出现故障时, 可以根据系统的模块结构, 将故障原因判断至模块一级,然后对这一模块设计测试方案，进行测试, 即对该模块提供输入信号, 观察其输出信号是否符合模块设计的规定。如果不符合，则基本证明该模块有故障。cpu模块的故障往往表现为整个系统失去反应，而i/o模块的故障往往只影响该模块i/o信号相关的功能，某一外部设备的故障只影响这一信号的相关功能。新造船舶主机的遥控系统，大多以微机遥控为主，气动遥控作为辅助或备用。气动遥控系统比较直观，一般根据说明书中提供的逻辑图，能够较快地掌握系统的主要功能，而在微机遥控系统中，主机操纵的主要功能都“压缩”到微机里去了，因而一但发生故障，虽然不能比较直观地查找与分析，但如果能够把微机作为操纵系统中一个功能块来对待，问题就会简单多了。对于微型机控制系统通常首先可以区分出故障是发生在微型机，还是外部设备。合理的系统结构设计、严格的工艺技术要求以及为使用者提供能迅速进行故障诊断的方法和简单方便的维修手段都可以提高系统的可靠性。主机遥控系统的结构层次清晰，不仅可以在发生故障时, 迅速地更换为另一种操纵方式, 还十分方便于使用模块功能测试法来鉴别故障的位置。模块功能测试法通过对