船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的保障技術(shù)研究

鐘軍杰 汪錦飄

摘要：船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的保障技術(shù)主要是指在特定時(shí)間與處所自身功能的有效發(fā)揮，相關(guān)人員應(yīng)采取相應(yīng)措施降低系統(tǒng)故障發(fā)生概率?；诖耍疚木痛半姎庾詣?dòng)化系統(tǒng)使用特點(diǎn)出發(fā)，闡述船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，重點(diǎn)對(duì)船舶電氣自動(dòng)化保障技術(shù)進(jìn)行分析，包括電磁干擾技術(shù)、電力推進(jìn)技術(shù)、容錯(cuò)控制技術(shù)以及儲(chǔ)備冗余處理技術(shù)，以供參考。

Abstract： The support technology of marine electrical automation system mainly refers to the full play of its own functions at a specific time and place. Relevant personnel should take corresponding measures to reduce the probability of system failure. Based on this， starting from the use characteristics of ship electrical automation system， this paper expounds the development status of ship electrical automation system， and focuses on the analysis of ship electrical automation support technology. It includes electromagnetic interference technology， electric propulsion technology， fault-tolerant control technology and reserve redundancy processing technology for reference.

關(guān)鍵詞：船舶;保障技術(shù);電氣自動(dòng)化系統(tǒng)

Key words： ship;support technology;electrical automation system

中圖分類(lèi)號(hào)：U661.39 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2021）07-0078-02

0 ?引言

現(xiàn)階段，船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用，采取正確的措施保障促使該系統(tǒng)的穩(wěn)定對(duì)船舶安全運(yùn)行存在關(guān)鍵意義。應(yīng)采取科學(xué)合理的保障技術(shù)最大限度地減少系統(tǒng)故障的可能性，進(jìn)而促使船舶運(yùn)營(yíng)更加安全可靠，提升該系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性能夠進(jìn)一步保障船舶電氣化系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展。

1 ?船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)使用特點(diǎn)

電氣自動(dòng)化系統(tǒng)可最大程度地保障船舶安全運(yùn)行。船舶電氣自動(dòng)化主要是將原本的船舶主機(jī)、輔機(jī)、安全保護(hù)系統(tǒng)以及貨物維護(hù)系統(tǒng)等比較分散的設(shè)備儀表數(shù)據(jù)整合到一個(gè)或者幾個(gè)顯示器上進(jìn)行集中呈現(xiàn)，該系統(tǒng)的主要目的就是保障船舶的安全運(yùn)行、降低船舶工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、保護(hù)設(shè)備（貨物）和船員的安全[1]。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)融入信息技術(shù)、電子技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)設(shè)備。近期現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)和數(shù)字化等相關(guān)技術(shù)也被引入到船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中使系統(tǒng)集成化更高、聯(lián)動(dòng)性更強(qiáng)，促進(jìn)船舶綜合自動(dòng)化得到發(fā)展[2]。將電氣自動(dòng)化、航信自動(dòng)化、機(jī)艙自動(dòng)化以及貨物維護(hù)自動(dòng)化等多項(xiàng)系統(tǒng)聯(lián)合在一起，使電氣自動(dòng)化成為船舶系統(tǒng)綜合自動(dòng)化的核心。

2 ?船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

科技的飛速發(fā)展促進(jìn)計(jì)算機(jī)輔助控制技術(shù)和通訊技術(shù)的強(qiáng)化，當(dāng)下計(jì)算機(jī)技術(shù)在船舶管理、貨物管理、設(shè)備控制中得到廣泛應(yīng)用并已經(jīng)逐漸形成完整的應(yīng)用系統(tǒng)，加快船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展進(jìn)程并為船舶穩(wěn)定運(yùn)行建立一定技術(shù)基礎(chǔ)，并且船舶電氣自動(dòng)化綜合系統(tǒng)集合導(dǎo)航自動(dòng)化、機(jī)艙自動(dòng)化以及貨物維護(hù)自動(dòng)化等多種功能[3]。此外，當(dāng)船只上安裝與外界聯(lián)系設(shè)備時(shí)相關(guān)維護(hù)系統(tǒng)可通過(guò)郵件和數(shù)據(jù)等渠道實(shí)現(xiàn)船船、船岸之間的有效通信并直接進(jìn)行交換信息發(fā)送，完善船舶管理和故障診斷等相關(guān)業(yè)務(wù)。船舶電氣自動(dòng)化技術(shù)不僅可以強(qiáng)化船只管理，還能夠?yàn)榇皩?dǎo)航提供更加穩(wěn)定的保障。如今，我國(guó)具備一部分相對(duì)穩(wěn)定的船舶電氣自動(dòng)化技術(shù)產(chǎn)品及操作系統(tǒng)，電子自動(dòng)化控制的效果更加完善，使船舶系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性得到提升[4]。

