船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行保障分析

倪永亮 于憲令

摘 要：在科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展的時(shí)代背景下，船舶制造技術(shù)有了很大的進(jìn)步，從以前的獨(dú)立構(gòu)造逐漸演變?yōu)檎w自動(dòng)化，船舶電氣自動(dòng)化指的是船舶電站的自動(dòng)化，伴隨著控制技術(shù)、通信技術(shù)及微處理技術(shù)的更新，船舶中的重要組成設(shè)備是電氣自動(dòng)化系統(tǒng)，保證了船舶穩(wěn)定的基礎(chǔ)運(yùn)行，重點(diǎn)是在遠(yuǎn)航時(shí)，電氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行決定船舶的安全穩(wěn)定運(yùn)行。文章針對船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)在運(yùn)行中具有安全穩(wěn)定性保障技術(shù)展開分析。

關(guān)鍵詞：船舶；電氣自動(dòng)化；安全；穩(wěn)定

1 船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)概述

1.1 綜合化

船舶電氣化的綜合發(fā)展歸功于計(jì)算機(jī)技術(shù)的興起，通過計(jì)算機(jī)控制技術(shù)將船舶內(nèi)的各種電氣控制整合至一個(gè)界面，通過該界面可以完成對所有電子系統(tǒng)的控制，通過這一綜合控制可以避免出現(xiàn)突發(fā)事件出現(xiàn)時(shí)無法解決，或者由于電子元件過多造成多操、誤操、重復(fù)操作等操作失誤問題，大大提高了船舶運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

1.2 網(wǎng)絡(luò)化

進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，現(xiàn)場總線技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)為船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展提供技術(shù)支持，把各種信號線集合在一起采用總線技術(shù)，把信號通信傳遞給不同的部件和模塊，在船舶電氣系統(tǒng)中，對船舶系統(tǒng)采用雙層網(wǎng)進(jìn)行控制，一般數(shù)據(jù)采集網(wǎng)是第一層，控制網(wǎng)是第二層，保證船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性非常有效，冗余結(jié)構(gòu)一般采用在船舶系統(tǒng)的控制網(wǎng)。根據(jù)系統(tǒng)又分成若干子網(wǎng)絡(luò)，如推進(jìn)系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、動(dòng)力定位系統(tǒng)、通信導(dǎo)航系統(tǒng)等。通過系統(tǒng)的冗余網(wǎng)絡(luò)化，集各系統(tǒng)功能之眾，通過船舶系統(tǒng)進(jìn)而形成了一個(gè)分布式系統(tǒng)加強(qiáng)船舶系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2 我國船舶電氣自動(dòng)化的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 GPS全球定位系統(tǒng)

在科技快速發(fā)展的今天，人們特別關(guān)注GPS全球定位系統(tǒng)。如今，GPS全球定位系統(tǒng)最終精確到幾米，廣泛地在我國的船舶上使用安裝，在船舶行業(yè)已成為必備裝置。

2.2 船舶整體自動(dòng)化

計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的飛躍發(fā)展，使得自動(dòng)化技術(shù)也廣泛的在我國的船舶業(yè)使用。眺望21世紀(jì)的船舶自動(dòng)化技術(shù)已成為船舶綜合自動(dòng)化階段發(fā)展的最高水平，船舶綜合自動(dòng)化，將不斷收集機(jī)艙自動(dòng)化、機(jī)械自動(dòng)化、導(dǎo)航自動(dòng)化、裝卸自動(dòng)化等諸多用途系統(tǒng)，工作母站為某些控制系統(tǒng)和某些工作變電站組成了此系統(tǒng)，通常總站工程將在機(jī)房控制室設(shè)置，還有一個(gè)位于駕駛室。現(xiàn)階段，我國船舶的整體自動(dòng)化仍然處于不斷完善的階段，為提升我國的船舶電氣自動(dòng)化發(fā)展水準(zhǔn)，對船舶整體自動(dòng)化方面的創(chuàng)新和自主研發(fā)要加強(qiáng)管理。

3 船舶電氣自動(dòng)化技術(shù)存在問題

3.1 電磁的安全性不足

電磁技術(shù)是船舶電氣自動(dòng)化技術(shù)實(shí)施的前提，然而電磁安全問題卻很容易在船舶運(yùn)行時(shí)受到干擾。由于船舶的運(yùn)行大多都在大海上，一旦出現(xiàn)極端天氣，會直接破壞船舶的整體電磁系統(tǒng)，產(chǎn)生電磁干擾。并且船舶內(nèi)部空間較小，有些電子元件設(shè)備安裝較為緊密，這讓電子干擾問題發(fā)生的概率又增加了不少。

3.2 控制線路單一

船舶電氣自動(dòng)化操作簡單，且能夠通過駕駛艙內(nèi)的總操作系統(tǒng)進(jìn)行操作。然而一旦總操控系統(tǒng)出現(xiàn)問題，那么整個(gè)船舶的電氣設(shè)備將會面臨“群龍無首”的狀態(tài)。一旦總操縱系統(tǒng)的線路出現(xiàn)故障或者出現(xiàn)誤操，那么對船舶造成的危害是無法逆轉(zhuǎn)的。并且控制線路單一很容易造成一旦有某個(gè)枝干設(shè)備出現(xiàn)問題不得不關(guān)閉系統(tǒng)時(shí)，將會失去整個(gè)設(shè)備的操作和控制力，這樣不僅無法有效解決出現(xiàn)的問題，反而會將故障擴(kuò)大，造成無法挽回的損失。

