船舶自动操舵仪故障分析及其解决方案
船舶舵机原理及故障的分析与预防
船舶舵机原理及故障的分析与预防摘要：俗话说“大海航行靠舵手”，虽然随着现代导航技术的迅速发展，转向的重要性似乎在下降，但舵机的重要性并不变。
我记得老船长曾经说过:好的司机首先保证这驾驶员首先确保的是两机一密不出问题，即舵机、主机和船舶的水密性不出问题。
，这足以说明舵机在整个船舶系统中的重要性，以及如何确保其正常运行，这对于航行安全至关重要，因此要求船舶工作人员更加了解舵机的特点，并纠正突发的故障。
鉴于此，本文对船舶舵机原理及故障的分析与预防进行了分析，以供参考。
关键词：船舶舵机；原理；故障分析；预防措施引言船舶除了必须具有良好的推进力外，还必须具有良好的机动性，确保主计算机和螺旋桨的正确匹配，船舶的保持和改变取决于舵的作用。
舵装置主要是由舵和操舵装置组成，舵机就是操舵装置的主要部件。
1船舶驾驶工作的基本内容根据SOLAS公约和《国际船舶安全运营和防止污染管理规则》（ISM规则）的要求，各船舶管理公司制定有符合自身实际的船舶安全管理体系，涵盖各国际公约及各港口国的各项工作要求，在这些要求下衍生出不同的工作程序，船舶驾驶员在工作时必须予以执行。
各船舶管理公司的船舶安全管理体系的内容和工作程序基本上相同。
例如：在船舶开航前，驾驶员要做好航次计划（见图1），包括航线、里程、所需的海图、航线安全评估和航行期间的注意事项等内容；在船舶航行过程中，驾驶员要主动接收航行警告信息和气象信息。
在接收到航行警告信息之后，要对航行警告进行筛选：若对该船的航行有影响，需对该航行警告进行标绘；若对计划航线有较大影响，需调整计划航线。
为保证船舶安全航行，无法在值班期间对这些在船舶航行过程中接收到的信息进行筛选，只能在值班结束之后进行改正、标绘和调整。
在做完这些临时性的信息改正工作之后，驾驶员还要依照航行通告对相关海图和航海图书资料进行改正，这些工作的出现无形中增加了驾驶员的工作量。
此外，若航次指令在船舶开航前未定或发生变化，需重新制订航次计划，重新查找相关的航行资料，这会给驾驶员带来额外的工作量，而这种情况在航运市场低迷的背景下是经常发生的。
船舶自动操舵仪故障及排除方案
船舶自动操舵仪故障及排除方案论文对自动操舵仪这一部件进行一些简单介绍，继而重点针对船舶自动操舵仪的常见故障提出故障诊断与检测方案，旨在通过有益的探讨不断丰富船舶控制技术经验，为提高船舶的自动控制水平建言献策。
【Abstract】The paper briefly introduces the autopilot. And then，in view of the common faults of the ship autopilot，the fault diagnosis and detection scheme is put forward. The purpose of this paper is to offer suggestions for improving the automatic control level of the ship through enriching the experience of ship control technology.【關键词】自动舵；故障诊断；故障排除1 引言对于船舶而言，要使其能在航线上稳定而安全的运行，那么则需要保证自动操舵仪能够正常工作。
实际上，其中舵机震荡带来的问题的发生频次最高。
在我国，船舵制造行业在近几十年来已经发展得较为成熟，特别是小型船舶，年制造数量非常惊人，并且性能相当可靠。
因此，我国自主制造的船舶自动操舵仪完全符合国际主流水平。
笔者将对自动操舵仪这一部件进行一些简单介绍，继而重点针对船舶自动操舵仪的常见故障提出故障诊断与检测方案，旨在通过有益的探讨不断丰富船舶控制技术经验，为提高船舶的自动控制水平建言献策。
