楊永東

ME船用電噴主機(jī)運(yùn)行常見(jiàn)問(wèn)題和管理要點(diǎn)
——控制系統(tǒng)

楊永東

MAN B&W ME-C 系列船用電噴柴油機(jī)自2003年面世至今，以其優(yōu)良的性能、更經(jīng)濟(jì)的油耗、低排放、易于操作等特點(diǎn)，得到市場(chǎng)的高度認(rèn)可。但是，和所有其他產(chǎn)品一樣，該系列船用柴油機(jī)也有不完美的地方，使用或管理不當(dāng)仍然會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題。通過(guò)分析MAN B&W服務(wù)工程師實(shí)船收集的案例，分析ME-C/B 電噴柴油機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中常見(jiàn)的問(wèn)題，并總結(jié)使用者和管理者在日常工作中應(yīng)該注意的問(wèn)題及要點(diǎn)。

ME船用電噴主機(jī)；控制系統(tǒng)；船用柴油機(jī)

上篇介紹了ME電噴主機(jī)機(jī)械方面的常見(jiàn)問(wèn)題和管理要點(diǎn)，本文重點(diǎn)對(duì)ME電噴主機(jī)控制系統(tǒng)常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行分析，將分控制單元、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器、人機(jī)交換界面、電磁噪音、地絕緣以及檢測(cè)診斷系統(tǒng)等幾個(gè)方面來(lái)逐一介紹。

這里所說(shuō)的控制單元指的是ME電噴主機(jī)控制系統(tǒng)（ECS，Engine Control System）中用到的MPC（Multi-Purpose Controller），根據(jù)不同的控制功能被分為：

- ACU（Auxiliary Control Unit）——輔助控制單元，控制副主風(fēng)機(jī)和伺服液壓油泵；

- CCU（Cylinder Control Unit）——汽缸控制單元，控制單缸的噴油/排氣閥/注油器等；

- ECU（Engine Control Unit）——柴油機(jī)控制單元，ME主機(jī)的調(diào)速器；

- EICU（Engine Interface Control Unit）——柴油機(jī)通信控制單元，負(fù)責(zé)與除ECS以外的系統(tǒng)進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)交換；

- SCU（Scavenge Control Unit）——掃氣控制單元，控制EGB、VTA等改善掃氣壓力；

- CWCU（Cooling Water Control Unit）——冷卻水控制單元，控制前面提到的LDCL系統(tǒng)。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)單純指ME電噴主機(jī)ECS（Engine Control System）中的執(zhí)行元器件，如FIVA電磁閥、汽缸注油器、液壓泵的斜盤等。

傳感器指的是ECS中用到的各種用來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)速、位置、溫度、壓力、液位等的探頭，常見(jiàn)的有FIVA的位置反饋信號(hào)、排氣閥的位置反饋信號(hào)、高壓油泵的反饋信號(hào)、液壓泵斜盤位置反饋信號(hào)、汽缸注油器的液位傳感器等。

人機(jī)交換界面就是我們說(shuō)的ECS中的兩臺(tái)MOP（Main Operating Panel）。

檢測(cè)診斷系統(tǒng)指的是MAN Diesel & Turbo自己研發(fā)的用來(lái)檢測(cè)主機(jī)工況和診斷的CoCoS-EDS（Computer Controlled Surveillance Engine Diagnostics System）和PMI（Pressure Monitoring Instrument）系統(tǒng)。

一、控制單元常見(jiàn)問(wèn)題

目前ME電噴主機(jī)上出現(xiàn)過(guò)兩種不同的MPC，如圖1至圖3所示。圖1可以用于所有不同的控制單元，圖2的MPC 10 只能用作CCU，并且這兩者是不可以互換的。不管是MPC，還是MPC10，安裝在船上的時(shí)候都是安裝在防護(hù)等級(jí)為IP66的密封電氣控制柜里，控制柜一般裝在主機(jī)機(jī)旁控制側(cè)的機(jī)架上，見(jiàn)圖3。

