《輪機(jī)自動(dòng)化》數(shù)字化教材項(xiàng)目三任務(wù)三

1、項(xiàng)目三 船舶主機(jī)遙控系統(tǒng)【項(xiàng)目描述】船舶主機(jī)遙控系統(tǒng)（Main engine remote control system）是操縱船舶主機(jī)的設(shè)備，通過主機(jī)遙控系統(tǒng)能對(duì)主機(jī)進(jìn)行起動(dòng)、停車、換向等邏輯控制和對(duì)主機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行閉環(huán)控制。同時(shí)還應(yīng)該對(duì)主機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷進(jìn)行必要的限制，并具有必要的安全保護(hù)功能。主機(jī)遙控系統(tǒng)不僅能改善輪機(jī)人員的工作條件，改善船舶的操縱性能，而且還能提高船舶航行的安全性，以及主機(jī)工作的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，是輪機(jī)自動(dòng)化的重要組成部分，也是現(xiàn)代化船舶實(shí)現(xiàn)無人機(jī)艙必不可少的條件之一。對(duì)主機(jī)遙控系統(tǒng)的操作、維護(hù)、管理是輪管人員必須掌握的基本技能。通過本項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，讀者應(yīng)達(dá)到以下要求：一、知識(shí)

2、要求1、 主機(jī)遙控系統(tǒng)的組成、主要功能及類型；2、 氣動(dòng)操縱系統(tǒng)中的主要元部件；3、 車鐘系統(tǒng)及操縱部位轉(zhuǎn)換的條件和方法；4、主機(jī)邏輯控制（換向、起動(dòng)、停油、制動(dòng)等）的條件；5、主機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)荷的控制和限制功能；6、MAN B&W MC主機(jī)氣動(dòng)操縱系統(tǒng)圖。二、能力要求1、能正確地理解系統(tǒng)的主要功能；2、能理解主機(jī)起動(dòng)、換向、制動(dòng)的實(shí)現(xiàn)方法；3、能區(qū)分轉(zhuǎn)速限制、轉(zhuǎn)速控制和燃油限制三者的不同之處；4、能掌握主機(jī)氣動(dòng)操縱系統(tǒng)的作用和管理要點(diǎn)，并能分析系統(tǒng)的典型故障。三、素質(zhì)要求1、養(yǎng)成善于動(dòng)腦、勤于思考、及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題的學(xué)習(xí)習(xí)慣；2、提高理論聯(lián)系實(shí)際的能力，培養(yǎng)善于分析和解決主機(jī)遙控系統(tǒng)實(shí)際問題的能力；

3、3、培養(yǎng)理性思維能力和科學(xué)求實(shí)的精神；4、培養(yǎng)學(xué)習(xí)新技術(shù)的能力，增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)。【項(xiàng)目實(shí)施】任務(wù)三 車鐘系統(tǒng)及操縱部位的轉(zhuǎn)換一、學(xué)習(xí)目標(biāo)1、了解主機(jī)遙控系統(tǒng)的車鐘系統(tǒng)的組成及發(fā)訊原理。2、掌握主機(jī)遙控系統(tǒng)操縱部位的轉(zhuǎn)換。二、學(xué)習(xí)任務(wù)掌握車鐘原理和操作部位的轉(zhuǎn)換方法。三、背景知識(shí)車鐘系統(tǒng)從傳統(tǒng)意義上講只是用來在各操作部位之間發(fā)送和接收主機(jī)操作指令及傳遞操作信息的裝置，一般都由駕駛臺(tái)車鐘、集控室車鐘和機(jī)旁應(yīng)急車鐘組成。根據(jù)所傳遞指令的不同性質(zhì)，車鐘還可分為主車鐘和副車鐘兩種。利用車鐘系統(tǒng)進(jìn)行主機(jī)操縱部位的轉(zhuǎn)換是主機(jī)遙控系統(tǒng)的基本功能之一。一、車鐘系統(tǒng)概述1主車鐘主車鐘用于傳送停車、換向和轉(zhuǎn)速設(shè)定等主