2 船舶自动操舵仪工作原理常规自动操舵通常是指用电罗经或磁罗经检测航向偏差，在通过航向控制器进行舵角操纵，达到航向纠偏。
罗经对船舶实际的航行方向进行实时把控，我们由此可以了解船舶的航行是否存在方向误差以及多大的误差，得到信号数据之后，自动操舵仪可以直接对转动舵进行控制，以此来调整航行方向。
船舶舵机控制系统故障分析及其改造
船舶舵机控制系统故障分析及其改造本文通过实例分析，进而对舵机自激振荡的分析、自动操舵系统的主要故障修理，以及原舵机系统故障源分析与改造对策这三个方面对船舶舵机控制系统故障分析及其改造进行阐述。
标签：船舶舵机；控制系统；故障分析；改造前言：随着我国航海运输行业的不断发展，人们对于船舶舵机的控制系统提出了更高的要求，为了保障系统的稳定，我们需要对系统中出现故障进行分析，以便找出相对应的解决方法。
1、实例分析“胜利221”轮配有左、右舵两套舵机装置、两台舵机油泵和两个控制箱，2台舵机油泵可同时工作，也可单独工作。
无论哪台油泵工作，均可同时对左、右舵机进行转舵控制。
操舵系統操舵控制方式较多，设有舵机房应急操舵方式、驾驶台操舵方式。
驾驶台操舵可以在前台操作，也可以在后台操作。
前台和后台均可进行随动、手动操舵，随动和手动又均可进行单动和联动控制。
舵机控制系统目前采用继电器及分立和集成电子元件控制，在控制箱中有4块电子电路板，是操舵控制的核心部件，随动操舵时由自整角机检测的舵角偏差信号送至电子电路板进行处理，并输出转舵控制信号，由控制箱中继电器控制转舵电磁阀通断电。
2、舵机自激振荡的分析众所周知，工程中往往要求根据实际需要在放大电路中引入适当的负反馈，以改善放大电路的性能。
不同的负反馈类型对放大电路性能的改善侧重不同，应根据实际要求的功能选择合适的组态。
为了获得运算放大器的精度-必须提高其开环放大倍数，但对于多级放}大电路（超过三级），在引入负反馈之后容易产生高频自激振荡。
放大电路中耦合电容、旁路电容等越多，引人负反馈后就越易产生低频自激振荡。
若电路组成不合理，反馈程度过深，反而会使放大电路产生自激振荡而不能稳定工作。
自激振荡是由放大器A和正反馈F网络组成的闭合环路，其幅度条件|AF|=1，相位条件∠AF=2nп，这是形成自激振荡必须满足的振荡条件，这两个条件缺一不可。
附加相移ФAF，能使负反馈转变为正反馈，极易产生自激振荡，破坏放大器的正常工作。
74船用自动操舵仪修理工艺
船用自动操舵仪修理工艺1. 适用范围本篇规定了自动操舵仪修理工艺及技术要求。
本篇适用于保持船舶航向用的电子——液压式自动操舵仪修理，其他类型自动操舵仪修理也可以参照使用。
2. 作业前准备修理前应先了解船方对故障的描述，如有可能先进行预试验，对原始状况进行记录必要的参数。
3. 自动操舵仪常见故障及其修理自动操舵仪的工作原理如下图所示：3.1自动舵不工作修理3.1.1执行装置系统的电源电路作如下检查：a.检查主电源、主变压器、机组等电源是否正常；b.在舵机房用手柄操舵时，检查电源工作是否正常；c.在驾驶台用手柄操舵时，检查电路的电源是否正常。
3.1.2操手动舵、检查液压源，机械传动，电动机电磁阀的工作是否正常。
3.1.3随动、自动操舵系统的电源电路做如下检查：a.主变压器初级绕组供电是否正常；b.变压器次级绕组输出电压是否正常；c.各整流电器、稳压电路等线路端电压是否正常；d.若有异常，对电路进行检修、调试，元件损坏应换新。
3.1.4检查自动舵指令发讯部分。
自动舵指令发讯常用电位器或自整角机。
自整角机舵令发讯包括：舵令发送机、接收机和相敏整流。
旋转航向整定旋钮，自整角发送机和相敏整流应有输出。
一般自整角机有lV的交流电压输入。
相敏整流应有0.8v的直流电压输出。
直流电压输出大小与旋转角度成正比，直流电压的极性取决于旋转的方向。
根据这些原则检查自整角机指令发讯部分工作是否正常。
