船舶電氣自動(dòng)化中幾個(gè)重要技術(shù)的應(yīng)用

高寒

（威海職業(yè)學(xué)院船舶工程系，山東威海264210）

船舶電氣自動(dòng)化中幾個(gè)重要技術(shù)的應(yīng)用

高寒

（威海職業(yè)學(xué)院船舶工程系，山東威海264210）

自動(dòng)化技術(shù)在我國(guó)船舶領(lǐng)域的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，為了確保船舶在航運(yùn)中的安全，增加船舶航運(yùn)的經(jīng)濟(jì)效益，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，自動(dòng)化技術(shù)的引用就顯得尤為重要?，F(xiàn)如今各個(gè)國(guó)家將船舶電氣自動(dòng)化的研究重點(diǎn)放在了軸帶發(fā)電、電力推進(jìn)和自動(dòng)化機(jī)艙等方面。針對(duì)電力電子技術(shù)、電站測(cè)控系統(tǒng)、可靠性保障技術(shù)等在船舶電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用，進(jìn)行分析和探討。

船舶電氣自動(dòng)化；電力電子技術(shù)；電站測(cè)控系統(tǒng)；可靠性保障技術(shù)

1 電力電子技術(shù)應(yīng)用

1.1 軸帶發(fā)電

在船舶航運(yùn)的過(guò)程中，船舶整體的消耗有一半以上都用在了燃料費(fèi)上，因此開發(fā)不同類型的船舶節(jié)能裝置就顯得尤為關(guān)鍵。軸帶發(fā)電技術(shù)是目前我國(guó)船舶領(lǐng)域節(jié)能的重要手段，軸帶發(fā)電技術(shù)是由發(fā)電機(jī)中的主軸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，根據(jù)主機(jī)狀態(tài)來(lái)對(duì)軸帶發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制，而后隨著電力電子元器件的不斷更新?lián)Q代，軸帶發(fā)電系統(tǒng)基本上都采用了晶閘管逆變方式。為進(jìn)一步增加船舶航運(yùn)的節(jié)能效果，根據(jù)船舶的實(shí)際運(yùn)行，開發(fā)了廢氣透平發(fā)電機(jī)與S/G組合的SSG系統(tǒng)。而在S/G系統(tǒng)中，由于發(fā)電機(jī)的所有輸出工作都是通過(guò)變頻器進(jìn)行輸出的，因此要求發(fā)電機(jī)上要安裝大功率的電力電子元器件來(lái)滿足船舶運(yùn)行的要求。由于變頻器的成本高、體積大，再加上變頻器的功率因數(shù)非常低，研究人員根據(jù)這些問(wèn)題提出了異步軸帶發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。這一系統(tǒng)主要是利用雙饋異步電機(jī)轉(zhuǎn)子頻率補(bǔ)償?shù)脑韥?lái)保持恒頻穩(wěn)壓，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

1.2 電力推進(jìn)

在船舶航運(yùn)中，使用電力推進(jìn)技術(shù)已經(jīng)有很多年頭了，但是之前的電力推進(jìn)技術(shù)只是局限于一些小型的船舶，而隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電力推進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣泛，我們將電力推進(jìn)系統(tǒng)分為直流傳動(dòng)和交流傳動(dòng)兩大類。隨著近幾年船舶領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展，交流傳動(dòng)發(fā)展速度非常快，交流電力推進(jìn)技術(shù)隱隱有替代直流推進(jìn)技術(shù)的趨勢(shì)。

在交流電力的推進(jìn)方式中，較為常見的電力推進(jìn)有直流和交流兩種無(wú)換向電動(dòng)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)。直流無(wú)換向電動(dòng)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)由交流——直流——交流變頻器供電的同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。而交流無(wú)換向電動(dòng)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)是由交流——交流變頻器與同步電動(dòng)機(jī)組成交流調(diào)速系統(tǒng)，雖然交流——交流變頻器的輸出頻率會(huì)受到船舶整體運(yùn)行的影響，但是大容量的船舶推進(jìn)機(jī)是與驅(qū)動(dòng)軸直接連接的，最重要的是船舶推進(jìn)電機(jī)還是在低速的狀態(tài)下運(yùn)行的。因此，低頻的交流——交流變頻器是非常適用的。

2 電站測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

下圖是電站測(cè)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳播電站自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖CAN網(wǎng)絡(luò)電站自動(dòng)化系統(tǒng)簡(jiǎn)圖Fig.Automatic system diagram of CAN network power station

每一臺(tái)發(fā)電機(jī)的節(jié)點(diǎn)都代表著一臺(tái)發(fā)電機(jī)設(shè)備，并且這一發(fā)電機(jī)設(shè)備還與控制臺(tái)一起作為網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)被掛在測(cè)控系統(tǒng)的總線上。這樣一來(lái)就很容易形成一個(gè)電站自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)。研究人員就可以將這一網(wǎng)絡(luò)與船舶上的其他部分有機(jī)地連接在一起，最終形成船舶的控制網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。

