《轮机自动化》数字化教材项目三任务三

1、项目三 船舶主机遥控系统【项目描述】船舶主机遥控系统（Main engine remote control system）是操纵船舶主机的设备，通过主机遥控系统能对主机进行起动、停车、换向等逻辑控制和对主机的转速进行闭环控制。同时还应该对主机的转速和负荷进行必要的限制，并具有必要的安全保护功能。主机遥控系统不仅能改善轮机人员的工作条件，改善船舶的操纵性能，而且还能提高船舶航行的安全性，以及主机工作的可靠性和经济性，是轮机自动化的重要组成部分，也是现代化船舶实现无人机舱必不可少的条件之一。对主机遥控系统的操作、维护、管理是轮管人员必须掌握的基本技能。通过本项目的学习，读者应达到以下要求：一、知识

2、要求1、 主机遥控系统的组成、主要功能及类型；2、 气动操纵系统中的主要元部件；3、 车钟系统及操纵部位转换的条件和方法；4、主机逻辑控制（换向、起动、停油、制动等）的条件；5、主机转速与负荷的控制和限制功能；6、MAN B&W MC主机气动操纵系统图。二、能力要求1、能正确地理解系统的主要功能；2、能理解主机起动、换向、制动的实现方法；3、能区分转速限制、转速控制和燃油限制三者的不同之处；4、能掌握主机气动操纵系统的作用和管理要点，并能分析系统的典型故障。三、素质要求1、养成善于动脑、勤于思考、及时发现问题的学习习惯；2、提高理论联系实际的能力，培养善于分析和解决主机遥控系统实际问题的能力；

3、3、培养理性思维能力和科学求实的精神；4、培养学习新技术的能力，增强创新意识。【项目实施】任务三 车钟系统及操纵部位的转换一、学习目标1、了解主机遥控系统的车钟系统的组成及发讯原理。2、掌握主机遥控系统操纵部位的转换。二、学习任务掌握车钟原理和操作部位的转换方法。三、背景知识车钟系统从传统意义上讲只是用来在各操作部位之间发送和接收主机操作指令及传递操作信息的装置，一般都由驾驶台车钟、集控室车钟和机旁应急车钟组成。根据所传递指令的不同性质，车钟还可分为主车钟和副车钟两种。利用车钟系统进行主机操纵部位的转换是主机遥控系统的基本功能之一。一、车钟系统概述1主车钟主车钟用于传送停车、换向和转速设定等主

4、机操纵命令，一般设有停车(STOP)、前进微速(Ahead Dead Slow)、前进慢速(Ahead Slow)、前进半速(Ahead Half)、前进全速(Ahead Ful1)、海上全速(Navigation)、后退微速(Astem Dead Slow)、后退慢速(Astem Slow)、后退半速(Astem Half)、后退全速(Asterm Full)和应急后退(Crash Astem)等挡位。驾驶台车钟和集控室车钟一般采用手柄操作，而机旁应急车钟除了早期船舶采用手柄操作外，目前大多数船舶均采用按键操作。手柄式车钟的挡位定义如图3-3-1所示。手柄式车钟一般设有两根指针，一根指示本地

5、手柄的位置，另一根跟踪其它操作部位的手柄位置，也称为复示指针。按键式车钟则用指示灯代替指针。手柄式车钟的指针跟踪一般采用自整角机或由电路控制的伺服马达实现。图3-3-1 车钟挡位示意图当驾驶台发出车令后，集控室和机旁的复示指针或指示灯将跟踪驾驶台车令，轮机员应在主机的当前操作部位进行回令，即将车钟手柄推到相应的位置，或按下按键式车钟相应的挡位按钮。回令之前，三地车钟均有声响提示，回令结束后，声响提示消失。对于在驾驶台安装有自动遥控系统的船舶，车钟系统往往还兼有主机的控制功能，除了传送车令信息外还能够向主机遥控系统发送主机的各种操作命令。目前大型自动化船舶所使用的车钟通常都是集传令车钟与遥控手柄