電子設(shè)備的不斷開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)化致使電氣設(shè)備的通訊措施也得到不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)和總線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展為船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展提供技術(shù)支持，采取總線(xiàn)技術(shù)能夠?qū)⒏黝?lèi)信息集中在一起，為不同部件和模塊之間提供信號(hào)通信。因此，船舶電氣系統(tǒng)中采取雙層網(wǎng)對(duì)船舶系統(tǒng)進(jìn)行控制。一般情況下數(shù)據(jù)采集網(wǎng)為第一層，控制網(wǎng)為第二層，其能夠有效的保證船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，船舶系統(tǒng)的控制網(wǎng)使用冗余結(jié)構(gòu)后其將會(huì)形成分布式系統(tǒng)，更加有利于船舶系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

3 ?船舶電氣化自動(dòng)系統(tǒng)保障技術(shù)

船舶電氣系統(tǒng)的可靠性是指特點(diǎn)條件和時(shí)空規(guī)范內(nèi)，系統(tǒng)可以在滿(mǎn)足需求的前提下得到安全和穩(wěn)定的運(yùn)行。系統(tǒng)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)以及運(yùn)行等各個(gè)階段內(nèi)具有可靠性的保障技術(shù)都發(fā)揮著關(guān)鍵作用，根據(jù)大量調(diào)查和研究可以得出當(dāng)前該技術(shù)得到系統(tǒng)化的研究，進(jìn)而獲得很多研究成果經(jīng)工程實(shí)際驗(yàn)證，該技術(shù)可明顯降低船舶安全事故發(fā)生概率并為電氣系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供一定的技術(shù)支持。

3.1 電磁干擾技術(shù)

通常采取電磁兼容的方式，根據(jù)船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行防干擾設(shè)計(jì)。此設(shè)計(jì)方式可以有效切斷電磁干擾途徑，全面保證船舶電氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行[5]。實(shí)際應(yīng)用方式就是將干擾源進(jìn)行隔離，通過(guò)抑制干擾源的出現(xiàn)和切斷干擾信號(hào)傳輸路徑，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)抗干擾的目的。一般情況下，電磁干擾信號(hào)會(huì)產(chǎn)生一定的交流電源，為從根源上完成干擾信號(hào)的屏蔽工作，還需具備獨(dú)立的供電裝置。建立有效的防干擾過(guò)濾波系統(tǒng)對(duì)交流變壓器進(jìn)行隔離、過(guò)濾高頻率抗干擾信號(hào)，船舶運(yùn)行期間將持續(xù)不斷的對(duì)元器件進(jìn)行開(kāi)關(guān)，此方式將會(huì)產(chǎn)生電弧，進(jìn)而形成電磁信號(hào)的干擾。設(shè)置吸收電磁干擾信號(hào)裝置可更好的應(yīng)對(duì)此狀況，此裝置根據(jù)電容穩(wěn)定原理即電壓不會(huì)迅速變化無(wú)法產(chǎn)生瞬時(shí)電流，進(jìn)而利于完成對(duì)干擾信號(hào)的抑制。此外，電容具有消除電弧的功能。但該技術(shù)具有一定的限制性，實(shí)際應(yīng)用期間傳輸路徑比較長(zhǎng)導(dǎo)致傳輸效果不好。因此信號(hào)傳輸期間為減少電磁干擾可采取光電耦合器替換電信號(hào)技術(shù)，將輸出電路和輸入電路進(jìn)行剝離有效避免電信號(hào)的相互干擾。船舶設(shè)備具有強(qiáng)電和導(dǎo)航的特征，其線(xiàn)路呈分散狀態(tài)，極易造成混亂局面一定程度干擾船舶狀態(tài)，此時(shí)設(shè)置RC吸收設(shè)備使電壓變化狀態(tài)下船舶也可以保持正常運(yùn)作，以關(guān)聯(lián)單元增加的形式，保證船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。

