麦基嘉克令吊电气控制系统常见故障诊断与排除
摘要：麦基嘉克令吊电气控制系统相对复杂，在使用中一旦发生电气故障，会导致其无法正常工作，容易耽误船期。在简要介绍电气控制系统的基础上，结合在实船工作经历中成功解决电气设备故障的经验，分析了控制系统中常见的启动回路故障、电源故障、限位回路故障，以及手柄逻辑错误故障等产生原因、诊断思路和排除方法，为麦基嘉克令吊电气控制系统常见故障诊断与排除提供一定参考。
关键词：麦基嘉克令吊；电气控制系统；常见故障；诊断与排除
Abstract：The electrical control system of Macgregor crane is relatively complex. The author lists some electrical equipment faults experienced in real ship work and makes a brief analysis. This paper briefly analyzes the starting circuit fault, power supply fault, limit circuit fault and handle logic error fault in the control system.
Key Words：power failure safety protection maintenance
0引言
麦基嘉（Macgregor）克令吊通过多功能控制板（MPC）实现对液压系统的控制与保护,共有四块MPC板，分别是监控板、吊货、变幅、旋转控制板。在CC2000控制系统中，这四块控制板可以互为备用，控制板上面设有指示灯和代码，通过指示灯提供控制板的系统工作状态信息和故障代码。克令吊的电气控制系统相对复杂，在使用中一旦发生电气故障，会导致其无法正常工作，容易耽误船期。克令吊对管理者维护技能要求较高，因此，主管轮机员需要特别注意克令吊电气系统的故障诊断和排除。笔者在实际工作中多次通过船岸沟通的方式，成功解决克令吊电气方面发生的故障，积累了一定的成功经验。本研究使用控制系统基于CC2000，型号为GLB3026-2/2426gr的克令吊，分析其启动回路、电源、限位回路，以及手柄逻辑错误等故障产生原因，继而提出有效地排除方法。
1电气控制系统简介
1.1控制系统电源分布
220 V/440 V 交流电从机舱配电板分别输送过来，到达滑环后要进行再分配。220 V交流电主要为吊臂灯、甲板灯、舱室加热、克令吊内照明灯、加热器、驾驶室风机（24 V）等设施供电，当供电线路发生绝缘降低时，主配电板的220 V绝缘报警设置会启动。440 V交流电经滑环主要为液压泵主电机、油冷却器风机马达、泵房内通风机马达供电。440 V通过三相变压器、保险丝、整流桥、稳压电容组成整流电路并输出三个支路，如图1所示：一支路是转换成230 V 交流电，为控制回路提供电源；二支路经变压器转换成8 V直流电，为每块控制板MPC的微处理器提供5 V电直流电；三支路是通过整流桥转换成24 V 直流电，作为控制系统的输入、输出控制信号。[1]
图1 交直流整流电路
1.2系统设计的主要安全保护
系统设计的主要安全保护措施共有十项：一是由于液压油泵的主电机为127 kW，为防止启动电流过大，一般采用Y/△降压启动方法，用时间继电器K9来控制其转换时间，设定8 s；二是230 V控制回路上设置F1（6 A）的过载继电器；三是24 V/8 V三相交直流转换电路上分别设置15 A/2 A的保险丝，如上图1所示；四是在吊货和变幅液压回路上设置低压开关，当压力低于设定值时，操作人员可切断控制回路，克令吊立即停止运行；五是在吊货液压回路上设定过载保护高压开关1311（30 T）、1312（抓斗模式下设定为24 T）；当油压达到设定压力时，系统产生过载保护；六是设置吊货索、变幅钢丝绳松开限位保护；七是设置吊臂限位开关、吊货索限位保护；八是液压回油管路上安装温度开关，设定温度（如85 ℃），该设定可视具体情况调整。温度开关一旦发生动作就会引起高温报警，克令吊无法操作；九是油箱内的浮子开关，可设置低油位报警和超低油位停车保护；十是设置滤器检测指示器。
1.3系统控制发出故障报警的基本原理
