譚志楊，鄒丑田，鐘多就

(1.91902部隊，廣東 廣州 510320；2.92326部隊，廣東 湛江 524002)

近幾年，隨著信息技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛和深入，帶有微機(jī)控制的羅經(jīng)同步涌現(xiàn)。但對于許多在航船舶來說，整機(jī)更換傳統(tǒng)的羅經(jīng)顯然代價極大，因此在原有系統(tǒng)上，進(jìn)行部分環(huán)節(jié)的數(shù)字化改造，以適應(yīng)船舶設(shè)備各位置對航向信息的數(shù)字化需求，這是十分可行和必要的。如何進(jìn)一步提升羅經(jīng)航向信息的提取和利用，更好服務(wù)于船舶航行，已成為當(dāng)前許多船舶要著手考慮的問題之一。在深入進(jìn)行數(shù)字化改造應(yīng)用的同時，許多設(shè)備出現(xiàn)了不少數(shù)字化改造后的故障，與傳統(tǒng)模擬電路故障有著本質(zhì)上的差別。本文以某型自動舵出現(xiàn)分羅經(jīng)航向誤差大的典型問題進(jìn)行了分析和處理，對類似數(shù)字化改造后設(shè)備故障的發(fā)生規(guī)律有了進(jìn)一步的認(rèn)識，從而也為今后類似故障問題的分析積累了參考經(jīng)驗。

1 故障現(xiàn)象

該羅經(jīng)系統(tǒng)是利用電磁控制方式使陀螺儀實現(xiàn)自動找北并穩(wěn)定指北的一種航海儀器，它具有“羅經(jīng)”和“方位儀”2種工作狀態(tài)，其具有啟動時間短、慣性誤差小、可在高緯度使用、體積小、重量輕等優(yōu)點，因此迅速成為船舶指向的主要羅經(jīng)系列之一[1]。該羅經(jīng)系統(tǒng)由主羅經(jīng)及其附屬儀器組成，主羅經(jīng)為主要部分，具有航向指示的性能，附屬儀器是確保羅經(jīng)正常工作的必須設(shè)備。為了能在船舶需要的地方復(fù)示航向，在整套羅經(jīng)中，設(shè)置了多個分羅經(jīng)。

該羅經(jīng)系統(tǒng)在碼頭且不啟動陀螺儀的情況下，模擬航行時航向的變化，用手慢慢撥動方位環(huán)，每隔10°分別記錄下主羅經(jīng)和自動舵分羅經(jīng)的航向，出現(xiàn)自動舵分羅經(jīng)接收航向信號不固定誤差的故障現(xiàn)象，精粗刻度盤反復(fù)左右跳變劇烈。進(jìn)一步整理航向檢查記錄(0°～ 210°)8個點的航向記錄，發(fā)現(xiàn)誤差范圍為+3°～ -1°，已出現(xiàn)極大超差現(xiàn)象，系統(tǒng)已無法正常使用。把主羅經(jīng)的航向值，進(jìn)一步與自動舵羅經(jīng)、分羅經(jīng)、雷達(dá)設(shè)備、顯控臺設(shè)備航向顯示對比，通過統(tǒng)計可知，只有自動舵分羅經(jīng)誤差為最大+3°，已影響了系統(tǒng)正常工作。其他用戶中的分羅經(jīng)最大誤差為+0.1°，雷達(dá)設(shè)備、顯控臺設(shè)備航向顯示均無誤差存在。

2 故障原因分析

該改進(jìn)型羅經(jīng)航向發(fā)送和接收系統(tǒng)有如下特點。一是用戶多，模擬分羅經(jīng)達(dá)到21個，數(shù)字用戶達(dá)到10個，且數(shù)字用戶和模擬用戶交混。二是航向信號產(chǎn)生、發(fā)送和接收與常用同步系統(tǒng)在配套方式上存在差異。原本在未進(jìn)行數(shù)字化改造情況下，排除類似自動舵分羅經(jīng)航向誤差大的故障是常見故障。但數(shù)字化改進(jìn)后，出現(xiàn)類似故障，除了通常原因外，不得不考慮內(nèi)部數(shù)字處理的原因。對此，需要單獨分析一下數(shù)字和模擬航向信號發(fā)送與接收傳輸通道異同，為故障排除奠定一定原理基礎(chǔ)，模擬通道航向發(fā)送與接收流程圖如圖1所示。

