Rolls—Royce Azimuth舵桨控制系统故障排除方法
李旋
摘 要：本文对罗尔斯-罗伊斯Azimuth舵桨控制系统结构原理做了简要分析，并根据日照港拖轮生产过程中实际发生的故障案例，分析总结了Azimuth舵桨控制系统故障的排除方法，具有较大的借鉴意义。
关键詞：Azimuth舵桨；控制系统；故障排除
中图分类号：U676.1 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2017）07-0032-02
日照港集团岚山港务有限公司运营的船舶目前全部为全回转拖轮，其中超过一半的拖轮配备了芬兰罗尔斯罗伊斯公司生产的Azimuth全回转舵桨，以实现拖轮灵活地倒车、平移、原地转舵，满足协助大船靠、离、移泊的要求。与一般船舶不同，拖轮拥有两套相对独立的舵桨控制系统，且控制系统数字化、集成化、模块化程度较高，采用了微控制器及CAN总线通信，相较于PLC和DCS控制系统，CAN总线是一种全数字化、全分散、全透明、标准化、规格化的总线，不同传感器和不同设备都可以与之连接，改变了过去那种封闭的、集中式的、不灵活的控制体系，由于开放性导致网络中设备的增多，拥有更强大的功能，但更难于发现故障的原因所在，对维修人员专业能力要求较高，如何及时准确地发现并解决舵桨控制系统故障就成为我们维修人员的重中之重。
1 Azimuth舵桨控制系统原理
Azimuth舵桨控制系统由CPU、存储器、输入设备、执行机构、输入输出模块五个部分组成，由于CPU和存储器集成在一起，这里用控制器表示，如图1所示。控制器是舵桨控制系统的大脑，内部存储控制程序，对输入信号进行处理，发出控制信号。输入设备由控制手柄、开关、传感器等设备组成，输入信号主要有电流信号和开关量两种。SLIO模块起到中转站的作用，可以双向联通，所有输入信号必须通过SLIO模块才可以到达控制器，所有输出信号也必须通过SLIO模块才可以到达执行机构。SLIO模块可以为单块，也可以为多块串联，以满足输入输出通道数量为准。执行机构主要有继电器和电磁阀，用以转舵及各类保护。另有一路控制信号与主机转速控制器联通，通过控制主机转速来改变螺旋桨转速，一般为4-20mA的电流信号。
2 故障案例
在一次舵桨系统故障中，岚港拖67轮在备车时发现左舵桨报警板出现ACU（舵桨控制单元）故障报警，左舵桨无法进行任何操作，将左舵桨断电后重新送电，系统恢复正常，报警消失，但在随后的两天时间内时常会发生相同故障报警，且故障报警间隔时间越来越短，左舵桨基本无法正常工作。我们首先怀疑供电开关模块故障，但在后来的检查过程中发现，在发生故障报警时，测量供电开关模块输入输出电压均正常，基本可以排除是供电开关模块故障，怀疑为控制系统故障。此时使用手持终端对系统故障代码进行查询，查找到报警故障代码为“SLIO-F”，查找说明书解释为SLIO模块故障或其间的连接总线故障。部分故障代码表示如表1。
由于拖轮两台舵桨控制系统是相同的，可以对集控室ACU控制箱内的两块SLIO模块依次对调来排查故障，但经过对调故障未发生转移，左舵桨依然会出现ACU故障报警，对SLIO模块的接线也逐一检查，未发现有松动或接触不良，此时对故障的排查陷入困境，根据手持终端显示的故障代码未能准确排除故障。经过对系统的再次梳理，发现在驾驶室下的夹层内有一个BIU（驾驶室接口单元）控制箱，其中也有一块SLIO模块，用以实现舵桨操控手柄和ACU控制箱的数据交换，由于其位置比较隐蔽，忽略了对其的检查。经过检查发现，BIU控制箱中SLIO模块的XP13通道指示灯一直显示为红色，为故障指示，正常情况下为绿色并闪烁，而且该通道正是该模块与集控室ACU控制箱中SLIO模块进行通讯的通道，与手持终端所指示的故障代码也相一致，基本可以确定为该SLIO模块故障导致的ACU故障报警。将左侧BIU控制箱中的SLIO模块换新，出海试车，未再发生ACU故障报警，控制系统恢复正常，故障得以解决。
