船舶電氣自動(dòng)化的發(fā)展及其設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

姜喜龍

（安徽省江淮船舶檢驗(yàn)局，安徽 合肥 230000）

電氣自動(dòng)化發(fā)展在一定程度上直接決定了這一行業(yè)先進(jìn)性情況。近年來(lái)，我國(guó)船舶電氣自動(dòng)化技術(shù)不斷學(xué)習(xí)以及參考國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，促進(jìn)了國(guó)內(nèi)技術(shù)設(shè)備的不斷更新發(fā)展，一些船舶電氣設(shè)備已經(jīng)逐漸到了國(guó)際先進(jìn)水平前端，本文就針對(duì)船舶電氣自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)做出進(jìn)一步研究。

1 船舶及其電氣自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

船舶作為臨海國(guó)家發(fā)展的重要力量，其本身主要是指以各類船只為環(huán)節(jié)總和的稱呼，船舶能夠通過(guò)水域進(jìn)行航行，起到物資運(yùn)輸以及國(guó)家間貿(mào)易、旅游客出訪等作用，根據(jù)船舶自身實(shí)際情況以及運(yùn)營(yíng)方式的不同來(lái)執(zhí)行相對(duì)應(yīng)的技術(shù)、設(shè)施、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等。船舶配合高新技術(shù)的應(yīng)用，包括能源推進(jìn)系統(tǒng)以及動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等等，同時(shí)在設(shè)計(jì)上也逐漸追求流線型軀殼，有效提高了船舶的行駛速度。

在計(jì)算機(jī)以及通信工程等技術(shù)的不斷發(fā)展背景下，目前這些高新技術(shù)在船舶電氣自動(dòng)化技術(shù)當(dāng)中得到了充分應(yīng)用，在船舶船艙管理、船舶駕駛、壓力檢測(cè)、自動(dòng)導(dǎo)航、人工智能播報(bào)等方面都體現(xiàn)出來(lái)了計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了船舶的自動(dòng)化應(yīng)用發(fā)展，從當(dāng)前我國(guó)船舶技術(shù)發(fā)展的種類以及相關(guān)特點(diǎn)上來(lái)看，不同的船舶電氣自動(dòng)化應(yīng)用情況決定了不同的船舶技術(shù)功能應(yīng)用，因此在實(shí)踐應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中船舶技術(shù)功能是決定電氣自動(dòng)化技術(shù)的關(guān)鍵性條件。在設(shè)計(jì)以及制造船舶過(guò)程中需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)要求，建立綜合化以及智能化的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，采取同時(shí)對(duì)船舶其他系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，采取高速信息傳播方式，有效實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶全方位進(jìn)行智能化控制，及時(shí)發(fā)展船舶運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中出現(xiàn)的問(wèn)題及故障，并對(duì)故障進(jìn)行診斷與快速分析，為中央控制室提供最佳解決方案，另外船舶還可以通過(guò)設(shè)立相關(guān)外圍網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，與外圍船舶以及燈塔、港口進(jìn)行遠(yuǎn)距離溝通交流，實(shí)現(xiàn)信息傳遞的順暢性，目前在船舶電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用上還包含自動(dòng)報(bào)警功能，能夠?qū)崟r(shí)針對(duì)船舶自身的燃油系統(tǒng)以及動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行有效檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題會(huì)第一時(shí)間報(bào)備中央控制系統(tǒng)，隨著當(dāng)前我國(guó)信息技術(shù)的不斷完善，船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)也會(huì)更加完善，同時(shí)也會(huì)實(shí)現(xiàn)全面的智能化管理以及可靠運(yùn)行，進(jìn)一步有效實(shí)現(xiàn)相關(guān)故障以及維修保養(yǎng)的智能化，保障船舶能夠?qū)崿F(xiàn)安全、經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行操作。

2 船舶電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 可靠性設(shè)計(jì)

