船舶電氣自動化技術應用及發(fā)展趨勢探討

朱佳然　周欣花

摘 ?要：電氣自動化技術作為船舶內機械設備運行的內驅點，特別是在當前科學技術的高速發(fā)展下，更是對電氣自動化技術提出更高的應用需求。為有效保證電氣自動化技術實施的完整性，必須依據技術屬性，界定出技術與船舶電氣系統(tǒng)的融合點?；诖耍撐囊源半姎庾詣踊夹g基本特性為切入點，對電氣自動化技術應用及發(fā)展趨勢進行研究。

關鍵詞：船舶 ?電氣系統(tǒng) ?自動化技術 ?發(fā)展趨勢

中圖分類號：U665 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2021）02（a）-0032-03

Application and Development Trend of Marine Electrical Automation Technology

ZHU Jiaran1，2 ?ZHOU Xinhua2

（1.School of Marine Engineering， Dalian Maritime University， Dalian， Liaoning Province， 116026 China; ? ? ? 2.Navigation Branch of Hebei Communications Vocational and Technical College， Tianjin， 300381 China）

Abstract： Electrical automation technology as the internal driving point of mechanical equipment operation in ships， especially in the current rapid development of science and technology， it puts forward higher application requirements for electrical automation technology. In order to effectively ensure the integrity of electrical automation technology implementation， it is necessary to define the integration point of technology and marine electrical system according to the technical attributes. Based on this， this paper takes the basic characteristics of marine electrical automation technology as the breakthrough point and studies the application and development trend of electrical automation technology.

Key Words： Ship; Electrical system; Automation technology; Development trend

船舶電氣自動化系統(tǒng)與電力系統(tǒng)結構具有一定的差異性，受到船體結構的限制，在有限的空間內，為最大限度保證電力系統(tǒng)功能的完整性，必須令系統(tǒng)結構與船舶運行的能源消耗需求達成精準對接，進而實現船舶內部電力能源的持續(xù)供應，滿足內部機械設備的運行需求。船舶電氣自動化作為一項綜合性技術體系，通過相關目標的設定，可最大限度保證系統(tǒng)運行過程中的穩(wěn)定性與可靠性。此外，電氣自動化技術是船舶智能化運行的基礎所在，通過搭載智能化平臺，可有效實現數據信息的精確性傳輸，以降低人力資源的投入，提高船舶運行質量[1]。

1 ?船舶電氣自動化技術基本的特點

1.1 綜合化

綜合化作為船舶電氣自動技術的一個主要特征，特別是在信息技術傳感技術的支持下，通過集成系統(tǒng)對船舶內機械設備進行質量控制，以保證不同操作工序下的實現是建立在同一時間節(jié)點之上，且各類操作工序之間不會相互影響。對于船舶電氣操控系統(tǒng)而言，通過綜合化控制，可進一步增強系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，為各項技術的應用提供載體。

1.2 網絡化

船舶電氣自動化網絡系統(tǒng)的實現主要是以無線傳輸機制與有線傳輸機制兩種為主，在計算機技術的支持下，令信號傳輸可在不同模塊與指令間進行遞進，保證每一類數字信號可精準地作用到設備載體中，令系統(tǒng)在實現某一項功能時，是按照系統(tǒng)程序指令的設定來完成工序操作的。從承接船舶電氣自動化系統(tǒng)運行的網絡平臺而言，其主要是通過系統(tǒng)內部所產生的數據進行采集與分析，并結合總線型操控系統(tǒng)，對當前質量進行資源化分配保證，以信息系統(tǒng)為主體的網絡建設，具備一定的冗余性特點，可精準地將指令分配到不同的傳輸機制中，以此來增強系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

2 ?船舶電氣自動化技術應用

2.1 電力電子技術的應用

電力電子技術在船舶機械設備中的實現，主要是以電力能源的定向化分布式傳輸為主，保證在固有電力能源的支持下，整個系統(tǒng)設備運行的完整性。例如，軸帶發(fā)電裝置，其本身受限于發(fā)動機質量性能，通過主傳動軸的速率變化值界定出當前船舶系統(tǒng)運行過程中的能量耗損值，以此來保證相關設備在電力能源的支持下實現持續(xù)性運作，且整個運作及限制在設備固有的參數指標之內。對于電力電子技術的實現，是通過電子信息平臺來查驗的，對當前設備運轉所產生的信息進行可視化分析，一旦電力能源傳輸超出基準值，則系統(tǒng)自動觸發(fā)報警裝置，對工作人員進行警示，崗位工作人員則可按照電力傳輸所存在的誤差問題，對相關設備進行檢修處理，以保證內部機械設備的正常運轉[2]。

