NAVIPILOT-4000自動操舵儀故障分析及其解決方案

謝涌 儲凌劍 李磊 中國衛(wèi)星海上測控部

隨著航運(yùn)事業(yè)的快速發(fā)展以及日趨成熟的數(shù)控技術(shù)在船舶上的應(yīng)用，自動操舵儀在各種船舶上普遍運(yùn)用，由于它能自動駕駛船舶按給定航向航行而且具備航向精度高,能節(jié)約能源，把人從繁重人工操舵中解放出來。然而越是高度集成化的電路，其可靠性越容易受到海上復(fù)雜氣候環(huán)境的挑戰(zhàn)。針對進(jìn)口NAVIPILOT-4000型操舵儀設(shè)備性能和故障現(xiàn)象進(jìn)行了分析，總結(jié)了一套安全可行的設(shè)備操作經(jīng)驗(yàn)，對設(shè)備實(shí)例故障給出了有效的技術(shù)解決方法。

1.NAVIPILOT-4000型操舵儀的主要性能

NAVIPILOT-4000型操舵儀由美國斯伯利公司研制，是目前國際先進(jìn)的操舵儀，它的性能優(yōu)越，操作簡便，是現(xiàn)在大型船舶廣泛使用的一種操舵儀。在主操作臺上可以進(jìn)行隨動、自動、電動（應(yīng)急）等方式的操作。NAVIPILOT-4000型自動舵系統(tǒng)如圖1所示。NAVIPILOT-4000的功能標(biāo)準(zhǔn)包括：

圖1 NAVIPILOT-4000型自動舵系統(tǒng)方框圖

（1）以極少的舵的移動來保持航向；

（2）通過設(shè)置旋轉(zhuǎn)率和旋轉(zhuǎn)半徑來控制航向的改變；

（3）設(shè)置舵的限制（設(shè)置旋轉(zhuǎn)率或旋轉(zhuǎn)半徑）；

（4）兩個額外的非獨(dú)立的模擬輸出，與舵令相稱或與舵角誤差對應(yīng)；

（5）直接RS-422連接到外部首向參考物或航行系統(tǒng)；

（6）通過顯示單元和聲音單元報(bào)警。

2.NAVIPILOT-4000型操舵儀的操作特點(diǎn)

NAVIPILOT-4000型操舵儀是船舶航行保障的重要設(shè)備，在主操縱臺上可以根據(jù)船舶在航區(qū)域的復(fù)雜程度，有針對性的選擇隨動操作、自動操作、電動操作等方式的操作，但具體操舵方式由當(dāng)班駕駛員根據(jù)具體情況決定。顯示面板如圖2。

圖2 NAVIPILOT-4000型自動舵顯示面板

2.1 隨動操舵控制

隨動操舵的控制是NAVIPILOT-4000型操舵儀操作使用中最簡單可靠的操作方法，通過信號發(fā)生源（舵輪）給定電信號，經(jīng)信號放大器，把放大的信號送到接收執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制舵的轉(zhuǎn)動方向，信號反饋主要作用是用來反饋舵的轉(zhuǎn)動情況，將信號反饋給信號發(fā)生源。隨動操作一般在靠離碼頭、進(jìn)出港灣、狹水道、島礁區(qū)、捕撈區(qū)、霧航、避讓、通航密集等水域采用。

2.2 自動操作控制

自動操作控制是在原隨動控制的基礎(chǔ)上，增加了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和航向反饋系統(tǒng)，用計(jì)算機(jī)將舵角反饋回來的情況數(shù)據(jù)和航向反饋系統(tǒng)反饋回來的航向變化情況數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，然后與原定的航向進(jìn)行比較。如果有差異，則計(jì)算機(jī)自動控制系統(tǒng)再次施舵，直至調(diào)整到原航向?yàn)橹?，一般在能見度好、直航線長時間航行的情況下使用。

2.3 電動操作控制

電動操舵控制是直接控制繼電器工作，使舵機(jī)轉(zhuǎn)動的系統(tǒng)，其最大的特點(diǎn)是沒有反饋。電操手柄相當(dāng)于繼電器開關(guān)，操舵時當(dāng)舵角指示器達(dá)到所需的舵角時，要立即將手柄松開回到中間位置，舵機(jī)立即停止工作，保持舵角不變。如果需要回舵，應(yīng)將手柄向右，使繼電器接通，右觸點(diǎn)閉合，舵機(jī)電源經(jīng)右舵觸點(diǎn)啟動舵機(jī)，使舵回轉(zhuǎn)，當(dāng)舵角指示器正舵時，立即松開手柄回到中間位置，一般主操作臺無法操作時使用的應(yīng)急操作。

