船舶電氣自動化系統(tǒng)可靠性保障技術(shù)研析

邱哲譽(yù) 劉本峰 陳峰

摘要：可靠性保障技術(shù)包含船舶自動化生產(chǎn)、設(shè)計(jì)等過程，加強(qiáng)各個環(huán)節(jié)之間的契合性和緊密性，對于優(yōu)化船舶電氣自動化系統(tǒng)至關(guān)重要。本文通過概述船舶電氣自動化系統(tǒng)，圍繞電力推進(jìn)、監(jiān)測與自動報警等方面探究船舶電氣自動化系統(tǒng)可靠性保障技術(shù)，進(jìn)而降低事故發(fā)生次數(shù)，提升船舶電氣自動化系統(tǒng)的可靠性。

關(guān)鍵詞：船舶系統(tǒng);電氣自動化;可靠性保障技術(shù)

0? 引言

可靠性保障技術(shù)貫穿于船舶電氣自動化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、使用、生產(chǎn)階段，優(yōu)化該技術(shù)可以減少船舶故障頻率，為系統(tǒng)穩(wěn)定、有序發(fā)展提供支持。因此，在船舶電氣自動化系統(tǒng)中，有必要科學(xué)應(yīng)用可靠性保障技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的信息化、智能化、集成化，使設(shè)備完成信息共享，突出電氣自動化管理的穩(wěn)定性和可持續(xù)性。

1? 船舶電氣自動化系統(tǒng)概述

1.1 船舶電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

船舶電力系統(tǒng)包含輸電、配電、發(fā)電、用電等內(nèi)容，且電流包含直流和交流電。系統(tǒng)額定電壓與電氣設(shè)備型號、質(zhì)量相關(guān)，電壓等級包含直流和交流，其中直流電壓分為24V、50V、250V、500V、1200V，交流電壓包含24V、50V、250V、1000V、11000V，電壓的選擇對系統(tǒng)絕緣和安全維護(hù)工作較為重要。

1.2 船舶電氣自動化系統(tǒng)特點(diǎn)

1.2.1 網(wǎng)絡(luò)控制

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、總線技術(shù)能為船舶電氣自動化系統(tǒng)提供技術(shù)支持，其中總線技術(shù)可以合并多種信號線，在多部件、模塊中拓展信息渠道，將設(shè)備進(jìn)行相互連接，圍繞冗余結(jié)構(gòu)和分布設(shè)計(jì)方式突出系統(tǒng)的技術(shù)性和穩(wěn)定性;網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有多層次特性，可以完成多人同時操作，進(jìn)而提升船舶電氣自動化系統(tǒng)的工作效率，確保系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。

1.2.2 電子信息化

電子技術(shù)的發(fā)展使得通訊技術(shù)逐漸優(yōu)化完善，實(shí)現(xiàn)電子自動化系統(tǒng)中模塊組態(tài)的多樣性、靈活性和豐富性。依托通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠保證船舶電氣自動化系統(tǒng)的平穩(wěn)、高效運(yùn)轉(zhuǎn)，借助按鈕下達(dá)操作命令，提升系統(tǒng)的自動化、智能化運(yùn)行效率，但針對系統(tǒng)性能和結(jié)構(gòu)等方面的差異性，建議進(jìn)一步完成可靠性分析。

1.2.3 技術(shù)綜合

將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和船舶電氣自動化系統(tǒng)相結(jié)合，能夠提升系統(tǒng)中電氣設(shè)備的模塊性和系統(tǒng)性，通過對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行靈活的組成和優(yōu)化，科學(xué)調(diào)整船舶電氣機(jī)動組態(tài)，完善電氣自動化系統(tǒng)。

2? 船舶電氣自動化系統(tǒng)可靠性保障技術(shù)探究

2.1 電力推進(jìn)技術(shù)

當(dāng)前電力推進(jìn)系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于多種船舶運(yùn)行工作中，能夠有效提升電氣自動化系統(tǒng)的安全性和可靠性。船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的劃分可以圍繞多種層面展開：其一，動力來源。將中速、高速柴油機(jī)、個別燃?xì)廨啓C(jī)作為系統(tǒng)動力源，結(jié)合動力源的多種類型，將系統(tǒng)劃分成燃?xì)廨啓C(jī)和柴油機(jī)兩種推進(jìn)系統(tǒng)。其二，布置形式。依托電動機(jī)的布置結(jié)構(gòu)能夠?qū)⑾到y(tǒng)分為機(jī)艙類和吊艙類。其三，電源形式。將電力推進(jìn)系統(tǒng)分為直流傳動和交流傳動兩種，其中交流傳動方式相較于直流傳動速度較快，可以使電力推進(jìn)技術(shù)功能拓展至直流傳動領(lǐng)域，為船舶電氣自動化系統(tǒng)的運(yùn)行提供幫助。