目前針對(duì)船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，首先需要重視的就是可靠性設(shè)計(jì)，船舶設(shè)備系統(tǒng)以及相關(guān)元器件之間具有相對(duì)密切的聯(lián)系，另外在船舶設(shè)計(jì)上還涵蓋了制造、安裝等等多個(gè)環(huán)節(jié)，因此需要在設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中盡可能有效控制船舶電氣自動(dòng)化故障問(wèn)題，有效提高船舶設(shè)計(jì)可靠性，首先在電氣設(shè)備選擇上要選擇質(zhì)量相對(duì)可靠的生產(chǎn)廠家設(shè)備，同時(shí)要認(rèn)真對(duì)待各類問(wèn)題，確保相關(guān)生產(chǎn)廠商有產(chǎn)品的售后服務(wù)體系。其次在對(duì)船舶自動(dòng)化設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中需要人員具備一定的專業(yè)性以及知識(shí)理論充實(shí)性，充分保障船舶電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)安全進(jìn)行。

2.2 安全性設(shè)計(jì)

在船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)展開(kāi)設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中還需要重點(diǎn)考慮的因素就是安全因素，需要在設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中將船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)與安全性緊密結(jié)合起來(lái)，避免發(fā)生危害事故，例如在船舶電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中需要充分考慮到電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，盡可能防止出現(xiàn)電源誤插情況，導(dǎo)致對(duì)電氣設(shè)備造成一定的損害，為工作人員的安全埋下隱患，另外從另一方面角度進(jìn)行分析考慮，還需要為一些相對(duì)特殊的電氣自動(dòng)化設(shè)備套上安全接地外殼，有效避免設(shè)備帶電情況發(fā)生，另外船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)在安全性基礎(chǔ)上需要調(diào)整智能化監(jiān)控報(bào)警裝置設(shè)置，確保監(jiān)控報(bào)警裝置能夠保障安全，在需要報(bào)警的設(shè)備上加裝檢測(cè)功能，在必要的情況下促進(jìn)其進(jìn)行自檢工作，在檢測(cè)功能的基礎(chǔ)上還可以添加保護(hù)裝置，從而有效做到對(duì)故障問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)檢測(cè)預(yù)警提示，提示針對(duì)危險(xiǎn)做好先一步防護(hù)措施，根據(jù)相對(duì)應(yīng)的功能可操作性，將危害問(wèn)題從根源上去除，例如系統(tǒng)自動(dòng)判定根據(jù)危害情況切除電源或是有故障的線路問(wèn)題，從而進(jìn)一步有效保障系統(tǒng)的安全性。

2.3 可維性設(shè)計(jì)

在針對(duì)相關(guān)船舶電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中需要進(jìn)一步充分考慮的地方還包含可維性設(shè)計(jì)，可維性設(shè)計(jì)是船舶電氣自動(dòng)化技術(shù)未來(lái)發(fā)展的重要關(guān)鍵，在設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中需要從整個(gè)系統(tǒng)的高度上來(lái)開(kāi)展，考慮到相關(guān)電氣設(shè)備安裝以及基座的基本形式，以進(jìn)一步有效保障電氣設(shè)備不會(huì)在未來(lái)出現(xiàn)較大的故障問(wèn)題，另外在出現(xiàn)故障問(wèn)題時(shí)能夠及時(shí)拆解出來(lái)做好相關(guān)維修工作，如若在實(shí)踐過(guò)程當(dāng)中由于安裝問(wèn)題導(dǎo)致設(shè)備不能夠及時(shí)得到有效維修，那么設(shè)備出現(xiàn)故障問(wèn)題就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)某一部分出現(xiàn)停運(yùn)，最終影響到整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中來(lái)，更嚴(yán)重地可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)停止工作，因此除了需要加強(qiáng)與制造廠家的有效溝通聯(lián)系之外，還需要匯總在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，加強(qiáng)與廠家技術(shù)人員的指導(dǎo)交流，有效提高相關(guān)船舶自動(dòng)化設(shè)備的可維性，促進(jìn)船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)具備相對(duì)更強(qiáng)的適應(yīng)性。

