船舶電氣自動(dòng)化控制安全性分析

周旭

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司油田作業(yè)公司，天津 300452）

0 引言

在船舶電氣自動(dòng)化控制安全性領(lǐng)域中，現(xiàn)代船舶電氣自動(dòng)化控制涉及眾多內(nèi)容，主要涵蓋了信息傳輸系統(tǒng)、動(dòng)力裝置控制系統(tǒng)、無(wú)線電控制系統(tǒng)以及動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用能夠?qū)φ麄€(gè)船舶完成自動(dòng)化控制目標(biāo)，大大減輕相關(guān)人員的工作任務(wù)量，并全面提升船舶運(yùn)行管理質(zhì)量和水平。然而，船舶電氣自動(dòng)化技術(shù)在實(shí)踐應(yīng)用過(guò)程中也會(huì)面臨著安全性問(wèn)題，需要相關(guān)研究人員及時(shí)采取對(duì)應(yīng)的控制解決措施，全面提升船舶電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)安全運(yùn)行水平。

1 船舶電氣自動(dòng)化控制發(fā)展概述

1.1 船舶電氣自動(dòng)化綜合發(fā)展

計(jì)算機(jī)信息技術(shù)在現(xiàn)代船舶電氣自動(dòng)化控制中起到了極為重要的作用，在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用輔助下，能夠?qū)崿F(xiàn)將不同電氣控制系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合在一起，并在同一界面上實(shí)現(xiàn)對(duì)全部電子系統(tǒng)進(jìn)行操作控制的目標(biāo)，大大方便了船舶管理人員進(jìn)行日常操作控制。船舶電氣自動(dòng)化控制的設(shè)計(jì)應(yīng)用能夠有效防止發(fā)生各種突發(fā)事故的發(fā)生，并且還可以避免由于傳統(tǒng)人工操作失誤因素導(dǎo)致的不良控制問(wèn)題，最大限度提升現(xiàn)代船舶運(yùn)行過(guò)程中的安全可靠性。

1.2 船舶電子自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋

在傳統(tǒng)船舶運(yùn)行控制管理模式中，船舶的導(dǎo)航運(yùn)行都是基于人工操作各種電器部件進(jìn)行控制的，一旦某個(gè)電器設(shè)備產(chǎn)生故障問(wèn)題，相關(guān)工作人員無(wú)法及時(shí)排查出故障問(wèn)題，這樣一來(lái)就會(huì)容易引發(fā)嚴(yán)重的船舶運(yùn)行事故，造成企業(yè)人員的傷亡和財(cái)產(chǎn)損失現(xiàn)象。泰坦尼克號(hào)巨輪就是因?yàn)闆](méi)有配備先進(jìn)完善的電子自動(dòng)化控制系統(tǒng)，只能夠單一依賴于船舶上自帶的導(dǎo)航運(yùn)行系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)即將要撞上冰山上已經(jīng)為時(shí)已晚，無(wú)法進(jìn)行自動(dòng)化控制，導(dǎo)致該船難事故的發(fā)生。而現(xiàn)代船舶通過(guò)引進(jìn)應(yīng)用電子自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)安全導(dǎo)航路線的設(shè)定操作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)前方是否有障礙物并快速調(diào)整改變航線，從而保障船上人員的生命安全[1]?，F(xiàn)代船舶電子自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)覆蓋還能夠提供海量數(shù)據(jù)信息的采集網(wǎng)絡(luò)，方便人們快速有效操作控制各項(xiàng)運(yùn)行系統(tǒng)，為傳播安全穩(wěn)定運(yùn)行打下扎實(shí)的基礎(chǔ)條件。