圖1　MPC

圖2　MPC 10

圖3　MPC控制柜和MPC

MPC是主機(jī)制造設(shè)計(jì)廠商MAN Diesel & Turbo公司自己研發(fā)設(shè)計(jì)的，試驗(yàn)溫度在70 ℃～+140 ℃，所以，即使機(jī)艙的溫度大部分時(shí)候都不低，也不會(huì)影響其工作性能。

圖4統(tǒng)計(jì)了不同的制造廠商、不同的三個(gè)船東從2008年到2011年統(tǒng)計(jì)出現(xiàn)的MPC故障率。從圖中三個(gè)客戶（分別用X、Y和Z代表）來(lái)分析MPC在造機(jī)廠（綠色）、船廠（黃色）以及裝船之后（紅色）使用過(guò)程的故障率。

Y客戶在主機(jī)制造廠家的時(shí)候故障率是最高的，這段時(shí)間出現(xiàn)問(wèn)題的最主要原因是由于MPC在制造的過(guò)程中本身就存在缺陷，或者是主機(jī)制造廠家在安裝的過(guò)程中出現(xiàn)了損壞。

圖4　MPC在不同時(shí)期的故障率

Z客戶在船廠時(shí)候故障率最高，說(shuō)明MPC在安裝的過(guò)程中損壞的比較多，或者本來(lái)Z客戶選擇的主機(jī)制造廠家制造工藝、電纜布線的工藝不夠過(guò)關(guān)。

X客戶在交船之后使用過(guò)程中故障率最高，再看綠色和黃色部分，雖然不是最高，但都相對(duì)比較高，說(shuō)明主機(jī)在造機(jī)廠和船廠都沒(méi)有被很好地對(duì)待，整個(gè)工藝和施工質(zhì)量是最差的，到最后才導(dǎo)致極高的故障率。

圖5是一些常見(jiàn)的在主機(jī)廠家、船廠和用戶手上MPC出現(xiàn)過(guò)的問(wèn)題。

圖5　MPC在不同時(shí)期的故障原因分布

目前，大部分造機(jī)廠都可以很好地按照廠家的施工工藝進(jìn)行布線和安裝，但是，有些船廠施工質(zhì)量存在問(wèn)題，尤其是沙灘造船興起的時(shí)候。這種問(wèn)題不僅出現(xiàn)在中國(guó)船廠，韓國(guó)船廠也一樣存在。

針對(duì)上述統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，作為船東和用戶我們可以從以下幾個(gè)方面加強(qiáng)控制，以減少后期運(yùn)營(yíng)成本：

（1）新船監(jiān)造人員在造機(jī)廠、造船廠監(jiān)造的時(shí)候，尤其是在電纜敷設(shè)時(shí)，就須嚴(yán)控建造質(zhì)量，一旦所有電纜敷設(shè)完畢，后面出現(xiàn)問(wèn)題想整改都很困難，有時(shí)候甚至問(wèn)題在哪里都找不出來(lái)。圖6中MPC缺陷出現(xiàn)在剛剛出廠不久的船上，不用說(shuō)IP66等級(jí)了，就是剛剛交船的時(shí)候，MPC上面就已經(jīng)被積灰覆蓋了。尤其是EICU，EICU是裝在集控室的，這一部分布線和安裝由造船廠負(fù)責(zé)，很多船是直接把MPC裝在集控柜里面，連EICU柜子都省了，圖6就是典型的例子。

（2）所有的電纜敷設(shè)均需要遵循設(shè)計(jì)廠家的生產(chǎn)圖紙工藝規(guī)范要求，正確敷設(shè)屏蔽線，使用符合規(guī)范要求的電纜盤根、電纜扎帶，清晰明確標(biāo)示電纜。這些不起眼的小問(wèn)題往往最后帶來(lái)大的災(zāi)難。