3.1.5检查机械传动部分，观察齿轮的啮合状态。
3.1.6放大电路和开关电路作如下检查：a.信号比较单元的检查；b.运算放大器电路的检查；c.脉冲形成与开关电路的检查；d.继电开关或可控硅电路的检查。
3.2自动舵不准确修理3.2.1检查舵叶机械零位是否准确。
3.2.2检查分罗经跟随主罗经是否准确。
3.2.3检查接收机机械传动，其阻力矩不得大于0.01N·m。
3.2.4对舵讯的发送、接收、反馈，若采用自整角机，需对自整角机进行以下检查：a.自整角机的校零，其方法为：确定机械零位，松开自整角机外壳的固定件，用万用表测量自整角机的输出电压，用手轻轻转动自整角机外壳(注意：此时转子不能转动)，直到接线之间的电压达到最小(约0.1v左右)为止。
船舶自动操舵仪故障分析及其解决方案
船舶自动操舵仪故障分析及其解决方案作者：李成玉摘要:文章分析了半导体分立元件和集成电路设计的自动舵工作原理,指出它们的缺点及其故障产生的根本原因。
应用可编程序控制器(PLC)技术研制的自动舵,克服了常规自动舵的缺点及其参数整定困难和控制效果的不足。
自整定比例微积分调节器(PID)自动舵能够自动适应船况和海况的变化,实现无扰动切换、变增益调节、抗积分饱和、微分先行等功能,克服了舵机振荡。
实船应用证明了该自整定比例微积分调节器船舶自动舵的有效性。
0引言船舶自动操舵仪是保证船舶安全航行的重要设备,而舵机振荡出现的故障率最高。
我国造船工业已具规模,每年生产艘数甚多的小型船舶,开发出性能可靠、价格合理的船舶自动操舵仪,完全可以得到推广和应用。
针对船舶自动操舵仪出现的故障,分析了其控制单元的特点及工作原理,给出了通用的性价比高的技术解决方案。
1常规自动舵控制单元分析1)半导体分立元件自动舵。
半导体分立元件正常工作需要一定的条件,若超出其允许的范围,将不能正常工作,甚至造成永久性的破坏。
对于大功率管的功耗能力并不服从等功耗规律,其工作电压升高,其耗能功率相应减小。
三极管在工作时,可能Uce并未超过BUceo,Pc也未达到Pcm,而三极管已被击穿损坏了。
因此,使用半导体模拟元件要考虑di/dt、du/dt的影响,即使在其允许工作范围内也可能造成损坏。
特别是外延型高频功率管,在使用中要防止二次击穿。
元器件老化、特性飘移,引起性能下降、工作不稳定,故障率最高。
2)集成电路设计的自动舵。
集成电路与分立元器件组成的电路相比,具有体积小、功耗低、性能好、重量轻、可靠性高、成本低等许多优点。
但同样对电源电压、温度、湿度等外界因素变化敏感,其内部又存在固有噪声,这些将引起回路特性和参数变化,降低其稳定性和可靠性。
其功能扩展困难,难以调试,不能在线修改和故障诊断,对制作工艺要求很高。
故障分析和排除十分困难。
3)舵机振荡出现的几率最高。
船舶轴舵维修方案
船舶轴舵维修方案
对于船舶来说，轴舵是至关重要的组成部分。
轴舵负责控制船只的方向和速度，使船只能够正常行驶。
然而，长期使用和外界因素的影响，轴舵也会发生故障，需要进行修理和维护。
本文将介绍船舶轴舵常见的故障类型和解决方案。
轴承故障
轴承故障是轴舵常见的故障类型之一。
轴承的主要作用是减少轮轴与轴承席合面的摩擦，同时支撑轮轴和旋转部件的重量。
当轴承出现故障时，船舶的操纵性将大大降低，甚至影响船舶行驶的安全。
轴承故障的表现包括轴承温度升高、振动增大、声音加剧等。
解决轴承故障的方法包括更换轴承、对轴承进行磨削和热处理等。
水密封故障
水密封故障是指轴舵的密封件失效，导致水流进入轮轴，使轮轴产生损坏。
水密封故障的原因主要包括密封零件老化、密封面磨损和安装不当等。
水密封故障的表现包括轮轴渗水和轮轴断裂。
维修水密封故障的方法包括更换密封件、加强密封面的磨损和重新安装密封件等。
接触疲劳故障
接触疲劳故障指轮轴在长时间使用中产生裂纹和腐蚀，导致轮轴出现断裂、变形等故障。
主要表现为轮轴的疲劳寿命下降。
接触疲劳
