ME船用電噴主機運行常見問題和管理要點
——控制系統

楊永東

ME船用電噴主機運行常見問題和管理要點
——控制系統

楊永東

MAN B&W ME-C 系列船用電噴柴油機自2003年面世至今，以其優良的性能、更經濟的油耗、低排放、易于操作等特點，得到市場的高度認可。但是，和所有其他產品一樣，該系列船用柴油機也有不完美的地方，使用或管理不當仍然會出現各種問題。通過分析MAN B&W服務工程師實船收集的案例，分析ME-C/B 電噴柴油機在運行過程中常見的問題，并總結使用者和管理者在日常工作中應該注意的問題及要點。

ME船用電噴主機；控制系統；船用柴油機

上篇介紹了ME電噴主機機械方面的常見問題和管理要點，本文重點對ME電噴主機控制系統常見問題進行分析，將分控制單元、執行機構、傳感器、人機交換界面、電磁噪音、地絕緣以及檢測診斷系統等幾個方面來逐一介紹。

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

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

- 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）——柴油機控制單元，ME主機的調速器；

- EICU（Engine Interface Control Unit）——柴油機通信控制單元，負責與除ECS以外的系統進行通信和數據交換；

- 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。

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

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

人機交換界面就是我們說的ECS中的兩臺MOP（Main Operating Panel）。

檢測診斷系統指的是MAN Diesel & Turbo自己研發的用來檢測主機工況和診斷的CoCoS-EDS（Computer Controlled Surveillance Engine Diagnostics System）和PMI（Pressure Monitoring Instrument）系統。

一、控制單元常見問題

目前ME電噴主機上出現過兩種不同的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，安裝在船上的時候都是安裝在防護等級為IP66的密封電氣控制柜里，控制柜一般裝在主機機旁控制側的機架上，見圖3。

圖1　MPC

圖2　MPC 10

圖3　MPC控制柜和MPC

MPC是主機制造設計廠商MAN Diesel & Turbo公司自己研發設計的，試驗溫度在70 ℃～+140 ℃，所以，即使機艙的溫度大部分時候都不低，也不會影響其工作性能。

圖4統計了不同的制造廠商、不同的三個船東從2008年到2011年統計出現的MPC故障率。從圖中三個客戶（分別用X、Y和Z代表）來分析MPC在造機廠（綠色）、船廠（黃色）以及裝船之后（紅色）使用過程的故障率。

Y客戶在主機制造廠家的時候故障率是最高的，這段時間出現問題的最主要原因是由于MPC在制造的過程中本身就存在缺陷，或者是主機制造廠家在安裝的過程中出現了損壞。

圖4　MPC在不同時期的故障率

Z客戶在船廠時候故障率最高，說明MPC在安裝的過程中損壞的比較多，或者本來Z客戶選擇的主機制造廠家制造工藝、電纜布線的工藝不夠過關。

X客戶在交船之后使用過程中故障率最高，再看綠色和黃色部分，雖然不是最高，但都相對比較高，說明主機在造機廠和船廠都沒有被很好地對待，整個工藝和施工質量是最差的，到最后才導致極高的故障率。

圖5是一些常見的在主機廠家、船廠和用戶手上MPC出現過的問題。

圖5　MPC在不同時期的故障原因分布

目前，大部分造機廠都可以很好地按照廠家的施工工藝進行布線和安裝，但是，有些船廠施工質量存在問題，尤其是沙灘造船興起的時候。這種問題不僅出現在中國船廠，韓國船廠也一樣存在。

針對上述統計數據，作為船東和用戶我們可以從以下幾個方面加強控制，以減少后期運營成本：

（1）新船監造人員在造機廠、造船廠監造的時候，尤其是在電纜敷設時，就須嚴控建造質量，一旦所有電纜敷設完畢，后面出現問題想整改都很困難，有時候甚至問題在哪里都找不出來。圖6中MPC缺陷出現在剛剛出廠不久的船上，不用說IP66等級了，就是剛剛交船的時候，MPC上面就已經被積灰覆蓋了。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責，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）所有的電纜敷設均需要遵循設計廠家的生產圖紙工藝規范要求，正確敷設屏蔽線，使用符合規范要求的電纜盤根、電纜扎帶，清晰明確標示電纜。這些不起眼的小問題往往最后帶來大的災難。

圖6　MPC在安裝過程中的典型缺陷

（3）在船電機員/輪機員要定期（每個月一次）檢查所有ECS控制柜的接線，清潔控制柜，尤其是金屬粉塵（見圖7），金屬粉塵會導致MPC短路，出現控制故障。建議購買一只小型真空吸塵器用來清潔內部灰塵。需要特別提醒的是，在出廠的時候，每個控制柜里會放一包干燥劑，有些船上發現這些干燥劑放了5年之久，由于受潮，MPC控制柜已經開始腐爛、生銹了（見圖8）。所以，在船電機員/輪機員在檢查的時候，需要清除控制柜里不必要的其他物品。

