船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)可靠性的保障技術(shù)研究

馮太君

摘 要：船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)是否安全運(yùn)行關(guān)系到整個(gè)船舶系統(tǒng)的工作質(zhì)量，掌握關(guān)鍵的保障性技術(shù)來(lái)維持船舶自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定工作才能達(dá)到預(yù)期的工作目標(biāo)。文章分析了船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)可靠性現(xiàn)狀，并對(duì)應(yīng)提供了可靠性保障技術(shù)。

關(guān)鍵詞：船舶；電氣自動(dòng)化系統(tǒng)；可靠性；保障技術(shù)

電氣自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)著船舶電氣系統(tǒng)朝著自動(dòng)化方向發(fā)展，特別是現(xiàn)代通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等的應(yīng)用，都在逐步支持著信息的自動(dòng)化加工與處理，依托于自動(dòng)化系統(tǒng)搭建的工作站在一定程度上確保了船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，提高了船舶系統(tǒng)整體的自動(dòng)化水平，有利于船舶自動(dòng)化系統(tǒng)的智能化發(fā)展。

1 船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)可靠性現(xiàn)狀分析

1.1 電子信息化

電子信息技術(shù)的發(fā)展讓通訊技術(shù)走向完善，特別是電子技術(shù)不斷地模塊化發(fā)展都使得電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的組態(tài)更為多元化、靈活化、綜合化。在計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的支持帶動(dòng)下，船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)能夠憑借控制按鈕來(lái)發(fā)送操作命令，推動(dòng)并實(shí)現(xiàn)了船舶系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)。然而，各類(lèi)船舶有著自身的性能、結(jié)構(gòu)，實(shí)際運(yùn)行中自動(dòng)化系統(tǒng)也存在差異，這就使得自動(dòng)化系統(tǒng)可靠性值得深入探討。

1.2 網(wǎng)絡(luò)可控化

由于現(xiàn)代數(shù)據(jù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等飛速發(fā)展，特別是總線技術(shù)的發(fā)展都屬于有利條件，所謂的“總線”，簡(jiǎn)單說(shuō)就是廣泛聚集各類(lèi)信號(hào)線，并在各部件和模塊中間開(kāi)通一個(gè)信息通道，將各個(gè)控制設(shè)備、執(zhí)行設(shè)備等聯(lián)系起來(lái)，同時(shí)采用了冗余結(jié)構(gòu)與分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這些設(shè)計(jì)有效確保了系統(tǒng)的高度技術(shù)性、平穩(wěn)性。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有多元化功能，能夠發(fā)揮多種人為操作的任務(wù)，全面提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，也實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

1.3 綜合化

現(xiàn)代多元高端科技的發(fā)展，例如：計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、電子技術(shù)、通訊技術(shù)等的發(fā)展，被綜合地運(yùn)用于船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)，使得電氣設(shè)備逐漸走向模塊化、程序化、系統(tǒng)化。船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)也能更加機(jī)動(dòng)靈活地組態(tài)，整體上推動(dòng)系統(tǒng)朝著綜合化方向發(fā)展。而且計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為自動(dòng)化操作創(chuàng)造了更為有利的條件。

2 船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)可靠性的保障技術(shù)

2.1 電磁干擾技術(shù)

船舶是主要的航行工具設(shè)備，有限的空間使得電氣設(shè)備的裝配空間也受到限制，更重要的是這些設(shè)備要面臨更加復(fù)雜的水上工作環(huán)境，這就使得船舶在航行、運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中可能遭到電磁干擾，而且電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的工作離不開(kāi)導(dǎo)航儀、強(qiáng)電設(shè)備等，這些設(shè)備實(shí)際開(kāi)關(guān)操作中也易遭到干擾，再途徑靜電場(chǎng)、傳輸線等也將受到電源的擾動(dòng)，使得船舶系統(tǒng)無(wú)法正常工作和運(yùn)轉(zhuǎn)。其中電磁干擾的產(chǎn)生一般要達(dá)到以下條件：第一，干擾源存在，同電力系統(tǒng)中間有特定的傳輸介質(zhì)；第二，敏捷的接收單元的存在。