2 船舶電氣自動(dòng)化控制安全性問(wèn)題分析

2.1 電磁安全問(wèn)題

要想保障現(xiàn)代船舶電氣自動(dòng)化控制作業(yè)順利的進(jìn)行，就必須合理規(guī)范使用先進(jìn)的電磁技術(shù)。然而船舶電磁安全問(wèn)題會(huì)容易受到傳播實(shí)際運(yùn)行的干擾影響，比如，當(dāng)海上出行的船舶遇到復(fù)雜惡劣的自然天氣情況時(shí)，外界自然因素就會(huì)對(duì)船舶內(nèi)部的電磁系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生不利的干擾影響。與此同時(shí)，由于船舶內(nèi)部空間體積較為有限，各個(gè)電子設(shè)備元件的安裝使用會(huì)處于一種緊密相臨的工作狀態(tài)，這樣就會(huì)增加電子干擾問(wèn)題的發(fā)生概率，導(dǎo)致電磁安全問(wèn)題的出現(xiàn)，影響到整個(gè)船舶的安全穩(wěn)定運(yùn)行。在以往眾多船舶實(shí)踐運(yùn)行中，一旦船舶遭遇到了極為惡劣的天氣情況，那么就會(huì)容易對(duì)整個(gè)船舶電磁系統(tǒng)造成一定的損壞，同時(shí)還會(huì)引發(fā)一系列的電磁干擾問(wèn)題。船舶燃油噴射控制中燃油量型號(hào)與油路控制信號(hào)都是在電氣自動(dòng)化控制功能作用下得以實(shí)現(xiàn)的。如船舶在航行時(shí)遇到了電磁干擾，存在安全隱患，那么就會(huì)導(dǎo)致燃油量型號(hào)與油路控制信號(hào)出現(xiàn)失真情況，進(jìn)而影響到實(shí)際噴油量的準(zhǔn)確率，降低船舶電氣自動(dòng)化控制質(zhì)量效果。

2.2 系統(tǒng)設(shè)備錯(cuò)誤率問(wèn)題

在船舶自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)在于簡(jiǎn)單方便、安全穩(wěn)定，然而該項(xiàng)技術(shù)在應(yīng)用中也會(huì)存在一定的錯(cuò)誤率，其中系統(tǒng)設(shè)備的錯(cuò)誤率有著難以逆轉(zhuǎn)與改變的情況，通常會(huì)出現(xiàn)于電氣設(shè)備安裝與運(yùn)行環(huán)節(jié)中。雖然當(dāng)前我國(guó)在船舶加工制造中對(duì)于各項(xiàng)電氣設(shè)備的安裝應(yīng)用具有較高的安全性，即使電氣設(shè)備在工作中出現(xiàn)故障也能夠提前在設(shè)備調(diào)試時(shí)得到確認(rèn)和解決，但是隨著這些電氣設(shè)備使用周期的不斷延長(zhǎng)，也會(huì)導(dǎo)致電氣自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備錯(cuò)誤率的上升[2]。由此可見(jiàn)，船舶電氣自動(dòng)化控制的設(shè)備故障是難以完全避免的，需要有關(guān)部門安排專業(yè)檢修維護(hù)人員定期開(kāi)展對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的檢查養(yǎng)護(hù)工作。一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在安全隱患問(wèn)題，就必須及時(shí)采取有效控制解決措施，避免由于船舶電氣自動(dòng)化控制安全性的錯(cuò)誤影響到整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，造成企業(yè)不必要的經(jīng)濟(jì)效益損失。

