船舶電氣自動化技術(shù)探討

高 迪，張 昊

（煙臺派格船舶設(shè)計有限公司，山東 煙臺 264000）

0 引言

船舶電力自動化控制系統(tǒng)與一般計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)之間存在著一定的差異，受船舶內(nèi)在結(jié)構(gòu)的影響，在有限的距離內(nèi)，為了最大限制保障計算機系統(tǒng)工作功能的整體性，要求指令將控制器的基本結(jié)構(gòu)與船舶實際工作的能耗要求進(jìn)行精確連接，從而實現(xiàn)了船舶內(nèi)動力資源的連續(xù)供給，并保障了國內(nèi)機械設(shè)備的正常管理工作要求。船舶電器智能作為一個綜合性工藝體系，必須經(jīng)過專門目標(biāo)的設(shè)計，能在最大程度保障信息系統(tǒng)在運行過程中的高度穩(wěn)定和安全性準(zhǔn)確。另外，電氣自動化技術(shù)也是造船智能工作能力的核心所在，通過搭載智能平臺，可以高效進(jìn)行數(shù)據(jù)資料的精確化傳遞，以減少對人力的投資，從而改善了造船效率[1]。

1 船舶電氣自動化技術(shù)基本的特點

1.1 綜合化

船舶電氣自動化技術(shù)一個普遍的特征是綜合化，在現(xiàn)代信息技術(shù)的背景下，通過集成系統(tǒng)對船內(nèi)機械實施質(zhì)量管理，促使工藝的時效性和整體性得以發(fā)展，而且各個作業(yè)工藝間并沒有相互作用。對船舶電氣控制體系來說，如果采用了綜合化控制，就可以提高控制系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，為各項高新技術(shù)的廣泛應(yīng)用提供了載體[2]。

1.2 網(wǎng)絡(luò)化

船舶電氣自動化系統(tǒng)的實現(xiàn)，主要是以無線傳送機制和有線傳送機制二個方式，在計算機的幫助下，使信息傳遞工作能在不同模塊和指令之間實現(xiàn)遞進(jìn)，并確保每一個數(shù)字信號都能更精確的作用于整個設(shè)備載體中，使系統(tǒng)在完成某一個功能任務(wù)時，需要按照系統(tǒng)編程的命令工作，進(jìn)而推動船舶電氣自動化技術(shù)的有效發(fā)展[3]。

2 電力電子技術(shù)的應(yīng)用

電力電子科學(xué)技術(shù)在造船中，一般廣泛應(yīng)用于軸帶發(fā)電和能源推廣等領(lǐng)域方面。21 軸帶發(fā)電技術(shù)在造船的航運費用中，能源費用約占了50%～60%，所以研制和使用各種節(jié)能設(shè)備是非常關(guān)鍵的。軸帶發(fā)電已成為艦船節(jié)能的重點設(shè)備，也將逐漸裝備到艦船。由于軸帶發(fā)電機由發(fā)展主軸旋轉(zhuǎn)驅(qū)使，其速度隨主機設(shè)備速度而改變，從而得到恒頻穩(wěn)壓的電能也是其重要問題?？梢酝ㄟ^根據(jù)主控設(shè)備的工作狀況和海情對軸帶發(fā)電機進(jìn)行調(diào)控，所用的恒頻方法通?？煞殖蓹C械式和電動方法兩種，但由于電力電子器件的發(fā)展，目前軸帶發(fā)電系統(tǒng)幾乎全部采用晶閘管逆變方式。當(dāng)船舶電能損耗增加，而T/G 又無法滿足用戶需求時，S/G 用作發(fā)電廠向船舶電網(wǎng)供水；若當(dāng)電能損耗降低時，又產(chǎn)生了剩余輸出功率時，其S/G 值可用作發(fā)動機向船舶電網(wǎng)中吸收的電功率來促使主發(fā)動機推動。保證電氣設(shè)備單元處于正常運行的情況下，而其他電氣設(shè)備單元則保持在待機狀態(tài)。

