船舶機(jī)艙自動(dòng)化發(fā)展研究

陳慶隆

摘 要：本文概述了船舶機(jī)艙自動(dòng)化發(fā)展的歷程和現(xiàn)狀，指出了船舶機(jī)艙無人值班所具有的優(yōu)勢，對船舶機(jī)艙自動(dòng)化體系進(jìn)行了深入分析。

關(guān)鍵詞：船舶機(jī)艙；發(fā)展；無人值班

中圖分類號：U664.82l 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）06-0077-02

1 船舶機(jī)艙自動(dòng)化發(fā)展歷程與現(xiàn)狀

隨著自動(dòng)化技術(shù)在陸用上的發(fā)展，船舶自動(dòng)化技術(shù)也逐漸取得了長足的進(jìn)步。截止20世紀(jì)五十年代末，船舶上已開始廣泛采用反饋控制技術(shù)，這為機(jī)艙運(yùn)行參數(shù)的自動(dòng)化控制打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。到20世紀(jì)六十年代中期，第一個(gè)無人機(jī)艙誕生了。在六十年代末，伴隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用水平的不斷提升，船舶機(jī)艙自動(dòng)化技術(shù)取得了質(zhì)的飛躍。在此之后，以計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)不斷革新為基礎(chǔ)的船舶機(jī)艙自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)入了飛速發(fā)展的階段。目前，可以將船舶機(jī)艙自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展大致劃分為三大階段。在第一個(gè)階段，船舶內(nèi)主要是依靠單臺計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)集中控制的。在這個(gè)階段計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性還相對較差，并且造價(jià)高昂。更嚴(yán)重的是，如果計(jì)算機(jī)出現(xiàn)了故障，很有可能系統(tǒng)會(huì)完全癱瘓。在第二個(gè)階段，為了避免單臺計(jì)算機(jī)管理過于集中的問題，開始采用多臺計(jì)算機(jī)進(jìn)行分散管理。在這個(gè)階段，不同的計(jì)算機(jī)開始對船舶機(jī)艙不同的局部系統(tǒng)分別進(jìn)行監(jiān)控，這使得監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性得到了大幅度的提升。至今為止，我國大部分的船舶機(jī)艙監(jiān)控依然采用了這種方式。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起，船舶機(jī)艙自動(dòng)化技術(shù)逐步進(jìn)入了第三階段，在這個(gè)階段網(wǎng)絡(luò)控制成為了船舶機(jī)艙控制管理的主要特征。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的帶領(lǐng)下，分散系統(tǒng)控制存在的信息交流困難、消息互換不便的現(xiàn)象得以緩解。通過網(wǎng)絡(luò)將分散系統(tǒng)信息連為一體，使得集中型控制方式與分散性控制方式的優(yōu)點(diǎn)得以延續(xù)，這給現(xiàn)代船舶機(jī)艙的自動(dòng)化管理帶來了許多便捷性。

2 周期無人值班應(yīng)滿足的條件

（1）駕駛室控制站應(yīng)滿足船級社規(guī)范要求和退審圖紙要求（參照SOLAS）：①在包括操縱的所有航海情況下，螺旋槳的轉(zhuǎn)速、推力方向，如適用時(shí)，螺旋槳的螺距應(yīng)完全由駕駛室控制；②對于每一獨(dú)立螺旋槳，連同所有相關(guān)的自動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以及必要時(shí)包括的防止推進(jìn)裝置超負(fù)荷的裝置，其遙控應(yīng)由一個(gè)單一的控制裝置來執(zhí)行；③主推進(jìn)裝置應(yīng)備有能在駕駛室緊急停機(jī)的裝置，該裝置應(yīng)獨(dú)立于駕駛室控制系統(tǒng)。

（2）來自駕駛室的推進(jìn)裝置指令，應(yīng)在主機(jī)控制室或適當(dāng)?shù)耐七M(jìn)裝置控制位置顯示出來。

（3）推進(jìn)裝置的遙控在同一時(shí)間只能在一處進(jìn)行；在這些地點(diǎn)允許互連控制位置。在每一控制地點(diǎn)應(yīng)有一個(gè)指示器以指明哪個(gè)控制地點(diǎn)正在控制推進(jìn)裝置。駕駛室和機(jī)器處所之間控制轉(zhuǎn)換，應(yīng)只能在主要機(jī)器處所或主機(jī)控制室進(jìn)行。此系統(tǒng)應(yīng)包含由一個(gè)到另一個(gè)控制地點(diǎn)轉(zhuǎn)換時(shí)防止推力發(fā)生顯著變更的裝置。