2.3 控制線路單一問(wèn)題

易于操作是現(xiàn)代船舶電氣自動(dòng)化控制中最為顯著的特征之一，相關(guān)操作人員還需通過(guò)船舶駕駛艙內(nèi)部的總操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整個(gè)操作過(guò)程。然而，當(dāng)船舶電氣自動(dòng)化總操作系統(tǒng)中存在一些功能或者具體元器件發(fā)生故障問(wèn)題時(shí)，那么就會(huì)致使電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)無(wú)法正常穩(wěn)定運(yùn)行，使各項(xiàng)電氣設(shè)備進(jìn)入一種沒(méi)有目標(biāo)的工作狀態(tài)。除此之外，相關(guān)管理人員要正確認(rèn)識(shí)到電氣自動(dòng)化總操作系統(tǒng)一旦發(fā)生錯(cuò)誤故障問(wèn)題，其所帶來(lái)的影響危害是無(wú)法有效逆轉(zhuǎn)的。當(dāng)前我國(guó)船舶電氣自動(dòng)化控制中還存在著線路較為單一的問(wèn)題，這樣會(huì)容易引發(fā)后續(xù)的斷路、短路等情況，造成船舶電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)出現(xiàn)運(yùn)行故障[3]。因而，相關(guān)工作人員要想提升電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，就必須科學(xué)規(guī)范改善控制線路的布線方式，合理增加雙通道冗余功能，假如某一線路存在故障，還可以為系統(tǒng)提供其他備用線路進(jìn)行安全穩(wěn)定傳輸操作指令信號(hào)。

3 船舶電氣自動(dòng)化控制安全性問(wèn)題解決措施

3.1 創(chuàng)新運(yùn)用抗電磁干擾技術(shù)

在現(xiàn)代船舶電氣自動(dòng)化控制管理過(guò)程中，電磁干擾問(wèn)題是一種客觀存在的物理現(xiàn)象，當(dāng)該現(xiàn)象發(fā)生于船舶電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)時(shí)，就會(huì)容易造成電氣設(shè)備出現(xiàn)運(yùn)行性能降低、電子元器件損壞等問(wèn)題，嚴(yán)重情況下還會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的控制信號(hào)，導(dǎo)致船舶電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)無(wú)法安全穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)此，為了最大限度提升船舶電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的安全運(yùn)行水平，減少電磁輻射對(duì)線路的干擾，相關(guān)技術(shù)人員需要充分發(fā)揮出先進(jìn)抗電磁干擾技術(shù)的作用?？闺姶鸥蓴_技術(shù)在船舶電氣自動(dòng)化控制中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)內(nèi)容：①濾波技術(shù)。濾波實(shí)質(zhì)是指信號(hào)中特定波段頻率濾除的操作，能夠科學(xué)有效抑制和防止電磁干擾。濾波分為了兩種，一種是經(jīng)典濾波，一種現(xiàn)代濾波。相關(guān)技術(shù)人員需要根據(jù)船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行頻率，有針對(duì)性選擇濾波進(jìn)行抑制電磁干擾信號(hào)。②接地技術(shù)。接地技術(shù)實(shí)質(zhì)是指在系統(tǒng)與某個(gè)電位基準(zhǔn)之間建立低電阻通路，其能夠幫助人們有效提升系統(tǒng)穩(wěn)定性、電磁兼容性，起到良好的干擾信號(hào)屏蔽保護(hù)性作用，同時(shí)還可以保護(hù)人們的生命安全與財(cái)產(chǎn)安全。在船舶電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，相關(guān)技術(shù)人員通常運(yùn)用的是串接電阻接地、阻隔環(huán)路接地。③屏蔽接地。屏蔽接地實(shí)質(zhì)是指在屏蔽體與地活著干擾源的金屬殼體之間展開(kāi)良好的電氣連接，其中最常運(yùn)用的是靜電屏蔽與交變電場(chǎng)屏蔽[4]。通過(guò)將屏蔽接地技術(shù)合理規(guī)范應(yīng)用在船舶電氣自動(dòng)化控制管理中，能夠幫助相關(guān)工作人員有效解決電磁干擾問(wèn)題，基于切斷輻射干擾路徑，促使杜絕外界電磁對(duì)船舶自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行的信號(hào)源產(chǎn)生干擾，從而保障系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定的持續(xù)運(yùn)行。