操作手柄输出+1.5 V到+10.5 V的电压到控制板，其方向和高低速选择是通过手柄带动微动开关，接通24 V高电平，输入到控制板；控制板会综合信息输出24 V带电流反馈的脉冲信息（PWM），如果输出电流达不到控制板设定的要求，系统会发出故障信息报警。
2 发生故障描述
近期NJ/SZ轮克令吊在使用中，出现过以下5个方面的故障：（1）启动回路故障，电源已经供给，主开关Q1合闸，也没有任何报警，但启动按钮按下去没有任何反应，Y/△起动不能成功；（2）电源故障，启动后不久，三相20 V交流电到24 V直流转换的一相保险丝烧坏，运行中出现28代码，按STEP按钮后出现13代码-24 V电源故障；（3）限位引起的故障，吊货索无法下降，只能上升并出现15故障代码；（4）手柄逻辑错误故障，运行中出现28号代码，按STEP按钮后出现61、62代码；（5）原因不明的故障，如无法吊起安全负荷下的吊重。面对以上种种故障，我们该如何解决呢？理解、分析克令吊控制系统原理是基础，熟悉各个功能模块和元件的作用是支撑，而面对各种困难，我们迅速诊断故障并尽快排除是关键。
3故障诊断及排除
3.1 系统相关元件故障
电源供给正常，启动按钮按下去没有任何反应。当启动按钮按下去，首先应该动作的是K32接触器，该接触器的辅助触头主要有4方面功能：一是接通Y/△启动回路，二是接通低油压检测回路，三是接通不可操作指示检测回路，四是断开主电机电加热回路。[2] 如果监听不到它的任何动作，可按图2所示的相关元件查找原因。比如，应急停止开关、正常停止开关、温度开关、超低油位、主电机的过载继电器、主电机内温度开关等发生故障，或某处线路断开。查找的方法是，先断电，再用万用表欧姆表去测量可疑的部件，往往很快能发现问题所在。对于使用时间较长的克令吊，由于停止按钮使用频繁，容易出现此类问题，SZ轮在港装卸货期间就发生过类似问题。
图2 起动控制回路
3.2 Y/△起动回路故障
SZ轮NO2克令吊在起动运行几秒后就停止，经检查发现主电机的过载继电器无异常，检查Y/△转换的主接触器K1\K2\K3无异常，暂时无法确定故障原因。主管轮机员决定先分析Y/△启动的原理，如图3所示，K32接触器得电后，K2得电，同时K2的常开触头闭合；K9（设定时间8 s）与K1得电（K1的常开触头闭合，保持K1通电），K2的常闭触头断开，保证K3失电（K2\K3决不能同时通电），主电机立刻按Y型回路运行；8 s后，K9延时触头动作与连接K3回路相通（但此时K3还不能得电），同时K2失电，K2失电后其常闭触头才闭合，将K3通电，完成Y/△启动。如果K9时间继电器损坏，在8 s后，触头没有转换，那么主电机将一直在Y型回路及低电压的情况下运行，泵的转速将达不到额定转速，势必引起低压开关BP1（1381）/BP2（2481）动作，则K33继电器失电，引起K70失电，K70延时触头无法动作，而K71时间继电器（设定8 s）在8 s后断开，则K32继电器失电，因此，K1接触器失电导致主电机停止运行。
通过以上分析，我们不难发现，如果在起动后8 s，没有监听到Y/△转换时接触器动作的声音，问题可能出现在K9时间继电器上。如果确认Y/△已经转换过来，问题可能出现在低压开关BP1（1381）或BP2（2481）上。经检查，SZ轮克令吊是时间继电器K9损坏，更换后测试正常。低压开关保护回路如图4所示。
图3 Y/△起动回路
图4 低压开关保护回路
3.3 24 V电源故障
SZ轮NO3克令吊曾出现此类故障，24 V整流桥上的L2线上的15 A保险丝在主电机起动后不久烧坏，控制板出现28故障代码，按STEP后，显示13，表明发生24 V电源故障。系统对24 V电源故障的监控原理是通过对输入到控制内的电压进行监控比较，当电压波动或实际值与设置值偏差超标时就会发生故障报警。此时，操作手柄无任何反应。由于设置电源故障的目的是保护控制板的元件免受大电流与冲击的危害，因此，24 V电源故障主要发生在整流电路部分或24 V直流线路接地或负载短路。当出现类似问题怎样迅速诊断呢？笔者总结经验后建议，先将负载从电源部分分开，然后检测，关键是要判断出故障发生在电源部分还是负载部分。
（1）整流桥故障。SZ轮在检查中发现整流桥的直流输出电压一直在波动，复查后确认是整流桥发生问题，更换新的整流桥后，直流输出电压恢复正常。然而，图纸上显示的整流桥是三相整流桥，但是实物是单相整流桥，如图5所示。按图6中三相整流桥的接线方法，整流桥的接线柱应该是5个，但实际使用的整流桥只有4个接线柱，如图7所示，属于单相整流桥。通过实际接线对比，发现原来是用两只单相整流桥实现了三相整流桥接线功能。单相整流桥在接线时，要特别注意其中一只接线柱的方向与其他三个不一样，标有+，接输出的直流正极，其对角接负极，另外两角接交流输入。