4、機(jī)操縱命令，一般設(shè)有停車(STOP)、前進(jìn)微速(Ahead Dead Slow)、前進(jìn)慢速(Ahead Slow)、前進(jìn)半速(Ahead Half)、前進(jìn)全速(Ahead Ful1)、海上全速(Navigation)、后退微速(Astem Dead Slow)、后退慢速(Astem Slow)、后退半速(Astem Half)、后退全速(Asterm Full)和應(yīng)急后退(Crash Astem)等擋位。駕駛臺(tái)車鐘和集控室車鐘一般采用手柄操作，而機(jī)旁應(yīng)急車鐘除了早期船舶采用手柄操作外，目前大多數(shù)船舶均采用按鍵操作。手柄式車鐘的擋位定義如圖3-3-1所示。手柄式車鐘一般設(shè)有兩根指針，一根指示本地

5、手柄的位置，另一根跟蹤其它操作部位的手柄位置，也稱為復(fù)示指針。按鍵式車鐘則用指示燈代替指針。手柄式車鐘的指針跟蹤一般采用自整角機(jī)或由電路控制的伺服馬達(dá)實(shí)現(xiàn)。圖3-3-1 車鐘擋位示意圖當(dāng)駕駛臺(tái)發(fā)出車令后，集控室和機(jī)旁的復(fù)示指針或指示燈將跟蹤駕駛臺(tái)車令，輪機(jī)員應(yīng)在主機(jī)的當(dāng)前操作部位進(jìn)行回令，即將車鐘手柄推到相應(yīng)的位置，或按下按鍵式車鐘相應(yīng)的擋位按鈕?；亓钪?，三地車鐘均有聲響提示，回令結(jié)束后，聲響提示消失。對(duì)于在駕駛臺(tái)安裝有自動(dòng)遙控系統(tǒng)的船舶，車鐘系統(tǒng)往往還兼有主機(jī)的控制功能，除了傳送車令信息外還能夠向主機(jī)遙控系統(tǒng)發(fā)送主機(jī)的各種操作命令。目前大型自動(dòng)化船舶所使用的車鐘通常都是集傳令車鐘與遙控手柄

6、于一體的指針跟蹤式或指示燈跟蹤式車鐘，車鐘系統(tǒng)已成為主機(jī)遙控系統(tǒng)的重要組成部分。主車鐘向遙控系統(tǒng)發(fā)送主機(jī)操作命令的發(fā)訊裝置通常有氣動(dòng)和電動(dòng)兩種類型。氣動(dòng)發(fā)訊裝置采用手柄的機(jī)械動(dòng)作控制二位三通閥，利用二位三通閥的氣壓輸出實(shí)現(xiàn)正車、倒車和停車信號(hào)的發(fā)訊，并用手柄帶動(dòng)的凸輪控制精密調(diào)壓閥的氣壓輸出，由輸出壓力大小給出與手柄位置相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速設(shè)定值，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速指令的發(fā)訊。電動(dòng)發(fā)訊裝置通常采用微動(dòng)開關(guān)和相應(yīng)的邏輯處理電路發(fā)出正車、倒車和停車信號(hào)，采用精密電位器與信號(hào)處理電路發(fā)出010V的電壓、420mA的電流或05k的電阻等信號(hào)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速設(shè)定值的發(fā)訊。在不同的操縱部位操縱主機(jī)時(shí)，主車鐘的工作模式也不同。

7、以定距槳船舶的低速主機(jī)為例，在駕駛臺(tái)操縱時(shí)，駕駛臺(tái)車鐘直接對(duì)主機(jī)進(jìn)行遙控操作，集控室車鐘和機(jī)旁應(yīng)急車鐘只對(duì)駕駛臺(tái)車令進(jìn)行復(fù)示；在集控室或機(jī)旁操縱時(shí)，駕駛臺(tái)車鐘只用于傳令操作，輪機(jī)員回復(fù)車令后，在集控室或機(jī)旁對(duì)主機(jī)進(jìn)行手動(dòng)操縱。應(yīng)當(dāng)指出的是，集控室車鐘手柄通常還兼有主機(jī)的換向控制功能，而主機(jī)的起動(dòng)、停車和轉(zhuǎn)速控制則由主機(jī)操縱手柄進(jìn)行控制。2副車鐘副車鐘用于傳送與主機(jī)操縱有關(guān)的其它聯(lián)絡(luò)信息，如備車(stand by)、完車(Finished With engine)和海上定速(At sea)等。假設(shè)當(dāng)前操縱部位為集控室，則當(dāng)需要進(jìn)入備車狀態(tài)時(shí)，首先由駕駛臺(tái)按下“備車”按鈕，發(fā)出主機(jī)備車指令，車鈴聲