3.2 提升系統(tǒng)設(shè)備元器件容錯(cuò)能力

針對(duì)船舶電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)備錯(cuò)誤率問(wèn)題，相關(guān)工作人員需要注重提升它們的容錯(cuò)能力，導(dǎo)致如出現(xiàn)故障可容忍錯(cuò)誤。此時(shí)，相關(guān)工作人員需要科學(xué)高效運(yùn)用到優(yōu)化容錯(cuò)技術(shù)，當(dāng)系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)故障問(wèn)題時(shí)，該技術(shù)能夠自動(dòng)對(duì)其展開(kāi)分析判斷，并及時(shí)發(fā)出警報(bào)聲，啟動(dòng)備用裝置，而出現(xiàn)故障的電氣裝備裝置則會(huì)停止運(yùn)行?；趦?yōu)化容錯(cuò)技術(shù)的應(yīng)用輔助下，能夠幫助工作人員及時(shí)檢測(cè)獲取到目標(biāo)設(shè)備的故障發(fā)生具體原因，從而根據(jù)實(shí)際情況采取相對(duì)應(yīng)的控制解決措施，避免系統(tǒng)設(shè)備在發(fā)生故障時(shí)還在持續(xù)影響，威脅到員工的生命安全和企業(yè)財(cái)產(chǎn)安全。以船舶發(fā)電機(jī)組設(shè)備故障為例，電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的處理形式體現(xiàn)在以下兩點(diǎn)內(nèi)容：①優(yōu)化容錯(cuò)技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，能夠保障船舶電站安全持續(xù)為電網(wǎng)提供高質(zhì)量的電力，避免系統(tǒng)停止運(yùn)行，影響到船舶行駛的安全性。②當(dāng)發(fā)電機(jī)冷卻系統(tǒng)發(fā)生安全故障問(wèn)題時(shí)，其會(huì)主動(dòng)發(fā)出高溫警報(bào)，而備用機(jī)組則會(huì)投入啟動(dòng)使用，并有效接收故障機(jī)組的負(fù)荷，這樣一來(lái)能夠?yàn)闄z修維護(hù)人員爭(zhēng)取更多的工作時(shí)間。

3.3 優(yōu)化改善控制網(wǎng)絡(luò)布線方式

相對(duì)于陸地電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)而言，船舶電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的線路設(shè)置存在著結(jié)構(gòu)單一的明顯問(wèn)題，而線路單一會(huì)容易引發(fā)線路短路、斷路以及接觸不良等情況，導(dǎo)致船舶電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)在工作中存在安全隱患。對(duì)此，相關(guān)工作人員要想全面提升船舶電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性，就必須科學(xué)優(yōu)化改善電氣自動(dòng)化控制線路的布線方式，結(jié)合實(shí)際需求情況合理增加雙通道冗余功能，這樣即便是某條線路發(fā)生安全故障問(wèn)題，也不會(huì)影響到其他備用線路進(jìn)行正常作業(yè)。值得注意的是，相關(guān)工作人員需要根據(jù)實(shí)際情況合理采用不同的控制網(wǎng)絡(luò)布線方式[5]。比如，對(duì)于超過(guò)100m 的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行布線，相關(guān)工作人員需要科學(xué)規(guī)范使用單模光纖網(wǎng)絡(luò)布線方式，這樣能夠最大限度提升網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊的安全可靠性，保障系統(tǒng)信號(hào)能夠快速穩(wěn)定地傳播。對(duì)于數(shù)據(jù)傳播工作，則可以合理運(yùn)用光纖銅線分布式布線，亦或者是CTA6 及以上規(guī)格的以太網(wǎng)絡(luò)布線。

3.4 科學(xué)完善數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸介質(zhì)

