ME船用电喷主机运行常见问题和管理要点——控制系统

杨永东

ME船用电喷主机运行常见问题和管理要点
——控制系统

杨永东

MAN B&W ME-C 系列船用电喷柴油机自2003年面世至今，以其优良的性能、更经济的油耗、低排放、易于操作等特点，得到市场的高度认可。但是，和所有其他产品一样，该系列船用柴油机也有不完美的地方，使用或管理不当仍然会出现各种问题。通过分析MAN B&W服务工程师实船收集的案例，分析ME-C/B 电喷柴油机在运行过程中常见的问题，并总结使用者和管理者在日常工作中应该注意的问题及要点。

ME船用电喷主机；控制系统；船用柴油机

上篇介绍了ME电喷主机机械方面的常见问题和管理要点，本文重点对ME电喷主机控制系统常见问题进行分析，将分控制单元、执行机构、传感器、人机交换界面、电磁噪音、地绝缘以及检测诊断系统等几个方面来逐一介绍。

这里所说的控制单元指的是ME电喷主机控制系统（ECS，Engine Control System）中用到的MPC（Multi-Purpose Controller），根据不同的控制功能被分为：

- ACU（Auxiliary Control Unit）——辅助控制单元，控制副主风机和伺服液压油泵；

- CCU（Cylinder Control Unit）——汽缸控制单元，控制单缸的喷油/排气阀/注油器等；

- ECU（Engine Control Unit）——柴油机控制单元，ME主机的调速器；

- EICU（Engine Interface Control Unit）——柴油机通信控制单元，负责与除ECS以外的系统进行通信和数据交换；

- SCU（Scavenge Control Unit）——扫气控制单元，控制EGB、VTA等改善扫气压力；

- CWCU（Cooling Water Control Unit）——冷却水控制单元，控制前面提到的LDCL系统。

执行机构单纯指ME电喷主机ECS（Engine Control System）中的执行元器件，如FIVA电磁阀、汽缸注油器、液压泵的斜盘等。

传感器指的是ECS中用到的各种用来检测转速、位置、温度、压力、液位等的探头，常见的有FIVA的位置反馈信号、排气阀的位置反馈信号、高压油泵的反馈信号、液压泵斜盘位置反馈信号、汽缸注油器的液位传感器等。

人机交换界面就是我们说的ECS中的两台MOP（Main Operating Panel）。

检测诊断系统指的是MAN Diesel & Turbo自己研发的用来检测主机工况和诊断的CoCoS-EDS（Computer Controlled Surveillance Engine Diagnostics System）和PMI（Pressure Monitoring Instrument）系统。

一、控制单元常见问题

目前ME电喷主机上出现过两种不同的MPC，如图1至图3所示。图1可以用于所有不同的控制单元，图2的MPC 10 只能用作CCU，并且这两者是不可以互换的。不管是MPC，还是MPC10，安装在船上的时候都是安装在防护等级为IP66的密封电气控制柜里，控制柜一般装在主机机旁控制侧的机架上，见图3。

图1　MPC

图2　MPC 10

图3　MPC控制柜和MPC

MPC是主机制造设计厂商MAN Diesel & Turbo公司自己研发设计的，试验温度在70 ℃～+140 ℃，所以，即使机舱的温度大部分时候都不低，也不会影响其工作性能。

图4统计了不同的制造厂商、不同的三个船东从2008年到2011年统计出现的MPC故障率。从图中三个客户（分别用X、Y和Z代表）来分析MPC在造机厂（绿色）、船厂（黄色）以及装船之后（红色）使用过程的故障率。

Y客户在主机制造厂家的时候故障率是最高的，这段时间出现问题的最主要原因是由于MPC在制造的过程中本身就存在缺陷，或者是主机制造厂家在安装的过程中出现了损坏。

图4　MPC在不同时期的故障率

Z客户在船厂时候故障率最高，说明MPC在安装的过程中损坏的比较多，或者本来Z客户选择的主机制造厂家制造工艺、电缆布线的工艺不够过关。

X客户在交船之后使用过程中故障率最高，再看绿色和黄色部分，虽然不是最高，但都相对比较高，说明主机在造机厂和船厂都没有被很好地对待，整个工艺和施工质量是最差的，到最后才导致极高的故障率。

