船舶電氣自動化關(guān)鍵技術(shù)研究

摘 要：近年來，電氣自動化技術(shù)在船舶領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，不但提高了船舶航運的安全性，而且大大增加了航運的經(jīng)濟效益。文章主要分析了船舶電氣自動化技術(shù)的特點，然后探討了船舶電氣自動化中的幾種關(guān)鍵技術(shù)，以期為船舶自動化事業(yè)的發(fā)展貢獻綿薄之力。

關(guān)鍵詞：船舶；電氣自動化；關(guān)鍵技術(shù)

目前，各國對于船舶電氣自動化的研究主要集中于電力電子技術(shù)、自動監(jiān)測報警技術(shù)、可靠性保障技術(shù)等方面，這些領(lǐng)域的任何技術(shù)進步和發(fā)展都將對船舶事業(yè)的發(fā)展起到巨大的推動作用。

1 船舶電氣自動化技術(shù)的特點

1.1 綜合化

現(xiàn)階段，船舶人機界面的交互功能越來越強大，很多操作能夠借助電子屏幕來完成，這為船舶電氣自動化技術(shù)的綜合化發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)。同時，電子信息技術(shù)以及電氣模塊化的快速發(fā)展，使得船舶電氣自動化系統(tǒng)能夠更加靈活地進行組態(tài)，進而使船舶越來越呈現(xiàn)出綜合化的發(fā)展趨勢。

1.2 網(wǎng)絡(luò)化

數(shù)字技術(shù)與總線技術(shù)的大力普及，促進了船舶電氣自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，特別是總線技術(shù)的進步與應(yīng)用，使得船舶的不同部件與模塊之間可以很方便地進行信號傳送與交流，這是電氣自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的重要基礎(chǔ)和前提。船舶電氣自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化，使得傳統(tǒng)的人工操作模式被各種自動化技術(shù)所取代，大大提高了電氣系統(tǒng)工作的效率及穩(wěn)定性。

2 船舶電氣自動化關(guān)鍵技術(shù)

2.1 電力電子技術(shù)

（1）軸帶發(fā)電。軸帶發(fā)電技術(shù)是利用發(fā)電機主軸進行驅(qū)動，依據(jù)主機的工作狀態(tài)來調(diào)整和控制軸帶發(fā)電機的一種技術(shù)。如今主流的軸帶發(fā)電系統(tǒng)均使用晶閘管逆變方式。為更好地發(fā)揮節(jié)能降耗效果，研究人員開發(fā)了T/G與S/G相組合的SSG系統(tǒng)，其中S/G借助靜止變頻器和電網(wǎng)連接在一起。若船舶電力消耗過高，T/G無法滿足要求，則S/G充當(dāng)發(fā)電機，對船舶電網(wǎng)進行補充供電。若電力消耗較少，功率閑置較多，則S/G充當(dāng)電動機，利用電網(wǎng)能源來協(xié)助主機推進。需注意的是，在S/G系統(tǒng)中，發(fā)電機的任何輸出活動都要經(jīng)過變頻器的控制與調(diào)節(jié)，故必須采用大功率的電力電子器件。而現(xiàn)階段的變頻器存在造價高、體型龐大、功率因數(shù)低等問題，為解決這些問題，異步軸帶發(fā)電機技術(shù)通過雙饋異步電機轉(zhuǎn)子頻率補償來穩(wěn)定頻率和電壓，節(jié)能效果十分顯著。

（2）電力推進。以往電力推進技術(shù)僅用于小型船舶之中，但隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，如今電力推進在大型船舶中也有所應(yīng)用。船舶電力推進系統(tǒng)的類型比較多樣：按照動力來源的不同，可分為柴油機式和燃氣輪機式；按電機布置形式，可分為機艙式與吊艙式；按傳動方式的不同，可分為交流傳動推進和直流傳動推進兩種，其中交流傳動推進是近幾年發(fā)展的主要方向，原因在于交流傳動更能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.2 自動監(jiān)測報警技術(shù)

機艙自動監(jiān)測報警技術(shù)能夠?qū)崟r地對電氣設(shè)備的運行狀態(tài)進行監(jiān)測、記錄及警報，可以有效降低輪機員工作強度，同時大大提高船舶電氣自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當(dāng)前自動監(jiān)測報警技術(shù)發(fā)展方向有：一是引入自動化綜合系統(tǒng)，以更加準確及時地發(fā)現(xiàn)并排除故障，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。二是研發(fā)DCS自動監(jiān)測系統(tǒng)，對監(jiān)測采集的數(shù)據(jù)信息進行集中管理，這樣既能在微機控制系統(tǒng)中進行報警顯示，又可以控制各電氣設(shè)備的穩(wěn)定運行。DCS自動監(jiān)測系統(tǒng)由三層微機網(wǎng)絡(luò)組成，其中主站位于控制室，具有界面顯示、打印等功能，而通訊站、信息轉(zhuǎn)發(fā)站及各類分站等設(shè)置在機艙中，各分站分別具有獨立的監(jiān)測功能，所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)信息經(jīng)信息轉(zhuǎn)發(fā)站發(fā)送至主站，從而實現(xiàn)了計算機、控制、通信三者的有機結(jié)合。