伴隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展，原始數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代數(shù)據(jù)信息傳輸工作發(fā)展要求，當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)主要包括了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、光纖、紅外、微波等，不同的數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)會(huì)有著不同的數(shù)據(jù)傳輸能力，相關(guān)工作人員需要結(jié)合傳播電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的運(yùn)行要求，合理選擇應(yīng)用各種數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸介質(zhì)，以此來(lái)達(dá)到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)高效穩(wěn)定傳輸、成本控制在能夠承受范圍內(nèi)的工作目的。比如，在信號(hào)控制電纜設(shè)計(jì)過(guò)程中，相關(guān)工作人員要認(rèn)識(shí)到電力電纜選用的重要性，為了能夠有效隔離屏蔽電磁干擾，需要采用鎧裝保護(hù)方式。在選擇自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)控制電纜方面，則要針對(duì)信號(hào)強(qiáng)弱的實(shí)際情況，來(lái)選擇獨(dú)立或公用的屏蔽電纜，或者為了能夠最大限度發(fā)揮出電纜屏蔽效應(yīng)，可以綜合采用這兩種屏蔽電纜。

3.5 大力推進(jìn)智能化進(jìn)程

在如今競(jìng)爭(zhēng)積累的全球市場(chǎng)發(fā)展環(huán)境下，我國(guó)船舶行業(yè)要想提升自身的全球競(jìng)爭(zhēng)力，就必須注重大力推進(jìn)船舶制造加工的智能化發(fā)展進(jìn)程，合理引進(jìn)應(yīng)用各類先進(jìn)技術(shù)，全面提升船舶電氣自動(dòng)化控制水平。比如，船舶企業(yè)可以通過(guò)合理采用CPS 技術(shù)，充分發(fā)揮出該項(xiàng)技術(shù)在船舶智能化發(fā)展的促進(jìn)作用。CPS 全稱信息物理系統(tǒng)，其作為一個(gè)綜合計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)以及物理環(huán)境的復(fù)位復(fù)雜系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模工程系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)化控制、實(shí)時(shí)感知以及全方位信息服務(wù)，具有極為廣泛和重要的應(yīng)用前景。通過(guò)將該項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用在船舶電氣自動(dòng)化控制領(lǐng)域中，能夠賦予系統(tǒng)防御性修復(fù)、檢測(cè)預(yù)防以及系統(tǒng)復(fù)原等功能，從而大大提升船舶自動(dòng)化控制操作系統(tǒng)的安全可靠性。在CPS 技術(shù)應(yīng)用輔助下，其能夠有效檢測(cè)到船舶在行駛過(guò)程中是否存在著任何障礙物，及時(shí)調(diào)整改變行駛路線，讓船舶進(jìn)行障礙物躲避，防止發(fā)生行駛安全事故。除此之外，CPS 技術(shù)還具備了較好的優(yōu)化容錯(cuò)功能，即便是電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)備產(chǎn)生錯(cuò)誤時(shí)，系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行也能夠得到安全可靠保障。相關(guān)工作人員通過(guò)構(gòu)建出先進(jìn)完善的CPS 系統(tǒng)模型，還可以完成對(duì)船舶行駛過(guò)程中各種突發(fā)情況的自動(dòng)化分析處理工作，結(jié)合實(shí)際問(wèn)題采取對(duì)應(yīng)的解決措施，并將相關(guān)處理結(jié)果傳輸至工作人員，這樣無(wú)疑能夠最大限度提升實(shí)際問(wèn)題的解決工作效率。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)電子自動(dòng)化控制中的各項(xiàng)安全性問(wèn)題，相關(guān)工作人員需要及時(shí)采取有效的解決措施，且判斷船舶電氣自動(dòng)化的使用可靠性，保障船舶能夠正常穩(wěn)定工作。船舶電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中線路設(shè)計(jì)、電磁設(shè)備、容錯(cuò)系統(tǒng)等均與船舶電氣自動(dòng)化控制有著緊密的關(guān)系。基于此，相關(guān)工作人員要綜合采用先進(jìn)的技術(shù)，提高對(duì)這些問(wèn)題的解決質(zhì)量和效率，有效消除掉任何存在的安全隱患，充分保障船舶運(yùn)行的安全可靠性。