3.NAVIPILOT-4000型操舵儀操作使用中出現(xiàn)的故障分析

3.1 NAVIPILOT-4000型操舵儀航向控制模塊死機(jī)

NAVIPILOT-4000型操舵儀是當(dāng)前較為先進(jìn)的操舵儀設(shè)備，此設(shè)備集成化程度高，系統(tǒng)組成復(fù)雜。2013年在大洋上采用自動方式航行時，航向控制模塊出現(xiàn)了死機(jī)現(xiàn)象，后經(jīng)與廠商技術(shù)人員電話聯(lián)系和我船業(yè)務(wù)骨干分析排查判斷認(rèn)為是核心數(shù)據(jù)處理器單片機(jī)出現(xiàn)了故障，通過進(jìn)一步的分析檢測排查判斷結(jié)果正確。我們知道自動舵的核心數(shù)據(jù)處理器是單片機(jī)，在正常情況下操作時，其實(shí)就是給單片機(jī)一個指令，來控制自動舵的，同時此設(shè)備相應(yīng)也會根據(jù)事先編寫好的程序給一個反饋，若某一個指令使單片機(jī)程序進(jìn)入了死循環(huán)無法跳出時，就會出現(xiàn)“死機(jī)”現(xiàn)象，正是因?yàn)閱纹瑱C(jī)程序進(jìn)入了死循環(huán)無法跳出，所以出現(xiàn)了模塊死機(jī)。

3.2 NAVIPILOT-4000型操舵儀在自動模式狀態(tài)航向控制有偏差

NAVIPILOT-4000型操舵儀是目前較為先進(jìn)的操舵儀，在自動航行狀態(tài)模式下，它能根據(jù)當(dāng)時航向偏差的實(shí)際情況進(jìn)行自動控制調(diào)節(jié)航向，始終能保持船舶在給定的航向上航行，且具有以極少的舵的轉(zhuǎn)動來控制保持航向這個功能。但是在實(shí)際運(yùn)用中出現(xiàn)給定的航向與實(shí)際航向不一致，當(dāng)前航向偏離給定航向2-3°，偏離的航向不能及時恢復(fù)到給定的航向，自動舵既不調(diào)節(jié)航向偏差也沒有壓舵信號的反應(yīng)的控制，使操舵的航向一直偏離在2-3°的航向上航行，經(jīng)過調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)設(shè)置，舵角限制的大小，天氣調(diào)節(jié)，偏航設(shè)置，沒有解決此問題，通過查找資料分析排查，發(fā)現(xiàn)顯示航跡模式里的橫移量參數(shù)基準(zhǔn)值沒有，而航跡參數(shù)基準(zhǔn)數(shù)值是計(jì)算航向偏差修正的基準(zhǔn)，此數(shù)值的缺失影響了自動舵在自動模式航行自動調(diào)節(jié)航向偏差的原因，導(dǎo)致了航向的偏離。

3.3 NAVIPILOT-4000型操舵儀顯示面板的報(bào)警

NAVIPILOT-4000型操舵儀顯示面板的報(bào)警常見的報(bào)警有偏離船首向報(bào)警、無電羅經(jīng)信號輸入報(bào)警、無計(jì)程儀速度報(bào)警、航向數(shù)據(jù)源丟失報(bào)警、設(shè)置首向誤差限制報(bào)警、設(shè)備出現(xiàn)異常故障報(bào)警等，其中只要出現(xiàn)報(bào)警的一種，就說明設(shè)備出現(xiàn)了故障，要立即進(jìn)行檢查排除，直到報(bào)警消除。當(dāng)該處顯示ALARM時，會出現(xiàn)一個或多個報(bào)警情況。要根據(jù)報(bào)警情況逐個排查，以免影響設(shè)備正常工作。當(dāng)報(bào)警被消除確認(rèn)后就會變成靜態(tài)，如果報(bào)警是由偏航產(chǎn)生的，就會顯示 OFF HDG。如果是無計(jì)程儀速度報(bào)警，就會顯示OFF LOG SPEED。NAVIPILOT 4000的報(bào)警系統(tǒng)為操作人員及時提供錯誤的聲音和視覺提示，方便操作人員及時排查設(shè)備的問題消除故障隱患，保證設(shè)備能正常工作。

4.NAVIPILOT-4000型操舵儀操作使用中故障的處理

NAVIPILOT-4000型操舵儀是目前大型船舶上使用比較普遍的一種操舵儀，由于設(shè)備本身的性能優(yōu)越和使用的可靠性較強(qiáng)，深受船商的喜愛，但在操作使用過程中，也會出現(xiàn)一些設(shè)備的問題，為了大家能更好的了解運(yùn)用解決此設(shè)備出現(xiàn)的問題，我把遇到的問題及解決處理的做法同大家進(jìn)行交流，以供參考。

