船舶電氣自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定性保障機制研究

趙承志，戎 鈺

船舶電氣自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定性保障機制研究

趙承志1，戎 鈺2

（1. 招商局金陵鼎衡船舶（揚州）有限公司，江蘇揚州 225000；2. 江海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇揚州 225000）

船舶電氣設(shè)備往往所處的環(huán)境較差，因此常常會受到各種干擾因素的影響，導(dǎo)致其各種故障問題的持續(xù)發(fā)生。對此，本文首先對船舶電氣自動化系統(tǒng)的特征進行了分析；其次，又對其穩(wěn)定性影響因素進行了探析；最后對其穩(wěn)定性保障機制進行了研究，以此來為有關(guān)工作從業(yè)者提供參考與借鑒。

船舶 電氣自動化系統(tǒng) 穩(wěn)定性保障機制

0 引言

在船舶運行過程中，其電氣設(shè)備往往會受到很多干擾因素的影響，尤其在電氣自動化系統(tǒng)的應(yīng)用之下。如果不能對這些干擾因素進行有效的控制，就會給電氣自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生很大的影響，究竟該如何促進其穩(wěn)定性的提高，降低干擾因素的影響，正是本文的寫作目的所在。

1 船舶電氣自動化系統(tǒng)的特征

隨著科學(xué)技術(shù)迅速的發(fā)展，船舶技術(shù)出現(xiàn)了很大的突破，從而使得當(dāng)前船舶通信工具出現(xiàn)了很大的改變，船舶電氣自動化系統(tǒng)也因此而得到了非?？斓陌l(fā)展。比如，基本上能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)信息的自動化處理，并且還能及時地做出相應(yīng)的緊急處理措施。就目前來看，船舶電子自動化系統(tǒng)主要有以下三大特征：

1.1 網(wǎng)絡(luò)化

在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)快速發(fā)展的情況之下，總線技術(shù)與計算機技術(shù)已經(jīng)逐漸結(jié)合在了一起，這就為船舶電氣自動化的實現(xiàn)提供了相應(yīng)的技術(shù)基礎(chǔ)，并使其具備十分明顯的網(wǎng)絡(luò)化特征。在總線技術(shù)的應(yīng)用之下，能夠?qū)崿F(xiàn)對不同信號線的有機整合，而通過整合起來的信號則能為其有關(guān)的部件提供信號通信。因此，在如今船舶電氣自動化系統(tǒng)當(dāng)中，能夠借助于雙層網(wǎng)的作用，對船舶系統(tǒng)進行更為有效的控制。所謂“雙層網(wǎng)”，分別指的是控制網(wǎng)與數(shù)據(jù)采集網(wǎng)，這兩者的整合應(yīng)用能夠在很大程度上提升船舶電氣系統(tǒng)的運行可靠性以及穩(wěn)定性?？偟膩碚f，在當(dāng)前船舶電氣自動化系統(tǒng)的作用之下，控制網(wǎng)常常采取的是冗余結(jié)構(gòu)，所以也就使得船舶電氣自動化系統(tǒng)形成了分布式的系統(tǒng)，這樣就能為其整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行打下堅實的基礎(chǔ)[1]。

1.2 電子信息化

由于信息通訊技術(shù)的快速發(fā)展，才使得當(dāng)前計算機操作就能實現(xiàn)對整個機械設(shè)備的控制，并且在信息傳遞的速度以及可視化方面也有很大的發(fā)展，這些都促進了其船舶自動化系統(tǒng)操作的流暢性以及可控性的提高。并且，在整個自動化系統(tǒng)不斷完善的過程中，逐漸對原有的工序進行了簡化，避免了很多重復(fù)且復(fù)雜的操作，從而促進了其自動化程度的不斷提高。

