船舶電氣自動(dòng)化控制安全性問(wèn)題探析

盧時(shí)俊

（大連中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司，遼寧大連116113）

0 引言

任何一件事情都存在兩面性，船舶自從應(yīng)用了電氣自動(dòng)化以后，成功地提高了運(yùn)行以及監(jiān)測(cè)方面的效率，航行途中的安全性也有了較大幅度的提高，為船上的人員和財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)保障。自從進(jìn)入了新紀(jì)元，我國(guó)船舶在電子自動(dòng)化技術(shù)方面有了較大的提高，并且自動(dòng)化的系統(tǒng)也逐步覆蓋到了一些比較大型的船舶當(dāng)中，并且推進(jìn)了船舶電氣自動(dòng)化功能在通訊導(dǎo)航系統(tǒng)中的應(yīng)用，進(jìn)一步加深了船舶數(shù)據(jù)系統(tǒng)與岸基數(shù)據(jù)系統(tǒng)的鏈接和信息交換、自動(dòng)控制等功能。由此，上述過(guò)程都能夠使自動(dòng)化控制得到充分利用。同時(shí)，這些年我國(guó)科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，船舶自動(dòng)化控制也逐步加強(qiáng)，并向著綜合化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。因此，本文主要結(jié)合近些年船舶在電氣自動(dòng)化控制方面的工作經(jīng)驗(yàn)，從不同的角度探討關(guān)于自動(dòng)化控制相關(guān)的安全性方面的問(wèn)題。

1 概述

自1980年開(kāi)始，中國(guó)在自動(dòng)化方面的技術(shù)就有著較快的發(fā)展和提高，緊接著便在船舶領(lǐng)域進(jìn)行了重要的應(yīng)用。關(guān)于船舶在電子自動(dòng)化控制方面包含了多套系統(tǒng)，具體有：電控系統(tǒng)、電子渦輪機(jī)，船舶無(wú)人值守，海圖監(jiān)測(cè)，機(jī)艙自動(dòng)化報(bào)警等電子控制方面的系統(tǒng)。此外，船舶電氣自動(dòng)化控制中還有駕駛室中的電子控制系統(tǒng)。由此船舶自動(dòng)化也更具科學(xué)性。但如果自動(dòng)化系統(tǒng)中，一旦存在問(wèn)題，就有可能讓系統(tǒng)癱瘓。所以如何才能夠讓船上的電氣自動(dòng)化控制在一個(gè)安全的范圍內(nèi)，是非常重要的問(wèn)題。自動(dòng)化控制的意義就是由一個(gè)系統(tǒng)來(lái)支配并且管理多個(gè)不同的電子元件，并且在一定的環(huán)境情況下執(zhí)行各種各樣的操作?？偟膩?lái)說(shuō)，船舶電氣自動(dòng)化方面的結(jié)構(gòu)是很復(fù)雜的，并且在船舶安全的運(yùn)行方面也有著很大的作用，因此，全面評(píng)估船舶電氣自動(dòng)化的安全性非常重要。下面具體分析關(guān)于船舶電氣自動(dòng)控制方面的研究和情況。

1.1 船舶電氣自動(dòng)化的綜合發(fā)展

我國(guó)船舶電氣化的綜合發(fā)展與計(jì)算機(jī)技術(shù)有著密切聯(lián)系，在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)下可以使船舶內(nèi)部的電氣控制整合在一起，并借助該界面對(duì)電子系統(tǒng)加以控制。這一綜合控制過(guò)程能夠防止出現(xiàn)事件難以控制的情況，并且一些電子元件過(guò)多也會(huì)導(dǎo)致一些重復(fù)、多操作、未操作的問(wèn)題。如果運(yùn)用以往的操作步驟就可以在很大程度上提升船舶運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性。

