某型側(cè)推器主電機(jī)異常停機(jī)原因分析

李旭　王璐　高智成

摘 要 側(cè)推器是一種重要的船舶控制設(shè)備，主要用于低速航行條件下的航向控制。船舶側(cè)推器作為一種較復(fù)雜的大型機(jī)電一體化設(shè)備，一旦發(fā)生故障，因其具有結(jié)構(gòu)緊湊、控制系統(tǒng)復(fù)雜等特點，故障往往十分隱蔽，排查起來比較困難。因此，對船舶側(cè)推器故障進(jìn)行研究具有重要意義。本文以某型側(cè)推器的主電機(jī)異常停機(jī)故障分析為例，對側(cè)推器故障排查的思路進(jìn)行了詳細(xì)的探討。本文的分析可以為船舶維修領(lǐng)域提供參考。

關(guān)鍵詞 側(cè)推器 電機(jī)控制 故障分析

中圖分類號：U672 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）11-0022-02

1 故障現(xiàn)象描述

某大型船舶搭載了3臺側(cè)推器，其中2臺為首側(cè)推器，1臺為尾側(cè)推器。2019年某日，該船由于臨時靠碼頭而開啟了3臺側(cè)推器，其中一臺首側(cè)推器主電機(jī)在沒有任何報警的情況下突然出現(xiàn)異常停機(jī)，但風(fēng)機(jī)和油泵仍在正常工作。經(jīng)初步檢查，除了啟動柜內(nèi)斷路器主觸點斷開之外，并未發(fā)現(xiàn)其它明顯的異?，F(xiàn)象。手動重啟該側(cè)推器主電機(jī)后，僅僅過了不到一分鐘時間，再次出現(xiàn)異常停機(jī)。在此后的使用中，該故障頻繁出現(xiàn)。

2 故障分析過程

2.1 主電源故障排查

側(cè)推器采用了50Hz的380V交流電源供電，3臺側(cè)推器由于規(guī)格相同，采用的主電源及相應(yīng)電路也是一致的，因此主電源可相互替換。為了確定主電源是否存在異常，筆者直接采用了替代法進(jìn)行試機(jī)。將故障側(cè)推器的主電源分別接到另外兩臺側(cè)推器上，均能穩(wěn)定運行。另一方面，將其中一臺無異常的側(cè)推器的主電源接到故障側(cè)推器上供電，發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象仍然存在，充分證明了主電源并無異常。

2.2 主電機(jī)過載或斷路器故障排查

為了分析主電機(jī)的過載機(jī)制，通過設(shè)備說明書找到主電機(jī)控制原理圖，如圖1所示。

從該電路不難看出，主電機(jī)電源經(jīng)過QF和QF1兩個斷路器為側(cè)推主電機(jī)供電，主電機(jī)停機(jī)意味著至少有其中一個出現(xiàn)斷開。經(jīng)現(xiàn)場檢查，QF實際上是一個手動斷路器，異常停機(jī)時QF并未斷開，并且故障發(fā)生時并無報警信息，說明主電機(jī)并無過載。而QF1為自動斷路器，異常停機(jī)正是該斷路器自動斷開的結(jié)果。然而，更新新的QF1斷路器后，故障現(xiàn)場仍然存在，說明QF1只是動作的執(zhí)行者，但并非故障的真正原因。

2.3 停機(jī)回路故障排查

一般來說，主電機(jī)由于常規(guī)故障導(dǎo)致停機(jī)都會發(fā)出報警信號，但本故障發(fā)生時報警模塊無任何反映，因此我們進(jìn)一步將問題鎖定在停機(jī)回路上。由設(shè)備說明書中找到停機(jī)回路原理框圖，如圖2所示。

由原理框圖中可以看到，在駕駛臺按下主電機(jī)啟/停開關(guān)后，面板集線箱PLC檢測到停機(jī)指令而中斷信號輸出，系統(tǒng)控制柜PLC由于輸入信號中斷也不再向后級電路輸出信號，導(dǎo)致側(cè)推器控制柜繼電器KA102線圈失電使常閉觸點閉合，同時K45.8線圈得電使常開觸點閉合，后級PLC將該閉合信號向后傳遞，繼電器K57.52線圈得電，常閉觸點斷開，主電機(jī)停機(jī)。

在掌握該原理后，對上述過程中涉及的每個一模塊進(jìn)行反復(fù)試驗，均不能排除故障。但有了一個新發(fā)現(xiàn)：只有向左或向右操作側(cè)推器螺距時，故障現(xiàn)象才會出現(xiàn)，這為故障的原因分析提供了一個新的思路。

