中策GN8320主机无报警自动停车分析与处理

张云兴

中海油田服务股份有限公司船舶事业部塘沽作业公司 天津 300452

在海洋石油工作船上，主机类型为宁波中策GN8320柴油机，这类主机采用上海HELICE遥控系统和主机自带安保控制系统建立通讯配合使用，实现柴油机的启动、停车控制以及远程速度设定、监控报警、应急停车等功能。其采用WOODWARD723PLUS数字式转速控制器输出0～200mA控制电流，与UG-ACTUATOR连接主机高压油泵油门控制杆实现主机负荷和速度控制。

1 故障概述

某船在海上油田矿区长期进行货物运输作业，航次频繁，主机平均每月运转360h，月均航行里程2080海里，月均靠离平台及码头次数184次。

该船在一次码头靠泊中多次出现额定转速无报警停车现象。停车后，再次启动时，主机可以正常使用，而且停车时间间隔不固定，故障现象时有时无，给故障查找带来很大困难，也给靠离泊作业造成重大安全隐患。

2 控制系统概述

由图1可知：柴油机可以由7（停车电磁阀）实现应急停车和5（UG-ACTUATOR）连接油门杆实现正常停车。

图1 柴油机起动/停止原理

初步认为停车故障是由电磁阀7和手动阀8泄漏造成的，因为电磁阀7和手动阀8泄漏会使主机停车且无报警。当异常停车时，现场观察停车执行机构活塞有无动作，发现停车活塞并没有顶出。因此，排除因电磁阀7和手动阀8漏气停车可能[1]。

2.1 汉力士遥控系统

采用汉力士遥控系统实现主机遥控。该系统以SIEMENS S7-200 CN 中央处理器（cpu）为中心，实现前后驾控台、集控室去主机的启动、停止、速度设定及警报显示，并建立起主机遥控、CPP控制及齿轮箱的通讯连接。应急停止和正常停车可以通过遥控系统操作实现。

2.2 中策主机系统

2.2.1 中策主机系统简介

中策主机系统为主机厂家提供，以浙江中控逻辑控制器U6-PLC、LOGO!和WOODWARD为核心，通过软件控制，对输入信号进行处理后输出命令信号，从而对柴油机的运行进行控制、监视、报警和保护。系统进行主机运行数据的采集，与集中监控系统建立通讯，能够集中显示运行中主机运行中的参数，实现监控报警功能，同时主机安全保护功能由此控制部分实现。

电路工作过程为通过开关、按钮、外界报警触点、传感器、遥控等输入信号至U6-PLC、LOGO!或WOODWARD，通过程序进行逻辑处理后输出，通过外接继电器驱动，来执行各对应的执行元件。

2.2.2 中策主机系统停车功能

分析发现，GN8320型主机停车分为停车和紧急停车两个回路组成。当柴油机进行电控正常停车时，停车信号从LOGO!的I3端输入，停车命令将从Q3端输出，见图2。为避免柴油机在额定转速状态下突然停车，程序设定了通过PLC的I3端控制Q3端时柴油机必须在怠速，否则，I3端将不起作用。停车回路控制电子调速器关闭执行器输出停车信号，紧急停车回路控制气控阀推动油门杆实现停车。

图2 中策系统LOGO原理

当二类报警保护停车或按下停车按钮时，主控制电路先输出停车信号，使电子调速器输出停车给机旁执行器。同时，程序检测转速传感器脉冲信号以确定柴油机是否降速，若检测转速没有下降或下降不多时，Q4端紧急停车信号输出，控制气控阀通路，启动活塞顶出，使油门杆断油，见图2。

按下紧急停车按钮，停车回路和紧急停车回路同时动作。

2.3 从原理上看，主机停车原因分析

紧急停车：超速115%额定转速；淡水出机温度过高85℃；滑油进机压力过低0.15mPa；手动应急停车。

主机在紧急停车状况下停车，集中监控报警系统会显示“主机紧急停车”报警，而此次自动停车时无任何报警，排除这种停车可能。

停车：遥控/机旁手动停车，柴油机在转速﹥350rpm，停车按钮无效，排除汉力士遥控停车在主机额定转速工况下遥控停车误动作原因。

确定为723数字式转速控制器系统故障导致停车。

3 故障分析与处理

723PULS控制器安装在金属底盘上的一个电路印刷板。用于各种转速的船舶推进系统，用来控制中高转速发动机的速度和负荷。控制器包括感知转速的两路磁性捡拾器，一路润滑油压输入[2]，一路水压输入，一路远程速度设定输入，还有一路根据进气压力限油功能的输入。见图3。

图3 723PULS 数字式转速控制器原理

723PULS 数字式转速控制器1个 ；执行器1个，用于定位燃油计量设备；外部电源1个；速度传感器两个；可选开关触点8个，管理控制功能；可选的润滑油压传感器1个；一个可选的水压传感器；一个可选的用于燃油限制的进气压力传感器；三个可选的模拟信号输出；两个可选的继电器驱动报警。