1.2 船舶電子自動(dòng)化的網(wǎng)絡(luò)覆蓋

以往我國(guó)船舶電子自動(dòng)化未得到廣泛地運(yùn)用，這時(shí)船舶的導(dǎo)航控制往往是由船上的一系列控制系統(tǒng)獨(dú)自工作，以完成航線的指引，而船上各個(gè)電氣系統(tǒng)的控制也是由人工完成具體的操作。這時(shí)，如果電氣自動(dòng)化控制中存在一些問(wèn)題，就會(huì)較難解決，還會(huì)引發(fā)一系列慘劇。比如：以往最著名的泰坦尼克號(hào)便是由于當(dāng)時(shí)船舶缺少科技網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的全覆蓋，僅僅依靠船舶上的導(dǎo)航系統(tǒng)，難以發(fā)現(xiàn)前方的冰山，發(fā)現(xiàn)后又由于操作和控制難以正常進(jìn)行，最終導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。當(dāng)船舶上覆蓋了全面的電子自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)后，能夠提前完成航線的偵查過(guò)程，在發(fā)現(xiàn)冰川后，使船舶全體的網(wǎng)絡(luò)體系完成航線改變的過(guò)程，對(duì)此進(jìn)行規(guī)避。同一個(gè)時(shí)刻，船舶在電子自動(dòng)化的網(wǎng)絡(luò)上面也要進(jìn)行數(shù)據(jù)方面的采集，這樣才可以更快地熟悉以及操作整個(gè)系統(tǒng)，為整個(gè)船舶的運(yùn)行提供有力幫助。

2 船舶電氣自動(dòng)化技術(shù)安全性問(wèn)題

以上主要講述了關(guān)于船舶電氣系統(tǒng)存在的一些好處，同時(shí)也闡述了關(guān)于船舶電氣化系統(tǒng)中的優(yōu)點(diǎn)，如何進(jìn)一步保障船舶穩(wěn)定、安全的運(yùn)轉(zhuǎn)。不過(guò)，很多事物都不會(huì)十分完美，比如船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的全方位覆蓋會(huì)使船舶電氣自動(dòng)化控制安全性人員產(chǎn)生依賴性，也可能造成更多損失。所以說(shuō)，作為船舶電氣自動(dòng)化控制人員應(yīng)當(dāng)盡可能地對(duì)其中的損失進(jìn)行彌補(bǔ)，進(jìn)而保障船舶電氣化自動(dòng)技術(shù)得到解決，使安全性問(wèn)題得到落實(shí)?，F(xiàn)階段，我國(guó)船舶自動(dòng)化技術(shù)中的安全問(wèn)題主要包括下面幾點(diǎn)：

2.1 電磁安全問(wèn)題

對(duì)于船舶電氣自動(dòng)化技術(shù)來(lái)說(shuō)，實(shí)施的前提就是有電磁技術(shù)的保障。不過(guò)，船舶電磁安全問(wèn)題較易受到船舶運(yùn)行的影響與干擾。許多船舶的運(yùn)行都位于海面上，并且每當(dāng)出現(xiàn)比較惡劣的天氣時(shí)，就會(huì)對(duì)于船舶上面的整體電磁系統(tǒng)造成一定的干擾。而船舶內(nèi)的一些空間往往比較狹小，其中的電子元件設(shè)備安裝也較為緊密，這會(huì)使電子干擾問(wèn)題出現(xiàn)的頻率大幅提升。那么，船舶在具體運(yùn)行中應(yīng)當(dāng)盡可能避免天氣情況的影響與干擾。其實(shí)電磁技術(shù)在整個(gè)船舶電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中具有非常重要的作用，也是其得以實(shí)施的一個(gè)大前提。同時(shí)，許多船舶在一般運(yùn)行情況下，會(huì)遭遇特殊惡劣的天氣，有時(shí)候甚至?xí)?duì)整個(gè)電磁系統(tǒng)造成一定的損壞，并且會(huì)遭受到電磁干擾。如圖1所示，燃油量信號(hào)和油路控制信號(hào)就是采用電氣自動(dòng)化控制功能實(shí)現(xiàn)的，如其受到電磁干擾，信號(hào)失真，那么就會(huì)出現(xiàn)噴油量誤差，影響系統(tǒng)的正常工作。