圖6　MPC在安裝過(guò)程中的典型缺陷

（3）在船電機(jī)員/輪機(jī)員要定期（每個(gè)月一次）檢查所有ECS控制柜的接線，清潔控制柜，尤其是金屬粉塵（見(jiàn)圖7），金屬粉塵會(huì)導(dǎo)致MPC短路，出現(xiàn)控制故障。建議購(gòu)買一只小型真空吸塵器用來(lái)清潔內(nèi)部灰塵。需要特別提醒的是，在出廠的時(shí)候，每個(gè)控制柜里會(huì)放一包干燥劑，有些船上發(fā)現(xiàn)這些干燥劑放了5年之久，由于受潮，MPC控制柜已經(jīng)開(kāi)始腐爛、生銹了（見(jiàn)圖8）。所以，在船電機(jī)員/輪機(jī)員在檢查的時(shí)候，需要清除控制柜里不必要的其他物品。

圖7　固定螺絲松動(dòng)脫落，由于震動(dòng)造成的金屬粉塵

圖8　MPC控制柜中的干燥劑造成的銹蝕

（4）另外，電機(jī)員/輪機(jī)員在船更換MPC的時(shí)候，一定不要帶電操作，在拆的時(shí)候，一定最先切斷電源，裝復(fù)后最后接通電源。避免在操作的過(guò)程中損壞MPC。

二、執(zhí)行機(jī)構(gòu)FIVA常見(jiàn)故障

ECS中執(zhí)行機(jī)構(gòu)很多，比如汽缸注油器、機(jī)帶液壓泵、各種電磁閥，其中故障最多也最頻繁的就是控制燃油噴射和排氣閥動(dòng)作的FIVA（Fuel Injection Valve Actuation）電磁閥。在ME主機(jī)進(jìn)入市場(chǎng)的早期，可能出現(xiàn)過(guò)由于FIVA本身的先導(dǎo)閥控制電路部分故障導(dǎo)致的問(wèn)題，但是，隨著后期設(shè)計(jì)的改進(jìn)和經(jīng)驗(yàn)的積累，這部分故障基本上不存在了。根據(jù)最近10年的服務(wù)經(jīng)驗(yàn)，在所有出現(xiàn)的故障中，絕大多數(shù)是因?yàn)橐簤河团K引起的FIVA電磁閥先導(dǎo)閥卡阻，導(dǎo)致不能正常工作；還有一部分是由于FIVA使用時(shí)間超過(guò)25 000小時(shí)以上時(shí)產(chǎn)生的正常磨損，出現(xiàn)內(nèi)漏，這時(shí)會(huì)引起排氣閥開(kāi)啟行程過(guò)低（Exhaust Valve Stroke Low）等報(bào)警。臟污的液壓油也會(huì)造成機(jī)帶液壓泵的控制閥故障。

很多FIVA甚至在試航的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)卡阻，交船后的前半年也是FIVA故障高發(fā)期，最主要的原因是管系中沒(méi)有被投油帶走的污染物在主機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，經(jīng)過(guò)震動(dòng)，從焊縫、法蘭接口等出來(lái)進(jìn)入液壓系統(tǒng)，此時(shí)，如果系統(tǒng)中的6μ濾器工作狀況不佳的話，很容易會(huì)出現(xiàn)上述各類問(wèn)題。圖9為主機(jī)在車間試車的時(shí)候，液壓油的清潔等級(jí)會(huì)達(dá)到ISO 4406 16/13，或者NAS Code 7，但這是在機(jī)器靜止不運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下進(jìn)行的投油檢測(cè)的結(jié)果，當(dāng)柴油機(jī)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，以及試航過(guò)程中所有設(shè)備開(kāi)始運(yùn)行的時(shí)候，震動(dòng)會(huì)比投油的時(shí)候更加劇烈。

圖9　不同時(shí)期的液壓系統(tǒng)的清潔程度

因此，在試航和試車臺(tái)試車的時(shí)候，5μ的“Running in Filter”會(huì)裝在FIVA（控制噴油和排氣閥的電磁閥）上，有的甚至在試航之后還會(huì)使用一段時(shí)間。

在整個(gè)柴油機(jī)的生命周期里，對(duì)于此類故障的管理重點(diǎn)就是保證工作介質(zhì)——液壓油的清潔，無(wú)論是在造機(jī)廠、船廠還是交船以后。對(duì)于液壓系統(tǒng)和主機(jī)滑油系統(tǒng)合在一起的ME主機(jī)，日常的精細(xì)管理更為重要。