2.4 故障復(fù)現(xiàn)及進(jìn)一步分析

通過操作側(cè)推器螺距使故障復(fù)現(xiàn)，仔細(xì)觀察每一個模塊，發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生時控制柜內(nèi)PLC出現(xiàn)異?，F(xiàn)象：指示燈SF和BF同時閃紅燈。經(jīng)查，該P(yáng)LC型號為西門子CPU314C-2DP，通過廠家技術(shù)支持得知SF和BF同時閃紅燈極有可能是出現(xiàn)了線路干擾。同時考慮到該故障的發(fā)生與側(cè)推器螺距的操作有關(guān)，因此從側(cè)推器螺距控制電路進(jìn)行逐一排查。仔細(xì)檢查后發(fā)現(xiàn)，控制柜PLC電源和側(cè)推器螺距電磁閥電源處于同一電源回路，實測電源電壓可知，不操作螺距時，電源電壓穩(wěn)定在DC23V左右，操作螺距時，電源電壓出現(xiàn)較大波動，最低可至DC16V，直接導(dǎo)致PLC供電異常，當(dāng)電壓回彈時PLC進(jìn)入開機(jī)初始化狀態(tài)而輸出停機(jī)信號。

2.5 分析結(jié)論

通過以上的艱難分析和試驗，最終得出結(jié)論：控制柜PLC與側(cè)推器螺距電磁閥共用同一電源，當(dāng)電磁閥工作時，使電源輸出受到嚴(yán)重干擾，導(dǎo)致輸出電壓出現(xiàn)波動，當(dāng)電壓低于PLC額定供電電壓較多時，PLC由于供電不足而死機(jī)，控制信號消失，導(dǎo)致側(cè)推器主電機(jī)異常停機(jī)。

3 故障處理方案

對于電路干擾問題，當(dāng)前已經(jīng)有許多成熟的解決方案。根據(jù)筆者經(jīng)驗，常用的措施有以下幾種：

1.分別供電或接地。接地是最簡單，也是成本最低、最有效的抗干擾措施，因此無論在什么場合，只要適用，必須優(yōu)先采用。接地分為機(jī)箱接地、不同回路分別接地、數(shù)模分別接地等方案。另外，不同的電路回路采用相互獨立的電源，是避免回路之間相互干擾的有效措施。

2.加屏蔽層或防護(hù)罩。防護(hù)罩也是成本較低的抗干擾措施之一，對于具有強(qiáng)干擾的電氣設(shè)備或電子元器件，一般要求設(shè)計屏蔽層或防護(hù)罩，防止外部電路對其自身造成干擾，也避免其自身對外部電路造成干擾。

3.光電隔離。光電隔離是通常光電效應(yīng)進(jìn)行電能的傳輸，使兩個回路之間沒有實際線路連接，一般用于高壓電路和低壓電路的隔離。

根據(jù)實際情況分析，本文在側(cè)推器總控制箱內(nèi)增加一路電源，使PLC和側(cè)推器螺距電磁閥分開供電，并做好電源隔離。再次試機(jī)，故障側(cè)推器運行穩(wěn)定，故障現(xiàn)象消失，證明了本文分析結(jié)論的正確性。

為了避免類似現(xiàn)象再次出現(xiàn)，我們舉一反三，繼續(xù)對整個供電和控制系統(tǒng)進(jìn)行全面的排查，又發(fā)現(xiàn)了幾處類似的共用電源現(xiàn)象，于是一并進(jìn)行了處理。

4 建議

船舶電氣故障多種多樣，故障的排查費時費力，因此必須從源頭著手提高電氣系統(tǒng)的可靠性。以本次故障為鑒，筆者建議：由于當(dāng)前包括船舶在內(nèi)許多大型控制系統(tǒng)廣泛采用PLC控制器，并且控制系統(tǒng)中電路眾多，供電點也較多，設(shè)計者在電路設(shè)計過程中，以及電路施工人員在電路布局過程中，必須著重考慮電源模塊的安排。對于電磁閥、繼電器、大電感、大電容、電機(jī)等電磁干擾較強(qiáng)的模塊，要盡可能地分開供電，不能為了一時的方便而共用電源。如果受到實際條件限制不得不共同電源，則一定要做好抗干擾措施，避免相互干擾導(dǎo)致設(shè)備故障。

對于維修技術(shù)人員而言，在出現(xiàn)電路故障時，除了考慮到最常見的設(shè)備損壞之外，線路干擾等非常規(guī)的故障問題，也需要多加留意，從更多角度上對故障進(jìn)行全面分析，提高故障排查效率和成功率。

作為船舶維護(hù)技術(shù)人員，不斷更新理論知識是十分必要的，必須與時俱進(jìn)，緊跟電子技術(shù)和航海技術(shù)的發(fā)展腳步。只有這樣，才能始終保持自身的技術(shù)價值，靈活應(yīng)對各種電氣故障問題，并采用最新的技術(shù)進(jìn)行維修和維護(hù)，保障船舶航行的安全。

5 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，船舶控制系統(tǒng)更加復(fù)雜，電路集成化趨勢日益明顯，在高度集成化的電氣控制系統(tǒng)中，故障的排查將變得更加困難。盡管本文是以側(cè)推器的異常停機(jī)故障為例展開分析的，但本文提供的故障分析思路具有一定的代表性和典型性，對于其它故障類型的排查也具有很大的參考價值。[1-2]

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐長偉，胡華.船舶側(cè)推器故障排查[J].航海技術(shù)，2019 （05）：66-67.

[2] 王連甲.側(cè)向推進(jìn)器故障案例分析解決[J].中國水運（下半月），2018，18（05）：93-94.