（4）對于安全操作船舶所必需的所有機(jī)器，即使自動(dòng)或遙控系統(tǒng)的任何部分發(fā)生故障，也應(yīng)能就地進(jìn)行控制。

（5）自動(dòng)遙控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)使其發(fā)生故障時(shí)能發(fā)出報(bào)警。除非主管機(jī)關(guān)認(rèn)為不可行，否則預(yù)定的螺旋槳轉(zhuǎn)速和推力方向應(yīng)一直保持直到進(jìn)行就地控制為止。

（6）駕駛室應(yīng)安裝指示器，以指示：①固定螺距螺旋槳轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方向；②可調(diào)螺距螺旋槳轉(zhuǎn)速和螺距位置。

（7）連續(xù)自動(dòng)起動(dòng)的失敗次數(shù)應(yīng)加以限制，以確保有足夠的起動(dòng)空氣壓力。應(yīng)設(shè)有報(bào)警裝置，以指示仍然能進(jìn)行推進(jìn)裝置起動(dòng)操作的最低起動(dòng)空氣壓力。

3 中央控制站應(yīng)滿足的條件

中央控制站應(yīng)臨近推進(jìn)機(jī)械處所，至少兩條盡量遠(yuǎn)離的通道，并在限制界面提供不易碎的可視玻璃。中央控制室的布置應(yīng)滿足以下功能：

（1）有效的對推進(jìn)處所進(jìn)行監(jiān)測和操作；

（2）提供推進(jìn)系統(tǒng)遙控控制設(shè)備；

（3）提供推進(jìn)機(jī)械處所監(jiān)測系統(tǒng)（如主機(jī)、鍋爐，輔機(jī)和其它系統(tǒng)等），監(jiān)控系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)作為監(jiān)測系統(tǒng)，應(yīng)提供兩臺帶鼠標(biāo)、鍵盤的計(jì)算機(jī)作為顯示，除非有其他的替代顯示設(shè)備；

（4）提供有效的自動(dòng)和手動(dòng)功能：如1.備用泵等設(shè)備故障自啟動(dòng)功能2.發(fā)電機(jī)故障自啟動(dòng)3.推進(jìn)設(shè)備故障自動(dòng)停車/自動(dòng)降負(fù)荷等；

（5）控制、監(jiān)測、安全系統(tǒng)應(yīng)至少由兩路獨(dú)立電源供電，一路為主電源，一路為應(yīng)急電源，當(dāng)電源發(fā)生故障問題時(shí)應(yīng)能在監(jiān)測系統(tǒng)上顯示。

4 輪機(jī)員處所在不良狀態(tài)下的監(jiān)測功能

（1）在輪機(jī)員公共處所應(yīng)至少提供一個(gè)監(jiān)測站。并在每個(gè)高級輪機(jī)員房間提供監(jiān)控裝置。監(jiān)控裝置應(yīng)具有以下三點(diǎn)功能：1）監(jiān)測推進(jìn)機(jī)器處所火災(zāi)報(bào)警，火災(zāi)報(bào)警應(yīng)單獨(dú)顯示，聲音應(yīng)與其它的報(bào)警聲音能分開。報(bào)警面板上的火災(zāi)報(bào)警欄不能被切換。2）監(jiān)測推進(jìn)機(jī)械處所高液位報(bào)警。3）監(jiān)測設(shè)備安全報(bào)警。（2）每個(gè)輪機(jī)員房間應(yīng)提供有效的聲力電話。報(bào)警系統(tǒng)的消音只能在機(jī)艙控制室消音，但允許在輪機(jī)員公共處所和輪機(jī)員報(bào)警面板消除綜合報(bào)警和艙底水系統(tǒng)報(bào)警，但相關(guān)視覺信號不應(yīng)消除。如果在一個(gè)設(shè)定的周期內(nèi)沒有人到機(jī)艙控制室復(fù)位，輪機(jī)員報(bào)警將重新啟動(dòng)。

5 提供一個(gè)快速反應(yīng)的控制站

在機(jī)艙外圍提供一個(gè)消防控制室，消防控制室與相鄰的艙室或機(jī)械處所及門的布置應(yīng)滿足相對應(yīng)的防火分隔要求（如A60，A15等），消防控制室的遙控布置應(yīng)滿足以下要求：

（1）提供應(yīng)急切斷機(jī)艙風(fēng)機(jī)的裝置；（2）提供應(yīng)急切斷機(jī)艙燃油輸送泵、燃油單元等類似的燃油裝置；（3）提供應(yīng)急切斷鍋爐鼓風(fēng)機(jī)，內(nèi)燃機(jī)和焚燒爐等；（4）提供燃油速閉閥裝置操作系統(tǒng)；（5）提供電動(dòng)百葉窗遙控裝置（如機(jī)械處所天窗，煙囪，通風(fēng)風(fēng)閘和其它類似開口）；（6）關(guān)閉推進(jìn)處所水密和防火門；（7）應(yīng)急發(fā)電機(jī)沒有自啟動(dòng)功能，應(yīng)提供遙控啟動(dòng)應(yīng)急發(fā)電機(jī)裝置；（8）提供應(yīng)急消防泵遙控啟動(dòng)裝置及對應(yīng)的所必須的遙控閥裝置；（9）提供熱油裝置系統(tǒng)循環(huán)泵停止功能；（10）機(jī)械處所滅火控制裝置。