8、響，“備車”指示燈閃光。值班輪機(jī)員在集控室按“備車”按鈕予以應(yīng)答，車鈴聲響停止，“備車”指示燈變?yōu)槠焦猓M(jìn)入備車狀態(tài)。沖車和試車完畢后，可將主機(jī)的操作部位轉(zhuǎn)到“駕駛臺(tái)”位置。當(dāng)船舶結(jié)束機(jī)動(dòng)航行進(jìn)入海上定速航行時(shí)，在駕駛臺(tái)按“定速”按鈕，車鐘聲響，“定速”指示燈閃光，發(fā)出海上定速航行指令。在集控室按“定速”按鈕，車鈴聲響停止，“定速”指示燈切換為平光，進(jìn)入定速航行狀態(tài)，同時(shí)自動(dòng)取消備車信號(hào)。當(dāng)船舶停泊后不再需要操縱主機(jī)時(shí)，駕駛臺(tái)按下“完車”按鈕，集控室按“完車”按鈕應(yīng)答后，進(jìn)入完車狀態(tài)，“完車”指示燈平光指示。在副車鐘操作過程中，備車、完車、定速這三個(gè)狀態(tài)之間是互鎖的。在機(jī)旁、集控室和駕駛臺(tái)上均

9、設(shè)有應(yīng)急停車按鈕，當(dāng)出現(xiàn)異常情況需要應(yīng)急停車時(shí)，在任一位置按下“應(yīng)急停車”按鈕，都將通過主機(jī)安全保護(hù)系統(tǒng)可靠切斷主機(jī)的燃油供給，強(qiáng)迫主機(jī)停車。應(yīng)急停車后，需在故障排除后，將車鐘扳回到停車位置或按復(fù)位按鈕進(jìn)行復(fù)位后，主機(jī)才能再次起動(dòng)運(yùn)行。二、主車鐘發(fā)訊原理1氣動(dòng)遙控車鐘圖3-3-2所示為一種氣動(dòng)遙控車鐘的結(jié)構(gòu)原理及邏輯符號(hào)，它主要由外殼、精密調(diào)壓閥和二位三通換向閥組成，具有發(fā)送轉(zhuǎn)向控制信號(hào)和主機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定值的功能，用于控制定距槳船舶的可逆轉(zhuǎn)低速柴油主機(jī)，也可用于控制通過減速齒輪箱帶動(dòng)定距槳的中速柴油主機(jī)。 在圖3-3-2中，車鐘外殼的上部由一個(gè)帶刻度盤的保護(hù)罩組成，保護(hù)罩下面是調(diào)壓閥和二位三通閥的

10、機(jī)械控制部分。通過一個(gè)可調(diào)的摩擦鎖緊裝置，操縱手柄可以鎖定在任意位置，在0位、I位和位還分別帶有定位槽。當(dāng)手柄位置移動(dòng)時(shí)，手柄將帶動(dòng)對(duì)稱凸輪7驅(qū)動(dòng)頂桿1。若頂桿1下移，則會(huì)使排氣口4關(guān)閉，進(jìn)氣口2打開，壓縮空氣從P口流向A口，并在A口處建立起一定的壓力，這個(gè)壓力使得調(diào)節(jié)活塞3克服調(diào)節(jié)彈簧5的彈力而向下移動(dòng)，一旦作用在調(diào)節(jié)活塞3上的力(氣壓活塞面積)和與其相對(duì)應(yīng)的彈簧5的彈力相平衡，則進(jìn)氣口和排氣口將關(guān)閉。如果這個(gè)力的平衡狀態(tài)通過頂桿l的位移變化或A管路的壓力下降而打破，則進(jìn)氣口和排氣口相應(yīng)地打開和關(guān)閉，直到一個(gè)新的平衡狀態(tài)重新建立起來為止。手柄偏離停車位置的位移越大，頂桿1被壓下的位移越大，使