電磁干擾技術(shù)有效保護(hù)了船舶系統(tǒng)不受外界電磁的干擾，從而維護(hù)船舶系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行，這一技術(shù)的保護(hù)原理體現(xiàn)為：擾亂或破壞干擾條件中的任意一項(xiàng)，同時(shí)，采用適合性的元件，控制接受單元的敏感度。（1）單獨(dú)隔開(kāi)變壓器。通過(guò)隔離變壓器能夠控制交流電源帶來(lái)的不良干擾，采用單獨(dú)供電模式，或者把供電系統(tǒng)同強(qiáng)電設(shè)備分隔開(kāi)來(lái)，以此來(lái)隔離干擾。船舶電源一般是利用交流變壓器來(lái)過(guò)濾排除一些高頻信息，再隔離變壓器，從而為自動(dòng)控制設(shè)備供應(yīng)獨(dú)立的電源供應(yīng)，有效控制干擾。（2）改變傳輸介質(zhì)。為了抑制電磁干擾，應(yīng)該先找到干擾源，將其屏蔽、掩蓋，或者改變傳輸介質(zhì)等方式來(lái)控制電磁干擾條件。船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)因?yàn)閷儆谶b控性質(zhì)，其中信息自輸入至輸出會(huì)經(jīng)歷較長(zhǎng)時(shí)間，通常來(lái)看數(shù)據(jù)輸入環(huán)節(jié)處于駕駛艙，在機(jī)艙內(nèi)負(fù)責(zé)接收信號(hào)，途中經(jīng)歷較長(zhǎng)線路，難免發(fā)生電磁干擾，對(duì)此可以嘗試通過(guò)改變傳輸介質(zhì)來(lái)控制干擾。（3）RC吸收設(shè)備。在自動(dòng)化技術(shù)支持下，各類(lèi)電氣設(shè)備都被應(yīng)用于船舶系統(tǒng)，例如：繼電器、電源開(kāi)關(guān)等，當(dāng)電氣設(shè)備連接于電源系統(tǒng)時(shí)，則可能因?yàn)槭艿诫娀∮绊懚霈F(xiàn)電磁干擾，對(duì)此則需要選擇RC吸收器，這一設(shè)備具有相對(duì)穩(wěn)定性，不容易出現(xiàn)突變現(xiàn)象，進(jìn)而控制電磁干擾問(wèn)題，同時(shí)，也能夠借助電阻來(lái)控制電容，進(jìn)一步遏制電磁干擾問(wèn)題。

同時(shí)，電磁兼容技術(shù)也正在投入使用，電磁兼容技術(shù)主要運(yùn)行原理體現(xiàn)為：各類(lèi)電氣設(shè)備、電力系統(tǒng)等處于特定的電磁環(huán)境下能夠按照特定要求來(lái)工作，能夠妥善保護(hù)好設(shè)備運(yùn)行，不至于出現(xiàn)強(qiáng)烈的電磁干擾。

2.2 電力推進(jìn)技術(shù)

船舶電力推進(jìn)設(shè)備包括以下結(jié)構(gòu)：原動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)，控制調(diào)節(jié)設(shè)備。電力推進(jìn)技術(shù)適用于大小規(guī)模船舶。主要的推進(jìn)系統(tǒng)包括：柴油機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)、電力推進(jìn)系統(tǒng)、燃?xì)廨啓C(jī)推進(jìn)系統(tǒng)等。參照電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)則具體包括：吊艙型與機(jī)艙型。實(shí)際的傳動(dòng)系統(tǒng)則依照電源類(lèi)型分成：直流傳動(dòng)系統(tǒng)、交流傳動(dòng)系統(tǒng)，后者相對(duì)于前者更加穩(wěn)定、平穩(wěn)，適用范圍更廣，對(duì)此必須優(yōu)化調(diào)速系統(tǒng)的選型，目前，交流變頻器調(diào)速系統(tǒng)呈現(xiàn)出高強(qiáng)、快速的發(fā)展勢(shì)頭，能夠被深入、有效地用在船舶推進(jìn)系統(tǒng)內(nèi)部。

2.3 自動(dòng)化報(bào)警技術(shù)

