基于速度传感器断线时柴油机安保的设计

2017-10-13王贵云

船电技术 2017年6期

陈深，王贵云，李灿

基于速度传感器断线时柴油机安保的设计

陈深，王贵云，李灿

（安庆中船柴油机有限公司，安徽省安庆市246005）

针对柴油机速度传感器断线故障时安保系统出现的问题进行分析，给出新的解决途径。另外，对于柴油机在停机过程中实际滑油压力下降导致的安保停车报警现象，从不同机型的实际情况出发，设计一种适用于所有机型的报警抑制和解除抑制方案。经过试验，证明了该方案的有效性。

速度传感器断线滑油低压停车安保系统抑制

0 引言

柴油机安保系统在船舶安全运行中起着至关重要的作用，而速度传感器回路是否正常工作是其中的一个关键点，尤其在仅采用一只速度传感器测速的柴油机系统里。对于原来设计的安保系统，当速度传感器线路连接完好且正常工作期间，若出现其他故障情况比如系统监测到缸套冷却水温度过高则立即执行安全停车指令，使柴油机停止工作，同时在柴油机停下的过程中可以对滑油低压停车报警进行抑制。一旦速度传感器出现断线故障，柴油机安保将不能正常工作，甚至会出现一些不能预料的问题，给船员的操作带来麻烦甚至对船舶安全构成重大威胁。

1 情况描述

某2200TEU集装箱船在船厂系泊试验期间，曾经发生一台柴油发电机组因速度传感器断线故障没有及时处理而后在进行安保试验时柴油机不能正常实现停车的故障。GL（德国船级社）现场验船师认为这种情况是非常危险的，该柴油机安保系统设计存在较大缺陷。船级社规范相关章节规定：柴油机[1]安保系统设计应基于一种传感器故障时不应对其他传感器动作时安保正常工作产生影响。原系统没有充分考虑速度传感器发生断线故障时安保功能的执行情况，一旦发生断线，系统检测到的柴油机转速瞬间就会降到0转，虽然此时柴油机实际上是在正常运转的，但是由PLC软件程序控制的安保停车回路已经被切断，此时即使缸套冷却水温度已经超过了预设的停车点或滑油压力已经低于预设的停车点，柴油机都不会执行停机指令，这意味着安保系统处于失效状态，无法保障柴油机的安全使用。

2 详细方案设计

为了满足船级社规范更高更全面的要求，同时可靠保障柴油机在各种故障情况下的安全保护功能，必须充分考虑速度传感器断线故障时系统的控制策略。为此，在原安保停车线路中的正常转速部分线路中并联速度传感器断线的报警信号，在断线故障引发柴油机转速信号丢失的情况下，图1中Q1.1线圈得电，其常开触点闭合，新的线路[2]将保持接通状态，这样即使速度传感器断线故障没有被船员及时处理，也无需担心在该故障存在期间柴油机满足其他安保停车条件而不能实现安全停机的现象了。

图1 滑油低压停车与缸套冷却水高温停车检测回路

3 程序优化

试验和研究发现，在速度传感器断线故障未处理的情况下，若是系统执行缸套水高温停车、紧急停车或正常停车时，会伴随有滑油低压停车报警发生。船东认为在柴油机停机过程中滑油压力正常下降导致的报警应该被抑制，所以发生上述伴生报警现象是不被用户接受的。在速度传感器回路正常工作时，依靠转速信号可以对该报警进行抑制，而速度传感器断线故障发生时，反而因为断线报警信号在PLC程序中和速度传感器正常时的信号并联使用而重新触发了滑油低压停车报警。在这种情况下，既要保证速度传感器断线故障不影响其他安保的正常动作，也要考虑对停车时滑油压力正常下降引发的伴生报警进行抑制。于是，在滑油低压停车线路中必须考虑串入新的抑制信号，当柴油机安保控制系统执行缸套冷却水高温停车、紧急停车或正常停车指令时，PLC对抑制信号的线圈[3]M10.0进行置位，使其常闭触点断开，这样就切断了滑油低压停车报警产生的可能。那么当柴油机实际运行过程中，若是真正出现了滑油压力过低的情况时又如何保证安保正常工作呢？这时就必须考虑如何在柴油机正常起机后对抑制信号线圈M10.0进行复位了。