MAN Diesel & Turbo目前已經(jīng)推出可以在船上檢修FIVA的維修包，如果FIVA主閥芯磨損嚴(yán)重，只能進(jìn)行換新。現(xiàn)在新的FIVA從原來(lái)的“Plug Type”改成了“Tail Type”，根據(jù)實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)，“Plug Type”在主機(jī)運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)由于震動(dòng)造成接觸不良導(dǎo)致故障。需要提醒的是，在從“Plug Type”換成“Tail Type”的時(shí)候注意接線圖紙，一般會(huì)有一張新的圖紙隨著新的FIVA一起送到船上，電機(jī)員在接線的時(shí)候需要注意。有時(shí)候還會(huì)出現(xiàn)“Tail Type”的線不夠長(zhǎng)，無(wú)法直接從FIVA直接接到CCU，中間需要加裝接線盒，這些細(xì)節(jié)都需要考慮到。

FIVA換新之后，一定要在MOP Maintenance Function Test HCU界面做功能測(cè)試，以確定接線正確，并且保存測(cè)試結(jié)果。

至于液壓泵、汽缸注油器，故障率是很低的，即使有，一般也很容易解決，這里就不贅述了。

三、傳感器常見(jiàn)故障

ECS中有很多用來(lái)檢測(cè)液位、感應(yīng)位置的傳感器，比較典型的如汽缸注油器的液位傳感器，反饋信號(hào)傳感器，排氣閥位置傳感器，高壓油泵位置傳感器，角度編碼器裝在飛輪上的MSA傳感器，掃氣壓力、啟動(dòng)空氣、控制空氣壓力傳感器。這些傳感器有一個(gè)共同的特點(diǎn)就是，它們都不能像其他系統(tǒng)用的傳感器一樣自己來(lái)調(diào)零點(diǎn)。如果損壞，只能換新處理。好處就是它們都不需要標(biāo)定，是傻瓜式的“Plug n play”。

這些傳感器最常見(jiàn)的問(wèn)題可以概括為以下幾類：

（1）傳感器本身的故障，比如設(shè)計(jì)和制造缺陷、質(zhì)量問(wèn)題。這些問(wèn)題在最早期的機(jī)器上出現(xiàn)過(guò)，比如汽缸注油器的液位傳感器會(huì)導(dǎo)致ECS系統(tǒng)的絕緣故障，排氣閥和高壓油泵位置傳感器制造缺陷導(dǎo)致失效等，這些問(wèn)題在2010年之后基本再未出現(xiàn)。

（2）傳感器探頭臟污，或者液位傳感器探頭的安裝部位有空氣；固定不牢，因震動(dòng)導(dǎo)致出現(xiàn)不連續(xù)、不規(guī)范的反饋信號(hào)；或者與傳感器連接的電纜出現(xiàn)短路，造成假的信號(hào)。ECS系統(tǒng)中采用了很多相互冗余備用的傳感器，可以時(shí)刻相互監(jiān)視，出現(xiàn)偏差時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，給故障排除帶來(lái)了很多便利。

建議在船輪機(jī)員/電機(jī)員加強(qiáng)日常巡視，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，如緊固松動(dòng)件，電纜扎帶，定期清潔裸露的傳感器，做好保養(yǎng)記錄等。

四、人機(jī)交換系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)測(cè)量系統(tǒng)常見(jiàn)故障