交流傳動技術(shù)和自動化系統(tǒng)相結(jié)合主要包含CCV（無換向器交流電動機(jī)）、LCI（無換向器直流電動機(jī)）兩種傳動模式。其中，CCV能夠?qū)ψ冾l器完成同步調(diào)速，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)交流-交流轉(zhuǎn)換過程，雖然此模式容易受到輸出頻率的影響，但電動機(jī)由于一直保持低速狀態(tài)，因此CCV模式可以提升船舶電氣自動化系統(tǒng)的實(shí)用性和可靠性;LCI系統(tǒng)通過對變頻器進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)交流-直流-交流的調(diào)速轉(zhuǎn)換，且變頻調(diào)速系統(tǒng)具有效率和精度高、調(diào)速范圍大的優(yōu)勢。同時，船舶在調(diào)距和運(yùn)行階段，可以借助螺旋槳實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)配合。例如，船舶在較窄的水道或者港口中機(jī)動航行時，主要利用交流推動機(jī)使系統(tǒng)向低速運(yùn)轉(zhuǎn)模式調(diào)整;若船舶在空間大、較為寬闊的海域上行駛，需要調(diào)整推動機(jī)至超同步、同步轉(zhuǎn)換模式，確保系統(tǒng)穩(wěn)定、安全運(yùn)行。

2.2 監(jiān)測與自動報警技術(shù)

機(jī)艙的自動監(jiān)測報警系統(tǒng)可以全面準(zhǔn)確地記錄、顯示數(shù)據(jù)，完成在線監(jiān)測和自動報警過程，大大減輕工作人員的任務(wù)量，提升系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性。因此，若想滿足船舶的自動化運(yùn)行要求，應(yīng)圍繞以下幾方面優(yōu)化自動監(jiān)測報警系統(tǒng)：第一，應(yīng)用綜合性自動化系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)收线M(jìn)行科學(xué)的定位和排除，具備故障診斷、預(yù)報功能，降低系統(tǒng)事故發(fā)生率，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性[1]。其二，開發(fā)DCS系統(tǒng)。若想對監(jiān)測系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，需要對現(xiàn)場設(shè)備完成高效控制，借助微機(jī)控制系統(tǒng)及時報警。自動監(jiān)測報警系統(tǒng)利用3層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在主站位置增加控制室，包含打印、界面顯示等功能，同時在機(jī)艙中建立信息轉(zhuǎn)發(fā)站、通訊站以及多種分站。通訊站可以將分站中數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、分析、分類再傳輸?shù)街髡?，其中分站監(jiān)測時獨(dú)立性較高，能夠?qū)⑼ㄓ?、?jì)算機(jī)技術(shù)科學(xué)結(jié)合。

2.3 電磁干擾保障技術(shù)

由于系統(tǒng)運(yùn)行中用到強(qiáng)電設(shè)備、導(dǎo)航儀，在啟動過程中容易受到干擾，且傳輸線和靜電場也容易受電源電磁干擾，影響系統(tǒng)正常工作。系統(tǒng)受干擾的主要原因是存在干擾源且接收單元十分靈敏，應(yīng)用抗干擾技術(shù)可以防止系統(tǒng)免于無關(guān)電磁影響，工作原理是破壞或調(diào)整電磁干擾條件，并選擇相關(guān)元件，對接收單元的靈敏度進(jìn)行調(diào)整，具體操作內(nèi)容如下：

2.3.1 分隔變壓器

由于船舶在水上工作，電氣自動化系統(tǒng)運(yùn)行中容易受到極端、惡劣條件的影響，因此若想提升設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，可以引進(jìn)電磁兼容技術(shù)加強(qiáng)船舶電氣抗干擾能力。在應(yīng)用隔離技術(shù)時，借助參數(shù)和技術(shù)分析系統(tǒng)中因交流電源產(chǎn)生的電磁干擾情況，使用隔離變壓器進(jìn)行科學(xué)供電，通過干擾分析提升系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量，確保強(qiáng)電裝置和供電設(shè)置過程相互交錯和獨(dú)立。此外，建議利用交流變壓器對船舶電氣自動化系統(tǒng)進(jìn)行過濾，降低系統(tǒng)抗干擾能力。

2.3.2 調(diào)整傳輸介質(zhì)