对于该集装箱船所提及的柴油机安全系统，能鉴别发动机是否已经正常起动并点火运行的信号其一是转速信号，其二就是滑油压力开关（注：用于执行安保停车指令，该开关动作值一般设定为0.2 MPa）信号。本文探讨的是基于速度传感器断线故障的情况下的问题，所以就不能从转速上进行正常判断了，仅剩下滑油压力开关信号可以考虑。通常情况下，在该品牌柴油机正常运转时，系统滑油压力是远大于0.2 MPa的，此时开关常闭触点处于断开状态；而停机后，滑油压力一般会迅速下降，直至低于设定值0.2 MPa，此时开关常闭触点恢复原本的闭合状态。利用柴油机安全系统PLC模块结合适当阻值的电阻可以监测开关这种状态的变化，从而正确判断柴油机是否已经正常工作或是处于停机。当系统监测到该滑油低压停车开关断开时，PLC软件程序[4]就立即对抑制信号线圈M10.0进行复位，其常闭触点恢复常闭，解除了对滑油低压停车报警的抑制，使运行过程中发生滑油低压时安保停车功能得以正常执行，如图2所示。

图2 抑制线圈M10.0梯形图

在进一步试验的过程中发现了一种新的情况，即某台柴油发电机组长期处于冷机状态，然后对其控制系统重新送电进行备车，因为柴油机此时还未启动运转，所以控制系统使滑油预供泵立即自动启动进行系统预润滑。此时若拆除速度传感器探头的电缆接线模拟速度传感器断线故障，可能会触发滑油低压停车报警。原本按照设计好的控制程序，在系统上电初始时，不管速度传感器是否有断线故障，就对滑油低压停车报警进行抑制，那么到底是什么情况触发了该报警呢？技术人员通过笔记本电脑对安全系统PLC[5]进行在线监控以及观察柴油机仪表板上的滑油压力表指针，发现滑油预供泵刚刚工作时系统滑油压力很低，低于0.2 MPa，当系统运行一段很短的时间时，由于滑油系统管路里的滑油温度还非常低，所以其粘度非常高，高粘度的滑油经过滑油预供泵后，使系统建立的滑油压力很快超过0.2 MPa，经观察压力表在0.24 MPa左右。根据PLC程序，系统自动判断这时的柴油机已经正常起机了，所以PLC就立即对抑制信号线圈M10.0进行复位，但是在系统工作期间滑油压力不可能始终是一个稳定不变的值，会有可能会出现一次或多次压力波动，或者较长时间的运行后，滑油温度有所上升，粘度下降，导致系统滑油压力下降，当压力低于0.2 MPa并延时几秒钟，安保系统会立即发出滑油低压停车报警。特别是该船柴油机配置的滑油预供泵流量和扬程特别大，在长期冷机状态下能使系统滑油压力超过预设的停车点，而其他型号的柴油机配置的滑油预供泵容量要小得多，无论滑油粘度高或者低，在柴油机未启动前建立起来的滑油压力都远远小于预设的停车点，这时采用图2的程序进行控制也是非常可靠的。

图3 柴油机起动时间特性

图4 柴油机启动后延时30 s

对于该2200TEU集装箱船所安装的柴油发电机组发生的特殊情况，为了保证其在速度传感器断线故障下安保也能正常工作，必须进一步进行程序优化，采取更加可靠的控制逻辑。于是技术人员查询了该型号柴油机舾装指导文件，可以从该系列柴油机的起动时间特性（如图3所示）发现，在接受启动指令25 s[6]（实际PLC程序中设置为30 s，更加可靠）后系统即可建立正常的滑油压力，这时滑油压力一般在0.4~0.5 MPa。这样，可以从控制系统延伸柴油机的启动信号，将此信号接入安全系统，在PLC中进行延时一定时间（如图4所示），然后对抑制继电器线圈M10.0进行复位，如图5所示。通过以上程序优化处理并经过多次试验，柴油机安保系统一切正常，获得了现场验船师和船东的认可。