2.1 兼容保護(hù)技能

在船舶電氣設(shè)備自動化技術(shù)中，由于其所處的工作環(huán)境惡劣，要想設(shè)備的工作過程比較順利，則要采用電磁兼容保護(hù)技能，從而于使得船舶設(shè)備的抗干擾能力大大地提高。在船舶電氣系統(tǒng)中，要便于形成設(shè)備操作環(huán)境必須有這樣的一些要求作為技能基礎(chǔ)：要具備相應(yīng)的擾動源；有良好傳播媒介；對接收的模塊比較敏感等。而使用電磁相容性技能，最主要的一項工作便是把其中一些要求給打破掉，以使得設(shè)備無法完全接受電磁的影響。在電磁兼容技術(shù)中，最重要的步驟便是元器件的選擇，以使電器遭受主要信息影響時的敏感性降低，一般在選擇元器件時要考慮以下兩點：當(dāng)設(shè)備遭受影響后，供電信息的電平往往會超過船舶中設(shè)備所規(guī)范的電平范疇。而為了保證電氣設(shè)備的信號頻率與被干擾源的主要信息頻段一致。所以，為了要使船舶電氣系統(tǒng)中設(shè)備具有足夠強大的抗干擾能力，就必須盡量地選用那些電流范圍較大的數(shù)字或嵌入式集成電路[4]。

2.2 儲備保障技術(shù)

想要確保船舶的電氣自動技術(shù)工作得更為安穩(wěn)，則必須把電氣的自動系統(tǒng)看成是冷儲被系統(tǒng)。一般而言，電氣自動的儲存系統(tǒng)意指將儲備設(shè)備與電氣單元隔離起來，只保證電氣單元保持正常工作的狀況下，而電氣設(shè)備單元則處于待機狀態(tài)。在這些情形下，首先要確定電力運行單位不再工作，而剩余的電力儲存單位可以把其工作代替起來[5]?？梢詫Υ半娏ψ詣踊夹g(shù)中的儲存單位加以劃分，要視儲存單位的情況而定，但一般也可以分為兩類：暖儲存；冷存儲。其中，在暖儲存系中的自動技術(shù)儲備單元始終都在工作，所以一旦其技術(shù)失靈時，但并非代表其故障率將為零，只是由于冷儲存系中的全自動技術(shù)一直沒有工作，所以在冷儲存系中失靈時，故障率也降為零。再設(shè)計出此種水冷儲備控制系統(tǒng)之后，將可與現(xiàn)代船舶電氣自動技術(shù)保證相一致的安全性[6]。

2.3 容錯保障技術(shù)

容錯保障技術(shù)通常有以下幾點優(yōu)點：可以用于檢測判斷出設(shè)備的故障；可以很好地控制在船舶電氣設(shè)備系統(tǒng)中發(fā)生的故障，并且能夠有效采取應(yīng)對措施處理這些故障。一般情況下，通過使用容錯保護(hù)技術(shù)可以把船舶的電力自動化技術(shù)加以分類，通常可以分成以下三種：首先啟動備用發(fā)電機組，把正常運行時電氣機組中的負(fù)載減至最低；啟動備用發(fā)電機組，而后等待發(fā)電機組工作持續(xù)一段時間后，再把工作流程中出現(xiàn)故障的發(fā)電機組終止工作；再一次重新停止電氣機組，同時將備用的電氣機組啟用起來。但是，當(dāng)船舶電系統(tǒng)的前兩種故障同時發(fā)生后，在終止裝置工作期間，電力機械設(shè)備中會形成一個信號對出現(xiàn)的功能障礙做出相應(yīng)的阻斷，并能持續(xù)保持該狀況，直至裝置的故障完全消除結(jié)束。然后再把閉塞按鈕按下，這樣生成了的閉塞信息才會被取消，并促使再次發(fā)出的啟動設(shè)備生效，若不能依照一定的次序完成，則將無從重新啟動該發(fā)電機組，而通過此方法，就能夠避免或增加電力系統(tǒng)裝置中發(fā)生的故障，并最后確保了船舶電系統(tǒng)正確的安全穩(wěn)定性[7]。