4.1 NAVIPILOT-4000型操舵儀航向控制模塊死機(jī)的故障處理

NAVIPILOT-4000型操舵儀設(shè)備集成化程度高，系統(tǒng)組成復(fù)雜，2013年在使用過程中出現(xiàn)的模塊死機(jī)的現(xiàn)象，在處理過程中，我們的業(yè)務(wù)骨干分析了航向控制模塊出現(xiàn)死機(jī)的幾種可能，一個是電器元件壽命已到故障，二是電源供電故障，三是線纜連接松動故障，四是某個程序數(shù)據(jù)處理器錯誤故障，經(jīng)分析檢測排查前三項(xiàng)均正常，而后斷定是某個數(shù)據(jù)處理器錯誤故障而導(dǎo)致設(shè)備模塊死機(jī)，控制自動舵的核心數(shù)據(jù)處理器是單片機(jī)，在正常操作時其實(shí)就是給單片機(jī)一個指令，而這個指令使單片機(jī)程序進(jìn)入了死循環(huán)無法跳出，就出現(xiàn)“死機(jī)”現(xiàn)象，要解決此問題這時有兩種方法，一是人為地在給他一個“brake”指令（自動舵的單片機(jī)的程序已經(jīng)是燒錄好的，這里是無法改變的），二是從新運(yùn)算（也就是關(guān)機(jī)重開機(jī)）故障分析判斷與廠商建議相同，通過關(guān)機(jī)重啟設(shè)備工作恢復(fù)正常。

4.2 NAVIPILOT-4000型操舵儀在自動模式狀態(tài)航向控制偏差的處理

NAVIPILOT-4000型操舵儀在自動模式狀態(tài)航向控制偏差的處理，我們知道在使用自動舵航行的時候，航向偏差變化全由自動舵本身來自動調(diào)節(jié)控制的，但在實(shí)際運(yùn)用中出現(xiàn)不能及時壓舵回舵控制航向的問題現(xiàn)象，對出現(xiàn)的問題現(xiàn)象進(jìn)行了分析，也調(diào)整了設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)設(shè)置，對舵機(jī)限制的大小，天氣調(diào)節(jié)，偏航設(shè)置，進(jìn)行了重新設(shè)置，沒有解決此問題，當(dāng)前航向還是偏離給定航向2-3度的航向航行，后通過查閱資料說明，在改變顯示選項(xiàng)菜單里，顯示航跡模式里的橫移量參數(shù)基準(zhǔn)值沒有且基準(zhǔn)值為零，而這個橫移量參數(shù)是控制偏航計(jì)算的基準(zhǔn)值，這個基準(zhǔn)值沒有，計(jì)算機(jī)計(jì)算就沒有基準(zhǔn)，自動舵就不能自動控制偏航，所以，自動舵不能及時調(diào)節(jié)航向偏差，使航向一直偏離在給定航向2-3°的航向上航行，后根據(jù)試驗(yàn)的要求，在自動航行模式狀態(tài)下，按左和右的順序，以一定的速度，一定的舵角，分別在30°和90°兩不同航向進(jìn)行試驗(yàn)，通過試驗(yàn)設(shè)備自帶的計(jì)算機(jī)會自動記錄存儲顯示航跡模式里的橫移量參數(shù)，只要有了這個參數(shù)值，航向控制偏差的問題就解決了，這在以后的工作中得以驗(yàn)證。

4.3 NAVIPILOT-4000型操舵儀顯示面板的報(bào)警處理

NAVIPILOT-4000型操舵儀顯示面板上的報(bào)警處理，在正常使用的情況下，出現(xiàn)一般數(shù)據(jù)瞬間丟失報(bào)警故障，蜂鳴器響起ALARM會顯示閃爍，通過手動消音，蜂鳴器停止ALARM閃爍消失，等數(shù)據(jù)鏈接恢復(fù)了故障現(xiàn)象消失。此報(bào)警對正常使用影響不大。如果出現(xiàn)系統(tǒng)異常故障報(bào)警，蜂鳴器響起，手動消音也不能消除蜂鳴器響聲，ALARM會不停的持續(xù)顯示閃爍，那么，就必須檢查系統(tǒng)報(bào)警產(chǎn)生的原因，分析判斷故障報(bào)警的部位，是屬于系統(tǒng)電路、電器、電源部分的，是機(jī)械部分的、還是其他方面的，一定要弄清楚，不盲目從事，面板上一旦出現(xiàn)了這其中一種或幾種報(bào)警時，要做好基礎(chǔ)記錄，檢查報(bào)警發(fā)生的相關(guān)信息，分析報(bào)警產(chǎn)生的原因，判斷報(bào)警對使用的影響，密切監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)，在沒有弄清楚報(bào)警產(chǎn)生的原因和報(bào)警顯示未消除的情況下，絕不隨意操作動用設(shè)備，杜絕人為事故的發(fā)生，針對不同的情況進(jìn)行分析判斷，必要時停機(jī)檢查，及時消除報(bào)警隱患，確保設(shè)備的使用安全，任何一個報(bào)警故障都會影響設(shè)備的操作使用，我們要根據(jù)設(shè)備故障的性質(zhì)，進(jìn)行定論處理，不能疏忽大意，必須認(rèn)真仔細(xì)的對待，如果帶故障報(bào)警強(qiáng)行使用就會損壞設(shè)備，也會影響到船舶的航行安全。因此，只有排除了設(shè)備故障報(bào)警后使用，才能使設(shè)備正常運(yùn)行確保船舶的航行安全。