故障的原因包括外力冲击、轴承寿命的结构疲劳等。
解决接触疲劳故障的方法包括更换新的轮轴、对轮轴进行夹紧和加固等。
总结
以上介绍了常见的船舶轴舵故障类型和解决方案。
轴承故障、水密封故障和接触疲劳故障是轴舵经常遇到的故障类型，需要及时的维修和保养。
船舶的轴舵保养不仅涉及到船舶安全，也关系到船舶的寿命和运转效率。
因此，在轴舵维修方面，船舶船东和操作员要非常重视。
浅谈大型船舶舵机系统的调试及故障
浅谈大型船舶舵机系统的调试及故障船舶舵机装置主要用来驱动和控制舵叶的转动，以保证船舶能够在达到要求的情况下准确、安全的将舵叶转到指定的舵角并且能够保持在那指定的舵角，从而保证船舶能够航行在指定的航线上，然而舵机装置若故障则会直接影响到船舶的航行安全。
本文主要介绍了大型船舶舵机在建造过程中的系统调试方法，以及简单的分析调试过程中容易出现的一些问题，希望能够帮助的相关人员。
标签：故障分析;调试;大型船舶一、电动液压舵机电气系统的具体调试步骤电动液压舵主要是由舵机电控箱、舵机液压电机、油温开关、油液位开关、舵机油脂泵控制箱等一些重要的部件组成。
液压电机装置以电动机带动油泵，利用高压油泵产生的推力推动操舵机构。
它具有工作平稳，结构紧凑，重量轻，体积小，控制容易，易于实现自动化，零件寿命长，推舵力矩范围广等多种优点。
在电动液压舵机电气系统的具体调试过程中，首先应该检查的就是两台油泵电机控制箱;其次是要分别检查舵机控制箱的报警点到集控台、驾控台舵机报警板的正确运行、失压、错相、以及油温高、低油位等一些问题的存在;最后要将舵叶放置在机械舵角零位，还要将自动舵反馈装置以及舵角发讯器也全部调整到零位，需要特别注意的是一定要将它们的推动连杆调整到平行四边形的位置上。
舵机功能在实验过程中，单油泵舵机角度左35度—右30度，右35度—左30度，船舶检测规范最大不得超过28秒。
二、大型船舶舵机控制系统的检查和具体调试方法大型船舶舵机控制系统的检查以及具体的调试方法是：需要启动一套舵机动力装置，在驾驶台当中进行操作，并且要从中位开始，分别向两舷转舵，每增加5°的时候需要进行校核一次，直至到最大舵角。
然后在开始换用另一套动力装置和备用的遥控系统作同样的试验。
三、大型船舶舵机的安全阀调试调试之前需要做的准备工作工作油箱的油位因保持在油位计限位范围的2/3左右，如果在油不足时，需要从加油口进行补油。
在补油的时候千万千万要注意相同牌号的舵机油;还一定要注意检查各舵机油缸上的放气考克有没有正常关闭;检查舵机油温是否过高或过低，油压是否在正常的范围内;检查各滑动表面，在油缸、柱塞等滑动表面加以适量的工作油液，根据需要添加适量的润滑油或润滑脂。
船船舵效失灵处置方案
船船舵效失灵处置方案背景介绍在船舶驾驶过程中，船舵是控制船舶转向的关键部件。
然而，由于各种原因（如部件老化、故障等），船舵效能可能出现失灵现象。
这种情况如果不加以应对，将会给船舶的安全性带来极大风险。
下面我们将介绍一些应对措施，帮助船员及时有效的处置船船舵效失灵。
处置方案1. 马上向机务员报告船舵失灵属于紧急情况，船员在发现异常后应当立即向机务员报告。
机务员将会尽快派遣技术人员上船担任维修工作。
在技术人员还未到达之前，船员不能采取个人行动进行修复。
2. 切换备用舵机船舵失灵后，船上有备用舵机可以切换。
船员应当准确判断舵机失灵的原因，然后按照标准操作切换备用舵机。
如果切换备用舵机也无法解决失灵问题，建议作为第三层方案来执行。
3. 手动控制舵位在备用舵机无法正常运转的情况下，船员需进行手动控制舵位。
这时，船员应当调整舵机的手轮，手动控制舵位。
调整时，应当谨慎、缓慢以防止误操作。
4. 减缓船速船舶速度高时，船舶操作难度会增加，失灵的舵机加剧了驾驶难度，所以船员应该尽快减缓船速。
这时，船员应当使用推力控制仪进行控制，在减速的同时可以更好的进行舵位调整。