圖1 模擬通道航向發(fā)送與接收流程圖

從圖1可知，陀螺儀通過齒輪機(jī)械組帶動自整角機(jī)一起轉(zhuǎn)動，航向發(fā)送機(jī)則產(chǎn)生三相同步信號，通過分配開關(guān)，經(jīng)放大、保護(hù)環(huán)節(jié)后，輸送到模擬用戶。同時，從航向發(fā)送箱里發(fā)送航向信號至自動舵接線箱，再到主操臺上的航向接收機(jī)，一路經(jīng)過自動舵刻度盤顯示，另外一路經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換用作數(shù)字顯示。

數(shù)字通道航向發(fā)送與接收流程圖如圖2所示，陀螺儀通過齒輪機(jī)械組帶動旋轉(zhuǎn)變壓器一起轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生航向正余弦信號，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換，送到微機(jī)主板上進(jìn)行處理。寫入程序的芯片通過總線與微機(jī)保持通信。通過補(bǔ)償非線性誤差、溫度漂移誤差等方式，不斷比對和修正每0.1°航向的變化，以減少對系統(tǒng)誤差造成的影響。最終形成的航向數(shù)字信號，從微機(jī)接口板經(jīng)串行接口板電路輸出到各個數(shù)字用戶。

圖2 數(shù)字通道航向發(fā)送與接收流程圖

從以上2種不同通道的航向發(fā)送與接收的原理流程圖分析可知，羅經(jīng)的航向信號發(fā)送到模擬用戶，包括自動舵，屬于統(tǒng)一的信號，自動舵分羅經(jīng)需要數(shù)字顯示時，末端使用數(shù)模轉(zhuǎn)換即得到數(shù)字航向信號。數(shù)字航向信號也是在羅經(jīng)內(nèi)部就實現(xiàn)了數(shù)字信號的統(tǒng)一傳輸。然而，本船的改進(jìn)型自動舵分羅經(jīng)航向接收信號屬于2個通道交織在一起的情況，先是接收模擬航向，后又在內(nèi)部進(jìn)行了數(shù)模的轉(zhuǎn)換，最后顯示的是數(shù)字信號航向。

依據(jù)上述原理分析，造成自動舵模擬航向不匹配的原因可能會有：自動舵分羅經(jīng)這路的信號傳輸通道有接觸不良或開路點；位于自動舵主操臺上的航向匹配開關(guān)，被經(jīng)常使用導(dǎo)致了損壞或觸頭接觸不良；自動舵分羅經(jīng)上的航向接收機(jī)齒輪組因使用強(qiáng)度大導(dǎo)致的磨損造成了間隙大或下端的阻尼輪存在失效的可能。同時，造成數(shù)字航向誤差大的可能原因有：不排除上述的機(jī)械部分存在故障，再者就是微機(jī)主板上內(nèi)部程序數(shù)據(jù)出錯，或者是數(shù)據(jù)通信接口板存在故障[2]。

3 處理措施

基于以上原理分析，針對此故障展開排除處理。歸納總結(jié)分為以下幾個步驟。

1)對航向復(fù)示精度進(jìn)行匹配復(fù)驗。一般匹配復(fù)驗，不需要每個分羅經(jīng)用戶都檢查復(fù)驗，否則工作量就比較大。只需要匹配復(fù)驗導(dǎo)航雷達(dá)、綜合導(dǎo)航顯控臺與主羅經(jīng)上所顯示的航向數(shù)值以及左右船舷上的分羅經(jīng)模擬顯示。此時，導(dǎo)航雷達(dá)、綜導(dǎo)顯控臺與主羅經(jīng)顯示屏上數(shù)值顯示是一致的。檢查自動舵航向顯示裝置發(fā)現(xiàn)，自動舵分羅經(jīng)、主羅經(jīng)、刻度盤3者顯示均不一致。那么基本能判定，在自動舵分羅經(jīng)傳輸這條分路上存在故障。

2)檢查排除機(jī)械原因引起的誤差。尤其是對此類較為老舊的設(shè)備，因使用強(qiáng)度導(dǎo)致的誤差和故障發(fā)生概率會大大增加。針對可能性比較大的羅經(jīng)機(jī)械傳動齒輪組、旋轉(zhuǎn)變壓器和接插件、接線等部位進(jìn)行檢查，均未發(fā)現(xiàn)異常，即使有磨損間隙，帶來的誤差也不至于導(dǎo)致系統(tǒng)無法使用，由此可排除機(jī)械方面信號線路不牢固或線路開路方面問題。