圖7　固定螺絲松動脫落，由于震動造成的金屬粉塵

圖8　MPC控制柜中的干燥劑造成的銹蝕

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

二、執行機構FIVA常見故障

ECS中執行機構很多，比如汽缸注油器、機帶液壓泵、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作的FIVA（Fuel Injection Valve Actuation）電磁閥。在ME主機進入市場的早期，可能出現過由于FIVA本身的先導閥控制電路部分故障導致的問題，但是，隨著后期設計的改進和經驗的積累，這部分故障基本上不存在了。根據最近10年的服務經驗，在所有出現的故障中，絕大多數是因為液壓油臟引起的FIVA電磁閥先導閥卡阻，導致不能正常工作；還有一部分是由于FIVA使用時間超過25 000小時以上時產生的正常磨損，出現內漏，這時會引起排氣閥開啟行程過低（Exhaust Valve Stroke Low）等報警。臟污的液壓油也會造成機帶液壓泵的控制閥故障。

很多FIVA甚至在試航的時候就會出現卡阻，交船后的前半年也是FIVA故障高發期，最主要的原因是管系中沒有被投油帶走的污染物在主機運行過程中，經過震動，從焊縫、法蘭接口等出來進入液壓系統，此時，如果系統中的6μ濾器工作狀況不佳的話，很容易會出現上述各類問題。圖9為主機在車間試車的時候，液壓油的清潔等級會達到ISO 4406 16/13，或者NAS Code 7，但這是在機器靜止不運轉的情況下進行的投油檢測的結果，當柴油機開始運轉，以及試航過程中所有設備開始運行的時候，震動會比投油的時候更加劇烈。

圖9　不同時期的液壓系統的清潔程度

因此，在試航和試車臺試車的時候，5μ的“Running in Filter”會裝在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使用一段時間。

在整個柴油機的生命周期里，對于此類故障的管理重點就是保證工作介質——液壓油的清潔，無論是在造機廠、船廠還是交船以后。對于液壓系統和主機滑油系統合在一起的ME主機，日常的精細管理更為重要。

MAN Diesel & Turbo目前已經推出可以在船上檢修FIVA的維修包，如果FIVA主閥芯磨損嚴重，只能進行換新。現在新的FIVA從原來的“Plug Type”改成了“Tail Type”，根據實際使用經驗，“Plug Type”在主機運行的過程中會由于震動造成接觸不良導致故障。需要提醒的是，在從“Plug Type”換成“Tail Type”的時候注意接線圖紙，一般會有一張新的圖紙隨著新的FIVA一起送到船上，電機員在接線的時候需要注意。有時候還會出現“Tail Type”的線不夠長，無法直接從FIVA直接接到CCU，中間需要加裝接線盒，這些細節都需要考慮到。

FIVA換新之后，一定要在MOP Maintenance Function Test HCU界面做功能測試，以確定接線正確，并且保存測試結果。

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、傳感器常見故障

ECS中有很多用來檢測液位、感應位置的傳感器，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、啟動空氣、控制空氣壓力傳感器。這些傳感器有一個共同的特點就是，它們都不能像其他系統用的傳感器一樣自己來調零點。如果損壞，只能換新處理。好處就是它們都不需要標定，是傻瓜式的“Plug n play”。

這些傳感器最常見的問題可以概括為以下幾類：

（1）傳感器本身的故障，比如設計和制造缺陷、質量問題。這些問題在最早期的機器上出現過，比如汽缸注油器的液位傳感器會導致ECS系統的絕緣故障，排氣閥和高壓油泵位置傳感器制造缺陷導致失效等，這些問題在2010年之后基本再未出現。

（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，因震動導致出現不連續、不規范的反饋信號；或者與傳感器連接的電纜出現短路，造成假的信號。ECS系統中采用了很多相互冗余備用的傳感器，可以時刻相互監視，出現偏差時系統會自動報警，給故障排除帶來了很多便利。

建議在船輪機員/電機員加強日常巡視，發現問題及時處理，如緊固松動件，電纜扎帶，定期清潔裸露的傳感器，做好保養記錄等。

四、人機交換系統和監測測量系統常見故障

ECS系統有兩臺相互冗余的人機交換系統Main Operating Panel A/B （MOP A/B），用來顯示ME主機在工作時候的參數，以及供輪機員操作主機、調整主機工況、處理報警。兩臺MOP同時工作，相互冗余，即使兩臺都不工作，主機照樣可以運轉，并且負荷不受限制。MOP其實就是兩臺船用電腦，配置觸摸屏。MOP電腦的操作系統還是Windows XP，只不過是特殊的定制系統，沒有家用電腦Windows XP系統那樣具有很多功能，最重要的是沒有安裝殺毒軟件。整個電腦里只安裝了ME主機的控制系統軟件——ME-ECS SW，同時有所有MPC控制單元的備份軟件/參數。