5. 抛锚减速如果以上方法无法解决问题，可以选择抛锚来减速，以降低控制难度。
抛锚之后，船员可以进行更好的驾驶和调整操作。
然而，如果情况紧急或危险请跳过此步骤。
6. 救援请求在船舶遇到失灵情况时，尽管船员应当尝试上述解决方法，但如果这些方法都无法解决问题的话，救援请求也是一种可行的方式。
船员应该准备消息的清晰度和准确性，确保救援能够及时到达故障船舶。
总结在船舶驾驶过程中，舵机的失灵将会给船舶的安全带来很大的隐患。
但是，只有经过船员提前培训和手册上的阅读，得到准确的了解船舵失灵的原因和作出反应，才能在紧急时刻得到有效的处理。
以上所述的方案是其中一些最常使用的船船舵效失灵处置方案，希望能够对船员在实际操作中有所帮助。
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船舶自动操舵仪故障分析及其解决方案作者：李成玉摘要:文章分析了半导体分立元件和集成电路设计的自动舵工作原理,指出它们的缺点及其故障产生的根本原因。
应用可编程序控制器(PLC)技术研制的自动舵,克服了常规自动舵的缺点及其参数整定困难和控制效果的不足。
自整定比例微积分调节器(PID)自动舵能够自动适应船况和海况的变化,实现无扰动切换、变增益调节、抗积分饱和、微分先行等功能,克服了舵机振荡。
实船应用证明了该自整定比例微积分调节器船舶自动舵的有效性。
0引言船舶自动操舵仪是保证船舶安全航行的重要设备,而舵机振荡出现的故障率最高。
我国造船工业已具规模,每年生产艘数甚多的小型船舶,开发出性能可靠、价格合理的船舶自动操舵仪,完全可以得到推广和应用。
针对船舶自动操舵仪出现的故障,分析了其控制单元的特点及工作原理,给出了通用的性价比高的技术解决方案。
1常规自动舵控制单元分析1)半导体分立元件自动舵。
半导体分立元件正常工作需要一定的条件,若超出其允许的范围,将不能正常工作,甚至造成永久性的破坏。
对于大功率管的功耗能力并不服从等功耗规律,其工作电压升高,其耗能功率相应减小。
三极管在工作时,可能Uce并未超过BUceo,Pc也未达到Pcm,而三极管已被击穿损坏了。
因此,使用半导体模拟元件要考虑di/dt、du/dt的影响,即使在其允许工作范围内也可能造成损坏。
特别是外延型高频功率管,在使用中要防止二次击穿。
元器件老化、特性飘移,引起性能下降、工作不稳定,故障率最高。
2)集成电路设计的自动舵。
集成电路与分立元器件组成的电路相比,具有体积小、功耗低、性能好、重量轻、可靠性高、成本低等许多优点。
但同样对电源电压、温度、湿度等外界因素变化敏感,其内部又存在固有噪声,这些将引起回路特性和参数变化,降低其稳定性和可靠性。
其功能扩展困难,难以调试,不能在线修改和故障诊断,对制作工艺要求很高。
故障分析和排除十分困难。
3)舵机振荡出现的几率最高。
印刷电路板P. C. B要设法消除电路振荡,常用RC校正网络,在电路中加入电容C,或利用R、C元件进行相位补偿,改变电路的高频特性,从而破坏自激条件。
舵机抖动严重影响舵机工作和船舶航行,其发生的可能原因有舵机自激、舵输入信号波动、电源自激、舵机与惯性传感器形成电路闭环等。
舵机抖动最有可能来自于控制电路P. C. B中某个运算放大环节的自激,可能是由于线路增益异常、线路幅频或相频特性不正常,以及舵系统幅频或相频特性不正常引起的。
电液舵机多为阀控型,其转舵不灵敏,可能舵系中线不正,引起单面卡紧,也可能滚动轴承有损伤。
配合间隙较大,舵系出现敲击。
转舵不准确,舵叶实际位置与舵角机械指示的读数不吻合,偏差超过0. 5°[4]。
舵机振荡严重,有明显跑舵现象,表明主油路锁闭不严,间隙较大。
许多国产自动操舵仪使用磁罗经检测船舶实际航向,精度低,可靠性差。
由于磁罗经惯性和迟延较大、容易过冲,又存在磁差、自差和综合偶然误差,其0线与真北线间的差角是磁差与自差的代数和,因此磁罗经指向不稳定,不宜直接用于自动舵控制系统,磁罗经作为无源导航设备,仅适应用于随动和应急操舵。