ECS系統(tǒng)有兩臺(tái)相互冗余的人機(jī)交換系統(tǒng)Main Operating Panel A/B （MOP A/B），用來(lái)顯示ME主機(jī)在工作時(shí)候的參數(shù)，以及供輪機(jī)員操作主機(jī)、調(diào)整主機(jī)工況、處理報(bào)警。兩臺(tái)MOP同時(shí)工作，相互冗余，即使兩臺(tái)都不工作，主機(jī)照樣可以運(yùn)轉(zhuǎn)，并且負(fù)荷不受限制。MOP其實(shí)就是兩臺(tái)船用電腦，配置觸摸屏。MOP電腦的操作系統(tǒng)還是Windows XP，只不過(guò)是特殊的定制系統(tǒng)，沒(méi)有家用電腦Windows XP系統(tǒng)那樣具有很多功能，最重要的是沒(méi)有安裝殺毒軟件。整個(gè)電腦里只安裝了ME主機(jī)的控制系統(tǒng)軟件——ME-ECS SW，同時(shí)有所有MPC控制單元的備份軟件/參數(shù)。

PMI（Pressure Monitoring Instrument）也就是我們說(shuō)的電子示功儀，用來(lái)測(cè)量主機(jī)工況。根據(jù)不同的配置，分成Offline PMI， Online PMI和Auto Tuning PMI，如圖10至圖12所示。

Offline PMI 只配有一個(gè)測(cè)量缸內(nèi)壓力的探頭，因此需要輪機(jī)員手動(dòng)逐個(gè)缸進(jìn)行測(cè)量，全部缸測(cè)量完成之后，數(shù)據(jù)傳到PMI PC，形成完整的主機(jī)工況報(bào)表，包括單缸的PV圖、PT圖和偏差值。機(jī)務(wù)主管/輪機(jī)員可以根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)對(duì)主機(jī)工況進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整，以平衡主機(jī)單缸工況，達(dá)到降低排放、節(jié)省燃油的目的。同時(shí)，各缸負(fù)荷一致也可以減少主機(jī)機(jī)械故障，如缸套磨損、軸承損壞等。

圖10　Offline PMI的標(biāo)準(zhǔn)配置圖

圖11　Online PMI的標(biāo)準(zhǔn)配置圖

Online PMI是在Offline 的基礎(chǔ)上升級(jí)而來(lái)的，所以它具備Offline的一切功能，但是，由于Online系統(tǒng)給每個(gè)缸配備了一個(gè)檢測(cè)壓力的傳感器，永久安裝在示功上，所以O(shè)nline PMI可以實(shí)時(shí)在PMI PC上檢測(cè)主機(jī)工況參數(shù)，只要主機(jī)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)。如果輪機(jī)員發(fā)現(xiàn)需要對(duì)主機(jī)參數(shù)/工況進(jìn)行調(diào)整，可以隨時(shí)手動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后的主機(jī)參數(shù)/工況繼續(xù)實(shí)時(shí)地被Online PMI 監(jiān)視，行程由操作者參與的閉環(huán)控制系統(tǒng)。

Auto Tuning PMI的硬件和Online PMI的硬件基本一樣，區(qū)別在于，Auto Tuning PMI實(shí)時(shí)采集的主機(jī)工況數(shù)據(jù)同時(shí)被送到MOP電腦ME-ECS 軟件中，ME-ECS軟件中的Auto Tuning功能會(huì)對(duì)主機(jī)的實(shí)時(shí)工況進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整（每10轉(zhuǎn)調(diào)整一次），保證主機(jī)永遠(yuǎn)一直處于最佳的工作狀態(tài)中。保證最經(jīng)濟(jì)，排放最低。

圖12　ECS SW中的Auto Tuning PMI界面

CoCoS-EDS（Computer Controlled Surveillance-Engine Diagnostics System）是用來(lái)收集和記錄/分析主機(jī)參數(shù)的一種程序，是一種功能非常強(qiáng)大的類似于主機(jī)大數(shù)據(jù)平臺(tái)。如果按時(shí)備份，它可以記錄主機(jī)一生所有的參數(shù)，并且可以用不同的形式將這些參數(shù)呈現(xiàn)出來(lái)，如柱狀圖、趨勢(shì)圖、線性變化等。