图5是一些常见的在主机厂家、船厂和用户手上MPC出现过的问题。

图5　MPC在不同时期的故障原因分布

目前，大部分造机厂都可以很好地按照厂家的施工工艺进行布线和安装，但是，有些船厂施工质量存在问题，尤其是沙滩造船兴起的时候。这种问题不仅出现在中国船厂，韩国船厂也一样存在。

针对上述统计数据，作为船东和用户我们可以从以下几个方面加强控制，以减少后期运营成本：

（1）新船监造人员在造机厂、造船厂监造的时候，尤其是在电缆敷设时，就须严控建造质量，一旦所有电缆敷设完毕，后面出现问题想整改都很困难，有时候甚至问题在哪里都找不出来。图6中MPC缺陷出现在刚刚出厂不久的船上，不用说IP66等级了，就是刚刚交船的时候，MPC上面就已经被积灰覆盖了。尤其是EICU，EICU是装在集控室的，这一部分布线和安装由造船厂负责，很多船是直接把MPC装在集控柜里面，连EICU柜子都省了，图6就是典型的例子。

（2）所有的电缆敷设均需要遵循设计厂家的生产图纸工艺规范要求，正确敷设屏蔽线，使用符合规范要求的电缆盘根、电缆扎带，清晰明确标示电缆。这些不起眼的小问题往往最后带来大的灾难。

图6　MPC在安装过程中的典型缺陷

（3）在船电机员/轮机员要定期（每个月一次）检查所有ECS控制柜的接线，清洁控制柜，尤其是金属粉尘（见图7），金属粉尘会导致MPC短路，出现控制故障。建议购买一只小型真空吸尘器用来清洁内部灰尘。需要特别提醒的是，在出厂的时候，每个控制柜里会放一包干燥剂，有些船上发现这些干燥剂放了5年之久，由于受潮，MPC控制柜已经开始腐烂、生锈了（见图8）。所以，在船电机员/轮机员在检查的时候，需要清除控制柜里不必要的其他物品。

图7　固定螺丝松动脱落，由于震动造成的金属粉尘

图8　MPC控制柜中的干燥剂造成的锈蚀

（4）另外，电机员/轮机员在船更换MPC的时候，一定不要带电操作，在拆的时候，一定最先切断电源，装复后最后接通电源。避免在操作的过程中损坏MPC。

二、执行机构FIVA常见故障

ECS中执行机构很多，比如汽缸注油器、机带液压泵、各种电磁阀，其中故障最多也最频繁的就是控制燃油喷射和排气阀动作的FIVA（Fuel Injection Valve Actuation）电磁阀。在ME主机进入市场的早期，可能出现过由于FIVA本身的先导阀控制电路部分故障导致的问题，但是，随着后期设计的改进和经验的积累，这部分故障基本上不存在了。根据最近10年的服务经验，在所有出现的故障中，绝大多数是因为液压油脏引起的FIVA电磁阀先导阀卡阻，导致不能正常工作；还有一部分是由于FIVA使用时间超过25 000小时以上时产生的正常磨损，出现内漏，这时会引起排气阀开启行程过低（Exhaust Valve Stroke Low）等报警。脏污的液压油也会造成机带液压泵的控制阀故障。

很多FIVA甚至在试航的时候就会出现卡阻，交船后的前半年也是FIVA故障高发期，最主要的原因是管系中没有被投油带走的污染物在主机运行过程中，经过震动，从焊缝、法兰接口等出来进入液压系统，此时，如果系统中的6μ滤器工作状况不佳的话，很容易会出现上述各类问题。图9为主机在车间试车的时候，液压油的清洁等级会达到ISO 4406 16/13，或者NAS Code 7，但这是在机器静止不运转的情况下进行的投油检测的结果，当柴油机开始运转，以及试航过程中所有设备开始运行的时候，震动会比投油的时候更加剧烈。