PMI（Pressure Monitoring Instrument）也就是我們說的電子示功儀，用來測量主機工況。根據不同的配置，分成Offline PMI， Online PMI和Auto Tuning PMI，如圖10至圖12所示。

Offline PMI 只配有一個測量缸內壓力的探頭，因此需要輪機員手動逐個缸進行測量，全部缸測量完成之后，數據傳到PMI PC，形成完整的主機工況報表，包括單缸的PV圖、PT圖和偏差值。機務主管/輪機員可以根據測量的數據對主機工況進行手動調整，以平衡主機單缸工況，達到降低排放、節省燃油的目的。同時，各缸負荷一致也可以減少主機機械故障，如缸套磨損、軸承損壞等。

圖10　Offline PMI的標準配置圖

圖11　Online PMI的標準配置圖

Online PMI是在Offline 的基礎上升級而來的，所以它具備Offline的一切功能，但是，由于Online系統給每個缸配備了一個檢測壓力的傳感器，永久安裝在示功上，所以Online PMI可以實時在PMI PC上檢測主機工況參數，只要主機開始運轉。如果輪機員發現需要對主機參數/工況進行調整，可以隨時手動進行調整，調整后的主機參數/工況繼續實時地被Online PMI 監視，行程由操作者參與的閉環控制系統。

Auto Tuning PMI的硬件和Online PMI的硬件基本一樣，區別在于，Auto Tuning PMI實時采集的主機工況數據同時被送到MOP電腦ME-ECS 軟件中，ME-ECS軟件中的Auto Tuning功能會對主機的實時工況進行實時調整（每10轉調整一次），保證主機永遠一直處于最佳的工作狀態中。保證最經濟，排放最低。

圖12　ECS SW中的Auto Tuning PMI界面

CoCoS-EDS（Computer Controlled Surveillance-Engine Diagnostics System）是用來收集和記錄/分析主機參數的一種程序，是一種功能非常強大的類似于主機大數據平臺。如果按時備份，它可以記錄主機一生所有的參數，并且可以用不同的形式將這些參數呈現出來，如柱狀圖、趨勢圖、線性變化等。

CoCoS-EDS軟件和PMI軟件安裝在同一臺電腦上，所以這臺電腦又叫PMI-CoCoS EDS PC。在早期，這臺電腦是由船廠/造機廠提供的，MAN對其沒有規定和要求，因為只需要普通的電腦就可以滿足要求，所以，一段時間里出現了百花齊放的景象，各種品牌、各種型號、各種操作系統的電腦都出現在船上了，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開始提供一臺標準的普通電腦時結束。

MOP、PMI-CoCoS-EDS系統一般有下列常見故障和問題：

（1）操作系統被病毒感染，導致正常的操作文件丟失，系統不能正常工作。對于這樣的問題，建議輪機員當需要從MOP拷貝文件出來的時候，首先把要連接的USB格式化，然后再使用，并且只用于MOP B，這樣一旦出現問題，最起碼還有MOP A。對于PMI-CoCoS-EDS電腦，也建議如此，并且不要存儲其他文件和當作日常工作電腦來用。建議船上/機務收集每條船的MOP A/B的Windows XP系統備份、ME-ECS SW 的安裝軟件備份、SPAF參數備份，以及PMI-CoCoS-EDS軟件、數據備份。萬一出現問題，輪機員可以在MAN Diesel & Turbo遠程指導下自行完成安裝，恢復系統。

（2）MOP電腦觸摸屏故障，鼠標會自動回到固定的屏幕位置，不受控制。這種故障出現在ECMOP一體機上，主要原因是MOP在空運的過程中受到擠壓被損壞，萬一出現這種問題，用戶須聯系MAN Diesel & Turbo解決。即使得不到及時的處理，也不必緊張，MOP僅僅是人機交換系統，不參與主機的控制。

（3）對于Online PMI 和Auto Tuning PMI來說，由于傳感器一直固定在示功閥里，需要每三個月用便攜式探頭做一次標定，以避免出現測量偏差。同時，傳感器也有可能積炭造成誤報警，或者假的Sensor Failure。使用Auto Tuning PMI的用戶，需要注意修改MOP中的FQA設定。

五、結束語

隨著新技術、新材料的不斷發展和應用，主機生產廠家也在不斷更新自己的產品設計，所以，岸上機務主管人員也需要及時從廠家獲取相關信息，并定期與船上交流。同時，加強對輪機員/電機員的培訓，提高在船輪機員/電機員的業務水平。那樣的話，即使出現故障，船上也能迅速準確地將故障反饋回來，并且在收到岸上支持后配合進行故障診斷，找出原因，解決問題。

以上是筆者近年從事MAN B&W船用主機技術咨詢和服務過程中遇到的ME電噴主機最常見的問題，對于其他沒有涉及的，歡迎廣大同行進一步討論；文中的分析若有不當之處，也請同行批評指正。

10.16176/j.cnki.21-1284.2016.08.005

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