6、于一体的指针跟踪式或指示灯跟踪式车钟，车钟系统已成为主机遥控系统的重要组成部分。主车钟向遥控系统发送主机操作命令的发讯装置通常有气动和电动两种类型。气动发讯装置采用手柄的机械动作控制二位三通阀，利用二位三通阀的气压输出实现正车、倒车和停车信号的发讯，并用手柄带动的凸轮控制精密调压阀的气压输出，由输出压力大小给出与手柄位置相对应的转速设定值，从而实现转速指令的发讯。电动发讯装置通常采用微动开关和相应的逻辑处理电路发出正车、倒车和停车信号，采用精密电位器与信号处理电路发出010V的电压、420mA的电流或05k的电阻等信号来实现转速设定值的发讯。在不同的操纵部位操纵主机时，主车钟的工作模式也不同。

7、以定距桨船舶的低速主机为例，在驾驶台操纵时，驾驶台车钟直接对主机进行遥控操作，集控室车钟和机旁应急车钟只对驾驶台车令进行复示；在集控室或机旁操纵时，驾驶台车钟只用于传令操作，轮机员回复车令后，在集控室或机旁对主机进行手动操纵。应当指出的是，集控室车钟手柄通常还兼有主机的换向控制功能，而主机的起动、停车和转速控制则由主机操纵手柄进行控制。2副车钟副车钟用于传送与主机操纵有关的其它联络信息，如备车(stand by)、完车(Finished With engine)和海上定速(At sea)等。假设当前操纵部位为集控室，则当需要进入备车状态时，首先由驾驶台按下“备车”按钮，发出主机备车指令，车铃声

8、响，“备车”指示灯闪光。值班轮机员在集控室按“备车”按钮予以应答，车铃声响停止，“备车”指示灯变为平光，进入备车状态。冲车和试车完毕后，可将主机的操作部位转到“驾驶台”位置。当船舶结束机动航行进入海上定速航行时，在驾驶台按“定速”按钮，车钟声响，“定速”指示灯闪光，发出海上定速航行指令。在集控室按“定速”按钮，车铃声响停止，“定速”指示灯切换为平光，进入定速航行状态，同时自动取消备车信号。当船舶停泊后不再需要操纵主机时，驾驶台按下“完车”按钮，集控室按“完车”按钮应答后，进入完车状态，“完车”指示灯平光指示。在副车钟操作过程中，备车、完车、定速这三个状态之间是互锁的。在机旁、集控室和驾驶台上均

9、设有应急停车按钮，当出现异常情况需要应急停车时，在任一位置按下“应急停车”按钮，都将通过主机安全保护系统可靠切断主机的燃油供给，强迫主机停车。应急停车后，需在故障排除后，将车钟扳回到停车位置或按复位按钮进行复位后，主机才能再次起动运行。二、主车钟发讯原理1气动遥控车钟图3-3-2所示为一种气动遥控车钟的结构原理及逻辑符号，它主要由外壳、精密调压阀和二位三通换向阀组成，具有发送转向控制信号和主机转速设定值的功能，用于控制定距桨船舶的可逆转低速柴油主机，也可用于控制通过减速齿轮箱带动定距桨的中速柴油主机。 在图3-3-2中，车钟外壳的上部由一个带刻度盘的保护罩组成，保护罩下面是调压阀和二位三通阀的

10、机械控制部分。通过一个可调的摩擦锁紧装置，操纵手柄可以锁定在任意位置，在0位、I位和位还分别带有定位槽。当手柄位置移动时，手柄将带动对称凸轮7驱动顶杆1。若顶杆1下移，则会使排气口4关闭，进气口2打开，压缩空气从P口流向A口，并在A口处建立起一定的压力，这个压力使得调节活塞3克服调节弹簧5的弹力而向下移动，一旦作用在调节活塞3上的力(气压活塞面积)和与其相对应的弹簧5的弹力相平衡，则进气口和排气口将关闭。如果这个力的平衡状态通过顶杆l的位移变化或A管路的压力下降而打破，则进气口和排气口相应地打开和关闭，直到一个新的平衡状态重新建立起来为止。手柄偏离停车位置的位移越大，顶杆1被压下的位移越大，使