3 船舶電氣自動化技術(shù)發(fā)展趨勢

隨著電力自動化技術(shù)的廣泛應(yīng)用與發(fā)展，有必要將其運用到造船。中進(jìn)行綜合分析，以及對開發(fā)機制的有效整合與電子維護(hù)和電子管理技術(shù)的更好運用，同時應(yīng)該按照根據(jù)地區(qū)別強電與弱電，實現(xiàn)機電集成管理和監(jiān)控的戰(zhàn)略，積極運用人工智能技術(shù)、項目模糊等新技術(shù)手段，在造船管理項目中使電力自動化技術(shù)能夠不斷發(fā)展，并根據(jù)現(xiàn)實融合國際的先進(jìn)應(yīng)用水平來提升企業(yè)整體的經(jīng)營管理水平。以保障船只航運的開發(fā)價值為基礎(chǔ)，以提高海運的便利性和效益。所以只有從根本上適應(yīng)現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展和市場經(jīng)營管理的要求，才能進(jìn)行可持續(xù)發(fā)展，從而促進(jìn)了海運管理項目的發(fā)展進(jìn)行[8]。

（1）提高系統(tǒng)自動化效能。在人機接口管理中，設(shè)備管理控制機制還應(yīng)該分析功能，選擇機制，通過顯卡屏中的軟件按鈕實現(xiàn)功能與數(shù)據(jù)的整合，能夠為控制系統(tǒng)帶來全面優(yōu)化的保證，而且還能夠非常直接地按照要求選擇按鍵，從而提高并保持系統(tǒng)跟進(jìn)操作的有效性。此外，能夠有效降低員工因過于疲憊而產(chǎn)生的工作失誤。但是該體系還必須在保證有效性的同時，進(jìn)一步豐富完善，以適應(yīng)更多要求。隨著電氣自動化更深入的應(yīng)用，也需要更多專業(yè)的科研人員積極探索更廣泛的應(yīng)用空間，以降低相應(yīng)的負(fù)面評估標(biāo)準(zhǔn)，讓電氣自動化真正地深入整個船舶工業(yè)的研發(fā)之中，讓我們更切身地體驗到電氣自動化所帶來的便捷，讓更多的人接觸并了解這個領(lǐng)域。所以只有將電氣自動化的生產(chǎn)效率持續(xù)地提升，才可以提高對產(chǎn)品的質(zhì)量要求，從而推動新產(chǎn)品的開發(fā)，為產(chǎn)品創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益[9]。

（2）完善了自動化裝備。近年來，由于我國的海洋權(quán)益問題獲得了各方影響，海上信息交換工程也得到了各個領(lǐng)域的重視，而且這已經(jīng)逐漸增強了其在社會的重要地位，而且在今后的十個年間，海軍裝備的現(xiàn)代化發(fā)展速度將不斷加快。由于國家經(jīng)濟和科技體制的高度整合，科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，很多企業(yè)對自動化技術(shù)進(jìn)行完善，使得在自動化設(shè)備改造過程中重視船舶的經(jīng)濟價值，借鑒整體管理的成功案例。在電力自動化生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新的不斷發(fā)展過程中，由于需要進(jìn)行技術(shù)架構(gòu)的整體綜合提升，也需要有較大的生產(chǎn)效率與可能性，以及綜合維護(hù)用于產(chǎn)品開發(fā)規(guī)范的安全性與節(jié)能性，因此船舶機械科研人員們需要對機械設(shè)備管理策略、運用機構(gòu)和技術(shù)管理要求等展開仔細(xì)調(diào)研，在一定程度上推動了船舶電力與輔助機械式電力拖動技術(shù)的迅速發(fā)展，從而形成了符合市場變化要求的技術(shù)創(chuàng)新架構(gòu)以及尋找新的發(fā)展方向與互補的經(jīng)營策略。

（3）監(jiān)管制度方面的發(fā)展。在智能化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)下，電氣智能化系統(tǒng)雖然可以利用過程性命令進(jìn)行自主化操作，但同時也降低了人員的參與度，如果發(fā)生在編程和實施等方面的問題時，勢必造成人員對有關(guān)設(shè)備造成破壞。因此，對船舶需要建立完善的技術(shù)監(jiān)測體系，并利用無線網(wǎng)絡(luò)、有線聯(lián)網(wǎng)，以完成對操作工藝、裝置操作情況的全過程監(jiān)測，一旦系統(tǒng)檢測的數(shù)值超過了系統(tǒng)所能接受的極限值時，則將形成技術(shù)預(yù)警。另外，船舶還對空中位置技術(shù)加以了創(chuàng)新，以提高行駛過程中空間定位的精確性，并增強安全運行性能。

