自動控制技術(shù)提高拖輪設(shè)備安全應(yīng)用分析

張德元

（中國船級社質(zhì)量認(rèn)證公司，安徽 合肥 230000）

在大船靠離泊作業(yè)中，拖輪發(fā)揮的作用越來越重要。一旦拖輪發(fā)生安全問題，可能導(dǎo)致不可估量的影響。而且，國家對安全環(huán)保的要求越來越高，社會對安全環(huán)保的期望也越來越高。這就要求我們必須不斷提高拖輪的安全性和可靠性。

1 拖輪的性能要求

1.1 完善的操縱性能

拖輪靈活操縱性能能夠更好的保證船舶運行的安全性以及經(jīng)濟效益的實現(xiàn)。特別是在港內(nèi)作業(yè)的拖輪(港作拖輪)，其操作性之間影響到助泊整體效率。通過有效的操作性能能夠更好的寶確保港作拖輪能夠在助泊時提升效率，節(jié)約拖輪自身因操縱性不佳所導(dǎo)致的能源以及成本的過度消耗。從而更好的提升助泊周林病為港口經(jīng)濟效益實現(xiàn)奠定堅實的基礎(chǔ)?，F(xiàn)階段，隨著海洋運輸競爭力度的增加，在助泊作業(yè)中節(jié)省由拖輪本身操縱性能短缺帶來的不必要的時間消耗和成本消耗，不僅能提高助泊服務(wù)的質(zhì)量而且能為港口來不錯的經(jīng)濟效益。隨著海洋運輸產(chǎn)業(yè)的競爭加劇，為了更好地滿足客服蘇偉，加強動力強勁操作靈活拖輪需求日益強烈。因此加強拖輪設(shè)備自動化控制能夠更好的為港區(qū)內(nèi)航行的大型船舶提供護航和助泊服務(wù)，保證安全而高效的進出港效率。

1.2 多樣的作業(yè)功能

拖輪多樣的作業(yè)功能使港口不需要大量購置功能單一的拖輪(如消防拖輪)或船舶(如救助船、護航船)，拖輪的一船多用也為港口節(jié)約了不少資金。

2 自動控制技術(shù)提高拖輪設(shè)備安全要點

經(jīng)過對傳統(tǒng)的拖輪技術(shù)進行改進，創(chuàng)建了自動控制技術(shù)拖輪即智能拖輪，在正常行駛中智能拖輪的安全性能及穩(wěn)定性能引起了高度重視，尤其是在特殊的環(huán)境中智能拖輪的行駛安全問題最為重要。故為了保證智能拖輪的安全性能通常會采用以下方案進行保護：（1）智能拖輪上采用的探測設(shè)備和通訊設(shè)備都具備故障診斷功能，若設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)短路、斷路或者其他故障問題時會啟動自動報警裝置。（2）智能拖輪系統(tǒng)包含雙冗余主控制器及冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)兩部分，具有雙UPS 電力支持、離岸數(shù)據(jù)備份、身份識別和病毒防火墻等功能，可以確保此系統(tǒng)具備高強度的安防能力及大容量的備份功能。（3）自動控制系統(tǒng)的運行和船舶自身警報系統(tǒng)互不干擾，也就是說自動控制系統(tǒng)的運行不會造成船舶自身報警數(shù)據(jù)失靈。（4）自動控制系統(tǒng)可以對船舶自身全部數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，同時可以根據(jù)監(jiān)測結(jié)果做出相應(yīng)判斷，但是不會直接操控船舶動力系統(tǒng)。

3 智能拖輪方案的實現(xiàn)方式

智能拖輪方案在現(xiàn)實使用過程中通常有以下幾種方式：（1）采集層對實時發(fā)生的數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進行收集，之后通過數(shù)據(jù)存儲層的存儲功能對收集的數(shù)據(jù)實施存儲，且存儲過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)值也會存儲到存儲層。在自動控制系統(tǒng)內(nèi)部安裝相關(guān)數(shù)據(jù)存儲程序和軟件，使所有數(shù)據(jù)可以準(zhǔn)確的進行存儲。（2）系統(tǒng)內(nèi)部含有數(shù)據(jù)整合層，此部分主要針對已經(jīng)存儲的數(shù)據(jù)進行篩選與清除，后對保留的數(shù)據(jù)進行分類整理，采用科學(xué)的方法進行對比分析，以發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中包含的其他信息，并以此為依據(jù)對之后的技術(shù)研究提供有效的數(shù)據(jù)支持。（3）信息應(yīng)用層主要針對整理后的數(shù)據(jù)進行處理，并開發(fā)智能導(dǎo)航、智能機艙和智能船體等集成業(yè)務(wù)。同時可以根據(jù)不同種類的船舶需求特制相關(guān)應(yīng)用，從而輔助船舶自身系統(tǒng)進行故障判斷、故障警告等。（4）信息展現(xiàn)層可以具有人機交互模式，可以根據(jù)購買方的需求進行制造，在進行故障判斷后以合理的方式將故障原因表現(xiàn)出來，以科學(xué)的方式為經(jīng)營者相關(guān)經(jīng)營計劃提供預(yù)警。