图9　不同时期的液压系统的清洁程度

因此，在试航和试车台试车的时候，5μ的“Running in Filter”会装在FIVA（控制喷油和排气阀的电磁阀）上，有的甚至在试航之后还会使用一段时间。

在整个柴油机的生命周期里，对于此类故障的管理重点就是保证工作介质——液压油的清洁，无论是在造机厂、船厂还是交船以后。对于液压系统和主机滑油系统合在一起的ME主机，日常的精细管理更为重要。

MAN Diesel & Turbo目前已经推出可以在船上检修FIVA的维修包，如果FIVA主阀芯磨损严重，只能进行换新。现在新的FIVA从原来的“Plug Type”改成了“Tail Type”，根据实际使用经验，“Plug Type”在主机运行的过程中会由于震动造成接触不良导致故障。需要提醒的是，在从“Plug Type”换成“Tail Type”的时候注意接线图纸，一般会有一张新的图纸随着新的FIVA一起送到船上，电机员在接线的时候需要注意。有时候还会出现“Tail Type”的线不够长，无法直接从FIVA直接接到CCU，中间需要加装接线盒，这些细节都需要考虑到。

FIVA换新之后，一定要在MOP Maintenance Function Test HCU界面做功能测试，以确定接线正确，并且保存测试结果。

至于液压泵、汽缸注油器，故障率是很低的，即使有，一般也很容易解决，这里就不赘述了。

三、传感器常见故障

ECS中有很多用来检测液位、感应位置的传感器，比较典型的如汽缸注油器的液位传感器，反馈信号传感器，排气阀位置传感器，高压油泵位置传感器，角度编码器装在飞轮上的MSA传感器，扫气压力、启动空气、控制空气压力传感器。这些传感器有一个共同的特点就是，它们都不能像其他系统用的传感器一样自己来调零点。如果损坏，只能换新处理。好处就是它们都不需要标定，是傻瓜式的“Plug n play”。

这些传感器最常见的问题可以概括为以下几类：

（1）传感器本身的故障，比如设计和制造缺陷、质量问题。这些问题在最早期的机器上出现过，比如汽缸注油器的液位传感器会导致ECS系统的绝缘故障，排气阀和高压油泵位置传感器制造缺陷导致失效等，这些问题在2010年之后基本再未出现。

（2）传感器探头脏污，或者液位传感器探头的安装部位有空气；固定不牢，因震动导致出现不连续、不规范的反馈信号；或者与传感器连接的电缆出现短路，造成假的信号。ECS系统中采用了很多相互冗余备用的传感器，可以时刻相互监视，出现偏差时系统会自动报警，给故障排除带来了很多便利。

建议在船轮机员/电机员加强日常巡视，发现问题及时处理，如紧固松动件，电缆扎带，定期清洁裸露的传感器，做好保养记录等。

四、人机交换系统和监测测量系统常见故障

ECS系统有两台相互冗余的人机交换系统Main Operating Panel A/B （MOP A/B），用来显示ME主机在工作时候的参数，以及供轮机员操作主机、调整主机工况、处理报警。两台MOP同时工作，相互冗余，即使两台都不工作，主机照样可以运转，并且负荷不受限制。MOP其实就是两台船用电脑，配置触摸屏。MOP电脑的操作系统还是Windows XP，只不过是特殊的定制系统，没有家用电脑Windows XP系统那样具有很多功能，最重要的是没有安装杀毒软件。整个电脑里只安装了ME主机的控制系统软件——ME-ECS SW，同时有所有MPC控制单元的备份软件/参数。

PMI（Pressure Monitoring Instrument）也就是我们说的电子示功仪，用来测量主机工况。根据不同的配置，分成Offline PMI， Online PMI和Auto Tuning PMI，如图10至图12所示。

Offline PMI 只配有一个测量缸内压力的探头，因此需要轮机员手动逐个缸进行测量，全部缸测量完成之后，数据传到PMI PC，形成完整的主机工况报表，包括单缸的PV图、PT图和偏差值。机务主管/轮机员可以根据测量的数据对主机工况进行手动调整，以平衡主机单缸工况，达到降低排放、节省燃油的目的。同时，各缸负荷一致也可以减少主机机械故障，如缸套磨损、轴承损坏等。