陀螺电罗经也存在船速误差、冲击误差和综合偶然误差,在正常稳定工况下,一般<0. 5°~±1°,可以通过软件编程处理罗经差,满足自动舵控制的需要。
GPS应用已经普及,而把GPS提供的航迹信号用于船舶航迹(航向)控制,实现的成本较高。
2基于S7-200PLC设计自动舵的优点在船舶操纵控制中,经典的PID舵对高频干扰过于敏感,引起频繁操舵,缺乏对船舶动态特性及海况变化的自适应能力[5]。
而常规的自适应控制舵系统实现成本高,参数调整难度大,控制效果难以保证。
本系统使用STEP 7Micro/WIN V4. 0 SP4编程软件,有在线自整定PID 控制功能和监控界面[6-7]。
既可以生成模拟量输出PID控制算法,也支持开关量输出;既支持连续自动调节,也支持手动参与控制。
利用PID指令向导,可以定义设定值的上、下限取值范围、增益、积分时间、微分时间、采样时间,可以指定输入输出值的类型、范围,提供低限、高限及过程错误报警,生成PID初始化子程序和中断程序及手动/自动模式无扰动切换,还能自动分配地址,自动为参数表分配符号名,实现PID参数配方。
实际运行并调试PID自动舵参数时,其控制的效果就是看反馈是否跟随设定值,响应是否快速、稳定,能否抑制闭环中的各种扰动而回复稳定。
利用自整定控制界面PID-TUNE面板,能够连续观察反馈对于给定变化的响应曲线。
通过查看DataBlock,以及SymbolTable相应的PID符号标签的内容,可以找到包括PID核心指令所用的控制回路表[6-7],包括PB、Ti、Td、Ts等等。
将此表的地址复制到Status Chart 中,可在监控模式下在线修改PID参数,而不必停机再次做组态。
由于船舶的大惯性、大滞后和慢响应,会引起船舶围绕给定航线连续地振荡运动。
船舶航线为Z字型,为了使船舶在给定航向转向点附近的航迹偏差较小,且减小在给定航线上的振荡幅度,实现光滑转换, PLC自动舵必须增加一些补偿功能[8]。
PLC自动舵除具备PID参数自整定功能外,航向整定、舵角设定值的大小功能数字显示,具有自动偏航报警功能(偏航角≥5°)、舵角比(GAIN)调节(能产生足够大的转船力矩)、限幅功能、反舵角(制动舵角)调节、压舵角调节、灵敏度/天气(DEAD BAND)调节(风平浪静时高,大风浪时低)、小舵角航向调节、游隙机构补偿功能,这些功能分别由S7-200PLC的子程序实现。
为了使船舶转向平稳,减小冲过头的幅度,使船舶在转向点附近航迹偏差小且减小在给定航线上的振荡,实现平滑转向。
由于船上没安装旋回角速度传感器,追随性指数T和旋回性指数K开环测试不方便,在线辨识和参数估计又较难,因此根据驾驶员的经验来编程实现。
变增益调节根据船速、偏舵角和船的惯性来综合考虑,追求转向均匀为控制目标。
图1所示为S7-200PLC设计的船舶自动舵框图。
图中,Ⅰ-在触摸屏上进行整定和显示;Ⅱ-在触摸屏只进行显示;Ⅲ-操舵模式在触摸屏操作和显示,其它4个只进行显示;Ⅳ-通过增量式编码器把电罗经的实际航向采集到PLC,使用HSC指令;Ⅴ-舵令和实际舵角;Ⅵ-开关量输入;Ⅶ-开关量输出。
随动操舵、应急操舵时,驾驶员能看到舵令表、实际舵角和实际航向。
自动操舵时,只需实际航向和给定航向。
3S7-200PLC船舶自动舵实现的功能为了使同一型号的自动舵装置能够适用于不同的排水量、装载量、航速及各种天气、海况,在自动舵系统中,根据上述要求应进行适当的调节。
1)灵敏度/天气调节。
灵敏度是指系统开始投入工作时的最小偏航角。
根据天气、海况而进行调节。
在风浪静的情况下,灵敏度要调高一些;但在大风大浪的情况下,应适当降低自动操舵的灵敏度。
2)舵角比例调节。
偏舵角与偏航角之比例关系。