1.3 綜合化

如今電子信息技術(shù)在很多領(lǐng)域內(nèi)都得到了十分廣泛而深入的應(yīng)用，并且隨著未來的不斷發(fā)展，電氣設(shè)備的電子化技術(shù)以及組塊式都會得到更好的發(fā)展，從而促進船舶電氣自動化系統(tǒng)的不斷完善。并且在這種電子化趨勢的影響之下，傳統(tǒng)電子自動化系統(tǒng)還會逐漸向多樣性、全面性方向進行發(fā)展，使其整個工作效率變得更高，工作工程也會變得更為簡潔。比如，在計算機信息系統(tǒng)的應(yīng)用之下，工作人員只需要通過簡單的信息化操作，就能完成對整個系統(tǒng)的控制，從而使船舶的操作變得更加簡單。并且，借助于信息化的系統(tǒng)，還能使整個船舶電氣系統(tǒng)的操作變得更為安全，工作人員往往只需要對電子屏幕上的按鈕進行操作，就能實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制，而這就為其綜合化的發(fā)展提供了更為有利的保障[2]。

2 影響船舶電氣自動化系統(tǒng)穩(wěn)定性的因素

船舶所行駛的區(qū)域其自然環(huán)境往往比較復(fù)雜，會受到外界很多干擾因素的影響，除了溫度與濕度的自然因素影響外，電磁波會給電氣設(shè)備的穩(wěn)定運行常常會造成很大的影響。同時，設(shè)備內(nèi)部元器件的質(zhì)量同樣也是一個非常大的干擾因素。因此，想要確保船舶電氣自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定性，需要對多種因素進行綜合的分析與管理，下面是對其影響因素的具體敘述：

2.1 氣候環(huán)境

船舶自動化系統(tǒng)應(yīng)用過程中，會受到一些外界環(huán)境因素的影響，其中當(dāng)屬氣候環(huán)境的影響較大。從氣候環(huán)境的影響因素來看，包括有溫度、濕度、氣壓等，而對電氣設(shè)備產(chǎn)生主要影響的因素往往是溫度。一旦所處的溫度較高，電氣設(shè)備的溫升過度，就會使整個系統(tǒng)的正常運行受到影響，其設(shè)備的整體性能也會因此而逐漸下降，嚴(yán)重的甚至還可能導(dǎo)致內(nèi)部元件出現(xiàn)損壞，阻礙其系統(tǒng)的正常運行。

2.2 機械因素

在船舶運行過程中，其電氣設(shè)備往往會受到一些外力的影響，比如沖擊力、震動力、以及離心力等，進而導(dǎo)致其參數(shù)出現(xiàn)改變，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破壞，一些構(gòu)件出現(xiàn)損壞等，從而對整個電氣自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成十分嚴(yán)重的影響。

2.3 電磁干擾

在自動化系統(tǒng)運行過程中，其周邊環(huán)境電磁波會對電氣設(shè)備的內(nèi)部以及外部都產(chǎn)生干擾，比如會造成設(shè)備運行的噪音變得更大，對其運行的穩(wěn)定性造成影響，嚴(yán)重的甚至?xí)苯訜o法正常進行工作。除此之外，技術(shù)人員還可能在進行操作時出現(xiàn)一些失誤，或者是維護與保養(yǎng)工作開展不到位的情況，這些也會對整個電氣自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成很大的影響。

2.4 元器件的質(zhì)量

當(dāng)前電氣設(shè)備的元器件生產(chǎn)廠家也越來越多，元器件質(zhì)量上往往會存在著很大的差別。尤其對于一些生產(chǎn)規(guī)模較小的企業(yè)來說，由于技術(shù)力量、資金力量較為薄弱，在質(zhì)量管理方面也存在著一定的問題，從而導(dǎo)致在對零部件進行檢查時常常會出現(xiàn)漏洞，或者檢查不仔細的情況。并且相應(yīng)的市場秩序也比較混亂，低價競爭的現(xiàn)象依然存在，從而導(dǎo)致其產(chǎn)品價格雖然得到了不斷地下降，但是元器件地質(zhì)量卻越來越低，從而導(dǎo)致在使用壽命以及性能上很可能存在著問題，進而對電氣自動化系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性造成很大的影響[3]。