3.3 系統(tǒng)設(shè)備錯(cuò)誤率高

雖然船舶電氣自動(dòng)化技術(shù)在正常運(yùn)行時(shí)十分方便、快捷、穩(wěn)定，但是也有一定的容錯(cuò)概率，并且這一概率是無法逆轉(zhuǎn)，且無法改變的。容錯(cuò)概率一般出現(xiàn)在電氣設(shè)備安裝、運(yùn)行時(shí)。一個(gè)電氣設(shè)備的制造和安裝不可能做到百分百安全，其運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題和錯(cuò)誤率都是在設(shè)備制造出時(shí)就已經(jīng)確定，并且會根據(jù)使用的時(shí)長而增加。這種故障和錯(cuò)誤率是無法人為避免的，雖然可以通過后期的維護(hù)和保養(yǎng)降低錯(cuò)誤率，但是仍然無法全部避免。一旦出現(xiàn)錯(cuò)誤，整個(gè)電子系統(tǒng)將直接崩潰。

4 保障船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)

4.1 電磁干擾技術(shù)

（1）隔離變壓器。研究表明，影響船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的主要干擾來源是交流電源，用電氣設(shè)備隔離變壓器的方法改善這一干擾獨(dú)立作業(yè)供電。強(qiáng)電和弱電還可以分開，干擾逐漸減少。船舶的電源經(jīng)過交流變壓器將高頻信號過濾掉，為自控裝置提供獨(dú)立電源，達(dá)到隔離干擾的效果。

（2）改變傳輸介質(zhì)。在船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)控制的過程中，主要利用遙控系統(tǒng)進(jìn)行控制，船舶的控制系統(tǒng)輸入部分主要在駕駛室，在船舶的機(jī)艙是系統(tǒng)的接收部分，導(dǎo)致信號的傳輸線很長，電磁干擾就會對傳輸線的信號產(chǎn)生干擾，為此，船舶系統(tǒng)的信號傳輸過程中，傳輸介質(zhì)被改變，信號被屏蔽干擾，電磁信號的干擾也被屏蔽。

（3）RC吸收設(shè)備。船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中，取決于系統(tǒng)的自動(dòng)化，與很多的電氣設(shè)備，比如繼電器、接觸器以及電源開關(guān)等都有關(guān)系，為此，在接觸這些電源設(shè)備時(shí)，由于電弧等原因產(chǎn)生電磁干擾，在此情況下，通過RC吸收設(shè)備進(jìn)行，它的優(yōu)點(diǎn)是電壓而產(chǎn)生突變原理，有效地抑制電磁干擾。另外，還可以利用電阻來限制電容，有效地減少電磁干擾現(xiàn)象發(fā)生。

4.2 存儲冗余技術(shù)

此技術(shù)主要是指利用增添并聯(lián)單元的形式來保證船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。船舶電氣自動(dòng)化的設(shè)備中會設(shè)置合理數(shù)量的存儲設(shè)備，各設(shè)備均可獨(dú)立工作，工作單元自行工作比較特殊，其他的單元都存儲起來作為備用。

4.3 容錯(cuò)技術(shù)

容錯(cuò)技術(shù)是指船舶電氣系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中，出現(xiàn)的故障容忍能力，在電氣系統(tǒng)中主要包括：第一，檢測系統(tǒng)故障，主要是對船舶電氣化系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)，就會使用容錯(cuò)技術(shù)對故障進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，并能夠自動(dòng)的分析故障的性質(zhì)，并采取自動(dòng)化隔離的措施，以避免系統(tǒng)的故障影響系統(tǒng)的安全性工作。第二，控制系統(tǒng)故障，容錯(cuò)技術(shù)通過對控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，找出故障的性質(zhì)進(jìn)行分析與定位，利用針對的措施進(jìn)行分析處理，保證船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)能夠正常可靠的運(yùn)行。

4.4 設(shè)置安全系統(tǒng)

安全系統(tǒng)指當(dāng)發(fā)生危及電站及其他重要機(jī)電設(shè)備的嚴(yán)重故障時(shí)，能使發(fā)生故障的設(shè)備自動(dòng)產(chǎn)生保護(hù)性動(dòng)作的系統(tǒng)，一般有下列三種類型：

第1類：立即停止運(yùn)行，即應(yīng)急切斷，且非經(jīng)人工復(fù)位該設(shè)備不應(yīng)再投入運(yùn)行，必須在故障排除后才能再運(yùn)行。

第2類：暫時(shí)調(diào)節(jié)到可以勉強(qiáng)運(yùn)行狀態(tài)，如降低功率或轉(zhuǎn)速等。

第3類：起動(dòng)和投入備用設(shè)備以恢復(fù)正常的運(yùn)行狀態(tài)。

5 結(jié)束語

總而言之，船舶電氣自動(dòng)化技術(shù)是一門綜合性技術(shù)，提升船舶的電氣化系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性、安全性及可靠性影響著船舶的發(fā)展?，F(xiàn)階段我國對船舶電氣化自動(dòng)系統(tǒng)的研究比較慢，雖然我國船舶工業(yè)的電氣自動(dòng)化程度、消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)性、能和技術(shù)水平通過引進(jìn)已有所提高，但還有差距，有待進(jìn)一步的提升。

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