舵角比例过小,就不能产生足够的转船力矩,回转性能不好;过大,使船舶可能回转过头,稳定性差,还会降低船舶航速。
要根据船型、装载、航速等情况调节舵角比例,以获得一个合适的舵角比。
3)反舵角(制动舵角/稳舵角/纠偏舵角)调节。
船舶在偏离正航向时,自动舵能使船舶恢复到原来的正航向上,船舶在恢复到原来的正航向过程中,作“S”形衰减振荡航行,为了使船舶尽快地恢复到正航向,必须具有微环节,以得到需要的反舵角。
制动舵角根据机构游隙编程予以补偿,消除机械方面造成的振荡。
4)压舵角调节。
为了纠正船舶由于受到单侧风浪、水流等因素影响而引起的不对称偏航或单侧偏航,自动舵中应当设有自动压舵和人工压舵调节。
5)航向(小舵角)调节。
在自动操舵运行中,可以通过航向调节改变船舶的给定航向,使船舶在新的航向上航行。
6)P、I、D参数自动调节。
既可以手动调节,也可以自动整定,手动—自动切换无扰动。
PID参数棒壮图、数字、过程曲线3种显示方式。
7)航向设定、舵角给定。
分别通过模拟电位器送入PLC刻度化,在HMI 上以棒状图、趋势图、模拟表显示。
8)限幅及允许偏航角设定。
限幅与左右满舵相对应,保证舵机有效工作范围。
实际航向与给定航向的允许偏差可以修改,如果太小容易引起频繁操舵,太大则在给定航线上的Z字型振荡幅度大。
自动舵控制回路结构如图2所示。
自动舵、随动舵和应急舵,可以通过HMI随机选择。
使用时首先接通总电源开关给系统供电,然后启动舵机,将舵机油泵选择开关打到№1或№2,之后将操舵方式选择开关转换到相应的操舵方式上进行操舵。
1)应急舵。
搬动应急操舵手柄进行左舵或右舵操作。
此时舵角表将显示相应的实际舵角,船舶转向,电罗经显示船舶的实际航向。
如果停止搬动应急手柄,则舵角表将停止在相应的舵角或自动回零。
2)随动舵。
发出舵角指令后,不仅可使舵按指定方向转动,而且在舵转到指令舵角后还能自动停止。
使用时转动随动舵操舵手轮到某一位置,舵令表将同步指示该位置所对应的舵角,此时舵机将带动舵叶按照一定的速度转到舵令表所指示的舵角,舵角表将滞后于舵令表而按照实际舵叶的转动速度转到舵令表所指示的舵角(满舵时间≤28 s)。
电罗经显示船舶的实际航向。
3)自动舵。
在船舶长时间沿指定航向航行时使用,它能在船因风、浪、流及螺旋桨的不对称作用等造成偏航时,靠罗经测知并自动发出信号,使操舵装置改变舵角,以使船舶能够自动地保持既定的航向航行。
使用时首先设定航向,此航向应与船舶实际航向即电罗经的指示大体相一致,船舶在航行发生偏航时即通过自整定PID功能连续自动输出相应的舵角,使船舶航向恢复到设定的航向上来。
通过改变相应的参数(灵敏度、比例、积分、微分)可以改变自动舵的输出特性。
4结论半导体分立元件、集成电路设计的船舶自动舵,由于船上的工作环境恶劣,对十几年以上船龄的船舶来说,印刷电路板的寿命和可靠性大大降低,稳定性差,出现的故障率很高。
而数字化、微机化设计的自动舵实现的成本高。
但利用PLC实用新技术,提高船舶舵机的控制功能,将会取得良好的控制效果。
PLC适应船舶恶劣环境,可靠性高,功能强,价格便宜,编程调试方便。
PLC自动舵能适用于船舶不同的排水量、航速、天气、海况,实现PID的自整定功能和PID参数配方管理,使PLC 自动舵在调节过程中具有良好的动态和静态特性。
维修成本低,操作管理方便,并且PLC能动态显示舵机状态,便于在线故障诊断。
参考文献[1]张桂臣,何文雪.船舶舵机控制系统故障分析及其改造[J].船舶工程, 2006 (5): 78-81.[2]冒天诚.船舶电力拖动自动控制系统[M],人民交通出版社, 1981.[3]张桂臣,任光.船舶自动舵控制系统实施改造的研究及实现[J].中国造船, 2006 (12): 111-114.[4]费千.船舶辅机[M].大连海事大学出版社, 1994.[5]王贤惠,陆祥润.船舶自动控制理论及应用[M].科学技术文献出版社, 1992。