3.1 滑油压力与冷却水压力

3.1.1 润滑油油压

润滑油油压输入信号（润滑油油压信号）需要是高质量的绝缘信号。使用屏蔽双绞线将420mA电流变送器连接到端口42（+）和43（-）上，见图4。此输入并不与其他的控制输入和输出绝缘，所以如果变送器不绝缘的话就需要安装绝缘器件。如果输入电压小于2.0mA或者输入电压超过21mA，将会检测到输入信号故障。检测到故障会导致状态指示信号持续报警直到检测到输入信号为止。

图4 723PULS 数字式转速控制器模拟量输入接口

从配置上看，输入信号允许报警保护、停机保护。发动机报警和停机都可以显示在手持编程器上。停机时激活继电器输出#1。继电器输出#1连接到执行发动机停机的停机系统和警报系统。

3.1.2 水压输入

将水压变送器连接到信号输入#2。水压输入信号必需是高质量的绝缘信号。使用屏蔽双绞线将4～20mA电流变送器连接到端口45（+）和46（-）上，见图4。此输入并不与其他的控制输入和输出绝缘，所以如果变送器不绝缘的话就需要安装绝缘器件。如果输入电压小于2.0mA或者输入电压超过21mA，将会检测到信号故障。检测到故障会导致状态指示信号持续报警直到检测到输入信号为止[3]。

输入信号允许报警保护、停机保护。停机时激活继电器输出#1。继电器输出#1连接到执行发动机停机的停机系统和警报系统。

继电器输出触点端口3/4在内部停车信号输出的情况下被激活。内部停车信号包括润滑油压力和水压，润滑油压力及水压保护按照“停车设定-转速曲线图”实施停车保护。继电器输出接入发动机的应急停机系统来控制发动机的停机。保护停车后，集中监控报警系统发出应急停车警报。因此，排除滑油压力和冷却水压不稳定停车。

3.2 转速脉冲故障停车

3.2.1 速度传感器作用

发动机转速由被动的磁电拾取器（MPU）提供信号给723PLUS控制器，见图5。转速传感器必须能够准确的感知发动机的转速。发动机转速在600rpm。使用第二个转速传感器用作备用。当第一转速传感器故障时候第二转速传感器用作替代。倘若同时使用两个传感器，必须保证它们接收的信号是完全相同的。两个传感器安置在飞轮盘的上半部分。

图5 转速传感器安装接线

转速传感器输入的硬件出厂配置为MPU。此时输入阻抗低于200H。转速传感器输入可以通过软件配置成数字信号采集或模拟信号采集。所有的转速传感器连接都需要屏蔽。将屏蔽线接地。确保连接转速传感器的整条屏蔽线是连续不间断的，同时保证与其他所有的导体绝缘。

3.2.2 执行器停车指令

如图6所示，模拟输出#3为一个专门为执行器提供电流信号，这个电流信号是由端口19（+）和20（-）提供。通过软件，调节执行器行程的最大和最小值，也就是柴油机的最大油量和怠速油量。通过硬件，输出电流配置为0～200mA，这种配置允许200mA电流通过40H阻抗，使用屏蔽双绞线连接执行器与控制器。

图6 723数字式转速控制器输出到执行器接线

在任何时候出现速度传感器的输入频率低于额定转速的5%时，控制器会检测到转速丢失。任何一个速度传感器转速丢失都会导致报警。如果一个速度传感器转速丢失，发动机仍然继续运行。倘若两路转速信号同时丢失，开关量输入Speed Fail Ovrd的状态设置为FALSE，控制器将燃油需求降为0，柴油机将自动停车。

对右主机飞轮上端两只用于723数字式转速控制器的转速传感器进行检查，发现其中一只针孔式插头内油污严重，存在接触不良，另一只插头连接良好；两只传感器脉冲信号传输线正常连接，但导线连接屏蔽线处于中间断路。

经检查确认后，更换备用转速传感器一套，拆下来的传感器进行清洁、除油、备用，并两只转速传感器重新接线，屏蔽线可靠连接，调节传感器到飞轮齿间隙到1mm。在随后观察的故障期内，无故障报警停车现象未再出现。

4 结束语

中策GN8320柴油机无故障报警而自动停车的现象具有典型思考意义。做好其分析应对，对提高这类海洋石油支持船提高安全生产水平具有重要价值。通过研究，可以总结出以下经验：

（1）中策GN8320柴油机振动比较剧烈，而且飞轮时有甩油现象，要定期对转速传感器进行检查，检查项目至少包括：接线紧固情况、传感器固定螺栓、传感器齿间间隙、传感器油污清洁。

（2）两只转速传感器互为备用，当一只传感器出现问题时不会导致停车。平时检查传感器状况可以用万用表频率档测量脉冲：额定转速600rpm时脉冲信号在1.865Hz左右为正常。

（3）根据不同的故障停车现象，寻找故障的源头。无故障报警停车可以在三个方面进行排查：气路方面，气动电磁阀7有无漏气现象；主机转速低于额定转速时，考虑HELICE遥控系统给定转速信号是否正常，可以测量723数字式转速控制器51/52接口给定电流确认；主机转速传感器工况。