2.2 測控技術的應用

在電子信息技術的應用下船舶機械設備基本已經實現自動化與智能化的發(fā)展，特別是在控制器域網的支持下，將總線協(xié)議與設備運行過程中的數據對接機制進行組合，以此來對整個電力站運行模式進行全過程監(jiān)管。自動化技術支持下的總線控制機制，主要是通過集成系統(tǒng)與設備終端之間建立一個數據對接渠道，由控制平臺對內部檢測系統(tǒng)所傳達的信息進行分析，精準查證出在某一項操作工序中終端設備指令執(zhí)行過程中存在的誤差點，然后將協(xié)議傳輸回主線操控系統(tǒng)中進行冗余性控制，以保證船舶內各個機構部件的應用，可按照相關工序執(zhí)行。這樣一來便可有效保證不同組件在工作過程中不會受到其他部件的影響，進一步提高設備運行的穩(wěn)定性與安全性[3]。

2.3 可靠性技術的應用

2.3.1 電磁干擾技術

船舶在航運過程中，主要是通過內部精密設備實現對船體的定位，然后結合衛(wèi)星系統(tǒng)規(guī)劃好航行路徑，以此來完成運行。但由于傳播內部電子類設備較多，其在啟停過程中將產生一定的信號干擾因素，對設備本身產生一定的電磁擾亂問題，降低設備運行精度。從電磁干擾源的產生本質來看，其主要受到干擾介質以及磁敏元件的影響，令整個設備無法實現精準化運行。為此，在針對此類問題進行解決時，可以通過相應的屏蔽措施，對設備內部的精密內部劍進行電磁防護，以此來有效規(guī)避電磁干擾問題。以自動化技術為載體的抗干擾系統(tǒng)，其在實際運行過程中，則可通過對干擾信號源進行過濾與屏蔽，令精密設備具備持續(xù)性、精準性的運行特點。例如，在供電設備處安裝濾波裝置，以避免電源設備在交流與直流電轉換過程中產生相應的電磁感應問題。此外，還可采用屏蔽性較高的信號傳輸介質替代原有的線路，以規(guī)避信號傳輸過程中的電磁干擾現象[4]。

2.3.2 儲備冗余處理技術

冗余技術的實現主要是針對船舶電氣設備運行過程中存在的指令傳輸問題、功能對接問題等進行解決，確保自動化系統(tǒng)的運行具備相應的兼容性，令不同組內設備在運轉過程中不會產生相互干擾的問題。通常來講，承接電氣設備運行的各個模塊在對數據信息進行處理時，呈現出一定的獨立性特點，但在總線控制系統(tǒng)的約束下，各個模塊單元之間具備較高的聯動特點，模塊單元之間需要通過相互配合，實現系統(tǒng)的高效率運轉。儲備冗余處理技術的應用，可為不同系統(tǒng)處理之間提供數據對接渠道，增強數據指令傳輸、下達、執(zhí)行的效率性，進而提高終端操控設備的響應速率，完成精度化操控[5]。

2.3.3 容錯技術

對于船舶系統(tǒng)來講，容錯技術是指在系統(tǒng)執(zhí)行參數的基準下，對錯誤類指令具有一定的認可行為，同時其也具備相應的防范措施。從技術層面來看，容錯技術的應用是通過具備冗余屬性的硬件處理器，對系統(tǒng)內數據信息傳輸屬性進行界定，然后通過交叉監(jiān)測，分析出當前系統(tǒng)運行過程中存在的浮動問題，結合主系統(tǒng)的聯動操控機制，分析出不同狀態(tài)下設備運行的相關參數，以降低故障產生概率。對于船舶來講，容錯技術的實現可提供系統(tǒng)故障的容錯能力，并可第一時間對系統(tǒng)故障產生點進行定位，通過計算機設備將故障信息映射到數據模型中。此外，容錯技術在運行過程中，可與專家診斷系統(tǒng)相連接，當其檢測到系統(tǒng)出現故障信息時，將同步傳輸到專家診斷系統(tǒng)當中，此時專家系統(tǒng)則將依據故障信息進行自動化處理，在第一時間解決故障問題。從船舶故障類型來看，容易產生故障問題的主要以故障機組超負荷、機組延時工作問題為主，對此，可采用儲備機組驅動的形式，分化主機組運行的負擔，但此過程中應注意，不同系統(tǒng)切換過程中，指令傳輸存在錯位現象，即只有在當前信息傳輸指令執(zhí)行以后，新運行機組才可接收并執(zhí)行下一個指令。對此，在切換系統(tǒng)時，應對相應的數據信號進行阻止，然后進行下一步的故障處理[6]。