轉(zhuǎn)變傳輸介質(zhì)是隔離干擾的關(guān)鍵方式，例如傳播遙控系統(tǒng)中，系統(tǒng)的信息采集、向遙控中心輸送數(shù)據(jù)的過程十分復(fù)雜且時間較長，部分信號從駕駛室發(fā)送到客戶艙時受到電磁干擾，上傳信息的效率和質(zhì)量較低，進(jìn)而影響自動傳輸系統(tǒng)的工作效率，因此通過轉(zhuǎn)變介質(zhì)，能夠有效縮短傳輸距離和時間，將輸入和輸出電路相互分離，進(jìn)而降低干擾問題對系統(tǒng)的負(fù)面影響。

2.3.3 應(yīng)用RC吸收設(shè)備

依托自動化技術(shù)，可以在系統(tǒng)中科學(xué)應(yīng)用多種電氣設(shè)備，如電源開關(guān)、繼電器等。當(dāng)電源系統(tǒng)和電氣設(shè)備處于連接狀態(tài)時，系統(tǒng)在運(yùn)行中容易被電弧影響，產(chǎn)生電磁干擾問題。因此可以借助RC吸收器，該設(shè)備穩(wěn)定性較強(qiáng)，極少出現(xiàn)故障，能夠有效控制電磁干擾問題。此外，建議利用電阻對電容進(jìn)行控制，抑制電磁干擾情況。

2.4 容錯技術(shù)

機(jī)艙系統(tǒng)包含敏感負(fù)載變量泵、柴油機(jī)、敏感負(fù)荷多路閥組、起升系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、蓄能器、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等部件[2]。容錯技術(shù)實(shí)際上是在機(jī)艙系統(tǒng)工作中，對于漏洞和故障的包容度，能夠?qū)收贤瓿深A(yù)判斷，進(jìn)而自動啟動保護(hù)功能，斷開執(zhí)行系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，對系統(tǒng)指令進(jìn)行自主隔離。容錯技術(shù)主要包含控制和監(jiān)測兩方面功能，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時監(jiān)測系統(tǒng)會將故障信號轉(zhuǎn)換成低電平信號，而監(jiān)控系統(tǒng)可以精準(zhǔn)定位故障區(qū)，全面綜合分析故障性質(zhì)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)經(jīng)Q策單元，并針對性解決故障問題，進(jìn)而科學(xué)控制系統(tǒng)漏洞。例如，系統(tǒng)出現(xiàn)小范圍故障，可以使用容錯技術(shù)打開備用機(jī)組，降低工作負(fù)荷;若系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重故障，容錯系統(tǒng)會隔離傳輸信號，關(guān)閉系統(tǒng)故障延時裝置，對漏洞進(jìn)行修復(fù)。當(dāng)系統(tǒng)完成修復(fù)后，應(yīng)重啟電氣設(shè)備，確保系統(tǒng)安全和穩(wěn)定。此外，當(dāng)系統(tǒng)故障未順利排除時，必須關(guān)閉機(jī)組，避免故障范圍和影響的擴(kuò)大而降低風(fēng)險系數(shù)。

2.5 冗余可靠性保障技術(shù)

系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)主要對機(jī)組設(shè)備進(jìn)行并聯(lián)操作，這些設(shè)備具有相似的功能，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，通過并聯(lián)模式能夠提升系統(tǒng)穩(wěn)定性。例如，當(dāng)前大部分船舶系統(tǒng)主要并聯(lián)3組機(jī)組設(shè)備，使其中每一機(jī)組可以單獨(dú)執(zhí)行控制指令，若某一部分出現(xiàn)問題，只需要啟動備用設(shè)備，或者調(diào)用其他機(jī)組進(jìn)行相互備用和代替。同時，在應(yīng)用冗余可靠性保障技術(shù)時，注意分開設(shè)置儲備系統(tǒng)的單元，合理控制單元間的合作和獨(dú)立關(guān)系，若某一單元出現(xiàn)故障，其他單元不會受到影響而停止運(yùn)行，可以快速進(jìn)入環(huán)境狀態(tài)，保證船舶電氣自動化系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性[3]。

3? 結(jié)論

綜上所述，船舶電氣自動化系統(tǒng)在運(yùn)行中穩(wěn)定性和安全性十分重要，因此有必要提升系統(tǒng)可靠性。通過優(yōu)化可靠性保障技術(shù)能夠加快系統(tǒng)自動化發(fā)展進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)船舶的平穩(wěn)運(yùn)行。因此，提升自動化系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性的關(guān)鍵是可靠性保障技術(shù)，能夠降低系統(tǒng)在運(yùn)行中的人為、外界因素，提升運(yùn)行可靠性。

參考文獻(xiàn)：

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[3]曾祥富.基于船舶電氣自動化系統(tǒng)可靠性的保障技術(shù)探究[J].中國水運(yùn)（下半月），2018，18（01）：114-115.