11、得精密調(diào)壓閥的輸出壓力(即轉(zhuǎn)速設(shè)定值)與手柄位置成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。圖3-3-2 氣動(dòng)遙控車鐘結(jié)構(gòu)原理及邏輯符號(hào)圖1、7-頂桿；2-進(jìn)氣口；3-活塞；4-排氣口；5、11-彈簧；6、12-凸輪；8-閥座；9-閥芯；10-螺釘手柄移動(dòng)時(shí)，還通過對(duì)稱凸輪15帶動(dòng)兩個(gè)二位三通換向閥發(fā)送轉(zhuǎn)向(前進(jìn)/后退)命令。當(dāng)手柄處于0位時(shí)，閥芯12在彈簧14的作用下壓緊閥座11，壓力口P1截止，接口A與排氣口R1相通，輸出壓力為零；當(dāng)手柄處在位置I或之間時(shí)，凸輪15帶動(dòng)頂桿9移動(dòng)，切斷A與R1之間的通路，并使閥芯12從閥座11離開，從而使P1和A接通，輸出正車或倒車換向信號(hào)。一旦手柄回到0位，彈簧14使閥芯12重新回

12、到閥座11，A口重新與R1口相通，而P1口截止。2電動(dòng)遙控車鐘電動(dòng)遙控車鐘種類繁多，按照不同的分類方法可分為模擬量車鐘和數(shù)字量車鐘，或分為有級(jí)調(diào)速車鐘和無級(jí)調(diào)速車鐘。圖3-3-3所示為一種電位器式無級(jí)調(diào)速轉(zhuǎn)速指令發(fā)送器，其中圖(a)為結(jié)構(gòu)原理圖，圖(b)為輸出特性曲線圖。它可用于定距槳船舶的換向邏輯信號(hào)、主機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定值和變距槳船舶的螺距設(shè)定信號(hào)等車令的發(fā)訊。指令發(fā)送器由透明的外殼1和帶照明裝置的刻度盤組成，操作手柄2在停車位置由定位槽4定位，并可通過摩擦鎖緊裝置3在任意位置鎖緊，手柄位置由刻度盤指針5指示。電位器7、微型開關(guān)8、放大器電路9和接線端子10等電氣元件安裝在垂直設(shè)置的電路板6上。指

13、令發(fā)送器的上部采用防水密封設(shè)計(jì)，金屬保護(hù)罩7用于保護(hù)裝入控制臺(tái)后處在控制臺(tái)臺(tái)面以下的部分。操作手柄2移動(dòng)時(shí)，其角度位移將通過一個(gè)無間隙傳動(dòng)的齒輪機(jī)構(gòu)傳遞到電位器7，而這個(gè)位移角度正好與可變螺距螺旋槳的螺距或及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的給定值相對(duì)應(yīng)。電位器的輸出可以是05k的電阻值，也可以是經(jīng)放大器12轉(zhuǎn)換后的420mA電流信號(hào)或010電壓信號(hào)，其輸出特性分別如圖(b)中E、C和D曲線所示。這些模擬量信號(hào)可根據(jù)遙控系統(tǒng)的需要用作螺距設(shè)定值或主機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定值。另外，凸輪也和手柄一起移動(dòng)，它控制微動(dòng)開關(guān)9給出“前進(jìn)”、“后退”和“停止”等邏輯信號(hào)，各開關(guān)的通斷如圖(b)下部所示。圖3-3-3 指令發(fā)送器結(jié)構(gòu)原理和輸