機(jī)艙自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在整個(gè)船舶系統(tǒng)內(nèi)部占據(jù)關(guān)鍵地位，具有自動(dòng)化的信息記錄、存儲(chǔ)與輸出等功能，例如：自動(dòng)化、精準(zhǔn)地記下工作狀態(tài)下的各項(xiàng)設(shè)備，對(duì)應(yīng)形成數(shù)據(jù)記錄，并發(fā)出警報(bào)信號(hào)，這樣一方面削減了人為工作時(shí)間與工作量，另一方面也實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)行。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)正在更新進(jìn)步，例如：綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)得以開(kāi)發(fā)和運(yùn)用，能夠更為高效地找到并排除故障，也能科學(xué)地預(yù)測(cè)、判斷故障，維持系統(tǒng)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。DCS自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的利用，統(tǒng)一管控系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)信息，并通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)發(fā)出警報(bào)，同時(shí)也能調(diào)控現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)的平穩(wěn)工作。

2.4 容錯(cuò)技術(shù)

所謂的“容錯(cuò)技術(shù)”就是自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)際工作中對(duì)于故障問(wèn)題的可承受程度，容錯(cuò)技術(shù)所容納的故障主要指的是：（1）控制系統(tǒng)故障。容錯(cuò)技術(shù)教育一定的檢測(cè)功能，可以有效識(shí)別、定位系統(tǒng)故障，并迅速做出處理，以此來(lái)確保自動(dòng)化系統(tǒng)的平穩(wěn)、高效工作。（2）檢測(cè)系統(tǒng)故障。系統(tǒng)工作中有問(wèn)題發(fā)生，則可以采用容錯(cuò)技術(shù)來(lái)更加準(zhǔn)確地判斷故障類(lèi)型，以此來(lái)保護(hù)系統(tǒng)安全。

實(shí)際的故障處理按照以下流程：監(jiān)測(cè)、定位、判斷故障單元，故障信號(hào)傳輸至決策系統(tǒng)來(lái)給予處理。

2.5 儲(chǔ)備冗余處理技術(shù)

儲(chǔ)備冗余處理技術(shù)也是保證自動(dòng)化系統(tǒng)高效運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)，系統(tǒng)平穩(wěn)工作狀態(tài)下，一般應(yīng)該設(shè)計(jì)三個(gè)能夠自主運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)主儲(chǔ)存，它們有著類(lèi)似的性能、性質(zhì)、作用，而且可以彼此間穿插使用，通過(guò)這種方式來(lái)保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)的高效、平穩(wěn)運(yùn)行。實(shí)際的儲(chǔ)備系統(tǒng)內(nèi)部，各個(gè)單元各自運(yùn)行、獨(dú)立運(yùn)作。即便某一個(gè)單元突發(fā)故障，其他單元?jiǎng)t能取代運(yùn)行，繼續(xù)發(fā)揮功能，通過(guò)這種接替的方式來(lái)保護(hù)系統(tǒng)的自動(dòng)化高效、穩(wěn)定運(yùn)行。

3 結(jié)束語(yǔ)

船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)可靠性保障技術(shù)是支持電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的先進(jìn)技術(shù)，只有保證系統(tǒng)的高度穩(wěn)定、安全運(yùn)轉(zhuǎn)，才能最大程度上提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，提高系統(tǒng)自動(dòng)化水平，維持系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性，從而支持并促進(jìn)船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的健康發(fā)展。隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，用來(lái)保障船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)可靠運(yùn)行的技術(shù)依然處于不斷地更新、升級(jí)狀態(tài)下，能夠有效支持船舶系統(tǒng)自動(dòng)化水平的提高。

參考文獻(xiàn)

[1]王俊榮.船舶機(jī)電基礎(chǔ)[M].重慶大學(xué)出版社，1991.

[2]黃忠秀.船舶運(yùn)輸控制系統(tǒng)[M].人民交通出版社，2000.

[3]白永昕，彭成.船舶電氣自動(dòng)化中幾個(gè)重要技術(shù)的應(yīng)用[J].世界海運(yùn)，2005，28（03）：45-47.

[4]陳柏平.船舶自動(dòng)化系統(tǒng)領(lǐng)域發(fā)展趨勢(shì)初探[J].中國(guó)水運(yùn)（下半月），2008，8（09）：37-38.