11、得精密调压阀的输出压力(即转速设定值)与手柄位置成一一对应关系。图3-3-2 气动遥控车钟结构原理及逻辑符号图1、7-顶杆；2-进气口；3-活塞；4-排气口；5、11-弹簧；6、12-凸轮；8-阀座；9-阀芯；10-螺钉手柄移动时，还通过对称凸轮15带动两个二位三通换向阀发送转向(前进/后退)命令。当手柄处于0位时，阀芯12在弹簧14的作用下压紧阀座11，压力口P1截止，接口A与排气口R1相通，输出压力为零；当手柄处在位置I或之间时，凸轮15带动顶杆9移动，切断A与R1之间的通路，并使阀芯12从阀座11离开，从而使P1和A接通，输出正车或倒车换向信号。一旦手柄回到0位，弹簧14使阀芯12重新回

12、到阀座11，A口重新与R1口相通，而P1口截止。2电动遥控车钟电动遥控车钟种类繁多，按照不同的分类方法可分为模拟量车钟和数字量车钟，或分为有级调速车钟和无级调速车钟。图3-3-3所示为一种电位器式无级调速转速指令发送器，其中图(a)为结构原理图，图(b)为输出特性曲线图。它可用于定距桨船舶的换向逻辑信号、主机转速设定值和变距桨船舶的螺距设定信号等车令的发讯。指令发送器由透明的外壳1和带照明装置的刻度盘组成，操作手柄2在停车位置由定位槽4定位，并可通过摩擦锁紧装置3在任意位置锁紧，手柄位置由刻度盘指针5指示。电位器7、微型开关8、放大器电路9和接线端子10等电气元件安装在垂直设置的电路板6上。指

13、令发送器的上部采用防水密封设计，金属保护罩7用于保护装入控制台后处在控制台台面以下的部分。操作手柄2移动时，其角度位移将通过一个无间隙传动的齿轮机构传递到电位器7，而这个位移角度正好与可变螺距螺旋桨的螺距或及发动机转速的给定值相对应。电位器的输出可以是05k的电阻值，也可以是经放大器12转换后的420mA电流信号或010电压信号，其输出特性分别如图(b)中E、C和D曲线所示。这些模拟量信号可根据遥控系统的需要用作螺距设定值或主机转速设定值。另外，凸轮也和手柄一起移动，它控制微动开关9给出“前进”、“后退”和“停止”等逻辑信号，各开关的通断如图(b)下部所示。图3-3-3 指令发送器结构原理和输

14、出特性曲线1-外壳； 2-操作手柄；3-缩紧装置；4-定位槽；5-刻度盘指针；6-电路板；7-电位器；8-微型开关；9-放大器；10、11-接线端子三、车钟系统的组成及操纵部位的转换在主机遥控系统中，可以在驾驶台操纵主机，也可以在集控室操纵主机，而且在自动遥控失灵的情况下，还可在机旁应急操纵主机。在上述三个操纵部位中，机旁操纵的优先级最高，其次是集控室，驾驶台操纵的优先级最低。为了确保安全，避免因操纵部位转换而产生扰动，在正常情况下，驾驶台和集控室之间的操纵部位转换要满足如下两个条件：(1)集控室遥控车钟发出的正、倒车或停车车令必须与驾驶台遥控车钟发出的正、倒车或停车车令一致，否则操纵部位切换

15、阀将被连锁机构锁定而无法切换，这一条件是驾驶台和集控室之间的操纵部位转换必须满足的条件。(2)集控室遥控车钟发出的转速设定值必须与驾驶台遥控车钟发出的相等，否则切换中因车令设定转速改变而使主机转速变化，产生切换扰动，但这一条件不是必备的条件。以下以Autochief-型主机遥控系统的车钟系统为例说明一个实际车钟系统的结构组成及其工作原理，其系统总体结构如图3-3-4所示。该系统采用微机控制，由驾驶台车钟、集控室车钟和机旁应急车钟组成，相互间通过串行通信进行信息联络。驾驶台和集控室的主车钟采用手柄操作，机旁主车钟为按键操作，三地副车钟均为按键操作。驾驶台车钟还能将车令信息发送给主机遥控系统(Re