5.NAVIPILOT-4000型操舵儀使用注意事項(xiàng)

NAVIPILOT-4000型操舵儀是目前較為先進(jìn)的自動操舵儀，它的使用功能較為全面，在實(shí)際運(yùn)用中給操作人員帶來了方便，減少了操作人員的勞動強(qiáng)度，體現(xiàn)出了它的功能優(yōu)勢，但是，為了保證設(shè)備的運(yùn)行正常和船舶的航行安全，我們需要注意一下幾個方面：

5.1 操作人員應(yīng)具備扎實(shí)的業(yè)務(wù)技能

操作人員扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和過硬的業(yè)務(wù)技能是操作設(shè)備的前提和基礎(chǔ)，如果我們的操作人員不具備這樣的素質(zhì)，那么，我們就不能很好的操作使用設(shè)備、掌控設(shè)備，也不能把設(shè)備的優(yōu)勢功能發(fā)揮出來，所以，運(yùn)用好設(shè)備掌控好設(shè)備就必須要有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和精湛的業(yè)務(wù)技能，才能使設(shè)備在操作時得心應(yīng)手，操作自如。

5.2 操舵儀的操作必須嚴(yán)格受控

操舵儀是強(qiáng)弱電混合的精密電氣設(shè)備，為了檢驗(yàn)設(shè)備性能的可靠性，需在航行中做某種試驗(yàn)時，對設(shè)備工作狀態(tài)作一些設(shè)置調(diào)試與改變，在選擇使用前必須要符合航行試驗(yàn)大綱規(guī)定的要求，經(jīng)船長或值班駕駛員同意方可進(jìn)行，由業(yè)務(wù)熟悉的航海員和崗位操作精湛的人員進(jìn)行操作，其他人員的操作在值班駕駛員、航海員、崗位操作人員的監(jiān)視下方可操作，嚴(yán)禁擅自使用。

5.3 NAVIPILOT-4000型操舵儀應(yīng)急操縱步驟

（1）當(dāng)舵機(jī)出現(xiàn)控制系統(tǒng)故障時應(yīng)當(dāng)立即報(bào)告。

（2）如果泵故障，則在泵控制面板上對泵進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

（3）當(dāng)操舵儀控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，應(yīng)直接將操舵方式選擇開關(guān)打至電動（NFU Sync）位置，進(jìn)行應(yīng)急操舵。在自動操舵模式下，可直接進(jìn)行越控裝置操縱。

（4）如果操舵儀系統(tǒng)模塊發(fā)生故障時，則對兩套系統(tǒng)模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

（5）如果駕駛臺操縱失控時，則將后舵房應(yīng)急操舵控制箱操縱轉(zhuǎn)換由遠(yuǎn)程模式轉(zhuǎn)為為本地模式，進(jìn)行舵機(jī)艙應(yīng)急操舵。

（6）如應(yīng)急操舵控制箱也不能正常操縱時，則利用舵機(jī)電磁閥操縱。

（7）轉(zhuǎn)換完畢向駕駛臺報(bào)告，根據(jù)駕駛員的命令進(jìn)行操縱。

6.結(jié)束語

NAVIPILOT-4000型操舵儀是船舶主要的操縱設(shè)備，設(shè)備的好壞直接關(guān)系到船舶的航行安全，在使用過程中掌握操作好設(shè)備，人員不僅要有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和操作技能，還需嚴(yán)格遵守設(shè)備操作規(guī)章，只有兩者相結(jié)合才能確保船舶人命安全。通過對NAVIPILOT-4000型操舵儀性能特點(diǎn)介紹，指出了NAVIPILOT-4000型操舵儀功能在不同情況下的使用要求及調(diào)試方法，分析研究了設(shè)備在運(yùn)用中出現(xiàn)的問題故障及解決辦法，結(jié)合在實(shí)際使用中的情況，提出了需要注意的事項(xiàng)，為今后廣大航海人員操作使用此種設(shè)備提供了有益的參考與借鑒。