3.2 電力推進(jìn)技術(shù)

電力推進(jìn)技術(shù)就是運(yùn)用電能為船舶大型機(jī)械輸送動(dòng)力，該技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相比較而言具有很多優(yōu)點(diǎn)。比如：在操作性能方面，使用電力推進(jìn)技術(shù)可完成船舶自動(dòng)運(yùn)行部件的保養(yǎng)使船舶達(dá)到安全運(yùn)行狀態(tài)。電力推動(dòng)的構(gòu)成內(nèi)容包括直流推動(dòng)和交流推動(dòng)，傳統(tǒng)推動(dòng)技術(shù)采取直流推動(dòng)此方式使電機(jī)調(diào)速發(fā)生問(wèn)題。當(dāng)前，在我國(guó)科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的背景下，電力推動(dòng)技術(shù)應(yīng)用范圍愈來(lái)愈廣泛，其中交流電無(wú)換向電動(dòng)機(jī)與直流電無(wú)換向電動(dòng)機(jī)是推進(jìn)技術(shù)的重點(diǎn)應(yīng)用內(nèi)容。直流無(wú)換向器電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中，當(dāng)運(yùn)行船舶的船槳擺動(dòng)速度與密度形成配合即需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行速率進(jìn)行調(diào)節(jié)和優(yōu)化。長(zhǎng)時(shí)間存在輸出頻率的影響時(shí)對(duì)交流無(wú)換向器電機(jī)工作和直流轉(zhuǎn)換將造成影響，無(wú)法有效保證船舶運(yùn)營(yíng)的穩(wěn)定效果。因此，直流無(wú)換向器電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效用和應(yīng)用價(jià)值將被擴(kuò)大。

3.3 容錯(cuò)控制技術(shù)

若船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)出現(xiàn)故障，可通過(guò)容錯(cuò)技術(shù)進(jìn)行設(shè)備問(wèn)題查找。首先，保證故障測(cè)試水準(zhǔn)達(dá)到規(guī)定范圍。其次，將設(shè)備出現(xiàn)的問(wèn)題穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)、有效提升船舶運(yùn)行的平穩(wěn)性。發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障之后應(yīng)給予自動(dòng)化維修，船舶容錯(cuò)技術(shù)應(yīng)用期間應(yīng)重視設(shè)備故障處理效率的有效提升。最后，結(jié)合系統(tǒng)的處理情況完成問(wèn)題反饋。將故障監(jiān)測(cè)報(bào)告?zhèn)鬏數(shù)较到y(tǒng)文檔中，為后續(xù)工作人員提供有效的技術(shù)依據(jù)。與此同時(shí)，船舶電氣設(shè)備故障處理效率是容錯(cuò)技術(shù)實(shí)施期間的重要考慮內(nèi)容，盡量避免故障拖延的狀況保證船舶的穩(wěn)定運(yùn)作。各類(lèi)故障被具體劃分為一類(lèi)、二類(lèi)以及三類(lèi)，一類(lèi)故障可使用備用設(shè)備更好的完成設(shè)備運(yùn)行壓力的控制;二類(lèi)故障可將故障延時(shí)設(shè)置關(guān)閉;三級(jí)故障應(yīng)停運(yùn)故障設(shè)備將故障因素排查出來(lái)。

3.4 儲(chǔ)備冗余技術(shù)

冗余處理技術(shù)的使用最大限度的提升船舶運(yùn)作安全性，該技術(shù)借助系統(tǒng)并聯(lián)結(jié)構(gòu)保證船舶的可靠性。一般情況下將儲(chǔ)備機(jī)械安全完成后需保證各個(gè)機(jī)械設(shè)備使用性能達(dá)到要求標(biāo)準(zhǔn)，盡量滿(mǎn)足使用需要保證船舶電氣系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。實(shí)際船舶設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)使儲(chǔ)備系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有獨(dú)行性和分離性，為獨(dú)立運(yùn)行裝置提供有效條件。以此得出，提升船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行安全性和可靠性提升過(guò)程中，實(shí)施儲(chǔ)備冗余技術(shù)十分關(guān)鍵。當(dāng)傳播運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障時(shí)，船舶將會(huì)自動(dòng)使用備用部件以此提升船舶穩(wěn)定性和續(xù)航性[6]。

