HQ-5GD PID自动舵故障分析与处理

2019-11-27杨文中

船电技术 2019年11期

关键词：可控硅零位控制电路

严华，杨文中

严华，杨文中

（集美大学轮机工程学院，福建厦门 361021）

本文对HQ-5GDPID自动舵基本组成进行一个简单的概述，并对此型号舵及其执行机构出现的几个故障提出了诊断和处理方法。目的在于通过有益探讨不断丰富对自动舵系统的管理经验，减少故障率，保障船舶安全航行。

自动舵故障船舶

0 引言

船舶舵系统的主要功能是自动控制船舶航向、操纵船舶。它能使船舶航行过程中克服船舶自身条件的改变及气象和海况各种干扰因素的影响，使船舶稳定在预定的航向上航行，同时它也是保障船舶航行安全性和经济性的关键。自动舵发展到今天经历了机械式自动舵、PID自动舵、自适应舵和现在的智能舵这么几个阶段。虽然自动舵已经进入了人工智能的现代化时代，但PID舵还未真正退出市场，很多船公司的船舶的操舵系统还是采用这样的控制方式，PID舵电气控制系统较为复杂，一旦出现故障往往使电气人员感到不知所措。本文就实验室中的国产HQ-5GD型PID自动舵电气控制系统及执行机构出现的故障可能的原因进行分析及进行相应故障排除。

1 HQ-5GD PID自动舵系统基本组成

HQ-5GD PID自动舵系统由三个主要部分组成，一是控制系统，它主要由两个电源控制箱，控制不同的泵站。且控制箱上有转换开关控制不同的控制地点（驾驶台控制或舵机房控制）。二是驾驶台的主操纵站。在现代化船舶上的主操纵站都设有自动操纵系统随动操纵系统和应急操纵系统三种操纵方式。三是执行机构。它又可以叫做驱动装置或伺服装置，主要是用于驱动舵叶转动。本系统的伺服装置是电磁阀型的。HQ-5GD型PID自动舵系统基本组成如图1所示。

2 HQ-5GD PID操舵系统故障

在使用HQ-5GD PID自动操舵系统遇到以下几个故障:

1）跑舵

①故障现象：HQ-5GD PID舵在使用过程中出现这样一个故障，操舵仪选择模式为随动操作。控制箱选择1号泵工作系统工作正常，选择2号泵工作时泵缸工作不受操舵手轮控制，一直到超满舵出现报警信号限位开关起作用系统才停止工作。

②故障分析：这故障一出现首先可以排除舵角反馈控制系统部分出的故障，如果这部分系统出现问题，那么舵机控制系统在控制箱选择1号泵工作时系统工作不可能正常。其次考虑到2号泵电磁阀在舵叶偏转到相应的舵角时无法失电导致泵缸不受控。电磁阀直接受控于可控硅，可控硅无法关断造成泵缸持续工作。经对控制2号电磁阀可控硅控制电路及可控硅的检测发现元器件本身及其控制电路均完好。接着将自动操舵系统控制模式转换到应急操纵状态，发现泵缸仍不受控，由此断定是电磁阀出现故障，经检查发现电磁阀的阀芯卡阻，由此造成电磁阀失电仍未断油，所以泵缸继续工作。总结：自动舵操舵系统一旦出了此类故障首先应从应急系统查起，再查随动操纵系统，这样可以节省查找的时间，到达快速处理故障的目的。

2）在随动操作模式下两套泵系统一套可以正常控制，另一套不能控制。

①故障现象：HQ-5GD PID操舵仪上有三个选择控制模式，即Ⅰ、Ⅱ号通道单独控制，Ⅰ+Ⅱ号通道联合控制。在随动状态下选择Ⅱ号通道单独控制，舵系统工作正常。选择Ⅰ号通道单独工作舵系统无法工作（1、2号泵电机均可以正常起、停），但1号电磁阀无法得电。

②故障分析：这故障一出现首先考虑到的可能是两个原因一是外部元器件故障；二是Ⅰ号通道的可控硅触发控制电路出现问题。出现故障我们本着先易后难排出故障的方法，首先对外部元器件进行故障的排查。外部元器件主要有两个即电磁阀和可控硅。首先将起动箱上的控制地点选择在驾驶台，在主操纵台上选择Ⅰ号通道，控制模式选择简易操舵模式进行操舵，舵可以正常偏转，故可排出电磁阀故障。经对可控硅器件进行单独测量未发现其损坏。出现这一故障极有可能的原因是可控硅触发电路出现故障。HQ-5GD可控硅触发控制电路及电磁阀控制电路如图2、3所示。

图1 PID自动舵系统基本组成

图3 电磁阀控制电路

运算放大器3N输出信号控制斯密特触发电路由VE4a、VE5a，VE7a、VE8a组成，使连续变化的信号变成脉冲信号输出。为了鉴别放大器3N输出的极性故采用两组完全相同的触发器。此电路后面加了射极跟随器VE6a、VE9a是为了满足可控硅控制功率的要求。317、319输出电压信号是供给可控硅触发极的。首先我们对可控硅进行测量，无论左舵或右舵Ⅰ号通道的可控硅阴、阳极之间电压均为直流30 V，很显然是Ⅰ号通道的可控硅没有导通。用示波器测试可控硅控制极与阴极之间的触发波形，Ⅱ号通道单独工作时触发波形如图4所示。而Ⅰ号通道号通道单独工作时则无触发波形产生，由此推测触发控制电路可能有故障。

图4 可控硅触发信号波形图

图5 触发电路的插件槽

用采用替代法来处理故障。Ⅰ号通道和Ⅱ号通道插件控制板的参数是完全相同的故可将Ⅰ号和Ⅱ号控制板互为更换，更换完后1号泵电磁阀仍无法得电，而更换后Ⅱ号通道单独控制，舵系统工作仍正常。说明可控硅的触发控制电路板无故障，故障应该出现在触发信号输出链接电路的某个环节上，经仔细观察和测量发现触发电路的插件槽有开裂情况如图5所示，这才是产生故障的真正原因。总结：一个故障产生一定要对可能产生故障环节全面细致的分析，这样才不会出现遗漏的环节，导致故障无法排除。

3）零位偏移

①故障现象：随动操舵模式，舵轮在零位，舵叶偏离零位。

②故障分析：出现这一故障最有可能的原因有两个，一是相敏电路出现故障，元件参数发生变化，使输出电压不平衡；二是反馈装置故障或自整角发送器故障使零位不准确；首先将舵轮置于零位，对相敏整流电路输出端测量电压信号。经测量发现此时只有十几毫伏电压输出，很显然这么低的电压输出它不足以使舵叶发生偏离，是可以忽略不计的。问题可能就出在反馈装置故障或自整角发送器故障使零位不准确上面了。我们对自整角反馈装置进行调零。先将舵叶通过手轮置于零位。断电，将电磁阀接线脱开（防止电磁阀通电造成泵缸运动）和将反馈自整角机固定螺丝松开，再将操舵手轮转到零位。通电，转动自整角机励磁绕组找到电气零点，断电再将反馈自整角机固定，电磁阀重新接上线，通电。此时故障排除。由此可见造成这一故障的原因是反馈装置的机械啮合点发生偏移，通过重新的零点整定即可排除故障。