在這一電站控制系統(tǒng)中，主要存在三類功能性質(zhì)都不同的測(cè)控網(wǎng)絡(luò)階段——發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)、控制臺(tái)節(jié)點(diǎn)、檢測(cè)微機(jī)節(jié)點(diǎn)。其中發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)主要具備的功能是測(cè)量功能和控制功能。而控制臺(tái)節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)的是接收各臺(tái)發(fā)電機(jī)傳送過(guò)來(lái)的測(cè)量結(jié)果，根據(jù)這些結(jié)果與實(shí)際的船舶運(yùn)行控制要求，對(duì)各個(gè)階段實(shí)施控制指令。而檢測(cè)微機(jī)的主要工作則是對(duì)各個(gè)階段進(jìn)行監(jiān)督，一旦發(fā)現(xiàn)特殊情況，就要及時(shí)進(jìn)行處理，方便數(shù)據(jù)的傳輸。

3 可靠性保障技術(shù)

為了進(jìn)一步確保船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)工作的可靠性，我們還引進(jìn)了國(guó)外在船舶電氣自動(dòng)化領(lǐng)域的一些成果和經(jīng)驗(yàn)，由于我國(guó)船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)研究還處于起步階段，很多可靠性技術(shù)在應(yīng)用上還沒(méi)有很熟悉，因此我們此次以西門子公司生產(chǎn)的EEA-22船舶電站自動(dòng)控制系統(tǒng)為例，系統(tǒng)分析船舶可靠性技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題。

3.1 電磁兼容設(shè)計(jì)

EEA-22船舶電站自動(dòng)控制系統(tǒng)主要采用的是電磁兼容設(shè)計(jì)，這樣可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力。船舶電氣設(shè)備的工作環(huán)境是非常惡劣的，且電磁污染還非常嚴(yán)重，研究人員為了保證設(shè)計(jì)的工作可靠性，對(duì)電磁進(jìn)行兼容設(shè)計(jì)是不可缺少的重要環(huán)節(jié)。一般構(gòu)成電磁干擾的基本條件有三個(gè)，分別是存在干擾源、有與之相匹配的傳輸介質(zhì)、存在敏感的接收單元。研究人員在對(duì)電磁兼容設(shè)計(jì)進(jìn)行研究時(shí)，只要破壞掉這三個(gè)條件中的任意一個(gè)，就能消除電磁干擾。

3.2 容錯(cuò)技術(shù)設(shè)計(jì)

容錯(cuò)技術(shù)指的是船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)故障的容忍程度，容錯(cuò)技術(shù)主要涵蓋了兩方面的內(nèi)容：一是系統(tǒng)故障的檢查與診斷。另一個(gè)是系統(tǒng)故障的控制和決策。二者是遞進(jìn)的關(guān)系，也就是說(shuō)在檢測(cè)和診斷中，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，要先確定故障的發(fā)生部位及其發(fā)生性質(zhì)，然后要對(duì)故障進(jìn)行隔離處理。在控制和決策上，還要根據(jù)故障的部位和性質(zhì)，先采取一定的容錯(cuò)處理，在確定故障問(wèn)題之后，再對(duì)其進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，并付諸于實(shí)際。

西門子公司生產(chǎn)的EEA-22船舶自動(dòng)控制系統(tǒng)的故障檢測(cè)及故障診斷分別通過(guò)不同的檢測(cè)軟件將所檢測(cè)的信號(hào)轉(zhuǎn)換為低電平送到故障的決策單元上，這樣可避免事故擴(kuò)大化，提高系統(tǒng)的安全可靠性。

［1］萬(wàn)曼影，杜家瑞，湯潔.CAN網(wǎng)絡(luò)在機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用研究［J］.交通部上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所學(xué)報(bào)，2011，（02）：114-115.

［2］杜家瑞，萬(wàn)曼影，王俊雄.CAN網(wǎng)絡(luò)在船舶電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用研究［J］.交通部上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所學(xué)報(bào)，2012，（01）：122-123.

［3］湯旭晶，黎庶，陳汛平，等.輪機(jī)工程專業(yè)電氣自動(dòng)化綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)［J］.航海教育研究，2009，（01）：67-68.

［4］陳永冰，李文魁，劉勇，等.CAN總線及其在艦船測(cè)量組合系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.艦船電子工程，2015，（03）：118-119.

［5］李林川，夏道止，楊振平，等.電力系統(tǒng)電壓和網(wǎng)損優(yōu)化計(jì)算［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2015，（07）：94-95.

Application of several important technologies in marine electric automation

GAOHan
（Department ofShip Engineering，Weihai Vocational College，Shandong264210，China）

The automation technology has a more extensive range of applications in ship domain.In order to ensure the safety in shipping，increase the economic benefits of shipping vessels and improve labor productivity，the reference of automation technology is particularly important.Now each country puts their focus on shaft generator，electric propulsion and automation engine room.The application of power electronics technology，measurement and control system，reliability security technology in marine electric automation were analyzed and discussed respectively.

Marine electric automation；Power electronic technology；Measurement and control system；Reliability assurance technology

U664.14

A

1674-8646（2016）13-0036-02

2016-04-29

高寒（1965-），男，黑龍江牡丹江人，高級(jí)工程師，學(xué)士，主要從事船舶電氣技術(shù)方面的研究。