3 Azimuth舵桨控制系统故障排除方法
通过此次舵桨控制系统故障排除的案例，以及多年Azimuth舵桨控制系统的维修，总结出以下几种方法，以及时准确对控制系统故障进行排除：
（1）熟悉舵桨控制系统，这种熟悉主要分两个方面，一方面是熟悉控制原理，掌握控制系统图，了解控制系统有哪些部分组成、各部分有哪些功能及各部分之间如何连接。另一方面是熟悉控制系统实物元件和接线，知道各个元件的功能及与控制系统图的对应关系。无论是其中的元件还是线路，最重要一点的就是要搞清楚“从哪里来，到哪里去”的问题，因为Azimuth舵桨控制系统是由控制器集中控制，重要的是理清控制器到传感器或执行机构的路径。
（2）要全面、准确的描述故障现象，故障现象越准确、越全面，越有助于查找故障原因，以制订相应的检查方案。日照港拖16轮曾发生航行过程中右主机突然掉速故障，持续约1秒钟后恢复至正常转速，同时舵桨ACU故障报警灯会闪一下，指示舵桨转舵和加车正常的两个指示灯也会熄灭一下，但不会发出声音报警。如果单从主机掉速这个故障现象来考虑，忽略了报警和指示灯，就会给判断故障原因造成一定的困难，因为造成主机掉速的原因可能有很多，主机调速器故障、E/P控制阀故障、舵桨控制系统故障、柴油机本身的机械故障都有可能造成主机掉速。但如果对报警和指示进行分析，可以发现在主机掉速的同时也无法转舵和加车，通过这几个现象基本上就可以判断是舵桨控制系统的故障，通过排查最终发现是ACU控制箱中一SLIO模块故障。一般比较关键的现象有三点——能否合排、转舵、加减速，通过判断只有其中一个故障现象还是多个故障现象同时存在，从而确定一个大体的排查方向。
（3）要按照由易到难、逐步排除的方法检修。Azimuth舵桨虽然为全回转舵桨，控制系统相对比较复杂，但主要分为了几个部分，电源、转舵控制、加减速控制，一般首先会检查电源，这也是最容易检查和排除的部分，电源过高、过低或某个部分失电都容易造成系统故障，然后再对系统的其他部分进行排查。
（4）学会使用手持终端排查故障。通常舵桨出现无法操控的状况时都会伴随着故障报警，此时可以通过手持终端来查询故障代码，然后根据故障代码来判定故障位置，在岚港拖67和岚港拖16舵桨故障维修的过程中，都是通过手持终端查找到大体的故障部位，极大缩小了检查范围，在故障排除过程中起到了至关重要的作用。
（5）拖轮有两套几乎完全相同的控制系统，在怀疑某个原件故障时，可以对调到另一控制系统中，观察故障是否转移，来判断该元件是否正常。
（6）在出现加减速异常的情况时，还需要排除主机系统故障的可能，查找到控制主机转速控制信号的接线端子，然后将电流表串入控制线中，正常情况下会显示4-20mA电流信号，而且会与操舵手柄前推程度呈一定线性关系，如果电流信号异常，则可以判定为舵桨控制系统故障，否则为主机系统故障。
4 总结
无论是Azimuth舵桨控制系统还是当前其他的舵桨控制系统，其电气元件均有一定的寿命，当系统发生故障时再进行维修毕竟是亡羊补牢，按照厂家说明书做好检查保养，定期更换相应元件，才能保证系统的正常运行，即使无法保证定期更换，至少也应备有一定数量的备件，当发生故障时有件可用。以目前使用单位的技术力量很难完成对电气元件的维修，主要以发现故障部位、更换元件为主，总结经验，针对易发生故障部位制定相应措施，预防性的检查维修，才是消除舵桨控制系统故障最有效的方法。
参考文献：
[1]张培仁，《CAN总线设计及分布式控制》，清华大学出版社2012
