探析數字控制技術在船舶電氣系統的應用

嚴成麟（金海重工股份有限公司,浙江 舟山 316200）

探析數字控制技術在船舶電氣系統的應用

嚴成麟
（金海重工股份有限公司,浙江 舟山 316200）

摘 要：隨著科學技術的進步，在船舶電氣系統中，自動化程度越來越高，數字控制技術的引入滿足了這種要求。數字技術取代了傳統的經典控制技術，并因為電子技術的迅猛發展，實現了數字電子技術的跨越式的發展，提高了電氣系統的整體性能，從而提升船舶整體的自動化水平。本文主要介紹了數字控制技術在船舶電氣系統中具體應用和優點，希望能夠推動數字控制技術的發展。

關鍵詞：數字控制技術;船舶電氣;電子技術

1 數字控制技術簡介

數字控制技術簡單來說就是利用數字信息化系統對外界機械等設備實行控制，主要有4部分組成，分別是監控部分、控制部分、中央處理部分以及執行部位。中央處理部分是整個設備的核心，是系統的大腦，對輸入端以及檢測端傳來的信息進行處理，從而實現對執行部位的控制。整個系統可以自動化運行，也可以手動進行，方便操控的同時，提高安全指數。數字控制技術是控制理論及電子技術緊密結合而出現的新型控制技術，這種技術代替了人工控制，實現了電腦控制機械工作。一方面電腦控制能夠進行精密加工，誤差較小，另一方面，電腦控制可以節約大量的人力資源，從而降低成本。

2 船舶電氣系統的組成

船舶電氣系統主要由如下部分構成，船舶電源裝置，船舶配電裝置，船舶電力網，負載等。船舶電源裝置是將機械能電能轉化為電能的裝置，船舶的電源裝置主要指發電機、蓄電池。

船舶配電裝置，對電源即發電機發出的電能、電力網和電力負載進行保護，分配，轉換，控制和檢測的裝置。根據供電范圍和對象的不同可分為主配電板、應急配電板、動力分配電板、照明分配電板和蓄電池充放電板等。船舶電力網，是全船電纜電線的總稱 ，作用是將各種電源與負載按一定關系連接起來。根據其所接負載的性質，可分為動力電網、低壓電網、照明電網、應急電網和小應急電網等。 負載 :用電設備， 按系統可分為以下幾類：（1）動力裝置用輔機如滑油泵、海水冷卻泵、淡水泵、鼓風機等；（2）甲板機械錨機、絞纜機、舵機、起貨機、舷梯機和起艇機等；（3）艙室輔機生活用水泵、消防泵、艙底泵以及為輔鍋爐服務的輔機等；（4）機修機械 車床、鉆床、電焊機和盤車機等。

3 數字控制技術在船舶電氣系統的具體應用分析

3.1 一次電源應用分析

一次電源，顧名思義就是能量轉換裝置，將其他形式的能量轉換成電能，指原動機和發電機等。一次電源通常比較不穩定，可通過一個閉環自動控制系統進行調節，能夠降低電壓和電流的波動造成的影響。在經典的模擬控制技術中，主要是利用反饋技術，通過反饋的信息來調節電流以及電壓，這種技術中需要電壓、頻率等參數進行采樣，由于采樣信息變化速度快，而且因周圍環境的干擾能力等因素，受到很大的制約。數字控制技術的引入解決了這一難題，數字控制技術對電氣參數及時通過傳感器輸送到中央處理器，經過處理并實現自動調節，這樣避免了干擾和時間延遲。傳統的技術是基于線性控制理論基礎上的，但一次電源工作不穩定常常會出現其他的非線性的情況而基于數字控制技術的處理器能夠對不同的情況做出精確的判斷，從而提高了一次電源的穩定性，保證了船舶電網和設備的安全性。

3.2 二次電源應用分析

二次電源主要是針對于不同的電子設備，實現電壓的轉換，不同的設備工作電壓不同，相對于一次電源而言要復雜得多。電網的質量直接決定了船舶的性能，在軍用艦船中，甚至直接決定了戰艦的生存能力，在民用船舶中先進的電子設備能夠提高船舶的抗災能力，導航系統、氣象檢測系統，都很大程度上減少了事故的發生。數字控制技術的應用，為電子設備提供了穩定可靠的電力支持。數控技術的高效性能夠短時間內實現電能變換，提高了能源了利用率，對于船舶這種獨立電源系統來說很重要。同時數字控制技術的引入提高了二次電源的穩定性，將傳統的多單元控制轉換成單一單元控制，提高了集成度，提高了設備的穩定性。數字控制技術能夠提高電氣系統的自動化程度，減少了人工環節，提高了工作效率和人員利用率，數字控制技術能夠提高船舶的智能化水平，還能夠降低電磁干擾，提高電磁兼容性。電磁兼容能力在電氣系統中占有重要地位，是衡量電氣系統先進程度的指標。電子設備如果受到很大的電磁干擾不僅會出現錯誤的判斷，對于設備的壽命也會產生嚴重的影響，嚴重的還會導致設備損壞。電源開關是產生電磁干擾的主要原因，數字控制技術通過計算器控制，是在全程通電的過程中實現的控制，電路的開關并不是傳統的手動開關，而是模擬電路控制，不會產生電磁干擾，這就有效的緩解了電磁干擾帶來的弊端。

3.3 船舶輔助設備應用分析

船舶的輔助設備主要是外部的設備，包括泵類，這種負載是通過電動機，將電能轉換成機械能。數字控制技術在這方面的應用主要是控制變頻調節技術，既能節約能源，提高利用率，又能對設備進行保護，是這方面的主要研究點。隨著科學技術的不斷提高，變頻技術發展很快，變頻技術還能減輕電網的負擔，對于電站的穩定性有一定的積極作用。船舶輔助設備消耗的功率大，相應的無用功率也比較多，這些功率的損耗主要是發熱，這大大降低了電能的傳輸效率，增加了電站的負荷，同時也使電網受損。變頻技術能夠通過控制器及時調節發動機的轉速，降低無用功率，從而實現整體的提升。同時變頻技術應用于船舶電力推進以及側推等推進設備，實現對船舶速度的精準控制。

4 結語

科技的進步帶來的是各個行業新的發展，數字控制技術應用于船舶電氣系統后，解決了困擾電氣控制的諸多難題。在電氣系統的一次電源、二次電源和輔助設備中，數字控制系統起著十分重要的作用。數字控制技術作為信息時代的產物，是高科技的標志，在船舶電氣系統中的發展前景十分廣闊，對這方面的研究符合時代的需求，對于船舶新技術的發展有重要意義。

參考文獻：

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作者簡介：嚴成麟，男，上海人，研究方向：船舶電氣專業。