HQ-5GD PID自動舵故障分析與處理

嚴(yán) 華，楊文中

HQ-5GD PID自動舵故障分析與處理

嚴(yán) 華，楊文中

（集美大學(xué)輪機工程學(xué)院，福建廈門 361021）

本文對HQ-5GDPID自動舵基本組成進行一個簡單的概述，并對此型號舵及其執(zhí)行機構(gòu)出現(xiàn)的幾個故障提出了診斷和處理方法。目的在于通過有益探討不斷豐富對自動舵系統(tǒng)的管理經(jīng)驗，減少故障率，保障船舶安全航行。

自動舵 故障 船舶

0 引言

船舶舵系統(tǒng)的主要功能是自動控制船舶航向、操縱船舶。它能使船舶航行過程中克服船舶自身條件的改變及氣象和海況各種干擾因素的影響，使船舶穩(wěn)定在預(yù)定的航向上航行，同時它也是保障船舶航行安全性和經(jīng)濟性的關(guān)鍵。自動舵發(fā)展到今天經(jīng)歷了機械式自動舵、PID自動舵、自適應(yīng)舵和現(xiàn)在的智能舵這么幾個階段。雖然自動舵已經(jīng)進入了人工智能的現(xiàn)代化時代，但PID舵還未真正退出市場，很多船公司的船舶的操舵系統(tǒng)還是采用這樣的控制方式，PID舵電氣控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，一旦出現(xiàn)故障往往使電氣人員感到不知所措。本文就實驗室中的國產(chǎn)HQ-5GD型PID自動舵電氣控制系統(tǒng)及執(zhí)行機構(gòu)出現(xiàn)的故障可能的原因進行分析及進行相應(yīng)故障排除。

1 HQ-5GD PID自動舵系統(tǒng)基本組成

HQ-5GD PID自動舵系統(tǒng)由三個主要部分組成，一是控制系統(tǒng)，它主要由兩個電源控制箱，控制不同的泵站。且控制箱上有轉(zhuǎn)換開關(guān)控制不同的控制地點（駕駛臺控制或舵機房控制）。二是駕駛臺的主操縱站。在現(xiàn)代化船舶上的主操縱站都設(shè)有自動操縱系統(tǒng)隨動操縱系統(tǒng)和應(yīng)急操縱系統(tǒng)三種操縱方式。三是執(zhí)行機構(gòu)。它又可以叫做驅(qū)動裝置或伺服裝置，主要是用于驅(qū)動舵葉轉(zhuǎn)動。本系統(tǒng)的伺服裝置是電磁閥型的。HQ-5GD型PID自動舵系統(tǒng)基本組成如圖1所示。

2 HQ-5GD PID操舵系統(tǒng)故障

在使用HQ-5GD PID自動操舵系統(tǒng)遇到以下幾個故障:

1）跑舵

①故障現(xiàn)象：HQ-5GD PID舵在使用過程中出現(xiàn)這樣一個故障，操舵儀選擇模式為隨動操作?？刂葡溥x擇1號泵工作系統(tǒng)工作正常，選擇2號泵工作時泵缸工作不受操舵手輪控制，一直到超滿舵出現(xiàn)報警信號限位開關(guān)起作用系統(tǒng)才停止工作。

②故障分析：這故障一出現(xiàn)首先可以排除舵角反饋控制系統(tǒng)部分出的故障，如果這部分系統(tǒng)出現(xiàn)問題，那么舵機控制系統(tǒng)在控制箱選擇1號泵工作時系統(tǒng)工作不可能正常。其次考慮到2號泵電磁閥在舵葉偏轉(zhuǎn)到相應(yīng)的舵角時無法失電導(dǎo)致泵缸不受控。電磁閥直接受控于可控硅，可控硅無法關(guān)斷造成泵缸持續(xù)工作。經(jīng)對控制2號電磁閥可控硅控制電路及可控硅的檢測發(fā)現(xiàn)元器件本身及其控制電路均完好。接著將自動操舵系統(tǒng)控制模式轉(zhuǎn)換到應(yīng)急操縱狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)泵缸仍不受控，由此斷定是電磁閥出現(xiàn)故障，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)電磁閥的閥芯卡阻，由此造成電磁閥失電仍未斷油，所以泵缸繼續(xù)工作?？偨Y(jié)：自動舵操舵系統(tǒng)一旦出了此類故障首先應(yīng)從應(yīng)急系統(tǒng)查起，再查隨動操縱系統(tǒng)，這樣可以節(jié)省查找的時間，到達(dá)快速處理故障的目的。

2）在隨動操作模式下兩套泵系統(tǒng)一套可以正?？刂?，另一套不能控制。

①故障現(xiàn)象：HQ-5GD PID操舵儀上有三個選擇控制模式，即Ⅰ、Ⅱ號通道單獨控制，Ⅰ+Ⅱ號通道聯(lián)合控制。在隨動狀態(tài)下選擇Ⅱ號通道單獨控制，舵系統(tǒng)工作正常。選擇Ⅰ號通道單獨工作舵系統(tǒng)無法工作（1、2號泵電機均可以正常起、停），但1號電磁閥無法得電。