3 船舶電氣自動化系統(tǒng)穩(wěn)定性的保障機制

所謂船舶電氣自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定性，實際上就是指在一定的時間范圍與空間范圍內(nèi)，船舶的電氣自動化系統(tǒng)能夠始終保持穩(wěn)定的運行，而這也是船舶得到安全運行的重要保障。保障船舶電氣自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定性，除了對于船舶的正常行駛有著積極的影響以外，對于其裝卸環(huán)節(jié)、操作環(huán)節(jié)、以及管理環(huán)節(jié)都能帶來十分重要的作用，而這也是我國船舶可持續(xù)發(fā)展的保障。下面是對船舶電氣自動化系統(tǒng)穩(wěn)定性的保障機制的具體敘述：

3.1 容錯技術(shù)

船舶電氣自動化系統(tǒng)往往在運行時不可避免地會發(fā)生一些故障，而無論是控制網(wǎng)的系統(tǒng)故障還是檢測網(wǎng)的系統(tǒng)故障，都會對整個電氣自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定運行造成影響。為了確保船舶電氣自動化系統(tǒng)得到安全且穩(wěn)定的運行，需要在其系統(tǒng)中應(yīng)用容錯技術(shù)，這樣即便出現(xiàn)了一些小的故障，也不會對整個系統(tǒng)的有序運行造成太大的影響。

通過對容錯技術(shù)的應(yīng)用，能夠在檢測系統(tǒng)故障方面發(fā)揮出很大的作用，比如能夠?qū)收系奈恢眠M行精準(zhǔn)的定位，并且還能對其故障的類型進行自動的識別，并采取一些自動化隔離的措施，這樣就能避免整個自動化系統(tǒng)因為故障而引起系統(tǒng)安全性降低的現(xiàn)象，并且對于故障的及時排除與維修也能發(fā)揮出積極的作用與效果。同時，在對整個船舶電氣自動化系統(tǒng)進行故障控制與分析時，借助于容錯技術(shù)還能實現(xiàn)根據(jù)故障的類型而采取相應(yīng)的處理措施，這樣就能增強整個電氣自動化系統(tǒng)的可靠性，減少故障對其運行所造成的影響。

3.2 電力推進技術(shù)

電力推進技術(shù)的應(yīng)用也能在很大程度上促進船舶電氣自動化系統(tǒng)穩(wěn)定性的不斷提高，就目前的應(yīng)用情況來看，這種技術(shù)往往分為兩類，一類是CCV—交流無換向器電動機，另一類則是LCI—直流無換向器電動機。這兩種技術(shù)能夠同時應(yīng)用到電氣自動化系統(tǒng)之中。

3.3 電磁干擾技術(shù)

如上文所說，在電氣設(shè)備運行過程中往往會受到一些電磁波的干擾，從而對整個系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。所以在對電子自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行維護的過程中，還需要積極采用電磁干擾技術(shù)，并借助于隔離變壓器來發(fā)揮作用。通常來說，交流電源往往是影響船舶電氣自動化系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要干擾源。因此，在對船舶電氣設(shè)備采取抗干擾措施的過程中，需要采用隔離變壓器，這樣就能完成對電氣設(shè)備的獨立供電，即將船舶的強電裝置與系統(tǒng)的供電裝置相隔離開來，從而有效減少電流的隔離干擾[4]。并且通過交流變壓器的應(yīng)用，還能對電源信號進行過濾，以此來將電源進行干擾隔離。

3.4 儲備冗余處理

儲備冗余處理之所以對于船舶電氣自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著積極的影響，主要是因為它能夠增加系統(tǒng)內(nèi)的并聯(lián)單元，從而為整個系統(tǒng)提供更為穩(wěn)定的運行。比如，選取三臺性能一致的機組進行并聯(lián)，那么就能在很大程度上提升其運行的穩(wěn)定性。而在這一過程中，不同的機組在運行時也是獨立進行工作的，但是又相互配合，這樣一來，也能促進整個電氣自動化系統(tǒng)安全性的提高。