4 自動控制技術(shù)提高拖輪設(shè)備安全的幾項應(yīng)用

4.1 船舶螺距自動控制

船舶在行駛過程中通過變距漿來掌控船舶的前進和倒行，利用主機決定船舶的行駛速度。通過船員拉拽拉線來改變螺距，具體操作為：拉線牽引卡套可以決定液壓油的流動方向以及流量，變距桿活塞在油壓的作用下工作，以此使螺距發(fā)生變化。但是此操作準(zhǔn)確性較低，在操作過程中容易出現(xiàn)事故。因螺距的變化只能靠船員的經(jīng)驗來掌控，若螺距改變過慢可能會出現(xiàn)緊迫現(xiàn)象，若是螺距改變過快則可能造成齒輪箱的異常磨損。且拉線和卡套等部件為已損壞零件，在操作過程中若發(fā)生卡滯則可能威脅到船員的安全。除此之外，船舶上部分配件可能為進口配件，其成本將對較高，訂貨周期成，維護費用高。鑒于此種現(xiàn)象，如今針對變距控制系統(tǒng)進行了改進，采用遙控液壓方式進行控制。把螺距進行階段性劃分，將操縱桿置于相應(yīng)刻度后可實現(xiàn)相應(yīng)螺距的改變，操縱桿可將變化信號傳輸?shù)娇刂葡?，后通過控制箱的處理將信號傳輸?shù)揭簤罕壤y，由液壓比例閥來決定液壓油的流動方向及流量，然后在油壓的作用下使變距桿移動，進而實現(xiàn)螺距的改變；當(dāng)螺距發(fā)生變動后，反饋電位器可將操作結(jié)果反饋至控制箱，控制箱通過比較操縱桿信號和反饋電位器信號來判定變距過程是否完成。此改進方案取締了變距拉線，將操縱桿改為遙控形式。故船員將操縱桿置于相應(yīng)刻度后就可實現(xiàn)螺距的改變，在一定程度上減少了人為因素造成的誤差，且也節(jié)約了對船舶進行維修的費用。

4.2 智能船體

智能船體基于船體數(shù)據(jù)庫的建立與維護，從而為其全過程安全以及維護保養(yǎng)提供必要的輔助作用。除此之外，利用為船體相關(guān)數(shù)據(jù)的自動采集與監(jiān)測，能夠?qū)崿F(xiàn)航行決策的科學(xué)性。船體監(jiān)測及輔助決策系統(tǒng)對船舶運動狀態(tài)、船舶裝載以及海況、航向、航速等數(shù) 據(jù)進行采集、存儲、分析、顯示，當(dāng)這些數(shù)據(jù)的變化超過預(yù)設(shè)臨界值時，智能系統(tǒng)發(fā)出警告，并提供指導(dǎo)船舶航行操作的輔助決策。智能船體包括船體監(jiān)測、獲取船舶浮態(tài)、船舶吃水、船舶姿態(tài)、環(huán)境溫度、海水溫度、艙室溫度等數(shù)據(jù)功能。

4.3 岸電遙控裝置

正常情況下在船舶進入碼頭后會接通碼頭的電源，以此來降低成本。在進行此操作過程中通常會由船員親自接通電纜，并手動推動電箱內(nèi)部的電閘。但是在特殊天氣下，此操作容易出現(xiàn)漏電或者觸電危險。我國曾經(jīng)出現(xiàn)過因降雨天氣導(dǎo)致電箱漏電，造成人員觸電傷亡的事故。此外，在水平面下降到最低潮位時需要離開海安，或者在惡劣天氣時需要進行避難，此時船員可能無法上岸斷電，若是等待岸上的人員則可能需要較長的時間，從而錯過最佳時間。為此，研發(fā)了新型遠程岸電遙控裝置。此裝置在岸上電箱內(nèi)部安裝繼電器及無線接收裝置。在斷電時船員操作遙控開關(guān)即可通過無線接收裝置將斷電信號輸送給繼電器，通過繼電器是岸上電源開關(guān)內(nèi)部的失壓脫扣線圈斷電，實現(xiàn)岸上電源開關(guān)的斷開。

4.4 船舶自動識別

船舶自動識別系統(tǒng)的安裝數(shù)量飛速增加，且國際海事組織規(guī)定三百總噸以上的船只需安裝AISA 類船臺，三百總噸以下的船只需安裝AISB 類船臺。合理的采用船舶自動識別系統(tǒng)能夠有效的增加出海的安全保障，同時也對海洋環(huán)境起到了保護的作用?？傊?，安裝船舶自動識別系統(tǒng)能有降低船只之間發(fā)生事故，提高了船舶航海管理系統(tǒng)。通過將船舶自動識別系統(tǒng)和 電子海圖的有效結(jié)合，能夠準(zhǔn)確的看到周邊船舶的位置信息，在一定程度上降低了船舶碰撞事故，增加了船舶之間的溝通，促進了航海事業(yè)的發(fā)展。

5 拖輪智能化的前景展望

拖輪作業(yè)范疇通常離距岸較近，利用4G、5G 網(wǎng)絡(luò)以及北斗導(dǎo)航等通信手段能夠更好的實現(xiàn)船岸一體化；當(dāng)前我國內(nèi)部拖輪主要設(shè)備配置具有極強的一致性，其大數(shù)據(jù)共享亦能夠提升整體船舶行業(yè)的管理質(zhì)量，更好的發(fā)揮行業(yè)資源互補的優(yōu)勢。同時，隨著我國新型科技的高速發(fā)展、行業(yè)共識進一步建立、拖輪建造廠和系統(tǒng)集成商的建造經(jīng)驗不斷的積累、設(shè)備商對智能方案的積極響應(yīng)，智能拖輪必將成為港口的一道靚麗風(fēng)景。

6 結(jié)語

如何提高船舶，尤其是老舊船舶的設(shè)備本質(zhì)安全，是我們一直在研究的課題。已造船舶因為當(dāng)時的技術(shù)條件限制，可能跟不上現(xiàn)在對設(shè)備本質(zhì)安全的要求，這就需要我們根據(jù)不斷提升的安全標(biāo)準(zhǔn)，利用自動控制等先進技術(shù)，不斷提升設(shè)備安全性和可靠性。在這方面，我們要廣泛借鑒國內(nèi)外先進經(jīng)驗，同時無私分享自己的心得，攜手打造安全船舶。