②故障分析：這故障一出現(xiàn)首先考慮到的可能是兩個原因一是外部元器件故障；二是Ⅰ號通道的可控硅觸發(fā)控制電路出現(xiàn)問題。出現(xiàn)故障我們本著先易后難排出故障的方法，首先對外部元器件進行故障的排查。外部元器件主要有兩個即電磁閥和可控硅。首先將起動箱上的控制地點選擇在駕駛臺，在主操縱臺上選擇Ⅰ號通道，控制模式選擇簡易操舵模式進行操舵，舵可以正常偏轉(zhuǎn)，故可排出電磁閥故障。經(jīng)對可控硅器件進行單獨測量未發(fā)現(xiàn)其損壞。出現(xiàn)這一故障極有可能的原因是可控硅觸發(fā)電路出現(xiàn)故障。HQ-5GD可控硅觸發(fā)控制電路及電磁閥控制電路如圖2、3所示。

圖1 PID自動舵系統(tǒng)基本組成

圖3 電磁閥控制電路

運算放大器3N輸出信號控制斯密特觸發(fā)電路由VE4a、VE5a，VE7a、VE8a組成，使連續(xù)變化的信號變成脈沖信號輸出。為了鑒別放大器3N輸出的極性故采用兩組完全相同的觸發(fā)器。此電路后面加了射極跟隨器VE6a、VE9a是為了滿足可控硅控制功率的要求。317、319輸出電壓信號是供給可控硅觸發(fā)極的。首先我們對可控硅進行測量，無論左舵或右舵Ⅰ號通道的可控硅陰、陽極之間電壓均為直流30 V，很顯然是Ⅰ號通道的可控硅沒有導(dǎo)通。用示波器測試可控硅控制極與陰極之間的觸發(fā)波形，Ⅱ號通道單獨工作時觸發(fā)波形如圖4所示。而Ⅰ號通道號通道單獨工作時則無觸發(fā)波形產(chǎn)生，由此推測觸發(fā)控制電路可能有故障。

圖4 可控硅觸發(fā)信號波形圖

圖5 觸發(fā)電路的插件槽

用采用替代法來處理故障。Ⅰ號通道和Ⅱ號通道插件控制板的參數(shù)是完全相同的故可將Ⅰ號和Ⅱ號控制板互為更換，更換完后1號泵電磁閥仍無法得電，而更換后Ⅱ號通道單獨控制，舵系統(tǒng)工作仍正常。說明可控硅的觸發(fā)控制電路板無故障，故障應(yīng)該出現(xiàn)在觸發(fā)信號輸出鏈接電路的某個環(huán)節(jié)上，經(jīng)仔細(xì)觀察和測量發(fā)現(xiàn)觸發(fā)電路的插件槽有開裂情況如圖5所示，這才是產(chǎn)生故障的真正原因?？偨Y(jié)：一個故障產(chǎn)生一定要對可能產(chǎn)生故障環(huán)節(jié)全面細(xì)致的分析，這樣才不會出現(xiàn)遺漏的環(huán)節(jié)，導(dǎo)致故障無法排除。

3）零位偏移

①故障現(xiàn)象：隨動操舵模式，舵輪在零位，舵葉偏離零位。

②故障分析：出現(xiàn)這一故障最有可能的原因有兩個，一是相敏電路出現(xiàn)故障，元件參數(shù)發(fā)生變化，使輸出電壓不平衡；二是反饋裝置故障或自整角發(fā)送器故障使零位不準(zhǔn)確；首先將舵輪置于零位，對相敏整流電路輸出端測量電壓信號。經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)此時只有十幾毫伏電壓輸出，很顯然這么低的電壓輸出它不足以使舵葉發(fā)生偏離，是可以忽略不計的。問題可能就出在反饋裝置故障或自整角發(fā)送器故障使零位不準(zhǔn)確上面了。我們對自整角反饋裝置進行調(diào)零。先將舵葉通過手輪置于零位。斷電，將電磁閥接線脫開（防止電磁閥通電造成泵缸運動）和將反饋自整角機固定螺絲松開，再將操舵手輪轉(zhuǎn)到零位。通電，轉(zhuǎn)動自整角機勵磁繞組找到電氣零點，斷電再將反饋自整角機固定，電磁閥重新接上線，通電。此時故障排除。由此可見造成這一故障的原因是反饋裝置的機械嚙合點發(fā)生偏移，通過重新的零點整定即可排除故障。

3 結(jié)束語

本文針對HQ-5GDPID自動舵系統(tǒng)產(chǎn)生故障的原因進行相應(yīng)的剖析，列舉了幾個故障的處理方法，希望能對船舶的管理人員和維修人員提供一些借鑒。當(dāng)然故障出現(xiàn)方式總是千變?nèi)f化的，作為船舶電氣設(shè)備的管理人員在處理故障時應(yīng)保持清醒的頭腦，透過現(xiàn)象看本質(zhì)，迅速縮小查找故障的范圍，這樣才能保障船舶的安全航行。

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Fault Analysis and Treatment of HQ-5GD PID Autopilot

Yan Hua, Yang Wenzhong

(Marine Engineeing Institure, Jimei University, Xiamen 361021, Fujian, China)

U672

A

1003-4862（2019）11-0052-04

2019-04-22

嚴(yán)華（1963-），男，高級實驗師。研究方向: 實驗教學(xué)及船舶電氣自動化研究。E-mail：854819566@qq.com