14、出特性曲線1-外殼； 2-操作手柄；3-縮緊裝置；4-定位槽；5-刻度盤指針；6-電路板；7-電位器；8-微型開關(guān)；9-放大器；10、11-接線端子三、車鐘系統(tǒng)的組成及操縱部位的轉(zhuǎn)換在主機(jī)遙控系統(tǒng)中，可以在駕駛臺(tái)操縱主機(jī)，也可以在集控室操縱主機(jī)，而且在自動(dòng)遙控失靈的情況下，還可在機(jī)旁應(yīng)急操縱主機(jī)。在上述三個(gè)操縱部位中，機(jī)旁操縱的優(yōu)先級(jí)最高，其次是集控室，駕駛臺(tái)操縱的優(yōu)先級(jí)最低。為了確保安全，避免因操縱部位轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生擾動(dòng)，在正常情況下，駕駛臺(tái)和集控室之間的操縱部位轉(zhuǎn)換要滿足如下兩個(gè)條件：(1)集控室遙控車鐘發(fā)出的正、倒車或停車車令必須與駕駛臺(tái)遙控車鐘發(fā)出的正、倒車或停車車令一致，否則操縱部位切換

15、閥將被連鎖機(jī)構(gòu)鎖定而無法切換，這一條件是駕駛臺(tái)和集控室之間的操縱部位轉(zhuǎn)換必須滿足的條件。(2)集控室遙控車鐘發(fā)出的轉(zhuǎn)速設(shè)定值必須與駕駛臺(tái)遙控車鐘發(fā)出的相等，否則切換中因車令設(shè)定轉(zhuǎn)速改變而使主機(jī)轉(zhuǎn)速變化，產(chǎn)生切換擾動(dòng)，但這一條件不是必備的條件。以下以Autochief-型主機(jī)遙控系統(tǒng)的車鐘系統(tǒng)為例說明一個(gè)實(shí)際車鐘系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及其工作原理，其系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖3-3-4所示。該系統(tǒng)采用微機(jī)控制，由駕駛臺(tái)車鐘、集控室車鐘和機(jī)旁應(yīng)急車鐘組成，相互間通過串行通信進(jìn)行信息聯(lián)絡(luò)。駕駛臺(tái)和集控室的主車鐘采用手柄操作，機(jī)旁主車鐘為按鍵操作，三地副車鐘均為按鍵操作。駕駛臺(tái)車鐘還能將車令信息發(fā)送給主機(jī)遙控系統(tǒng)(Re

16、mote control System)的駕駛臺(tái)控制單元，以便在駕駛臺(tái)操作時(shí)，通過遙控系統(tǒng)直接控制主機(jī)。此外，車鐘系統(tǒng)還連接一臺(tái)車令打印機(jī)，對(duì)車令信息進(jìn)行打印記錄。 圖3-3-4 車鐘系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖一般來說，駕駛員都是在駕駛臺(tái)內(nèi)直接通過駕駛臺(tái)車鐘對(duì)主機(jī)進(jìn)行操作，但對(duì)于大型船舶而言，通常還需要在駕駛臺(tái)的左右舷設(shè)置側(cè)翼(Port Wing和STB Wing)操作手柄，其目的是便于船舶離靠碼頭時(shí)的機(jī)動(dòng)操作。側(cè)翼操作的實(shí)現(xiàn)大體有兩種方案，一種是在左右舷各設(shè)置一個(gè)與駕駛臺(tái)內(nèi)完全一樣的車鐘手柄，它們可以完全獨(dú)立地發(fā)送各種車令信號(hào)，具有完全獨(dú)立操縱主機(jī)的功能；另一種就是像圖3-3-4所示的那樣，在側(cè)翼操作臺(tái)設(shè)