（a）
图7 单相整流桥
（2）24 V控制线路接地和负载短路故障。当确定电源整流部分没有问题后，就需要仔细检查线路绝缘了。容易发生线路接地的地方主要在操纵台、经过座椅下面的线路、限位开关相连的线路、一直束扎在线管里的线路等，或是连接的负载短路。
（3）吊货索无法下降，只能上升，出现代码15，即引起吊货索下降限位故障报警。如图8所示，出现这种情况，先检查限位开关是否正常，如果并没有发生限位开关动作，检查215支路的线路连接，一般是某处发生断开，引起故障报警。在特殊情况下，为了不影响工班，可以直接将接线排上的215点与42点（24 V高电平）相连，恢复使用，有时间再慢慢排查。
图8 吊货装置限位控制回路
如果运行中出现28代码，按STEP按钮后出现61、62代码，NJ轮NO3克令吊起动后，操纵吊货手柄，钩头不动作，HO控制面板出现28代码，按STEP按钮后出现61、62代码，手柄逻辑错误。这种情况，多数是电位器发了故障，检查的方法是，根据图9所示电位器分布位置，操纵手柄放在中位，分别测量电位器（总电阻值为5 kΩ）输出203/202之间的电压和203/201之间的电压是否是6 V和12 V，或将接线拆除，测量阻值是否对称，很容易发现问题。
图9 吊货手柄下电位器逻辑图
有时候，即使更换电位器无法排除逻辑错误，原因往往是手柄内部磨损过大，在其连接电位器后影响其0位的位置，或控制方向和高低速的微动开关不能将24 V高电平接入到控制板。如果换了新电位器和手柄，问题依然存在，则需要检查手柄电位器输出到控制板上的所有接线和控制板输出到液压系统上的线路是否正常。
（4）无法完成安全负荷下的吊重。排除液压系统本身的原因来讨论，问题可能发生在过载保护高压开关1311（30 T）、1312（抓斗模式下24 T）上，设置的压力动作值发生了变化（需要专业人士定期检查调试）。不建议盲目的调节（理论上每圈30 bar），可取的办法是通过专用压力表检测实际油压，避免油压超过系统设计的要求而导致机械损坏。如果采取临时性措施且知道货物实际重量不超过安全负荷的情况下，可以暂时将该回路直接和24 V高电平相连（如35 MT负荷测试时），但结束后要及时恢复，防止出现超负荷造成的液压系统损坏。
4船舶克令吊电气设备维管的思考
船舶克令吊电气设备维管需要多项保障措施，现总结如下，以备参考：定期检查滑环内部情况，清洁碳刷表面，检查并紧固内部接线，其内部接线如图11所示；定期清洁控制箱各个电气元件表面的灰尘，对一些较大的接触器（如K1\K2\K3等）可进行内部触头清洁；定期清洁控制板插口；定期检查并紧固所有接线；备好必要的电气元件，如时间继电器K9、整流桥、保险丝、稳压电容、主接触器、控制板、电位器等。保证泵房内的通风机工作正常；航行中要保证泵房内密封性，防止内部长时间湿度过大，尤其是前面的NO1&2吊的通风口，在大风浪时要做好保护，控制室的窗户玻璃要完好。[3]
（a）
图11 滑环内部接线图
5 结束语
麦基嘉克令吊控制系统相对复杂，还有很多故障现象背后的原因需要我们去钻研探索。另外，MPC控制板对环境的要求也很高，尤其是在极冷或极热或潮湿的环境中，时常会发生故障。日常维护保养中，需要注意控制室内的门窗密封性要好、控制箱内加热电阻能正常工作。在气温低的地区，使用前需要提前给克令吊的电源合上，让加热电阻通电。主管轮机员平时也要多研究说明书，多交流，提高专业技能，认真做好保养，熟悉常见故障，提前备好易损备件。当故障发生时，能冷静应对，根据图纸，综合分析，以便迅速找到故障所在并及时排除，在关键时刻，可以为船东和租家减少因克令吊造成的损失。
参考文献：
[1]李军,朱玉华.麦基嘉克令吊电气故障诊断和排除[J].航海技术,2016,(4):55-57.
[2]徐徐.船用克令吊的电控技术和故障诊断[D].大连:大连海事大学,2013.
[3]张涛.MacGREGOR型克令吊管理浅谈[J].天津航海,2012,(3):12-13.
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