6 船舶無人機(jī)艙消防滅火

（1）火災(zāi)系統(tǒng)：①火災(zāi)系統(tǒng)控制板應(yīng)安裝在駕駛室；②推進(jìn)機(jī)械處所應(yīng)提供固定火災(zāi)探測和報(bào)警系統(tǒng)，系統(tǒng)故障應(yīng)能連接到機(jī)艙監(jiān)測系統(tǒng)；③火災(zāi)手動(dòng)控制按鈕應(yīng)安裝在中央控制站/駕駛室/通往機(jī)械處所的走道位置。

（2）手提式滅火器：除推進(jìn)機(jī)械處所正常布置的滅火器外，還應(yīng)提供足夠的備用滅火器放在消防控制室容易看得到的地方或在機(jī)艙入口處所，并提供相應(yīng)的標(biāo)識。

7 其它相關(guān)要求

（1）艙底液位系統(tǒng)：①推進(jìn)機(jī)械處所應(yīng)提供足夠的艙底污水井，應(yīng)提供兩個(gè)獨(dú)立的探測污水井液位系統(tǒng)。報(bào)警應(yīng)連接到機(jī)艙監(jiān)測系統(tǒng)；②當(dāng)艙底泵在高液位時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)，如果過于頻繁啟動(dòng)應(yīng)能有報(bào)警顯示。自動(dòng)啟動(dòng)指示和頻繁報(bào)警應(yīng)能在機(jī)艙監(jiān)測顯示。

（2）燃油系統(tǒng)布置：①燃油日用柜和沉淀柜液位低應(yīng)有報(bào)警并延伸至機(jī)艙監(jiān)測，和低位自動(dòng)啟泵加油及高位自動(dòng)停泵功能；②燃油溢流艙應(yīng)設(shè)高位報(bào)警并延伸至機(jī)艙監(jiān)測；③燃油艙提供加熱系統(tǒng)，應(yīng)提供加熱溫度高報(bào)警。

（3）無人機(jī)艙操作要求：無人機(jī)艙功能應(yīng)能滿足自動(dòng)，檢測，遙控控制機(jī)艙至少24小時(shí)。

（4）電腦設(shè)計(jì)要求：用作控制、監(jiān)測和安全系統(tǒng)的電腦應(yīng)滿足船級社要求，系統(tǒng)的故障分析應(yīng)滿足要求，功能應(yīng)至少滿足以下要求：①系統(tǒng)軟件應(yīng)有保護(hù)功能；②電源失電后應(yīng)能自動(dòng)保存相關(guān)參數(shù)；③系統(tǒng)軟件和硬件應(yīng)設(shè)計(jì)成具有系統(tǒng)失電重新啟動(dòng)后能夠恢復(fù)自動(dòng)控制和監(jiān)測的能力；④不正常的報(bào)警應(yīng)能自動(dòng)被監(jiān)測；⑤電源電壓故障或短路應(yīng)能自動(dòng)被監(jiān)測，單個(gè)電腦故障不應(yīng)影響系統(tǒng)的功能；⑥主推進(jìn)裝置相關(guān)系統(tǒng)應(yīng)能在故障時(shí)迅速被監(jiān)測，時(shí)間不宜超過2秒；⑦電纜系統(tǒng)應(yīng)具備自身故障分析記錄功能；⑧單個(gè)部件故障不能影響其它部件，不影響系統(tǒng)的操作和服務(wù)；⑨系統(tǒng)應(yīng)能連續(xù)記錄，在故障報(bào)警時(shí)應(yīng)能在機(jī)艙監(jiān)測和駕駛臺顯示；⑩系統(tǒng)內(nèi)部元件的設(shè)計(jì)和布局，要便于維修和維護(hù)，充分考慮安全、連接方便和標(biāo)識清晰。

8 發(fā)展展望與思考

盡管最近幾年我國的船舶機(jī)艙自動(dòng)化呈現(xiàn)出迅速發(fā)展的趨勢，然而就技術(shù)而言，其仍然和國際先進(jìn)技術(shù)存在較大的差距。在船舶機(jī)艙自動(dòng)化技術(shù)方面，我國相關(guān)產(chǎn)品的商品化程度、結(jié)構(gòu)的硬件模塊化程度以及工藝的完善程度都有所欠缺。所以，我國還需要大力推進(jìn)相關(guān)產(chǎn)品的商品化進(jìn)程，不斷完善與強(qiáng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的模塊化，進(jìn)一步促進(jìn)單元模塊向系列化發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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