3 ?船舶電氣自動化技術發(fā)展趨勢方面研究

3.1 應用效率方向的發(fā)展

船舶電氣自動化技術的實現，令整個系統(tǒng)實現自動化、智能化操作，提高船舶的運行質量。在科學技術的不斷更新下，數字信號網絡的組建，極大地增強了網絡架構的傳輸性能，令系統(tǒng)在處理某一類數據信息時，不再局限于固定的模型框架中，而是通過數據在系統(tǒng)的對接模式，界定出不同操控工序下數據信息呈現出的應用屬性。從技術發(fā)展層面來看，在對高新技術、工藝的完善下，對電氣自動化技術的功能實現提出了更高的需求。為此，船舶電氣自動化技術在發(fā)展過程中，必須遵循結構化、層次化原則，對內部項目資源的分配機制逐步優(yōu)化，保證船舶內網絡結構的支持下，令系統(tǒng)實現智能化控制，增強系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。此外，考慮到船舶自動化運行中的動態(tài)化特點，在復雜化操控模式下，整個系統(tǒng)易受到數據冗余的問題，在一定程度上，降低設備操控質量。在對實際應用層面進行拓展時，必須對承接設備運行的各類裝置、機構、軟硬件系統(tǒng)進行優(yōu)化處理，增強數據收、發(fā)單元之間的響應效率，令相關數據在存儲與運行過程中，可精準地執(zhí)行某一項指令，增強數據處理的針對性，提高實際應用質量。

3.2 設備質量方向的發(fā)展

船舶作為一種消耗型設備，在長時間、高負荷的運作模式下，船舶內機械設備以及組件面臨著嚴重的耗損現象，如未能對設備進行定期運維處理，則必然降低實際運行質量。為此，船舶電氣自動化技術應加大管理工作的開展力度，深度分析出不同工況下，設備在生命周期內所能發(fā)揮出的屬性，然后結合管理方案，依托于信息平臺，將系統(tǒng)與終端操控設備之間建立一個數據對接渠道，確保各項信息傳輸工作的運行，符合設備運行指標。與此同時，可由設備故障機理為切入點，分析出不同運作模式下，自動化技術與機械設備運行之間存在的聯動性特點，例如電力系統(tǒng)、操控系統(tǒng)、網絡系統(tǒng)等，通過對不同系統(tǒng)結構進行分析，找出不同驅動模式下，數據信息存在浮動系數，進一步為管理工序的設定提供基礎保障，提高船舶運行質量。

3.3 監(jiān)管機制方向的發(fā)展

在智能化體系的建構下，電氣自動化系統(tǒng)可通過程序化指令完成自主化操控，但同時也削弱了工作人員的參與性，一旦出現程序設定與執(zhí)行方面的問題時，必然造成對相關機械設備造成損害。為此，船舶必須建設完整的監(jiān)控系統(tǒng)，通過無線網絡、有線網絡，實現對操控工序、設備運行的全過程監(jiān)督，如果系統(tǒng)監(jiān)測的數據超出系統(tǒng)所能承受的極限值時，則將產生預警。此外，船舶應對空間定位技術進行更新，以保證航行過程中空間位置的精準性，提高安全行駛性能。

4 ?結語

綜上所述，船舶電氣自動化技術的實現，可為設備機械化運行提供指令對接平臺，在集成系統(tǒng)的支持下，保證各類信息指令的下達，精準地作用到設備機構中，提升機械設備運行質量。為此，必須從多個角度界定出電氣自動化技術應用的可行性，結合設備、工藝的更新方向，確保電氣自動化技術的應用，可進一步推動我國航海事業(yè)的發(fā)展。

參考文獻

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[5] 李祥娟，劉鍇，魏永磊.船舶電氣自動化發(fā)展及故障排除對策分析[J].船舶物資與市場，2019（8）：41-42.

[6] 張愛麗.船舶電氣自動化的發(fā)展及其設備故障的排除研究[J].科技創(chuàng)新導報，2020，17（14）：97，99.