17、置“Joysuck”手柄(香蕉柄)?！癑oystick”手柄必須通過駕駛臺(tái)的車鐘系統(tǒng)間接完成車令發(fā)送任務(wù)，它通過控制的三個(gè)微動(dòng)開關(guān)的動(dòng)作給出三個(gè)開關(guān)量車令信號(hào)，向前推給出“正車加速(Increase Ahead)”車令信號(hào)，向后拉給出“倒車加速Increase Astem”車令信號(hào)，松手回中給出維持當(dāng)前轉(zhuǎn)速車令信號(hào)，向左扳給出“停車Stop”車令信號(hào)。這三種車令信號(hào)通過伺服電機(jī)和齒輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)駕駛臺(tái)車鐘手柄機(jī)構(gòu)向正倒車方向轉(zhuǎn)動(dòng)，車鐘手柄機(jī)構(gòu)再帶動(dòng)其下設(shè)的精密轉(zhuǎn)速設(shè)定電位器實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，壓動(dòng)正、倒車微動(dòng)開關(guān)給出正、倒車車令信號(hào)。而駕駛臺(tái)轉(zhuǎn)速設(shè)定電位器的實(shí)際轉(zhuǎn)速設(shè)定信號(hào)被反饋到左右舷車鐘手柄操縱臺(tái)上

18、的轉(zhuǎn)速設(shè)定復(fù)示表(sedpoint Repeator)，供操作者參照操作。應(yīng)該指出的是左右舷車鐘手柄主要是用于離靠港時(shí)控制主機(jī)在“微速”以下的機(jī)動(dòng)運(yùn)行，采用“Joystick”車鐘手柄是可以有效地滿足此種用車操縱要求的。圖3-3-5 駕駛臺(tái)車令信號(hào)及調(diào)整示意圖駕駛臺(tái)車令轉(zhuǎn)速信號(hào)的具體轉(zhuǎn)換、傳送過程和車令轉(zhuǎn)速信號(hào)的調(diào)整方法，如圖3-3-5所示。從圖中可以看出，轉(zhuǎn)速車令發(fā)訊器是一個(gè)5.0k的電位器(最大倒車值0.5k、停車值2.5k、最大正車值4.5k)，也就是車鐘手柄的每一個(gè)位置都將對(duì)應(yīng)一個(gè)準(zhǔn)確的電阻值，這個(gè)電阻值信號(hào)經(jīng)適配器CH.17通道輸入到駕駛臺(tái)控制單元里的微處理器，將其對(duì)應(yīng)地轉(zhuǎn)換成400

19、3900范圍的數(shù)值，該數(shù)值代表車鐘手柄位置對(duì)應(yīng)的主機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定值。然后，該數(shù)值通過串行通信接口送到集控室控制單元，集控室控制單元在接收到這個(gè)數(shù)值后，利用在它內(nèi)部所設(shè)的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成420mA之間的一個(gè)電流值，送到集控室DGS 8800e數(shù)字調(diào)速器系統(tǒng)，數(shù)字調(diào)速器系統(tǒng)輸出1010信號(hào)到數(shù)字伺服放大器，控制執(zhí)行電機(jī)調(diào)節(jié)給油量，從而實(shí)現(xiàn)了在駕駛臺(tái)對(duì)主機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。在駕駛臺(tái)遙控時(shí)，主車鐘除了控制主機(jī)轉(zhuǎn)速之外，還要能控制主機(jī)的轉(zhuǎn)向，即能進(jìn)行主機(jī)的換向、起動(dòng)或停車操作，這些邏輯命令是通過設(shè)置在車鐘內(nèi)部的正車和倒車微動(dòng)開關(guān)來實(shí)現(xiàn)的。車令手柄除了帶動(dòng)車令電位器，還帶動(dòng)正車微動(dòng)開關(guān)和倒車微動(dòng)開關(guān)。這兩個(gè)開關(guān)量信號(hào)分別經(jīng)駕駛臺(tái)控制單元和串行通信接口送到集控室控制單元，由集控室控制單元對(duì)主機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的邏輯控制。例如，在駕駛臺(tái)操作狀態(tài)下，當(dāng)手柄處在停車位置時(shí)，正車微動(dòng)開關(guān)和倒車微動(dòng)開關(guān)均斷開，集控室控制單元將這一輸入狀態(tài)轉(zhuǎn)換成主機(jī)停車。當(dāng)把主機(jī)的操作部位“駕控/集控”轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)到集控室遙控操作后，這時(shí)駕駛臺(tái)主車鐘的遙控功能將被取消，但