图10　Offline PMI的标准配置图

图11　Online PMI的标准配置图

Online PMI是在Offline 的基础上升级而来的，所以它具备Offline的一切功能，但是，由于Online系统给每个缸配备了一个检测压力的传感器，永久安装在示功上，所以Online PMI可以实时在PMI PC上检测主机工况参数，只要主机开始运转。如果轮机员发现需要对主机参数/工况进行调整，可以随时手动进行调整，调整后的主机参数/工况继续实时地被Online PMI 监视，行程由操作者参与的闭环控制系统。

Auto Tuning PMI的硬件和Online PMI的硬件基本一样，区别在于，Auto Tuning PMI实时采集的主机工况数据同时被送到MOP电脑ME-ECS 软件中，ME-ECS软件中的Auto Tuning功能会对主机的实时工况进行实时调整（每10转调整一次），保证主机永远一直处于最佳的工作状态中。保证最经济，排放最低。

图12　ECS SW中的Auto Tuning PMI界面

CoCoS-EDS（Computer Controlled Surveillance-Engine Diagnostics System）是用来收集和记录/分析主机参数的一种程序，是一种功能非常强大的类似于主机大数据平台。如果按时备份，它可以记录主机一生所有的参数，并且可以用不同的形式将这些参数呈现出来，如柱状图、趋势图、线性变化等。

CoCoS-EDS软件和PMI软件安装在同一台电脑上，所以这台电脑又叫PMI-CoCoS EDS PC。在早期，这台电脑是由船厂/造机厂提供的，MAN对其没有规定和要求，因为只需要普通的电脑就可以满足要求，所以，一段时间里出现了百花齐放的景象，各种品牌、各种型号、各种操作系统的电脑都出现在船上了，有的电脑里有各种照片、各种电影、各种病毒……这种乱象，直到MAN开始提供一台标准的普通电脑时结束。

MOP、PMI-CoCoS-EDS系统一般有下列常见故障和问题：

（1）操作系统被病毒感染，导致正常的操作文件丢失，系统不能正常工作。对于这样的问题，建议轮机员当需要从MOP拷贝文件出来的时候，首先把要连接的USB格式化，然后再使用，并且只用于MOP B，这样一旦出现问题，最起码还有MOP A。对于PMI-CoCoS-EDS电脑，也建议如此，并且不要存储其他文件和当作日常工作电脑来用。建议船上/机务收集每条船的MOP A/B的Windows XP系统备份、ME-ECS SW 的安装软件备份、SPAF参数备份，以及PMI-CoCoS-EDS软件、数据备份。万一出现问题，轮机员可以在MAN Diesel & Turbo远程指导下自行完成安装，恢复系统。

（2）MOP电脑触摸屏故障，鼠标会自动回到固定的屏幕位置，不受控制。这种故障出现在ECMOP一体机上，主要原因是MOP在空运的过程中受到挤压被损坏，万一出现这种问题，用户须联系MAN Diesel & Turbo解决。即使得不到及时的处理，也不必紧张，MOP仅仅是人机交换系统，不参与主机的控制。

（3）对于Online PMI 和Auto Tuning PMI来说，由于传感器一直固定在示功阀里，需要每三个月用便携式探头做一次标定，以避免出现测量偏差。同时，传感器也有可能积炭造成误报警，或者假的Sensor Failure。使用Auto Tuning PMI的用户，需要注意修改MOP中的FQA设定。

五、结束语

随着新技术、新材料的不断发展和应用，主机生产厂家也在不断更新自己的产品设计，所以，岸上机务主管人员也需要及时从厂家获取相关信息，并定期与船上交流。同时，加强对轮机员/电机员的培训，提高在船轮机员/电机员的业务水平。那样的话，即使出现故障，船上也能迅速准确地将故障反馈回来，并且在收到岸上支持后配合进行故障诊断，找出原因，解决问题。

以上是笔者近年从事MAN B&W船用主机技术咨询和服务过程中遇到的ME电喷主机最常见的问题，对于其他没有涉及的，欢迎广大同行进一步讨论；文中的分析若有不当之处，也请同行批评指正。

10.16176/j.cnki.21-1284.2016.08.005

杨永东，MAN Diesel & Turbo Singapore服务工程师，E-mail：yang.yongdong@sg.man.eu