CoCoS-EDS軟件和PMI軟件安裝在同一臺(tái)電腦上，所以這臺(tái)電腦又叫PMI-CoCoS EDS PC。在早期，這臺(tái)電腦是由船廠/造機(jī)廠提供的，MAN對(duì)其沒(méi)有規(guī)定和要求，因?yàn)橹恍枰胀ǖ碾娔X就可以滿足要求，所以，一段時(shí)間里出現(xiàn)了百花齊放的景象，各種品牌、各種型號(hào)、各種操作系統(tǒng)的電腦都出現(xiàn)在船上了，有的電腦里有各種照片、各種電影、各種病毒……這種亂象，直到MAN開(kāi)始提供一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的普通電腦時(shí)結(jié)束。

MOP、PMI-CoCoS-EDS系統(tǒng)一般有下列常見(jiàn)故障和問(wèn)題：

（1）操作系統(tǒng)被病毒感染，導(dǎo)致正常的操作文件丟失，系統(tǒng)不能正常工作。對(duì)于這樣的問(wèn)題，建議輪機(jī)員當(dāng)需要從MOP拷貝文件出來(lái)的時(shí)候，首先把要連接的USB格式化，然后再使用，并且只用于MOP B，這樣一旦出現(xiàn)問(wèn)題，最起碼還有MOP A。對(duì)于PMI-CoCoS-EDS電腦，也建議如此，并且不要存儲(chǔ)其他文件和當(dāng)作日常工作電腦來(lái)用。建議船上/機(jī)務(wù)收集每條船的MOP A/B的Windows XP系統(tǒng)備份、ME-ECS SW 的安裝軟件備份、SPAF參數(shù)備份，以及PMI-CoCoS-EDS軟件、數(shù)據(jù)備份。萬(wàn)一出現(xiàn)問(wèn)題，輪機(jī)員可以在MAN Diesel & Turbo遠(yuǎn)程指導(dǎo)下自行完成安裝，恢復(fù)系統(tǒng)。

（2）MOP電腦觸摸屏故障，鼠標(biāo)會(huì)自動(dòng)回到固定的屏幕位置，不受控制。這種故障出現(xiàn)在ECMOP一體機(jī)上，主要原因是MOP在空運(yùn)的過(guò)程中受到擠壓被損壞，萬(wàn)一出現(xiàn)這種問(wèn)題，用戶須聯(lián)系MAN Diesel & Turbo解決。即使得不到及時(shí)的處理，也不必緊張，MOP僅僅是人機(jī)交換系統(tǒng)，不參與主機(jī)的控制。

（3）對(duì)于Online PMI 和Auto Tuning PMI來(lái)說(shuō)，由于傳感器一直固定在示功閥里，需要每三個(gè)月用便攜式探頭做一次標(biāo)定，以避免出現(xiàn)測(cè)量偏差。同時(shí)，傳感器也有可能積炭造成誤報(bào)警，或者假的Sensor Failure。使用Auto Tuning PMI的用戶，需要注意修改MOP中的FQA設(shè)定。

五、結(jié)束語(yǔ)

隨著新技術(shù)、新材料的不斷發(fā)展和應(yīng)用，主機(jī)生產(chǎn)廠家也在不斷更新自己的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，所以，岸上機(jī)務(wù)主管人員也需要及時(shí)從廠家獲取相關(guān)信息，并定期與船上交流。同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)輪機(jī)員/電機(jī)員的培訓(xùn)，提高在船輪機(jī)員/電機(jī)員的業(yè)務(wù)水平。那樣的話，即使出現(xiàn)故障，船上也能迅速準(zhǔn)確地將故障反饋回來(lái)，并且在收到岸上支持后配合進(jìn)行故障診斷，找出原因，解決問(wèn)題。

以上是筆者近年從事MAN B&W船用主機(jī)技術(shù)咨詢和服務(wù)過(guò)程中遇到的ME電噴主機(jī)最常見(jiàn)的問(wèn)題，對(duì)于其他沒(méi)有涉及的，歡迎廣大同行進(jìn)一步討論；文中的分析若有不當(dāng)之處，也請(qǐng)同行批評(píng)指正。

10.16176/j.cnki.21-1284.2016.08.005

楊永東，MAN Diesel & Turbo Singapore服務(wù)工程師，E-mail：yang.yongdong@sg.man.eu