（4）機艙自動監(jiān)測報警系統(tǒng)的新進(jìn)展。為了滿足現(xiàn)代船舶綜合自動化系統(tǒng)和無人機艙的需要，機艙內(nèi)自動監(jiān)控與報警管理系統(tǒng)新的發(fā)展方向之一是DCS 的廣泛運用，便于將監(jiān)控管理系統(tǒng)所獲取的數(shù)據(jù)情報一攬子管理，并分送到各個場合顯示報警，同時也可以在現(xiàn)場管理各種機器的工作。比如DCS 自動監(jiān)測系統(tǒng)。研制成功先進(jìn)的DCS 機艙自動監(jiān)控管理系統(tǒng)。該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要由三層微機聯(lián)網(wǎng)設(shè)備組成，系統(tǒng)主機站位于集控室，并具有屏幕顯示和打印等功能，通訊站、信號交換站以及各分站均位于機艙，通訊站將分臺檢測到的信號命令傳遞到系統(tǒng)主機站，同時又將系統(tǒng)主機站的修改參數(shù)命令傳遞至分臺；各分站之間則各自單獨進(jìn)行監(jiān)測工作。各站之間以iBtBus 總線方式連接。該系統(tǒng)把自動化、計算機技術(shù)與通信3 種高新技術(shù)有機地融合在一起，順應(yīng)了當(dāng)代船舶自動化發(fā)展的新潮流[10]。

（5）設(shè)備質(zhì)量方面的問題發(fā)展。船舶作為一個高消耗型裝置，在長期、高負(fù)荷的運轉(zhuǎn)模式下，內(nèi)部的自動化設(shè)備會受到嚴(yán)重的影響，如若相關(guān)人員未對設(shè)備進(jìn)行有效地維護(hù)和修理會造成設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p耗，增加設(shè)備的維修成本，也將降低實際工作品質(zhì)。因此，相關(guān)人員應(yīng)該重視自動化技術(shù)的管理，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的管理理念，對船舶實施統(tǒng)一的管理模式。首先要認(rèn)真探究電氣設(shè)備的具體工作情況，了解電氣設(shè)備在生命周期內(nèi)所具有的功能屬性，然后再根據(jù)系統(tǒng)管理方案，通過依托于信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)平臺，將總控制系統(tǒng)和終端控制裝置之間形成了一條數(shù)據(jù)連接渠道，以保證各類信號傳遞工作的正常進(jìn)行，從而達(dá)到統(tǒng)一設(shè)備運營指標(biāo)。與此同時，還可以設(shè)備的故障機制為切入點，解析出在不同運作方式下，自動化工藝過程和設(shè)備操作間所產(chǎn)生的相互聯(lián)動性特點，比如供電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)等，并通過對各種控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行解析，找到在各種驅(qū)動方式下，其信息的相互浮動關(guān)系，進(jìn)而為控制程序的正確設(shè)計工作提供了基本保證，從而提升船舶效率。

4 結(jié)語

總而言之，船舶電氣自動化技術(shù)的實現(xiàn)，使整個系統(tǒng)進(jìn)行了自動化、智能化運行，提升了船舶的工作效率。因此，船舶電氣自動化技術(shù)發(fā)展中，應(yīng)當(dāng)按照架構(gòu)化、層級化設(shè)計原則上，對項目信息的分擔(dān)管理進(jìn)一步完善，讓船舶自動化技術(shù)要朝著綜合化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，以便可以在有效的指令下對系統(tǒng)進(jìn)行智慧管理工作，以提高系統(tǒng)工作的安全穩(wěn)定性。另外，對實際設(shè)備使用加以擴展時，就需要對實際承接設(shè)備工作的各種設(shè)備、機構(gòu)、系統(tǒng)等進(jìn)一步完善與處理，從而提高了數(shù)據(jù)接收、發(fā)送單元間的響應(yīng)效率，使關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息在儲存和執(zhí)行過程中，能更精確地執(zhí)行某一條命令，從而提高了信息處理的針對性，并改善了實際使用品質(zhì)，進(jìn)一步保證航運安全，對提高航運經(jīng)濟效益和勞動生產(chǎn)率提升有很大的幫助。