3)查驗分羅經(jīng)與自動舵連接上是否存在故障。在日常維修過程中，經(jīng)常會采取另外接一個工作正常的標(biāo)準(zhǔn)分羅經(jīng)的方式，以此能夠快速查找和排除共同部分存在故障的可能。將自動舵主操臺上接收機(jī)的激磁線和信號線拆下來，一對一連接上標(biāo)準(zhǔn)分羅經(jīng)。通上電源后，發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)分羅經(jīng)同樣發(fā)生了跳變故障，只是程度有所減弱。由此可排除羅經(jīng)航向發(fā)送箱至自動舵接線箱存在故障的可能，也可斷定自動舵的內(nèi)部線路存在故障點的可能性極小。再次恢復(fù)線路，重新通電，故障復(fù)現(xiàn)。

4)進(jìn)一步檢查航向接收機(jī)周邊線路?？赏茢?，故障點可能會集中在航向接收機(jī)周邊線路上。拆開接收機(jī)上2個固定壓板后，拔出接收機(jī)，發(fā)現(xiàn)接收機(jī)的阻尼輪已松動脫落。這個阻尼輪起到的作用類似微分原理，能夠進(jìn)一步穩(wěn)定接收機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)航向失配到即將同步時，阻尼輪可讓接收機(jī)平穩(wěn)停下來，以達(dá)到穩(wěn)定接收機(jī)轉(zhuǎn)速的作用。安裝并緊固阻尼輪后，經(jīng)通電檢查，航向不穩(wěn)定跳動仍然沒有得到徹底有效解決。

5)檢查數(shù)字航向信號發(fā)送通道關(guān)鍵點。從測量的接收電機(jī)信號可知，0～50 V時電壓有跳躍現(xiàn)象，用示波器觀察三相信號，發(fā)現(xiàn)正弦波上疊加了很大的尖脈沖，而且還伴隨著不規(guī)則的反向波形。由此，進(jìn)一步檢查數(shù)字航向信號發(fā)送通道，追蹤到微機(jī)板的輸入端。首先，更換了處理芯片，但故障現(xiàn)象并沒能得到排除。接著，根據(jù)數(shù)字通道航向發(fā)送與接收原理分析，懷疑主板上的可讀寫存儲器的航向修正功能可能會導(dǎo)致故障出現(xiàn)。用擦除器將原程序擦除，重新寫入備份。最后，開機(jī)檢查，發(fā)現(xiàn)故障得以徹底排除。

綜合分析，接收機(jī)上的阻尼輪脫落，并不是此故障的主要原因，且具有迷惑性。從上述故障排除過程可知，內(nèi)部軟件數(shù)據(jù)出錯是此故障的主要成因，也應(yīng)是此類數(shù)字化改進(jìn)后自動舵分羅經(jīng)航向發(fā)生故障主要考慮點之一。

4 結(jié)束語

綜合本故障實例分析與處理，本故障既有硬件方面阻尼輪脫落的部分原因，也有軟件程序上的數(shù)據(jù)出錯原因。當(dāng)前，我們常規(guī)的維修保養(yǎng)集中于硬件保養(yǎng)，即對某個器件或某個模塊進(jìn)行保養(yǎng)。在軟件程序上出現(xiàn)錯誤，可能被認(rèn)為讀寫存儲器中的航向誤差修正參數(shù)不具有自我修改的可能性。但隨著電子技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，設(shè)備上應(yīng)用軟件的隱形故障或數(shù)據(jù)冗余處理，將會是設(shè)備以后維護(hù)保養(yǎng)的重點。本案例當(dāng)中，微機(jī)主板的存儲器中航向誤差修正參數(shù)出錯，就明顯屬于內(nèi)部軟件數(shù)據(jù)出錯。但對于一種應(yīng)急處理，如果將系統(tǒng)當(dāng)中的微機(jī)主板更換了，確實可以排除故障，但是維修成本將會大大提高。只有找準(zhǔn)了主要原因，將程序重新寫入，糾正內(nèi)部軟件數(shù)據(jù)錯誤，故障方可得到排除，這也將極大縮小維修成本。