3 船舶電氣自動(dòng)化未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)分析及闡述

通過(guò)針對(duì)當(dāng)前船舶電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以及船舶電氣自動(dòng)化在船舶當(dāng)中的應(yīng)用趨勢(shì)，我們可以進(jìn)一步深入得到電氣自動(dòng)化在整個(gè)船舶領(lǐng)域當(dāng)中的進(jìn)一步有效應(yīng)用前景，通過(guò)前景來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)船舶自動(dòng)化發(fā)展方向，需要有效加強(qiáng)船舶電氣自動(dòng)化技術(shù)在船舶領(lǐng)域當(dāng)中的進(jìn)一步應(yīng)用，目前結(jié)合船舶電氣自動(dòng)化發(fā)展技術(shù)應(yīng)用得出大部分都是集中在相關(guān)電站系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、電力推進(jìn)、自動(dòng)化安全保障系統(tǒng)等等方面上，而在電站系統(tǒng)當(dāng)中一般來(lái)說(shuō)船舶電站系統(tǒng)在應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)之后會(huì)進(jìn)一步形成一種CAN 的自動(dòng)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)船舶電氣自動(dòng)化方式特點(diǎn)來(lái)將控制臺(tái)以及發(fā)電機(jī)組、檢測(cè)站臺(tái)等等有效結(jié)合起來(lái)，將這些進(jìn)一步結(jié)合到CAN 自動(dòng)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)總線上來(lái)，同時(shí)按照自動(dòng)檢測(cè)方式實(shí)現(xiàn)功能應(yīng)用，形成目前我們所看到的船舶CAN 電站檢測(cè)控制總成系統(tǒng)，如圖1所示，CAN 電站自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠在一定程度上有效集控制、監(jiān)控、保護(hù)、管理等等于一體，在實(shí)踐過(guò)程當(dāng)中根據(jù)相關(guān)應(yīng)用安裝的位置有所不同，各節(jié)點(diǎn)連接方式也有所不同，但是各處節(jié)點(diǎn)模塊總是會(huì)連接到CAN 總線上，從而進(jìn)一步將其作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一性，有效構(gòu)成電站全自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，另外這一網(wǎng)絡(luò)方式還能夠有效鏈接外部網(wǎng)絡(luò)，從而進(jìn)一步形成整個(gè)船舶的大型數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)控制平臺(tái)。

圖1 船舶電站自動(dòng)控制系統(tǒng)框圖

在CAN 電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中還能通過(guò)加裝相關(guān)通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)總線節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)也可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置相對(duì)獨(dú)立的報(bào)文濾波規(guī)則，進(jìn)一步有效加強(qiáng)總線與各模塊之間的溝通交流，一般來(lái)說(shuō)在CAN 通信系統(tǒng)當(dāng)中按照信息傳遞優(yōu)先級(jí)分為三類，一是針對(duì)相關(guān)控制命令以及保護(hù)參數(shù)整定以及特征參數(shù)調(diào)度等等應(yīng)用的控制調(diào)節(jié)信息，二是周期性地進(jìn)行傳輸?shù)碾娋W(wǎng)、發(fā)電機(jī)組相關(guān)實(shí)時(shí)狀態(tài)、參數(shù)信息等等，三是出現(xiàn)故障問(wèn)題時(shí)對(duì)于信息以及中央系統(tǒng)的保護(hù)、緊急操作指令，一般來(lái)說(shuō)這一操作指令是強(qiáng)制性的，具有最高優(yōu)先級(jí)。

另外在船舶發(fā)電機(jī)的工作狀況上主要是根據(jù)相關(guān)軸帶來(lái)進(jìn)行發(fā)電，但是傳統(tǒng)軸帶發(fā)電效率很低，同時(shí)電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用在很大程度上會(huì)將相關(guān)主軸的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行大幅度提升，從而將相關(guān)轉(zhuǎn)速提升到一個(gè)非?？斓那闆r，而這種情況下還可以采取以晶閘管逆變方式來(lái)有效達(dá)到船舶發(fā)電系統(tǒng)的速度加快的目的，促進(jìn)動(dòng)能的有效提升，自動(dòng)化安全保障系統(tǒng)是船舶應(yīng)用系統(tǒng)當(dāng)中相對(duì)較為重要的保障環(huán)節(jié)，由于船舶電氣自動(dòng)化技術(shù)所涉及的相關(guān)范圍以及領(lǐng)域較為廣闊，因此為了能夠進(jìn)一步有效保障相關(guān)工作人員的安全問(wèn)題，電氣自動(dòng)化需要在應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中有效結(jié)合相關(guān)電磁兼容技術(shù)以及容錯(cuò)技術(shù)等進(jìn)行整合使用，有效保障自動(dòng)化安全系統(tǒng)穩(wěn)定進(jìn)行。