16、mote control System)的驾驶台控制单元，以便在驾驶台操作时，通过遥控系统直接控制主机。此外，车钟系统还连接一台车令打印机，对车令信息进行打印记录。 图3-3-4 车钟系统结构框图一般来说，驾驶员都是在驾驶台内直接通过驾驶台车钟对主机进行操作，但对于大型船舶而言，通常还需要在驾驶台的左右舷设置侧翼(Port Wing和STB Wing)操作手柄，其目的是便于船舶离靠码头时的机动操作。侧翼操作的实现大体有两种方案，一种是在左右舷各设置一个与驾驶台内完全一样的车钟手柄，它们可以完全独立地发送各种车令信号，具有完全独立操纵主机的功能；另一种就是像图3-3-4所示的那样，在侧翼操作台设

17、置“Joysuck”手柄(香蕉柄)。“Joystick”手柄必须通过驾驶台的车钟系统间接完成车令发送任务，它通过控制的三个微动开关的动作给出三个开关量车令信号，向前推给出“正车加速(Increase Ahead)”车令信号，向后拉给出“倒车加速Increase Astem”车令信号，松手回中给出维持当前转速车令信号，向左扳给出“停车Stop”车令信号。这三种车令信号通过伺服电机和齿轮机构驱动驾驶台车钟手柄机构向正倒车方向转动，车钟手柄机构再带动其下设的精密转速设定电位器实现转速调节，压动正、倒车微动开关给出正、倒车车令信号。而驾驶台转速设定电位器的实际转速设定信号被反馈到左右舷车钟手柄操纵台上

18、的转速设定复示表(sedpoint Repeator)，供操作者参照操作。应该指出的是左右舷车钟手柄主要是用于离靠港时控制主机在“微速”以下的机动运行，采用“Joystick”车钟手柄是可以有效地满足此种用车操纵要求的。图3-3-5 驾驶台车令信号及调整示意图驾驶台车令转速信号的具体转换、传送过程和车令转速信号的调整方法，如图3-3-5所示。从图中可以看出，转速车令发讯器是一个5.0k的电位器(最大倒车值0.5k、停车值2.5k、最大正车值4.5k)，也就是车钟手柄的每一个位置都将对应一个准确的电阻值，这个电阻值信号经适配器CH.17通道输入到驾驶台控制单元里的微处理器，将其对应地转换成400

19、3900范围的数值，该数值代表车钟手柄位置对应的主机转速设定值。然后，该数值通过串行通信接口送到集控室控制单元，集控室控制单元在接收到这个数值后，利用在它内部所设的数/模转换器转换成420mA之间的一个电流值，送到集控室DGS 8800e数字调速器系统，数字调速器系统输出1010信号到数字伺服放大器，控制执行电机调节给油量，从而实现了在驾驶台对主机转速的控制。在驾驶台遥控时，主车钟除了控制主机转速之外，还要能控制主机的转向，即能进行主机的换向、起动或停车操作，这些逻辑命令是通过设置在车钟内部的正车和倒车微动开关来实现的。车令手柄除了带动车令电位器，还带动正车微动开关和倒车微动开关。这两个开关量信号分别经驾驶台控制单元和串行通信接口送到集控室控制单元，由集控室控制单元对主机进行相应的逻辑控制。例如，在驾驶台操作状态下，当手柄处在停车位置时，正车微动开关和倒车微动开关均断开，集控室控制单元将这一输入状态转换成主机停车。当把主机的操作部位“驾控/集控”转换装置转到集控室遥控操作后，这时驾驶台主车钟的遥控功能将被取消，但