圖1 燃油噴射控制原理圖

2.2 系統(tǒng)設(shè)備的錯(cuò)誤率問(wèn)題

其實(shí)電氣自動(dòng)化技術(shù)在運(yùn)行時(shí)具有方便、快捷、穩(wěn)定等特點(diǎn)，不過(guò)在一定情況下也會(huì)出現(xiàn)一些錯(cuò)誤，并且具有一定的錯(cuò)誤率，系統(tǒng)設(shè)備的錯(cuò)誤率是難以改變、逆轉(zhuǎn)的，往往會(huì)發(fā)生在電氣設(shè)備運(yùn)行、安裝的過(guò)程中。但是，船舶電氣設(shè)備的安裝與制造具有較高的安全度，并且運(yùn)行過(guò)程中的錯(cuò)誤、問(wèn)題也應(yīng)在設(shè)備制造調(diào)試過(guò)程中確認(rèn)并解決，但是其也會(huì)隨著使用期限的增加而提升。以上的船舶電氣自動(dòng)化控制的錯(cuò)誤率、故障是難以避免的，即使能夠在后期的維護(hù)與保險(xiǎn)中使錯(cuò)誤率降低，仍很難避免錯(cuò)誤的出現(xiàn)。而出現(xiàn)船舶電子自動(dòng)化控制安全性的錯(cuò)誤，便會(huì)使整個(gè)電氣系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，甚至影響其控制邏輯，造成較大損失。

2.3 控制線路單一問(wèn)題

對(duì)于船舶電氣自動(dòng)化控制來(lái)說(shuō)，其中的優(yōu)勢(shì)是易于操作，而且還應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步通過(guò)駕駛艙內(nèi)部的總操作系統(tǒng)完成整個(gè)操作過(guò)程。不過(guò)，如果船舶電氣自動(dòng)化總操控系統(tǒng)中某些部件或者功能出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)使自動(dòng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，這時(shí)整個(gè)船舶電氣設(shè)備便會(huì)處于沒(méi)有目標(biāo)的狀態(tài)下。同時(shí)，總操作系統(tǒng)一旦出現(xiàn)一些故障、錯(cuò)誤操作，其產(chǎn)生的危害是難以反轉(zhuǎn)的。此外，船舶電氣自動(dòng)化控制的線路較為單一，枝干設(shè)備也較易出現(xiàn)問(wèn)題。而且，船舶電氣自動(dòng)化控制面臨著系統(tǒng)關(guān)閉的問(wèn)題，如果想要保障整個(gè)操作系統(tǒng)的控制功能正常工作，就要盡可能降低故障的出現(xiàn)頻率，避免損失進(jìn)一步擴(kuò)大。電氣自動(dòng)化在實(shí)際的操作過(guò)程之中存在能夠讓船舶的操作變得更加簡(jiǎn)單、更加便捷，并且駕駛艙內(nèi)部的總操作系統(tǒng)具有最高級(jí)別的優(yōu)先選擇功能和控制功能，同時(shí)具有冗余功能，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)問(wèn)詢系統(tǒng)是否發(fā)生錯(cuò)誤的報(bào)警功能，這樣可以以最快的速度發(fā)現(xiàn)潛在的危險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)及時(shí)報(bào)警和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)反饋結(jié)果的功能。在船舶電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，雖然對(duì)于一些設(shè)備容錯(cuò)、電磁的安全以及線路控制等一系列的問(wèn)題都不能忽視，而且上文中所述的問(wèn)題都會(huì)給船舶電子系統(tǒng)造成比較嚴(yán)重的影響，但自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)提高船舶航行安全性的作用不可替代。因此，作為船舶電氣自動(dòng)化控制人員應(yīng)當(dāng)在具體的使用、安裝過(guò)程中，提前做好檢測(cè)工作，確保系統(tǒng)中每個(gè)組件處于準(zhǔn)工作狀態(tài)，保證系統(tǒng)的邏輯控制正常，反復(fù)調(diào)試測(cè)試必要的控制功能，使整套系統(tǒng)處于正常的控制狀態(tài)，以便隨時(shí)投入工作中。

3 提高船舶電氣自動(dòng)化控制安全性的具體措施

3.1 采用抗電磁干擾技術(shù)

電磁干擾是客觀存在的一種物理現(xiàn)象，其可能引起設(shè)備性能降低和損壞電子元器件，削弱電氣控制信號(hào)，甚至產(chǎn)生錯(cuò)誤的控制信號(hào)。而且會(huì)增加線路發(fā)熱量，減弱信號(hào)傳導(dǎo)率。為此如何減少電磁輻射對(duì)線路的干擾成為了電氣自動(dòng)化控制的關(guān)鍵所在。通常采用如下技術(shù)減弱電磁干擾：濾波技術(shù)根據(jù)頻率選擇性地抑制干擾信號(hào)；接地技術(shù)，可保護(hù)人身和設(shè)備的安全，通常采用串接電阻接地和阻隔環(huán)路接地；屏蔽接地，可有效的抑制電磁干擾在空間上的傳播，并切斷輻射干擾的路徑，有效降低電磁干擾對(duì)信號(hào)源的干擾程度。