在未來(lái)船舶自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展方向上，需要向以下三方面發(fā)展：

（1）具有全面、系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)功能。在信息技術(shù)的推動(dòng)下，當(dāng)今的船舶電氣設(shè)備實(shí)現(xiàn)了通用化、模塊化和系列化。通過(guò)信息化，船舶電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)操作過(guò)程簡(jiǎn)單方便，轉(zhuǎn)換靈活。這可以使用網(wǎng)絡(luò)軟件來(lái)完成，在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)控功能的同時(shí)，可以輕松實(shí)現(xiàn)全面監(jiān)控。

（2）實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能。隨著數(shù)字技術(shù)和總線技術(shù)的成熟和廣泛應(yīng)用，它已成為一組信號(hào)線，在模塊和組件之間提供非常標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)通道。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可靠性，在控制中采用了冗余結(jié)構(gòu)，高水平的數(shù)字化和自動(dòng)化取代了大量的手工操作，優(yōu)化了機(jī)組的工作環(huán)境，有效提高了工作效率。

（3）多學(xué)科發(fā)展促進(jìn)電力船舶自動(dòng)化的發(fā)展。在技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，跨學(xué)科滲透和交叉應(yīng)用越來(lái)越普遍。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人工智能和模糊技術(shù)得到了進(jìn)一步的發(fā)展，提高了電動(dòng)船舶自動(dòng)化的發(fā)展?jié)摿Γ龠M(jìn)了造船業(yè)和航運(yùn)業(yè)的快速發(fā)展。材料科學(xué)的應(yīng)用和制造技術(shù)的進(jìn)步促進(jìn)了電力船舶自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展。大功率半導(dǎo)體電力電子器件的進(jìn)一步發(fā)展，在材料、理論、機(jī)理、制造技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)等方面都取得了突破性進(jìn)展，正朝著高可靠性和節(jié)能方向發(fā)展。為了進(jìn)一步推動(dòng)電力船舶自動(dòng)化的發(fā)展，可編程控制器和單片機(jī)將成為船舶控制技術(shù)中常用的控制手段?；谟?jì)算機(jī)技術(shù)的船舶監(jiān)控也由集中式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、分散式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和多級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)。新技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了造船業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，在全智能控制、信息技術(shù)監(jiān)測(cè)、全自動(dòng)智能控制、衛(wèi)星通信與導(dǎo)航、GPS、船舶對(duì)岸信息直接交流等自動(dòng)化領(lǐng)域取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著當(dāng)前我國(guó)信息技術(shù)的快速發(fā)展，我國(guó)各行各業(yè)都得到了進(jìn)步，同時(shí)相關(guān)電氣自動(dòng)化水平也在不斷提升，使得電氣自動(dòng)化技術(shù)也逐漸深入應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，船舶工業(yè)也不例外，目前電氣自動(dòng)化設(shè)備在船舶工業(yè)當(dāng)中逐漸得到有效普及，同時(shí)處于不斷發(fā)展的狀態(tài)當(dāng)中，在船舶電氣自動(dòng)化發(fā)展過(guò)程當(dāng)中需要嚴(yán)格對(duì)各項(xiàng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行把控，充分結(jié)合船舶設(shè)計(jì)工作的三大要點(diǎn)，促進(jìn)設(shè)計(jì)人員與應(yīng)用人員的相互交流以及相互促進(jìn)，從船舶日常的使用功能角度入手，對(duì)當(dāng)前電氣自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步創(chuàng)新以及改造，還需要針對(duì)國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)的先進(jìn)技術(shù)加大研發(fā)力度，吸收先進(jìn)部分，將其進(jìn)一步與我國(guó)現(xiàn)實(shí)情況進(jìn)行有效結(jié)合，促進(jìn)我國(guó)船舶業(yè)的穩(wěn)步提升，總的來(lái)說(shuō)，電氣自動(dòng)化技術(shù)在我國(guó)當(dāng)前船舶領(lǐng)域當(dāng)中有著相對(duì)極為廣闊的應(yīng)用前景，因此需要對(duì)電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用狀況進(jìn)行深入分析，加強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用，促進(jìn)我國(guó)船舶領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。