3.5 電磁兼容技術(shù)

船舶在水面上停泊，會受到天氣以及氣候環(huán)境的影響，進而產(chǎn)生一些電磁污染的問題出現(xiàn)。為了有效解決這一問題，需要通過采用電磁兼容技術(shù)來提高整個船舶電氣設(shè)備的電磁抵御能力，為此，就需要確保整個船舶各項裝置、設(shè)備的質(zhì)量，并加強對設(shè)計環(huán)節(jié)的控制。具體來說，需要滿足以下條件：

1）出現(xiàn)了干擾源

2）存在有傳輸介質(zhì)

3）存在敏感的接受單元

因此，想要達到上述這些條件，就需要選擇正確的元器件，尤其是需要重點關(guān)注控制干擾信號敏感的元件。

3.6 隔離變壓器技術(shù)

如上文所說，對于船舶電氣自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定運行來說，其最大的干擾因素就是交流電源。所以就需要通過一些有效的改造措施，對電氣設(shè)備的變壓器進行隔離，使其能夠獨自提供電能。或者還可以將供電設(shè)備與強電設(shè)備進行隔離，這樣就能減少干擾。并且，通過交流變壓器還能更為高效地對一些高頻信息進行過濾，從而對干擾進行有效的排除[5]。

3.7 RC吸收技術(shù)

在船舶電氣系統(tǒng)自動化發(fā)展過程中，想要實現(xiàn)其自動化的屬性，往往需要關(guān)系到不同類型的電氣裝置，比如繼電器、接觸器等，但是這些裝置非常容易產(chǎn)生電磁干擾的現(xiàn)象。因此，為了更為有效地解決這一問題，維護系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，就需要加強對RC吸收設(shè)備的應(yīng)用。因為這一技術(shù)在使用過程中十分穩(wěn)定，不會出現(xiàn)因為電壓的變化而產(chǎn)生不穩(wěn)定的情況，這樣就能對電磁干擾現(xiàn)象進行有效的解決。

4 結(jié)語

綜上所述，在如今信息化時代背景下，電子自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定對于我國船舶事業(yè)的發(fā)展十分重要。對此，需要通過容錯技術(shù)的應(yīng)用、電磁干擾技術(shù)的應(yīng)用、電力推進技術(shù)的應(yīng)用來促進其系統(tǒng)穩(wěn)定性的不斷提高。同時，還需要通過對不同技術(shù)的組合應(yīng)用來為其電力自動化系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提供更為可靠的保障，從而促進我國船舶技術(shù)的不斷發(fā)展。

[1] 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: 下半月, 2018, 18(1): 2.

[2] 錢益. 電氣自動化控制設(shè)備的穩(wěn)定性分析[J]. 數(shù)字化用戶, 2017, (004): 46.

[3] 趙丹丹, 李艷鵬, 施明星.船舶電氣自動化系統(tǒng)穩(wěn)定性的保障技術(shù)研究[J]. 建筑工程技術(shù)與設(shè)計, 2017, 000(019): 4106-4106.

[4] 翟樹宏, 朱凱. 淺談船舶電氣自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定性保障技術(shù)[J].大科技, 2018, (032): 275.

[5] 徐業(yè)會. 基于船舶電氣自動化系統(tǒng)穩(wěn)定性的保障技術(shù)[J]. 工程技術(shù)(文摘版)·建筑: 00225.

Study on stability guarantee mechanism of marine electrical automation system

Zhao Chengzhi1, Rong Yu2

（China Merchants Jinling Shipyard(Yangzhou) Dingheng Co., Ltd, Yangzhou 225000, Jiangsu, China；Jianghai Polytechnic College, Yangzhou 225000, Jiangsu, China）

U665

A

1003-4862（2022）08-0068-04

2022-01-12

趙承志(1981-)，男，工程師。研究方向：船泊自動化。E-mail：836386430@qq.com