3.2 改善控制網(wǎng)絡(luò)布線方式

船舶電氣控制線路與陸地上自動(dòng)化控制系統(tǒng)不同，其控制線路結(jié)構(gòu)往往比較單一，由于短路或者斷路，接觸不良等原因就很容易使系統(tǒng)出現(xiàn)故障，如需增加系統(tǒng)穩(wěn)定，就需要改善控制線路的布線方式，同時(shí)盡量增加雙通道冗余功能，確保某一路出現(xiàn)故障還有備用線路可以傳輸信號(hào)。對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸通常采用光纖銅線分布式布線及CAT6及以上規(guī)格的以太網(wǎng)絡(luò)布線，而對(duì)于超過(guò)100 m的較大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通常采用單模光纖網(wǎng)絡(luò)布線，以便提高數(shù)據(jù)通訊的安全性和可靠性。

3.3 增強(qiáng)設(shè)備元器件容錯(cuò)能力

所謂的容錯(cuò)能力就是設(shè)備及其元件在出現(xiàn)故障時(shí)候的容忍錯(cuò)誤的能力，當(dāng)系統(tǒng)中某些組件不能正常工作，而整套系統(tǒng)仍能正常執(zhí)行其控制功能這個(gè)就是容錯(cuò)技術(shù)。常用的容錯(cuò)技術(shù)有：檢查和診斷系統(tǒng)故障的技術(shù)；錯(cuò)誤防范技術(shù)和錯(cuò)誤影響弱化技術(shù)；冗余設(shè)計(jì)技術(shù)等

3.4 改善數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸介質(zhì)

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展，最原始的數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)有對(duì)線、絞線、屏蔽雙絞線、同軸電纜等，后期有俗稱的網(wǎng)線CAT5，以及升級(jí)的CAT6、CAT7等，伴隨網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在應(yīng)用較為廣泛的數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)有光纖、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、微波、紅外、藍(lán)牙傳輸?shù)?。不同介質(zhì)其傳輸數(shù)據(jù)的能力也不同，需根據(jù)需求選擇合適的傳輸介質(zhì)，以便達(dá)到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)高效傳輸且成本控制在合理的范圍內(nèi)，而不是一味追求介質(zhì)的高新化。

4 船舶電氣自動(dòng)化控制安全性的影響

想要充分發(fā)揮電氣自動(dòng)化控制技術(shù)在船舶運(yùn)行中的積極作用，就需要借助第3部分中闡述的多種方式努力提高其安全性，從而使船舶穩(wěn)定、安全航行。船舶制造企業(yè)需要充分重視電氣自動(dòng)化控制安全性的影響，主動(dòng)投入更多的研究力量與資金，努力創(chuàng)新電氣自動(dòng)化控制技術(shù)，在創(chuàng)新技術(shù)的道路上大步前進(jìn)，爭(zhēng)取擁有屬于自己知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，從而打破一直以來(lái)電氣自動(dòng)化產(chǎn)品在中低檔徘徊的現(xiàn)狀，激勵(lì)我國(guó)船舶電氣自動(dòng)化控制基礎(chǔ)有更大的改革與創(chuàng)新，把優(yōu)化電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的方式建立在創(chuàng)新核心技術(shù)方面，這不僅可推動(dòng)行業(yè)市場(chǎng)的技術(shù)發(fā)生巨大變革，而且還可顛覆以往落后的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式。

5 結(jié)論

綜合上文，自動(dòng)化控制其實(shí)際內(nèi)容就是由一個(gè)系統(tǒng)同時(shí)能夠管控多個(gè)不同的配件，在一定的環(huán)境之下完成各種不同的操作。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，船舶關(guān)于電氣自動(dòng)化的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，也對(duì)很多船舶的安全運(yùn)行具有一定的幫助，但其中也有風(fēng)險(xiǎn)。只有做好前期的檢測(cè)工作，才可以進(jìn)一步找到其中的問(wèn)題，采取有效措施使船舶電氣自動(dòng)化的穩(wěn)定性、安全性得到保障。這樣才能保障船舶的運(yùn)行安全性和可靠性。