4 ?船舶電氣化自動(dòng)系統(tǒng)保障技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

4.1 綜合化

隨著數(shù)字化和電子技術(shù)的迅速發(fā)展船舶電氣設(shè)備不斷向模塊化和系統(tǒng)化發(fā)展，逐步呈現(xiàn)綜合發(fā)展趨勢(shì)其中計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話(huà)的格局，相關(guān)操作只要通過(guò)菜單按鈕就可以完成。該技術(shù)為船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)綜合化發(fā)展提供了有利條件，全面提升了相關(guān)系統(tǒng)的綜合使用效率。

4.2 嚴(yán)密化

在船舶自動(dòng)化管理過(guò)程中逆變器技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，逐漸優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)的指標(biāo)促使船舶技術(shù)得到快速發(fā)展。其中全系列光伏逆變器的成功研發(fā)促使自動(dòng)化模塊水平得到提升，自動(dòng)化技術(shù)中為強(qiáng)化管控措施應(yīng)將監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合進(jìn)來(lái)，建設(shè)有效的動(dòng)態(tài)分析模式。隨著船舶業(yè)的逐漸發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的作用越來(lái)越明顯，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況制定有效的數(shù)據(jù)參照機(jī)制保證系統(tǒng)的嚴(yán)密性。

4.3 自動(dòng)化

隨著我國(guó)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，船舶電氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和運(yùn)行技術(shù)參數(shù)之間存在很大的聯(lián)系。所以船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)在建設(shè)期間應(yīng)整合各項(xiàng)資源，不斷對(duì)船舶整體技術(shù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。只有通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)才能將各系統(tǒng)中的圖像控制功能和管理與標(biāo)準(zhǔn)保持一致。人機(jī)對(duì)話(huà)期間應(yīng)深入分析功能選擇機(jī)制，有效整合各個(gè)屏幕之間的軟件按鍵，進(jìn)而全面提升系統(tǒng)的綜合自動(dòng)化性能。盡量避免操作系統(tǒng)頻繁所為工作人員帶來(lái)疲勞，在維護(hù)包船舶工作人員人身安全的基礎(chǔ)上對(duì)整體管理結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。實(shí)現(xiàn)船舶自動(dòng)化技術(shù)研發(fā)成果的產(chǎn)業(yè)化，與當(dāng)前運(yùn)營(yíng)狀態(tài)良好且具有影響力的船舶自動(dòng)化設(shè)備生產(chǎn)商進(jìn)行合作。相關(guān)自動(dòng)化設(shè)備產(chǎn)品應(yīng)滿(mǎn)足船舶對(duì)模塊化和自動(dòng)化的需求，不斷強(qiáng)化產(chǎn)品自動(dòng)化的生產(chǎn)水平。同時(shí)對(duì)船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中的大功率的半導(dǎo)體電子器件進(jìn)行統(tǒng)一管理，集中管理工作材料和應(yīng)用管控結(jié)構(gòu)，才能不斷提升研發(fā)成果的時(shí)效性。為提升船舶整體運(yùn)行的高效性和可靠性，應(yīng)注重研究船舶運(yùn)行機(jī)制的合理性，大力發(fā)展電力推進(jìn)協(xié)助機(jī)械電力拖動(dòng)技術(shù)。

5 ?結(jié)論

綜上所述，船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)保障技術(shù)是一項(xiàng)內(nèi)容復(fù)雜的系統(tǒng)化工程，其中包含船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)作的各個(gè)環(huán)節(jié)。因此，保障技術(shù)對(duì)船舶的平穩(wěn)運(yùn)營(yíng)存在關(guān)鍵的現(xiàn)實(shí)意義?？萍嫉牟粩喟l(fā)展促進(jìn)自動(dòng)化設(shè)備的更新，從而加強(qiáng)對(duì)保障技術(shù)的研究十分必要，應(yīng)促進(jìn)該技術(shù)發(fā)展有效提升船舶運(yùn)行效能將運(yùn)輸效益最大化。

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