2.3 可靠性保障技術(shù)

（1）電磁干擾技術(shù)。電磁干擾是影響船舶航運的重要因素，尤其是一些導(dǎo)航儀器與強電設(shè)備在啟停瞬間對電磁干擾十分敏感。電磁干擾的產(chǎn)生需要具備三個條件，一是干擾源，二是將電磁干擾導(dǎo)向電力系統(tǒng)的傳輸介質(zhì)，三是對電磁敏感的接收元件，只要破壞上述條件中的任意一個，就可以有效屏蔽電磁干擾，具體的方法包括消除干擾信號、隔離干擾源、切斷電磁傳播路徑等。例如，采用獨立的供電設(shè)備，并設(shè)置相應(yīng)的濾波裝置，對高頻干擾信號進行過濾，可以有效解決交流電源所帶來的電磁干擾問題。再比如，通常電氣自動化系統(tǒng)的信號輸入部分設(shè)置在船舶駕駛室，而信號接收部分則設(shè)置在機艙中，兩者之間的信號線路較長，容易受到電磁干擾，對此，建議采用電磁屏蔽性能較好的傳輸介質(zhì)，也可以將遙控系統(tǒng)的輸入、輸出信號分開，均對解決電磁干擾有較好的效果。

（2）儲備冗余處理。儲備冗余技術(shù)通過增設(shè)并聯(lián)單元的方式來提高船舶電氣自動化系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。在船舶電氣自動化系統(tǒng)中，通常需要開設(shè)三臺機組儲備，且各機組儲備的設(shè)計功能基本一致，以確保各機組既能夠獨立運作，又能夠相互備用。正常情況下，船舶電氣自動化系統(tǒng)中的工作與儲備單元是彼此分開的，各單元既能夠獨立運作，也能夠相互合作，若其中任一單元在運作期間發(fā)生故障，則儲備單元可立即進入工作狀態(tài)，從而大大提高了船舶電氣自動化系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。

（3）容錯技術(shù)。容錯技術(shù)是指提高系統(tǒng)的故障容忍能力的一種技術(shù)，具體涉及兩方面：一是故障檢測。當(dāng)船舶電氣自動化系統(tǒng)發(fā)生運行故障時，利用容錯技術(shù)能夠第一時間定位故障性質(zhì)、位置，并予以自動化隔離，從而將故障影響控制在一定范圍之內(nèi)，確保系統(tǒng)整體的安全性。二是故障控制。當(dāng)容錯技術(shù)檢測到系統(tǒng)故障后，能夠自動得出故障診斷結(jié)果，并根據(jù)診斷結(jié)果采取相應(yīng)的處理措施，以確保電氣自動化系統(tǒng)的安全可靠運作。故障處理具體流程如下：故障檢測→分析故障性質(zhì)及位置→確定故障單元→將故障檢測信號轉(zhuǎn)換為低電平信號→將故障交給決策單元處理。而根據(jù)故障類型的不同，又有以下幾種不同的處理策略： I類故障，啟用儲備機組，降低故障機組負荷量；II類故障，啟用儲備機組，同時將故障機組延時關(guān)閉，以便進行故障處理；III類故障，關(guān)閉故障機組，并啟用儲備機組。需注意的是，當(dāng)出現(xiàn)II、III類故障時，機組在停機的同時會生成一個阻塞信號，在該信號消除之前，機組無法接受新的啟動指令。因此，必須在排除故障之后，通過相應(yīng)指令來擦除阻塞信號，方能使機組恢復(fù)正常，這樣能夠有效避免故障擴大，提升系統(tǒng)整體的安全穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語

船舶電氣自動化是一套十分復(fù)雜的技術(shù)體系，涉及電力電子、自動監(jiān)測報警、可靠性保障等多個方面。今后應(yīng)繼續(xù)加強對船舶電氣自動化技術(shù)的研究，在進一步提高船舶自動化水平的同時，提高系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性，促進船舶電氣自動化事業(yè)的穩(wěn)定進步與發(fā)展。

參考文獻

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