船舶輪機自動化技術分析及教學研究

李聚保（廣州航海學院,廣州 510725）

船舶輪機自動化技術分析及教學研究

李聚保
（廣州航海學院,廣州 510725）

摘 要：隨著科技的發展和節能減排需要，船舶輪機自動化產品的技術含量不斷提高，要不斷研究和分析行業內技術的發展方向，緊緊抓住行業需求，開展教學研究，努力培養合格人才。

關鍵詞：輪機自動化；高技術；教學研究

1 輪機自動化技術分析

輪機自動化技術是一種結合控制理論、儀器儀表、計算機和其他信息技術，對輪機各個生產過程實現檢測、控制、優化、調度、管理和決策的綜合性高技術，包括自動化軟件、硬件和系統三大部分。

在船上，常規配置的船舶輪機自動化主要有：主推進裝置自動化系統；柴油發電機及電站自動化系統；疏水/壓載閥控系統；燃/滑油輸送閥控系統；冷藏、空調、通風、鍋爐自動化系統；焚燒爐、艙底水、生活污水、油凈化器等環保設備自動化系統；自動減搖鰭/減搖水艙系統；探火、浸水報警、消防滅火等損害管制系統；甲板機械自動化系統；全船監測報警系統；海水制淡系統；艏側向推進裝置遙控系統。油船還有易燃易爆氣體探測系統、惰性保護氣體發生器系統、液貨閥控系統、原油洗艙系統等。集裝箱船還有冷藏集裝箱控制監測系統等。

電子控制技術推動柴油機向電控發動機方向發展，已逐步取代了普通機械式柴油機。世界上主要的船舶柴油機研發企業都在努力發展高壓共軌電控柴油機和雙燃料電控柴油機。在柴油機電控系統上，高速傳感器技術能實時獲取運行數據信息，現場總線能安全即時通信，高速處理器技術能高效處理信息，高速電磁閥能實現精確的燃油噴射控制等。電控技術能在更大范圍內實現對運行工況的最優化控制，使柴油機性能得到大幅度提高。在雙燃料柴油機上，還有另外一套LNG燃料儲存和噴射控制系統，此機型電控系統功能更加復雜。基于以上電控柴油機，相應的設備廠商也重新設計和推出了最新的主推進裝置自動化系統和柴油發電機系統。

基于現場總線技術的全船監控系統功能更集中和高效。它是全分布式的串行雙向的通信系統，減少了專用I/O 裝置和控制站，系統控制功能在網絡內徹底分散，在各個智能控制節點實現，故障節點自動脫離總線，降低成本和提高可靠性，克服了傳統多層多級控制系統的弊端。在全船監控系統中，完全可以集成柴油發電機系統監控、電站監控、壓載水系統、側向推進裝置遙控系統、機艙監測報警系統、船舶燃油監控系統等等。

世界經濟增長減緩和常規船舶市場趨于飽和，造船市場有效需求不足導致需求結構出現明顯變化，高技術船舶和海洋工程裝備的需求比較多。隨著船舶電氣化水平的不斷提高，海洋平臺、海洋工程船舶和許多新建大型船舶的總裝機容量已最高至上百兆瓦，大多都采用中壓配電系統，效果良好。隨著電力電子技術和大功率交流電機變頻調速技術不斷進步，基于晶閘管整流/逆變方案和IGBT器件方案實現的船舶電力推進技術取得突破性發展，半潛船、豪華郵輪、破冰船、渡輪等很多新造船舶采用了電力推進系統。當然，高技術船舶和海洋工程裝備還有其他獨特的高技術作業系統，輪機自動化控制系統經歷了氣動儀表控制系統、電動單元組合式模擬儀表控制系統、集中式數字控制系統和集散式控制系統DCS的發展歷程。現如今輪機自動化系統產品一般可分成下列幾類：分布式控制系統（DCS）；嵌入式計算機及OEM產品，包括PID調節器及控制器；可編程序控制器（PLC）；工業PC機；現場總線控制系統（FCS）等。

2 輪機自動化教學研究

目前，隨著我國船舶設備制造、船舶建造和修理行業的發展，船舶電氣、機艙自動化系統等細分行業中的船舶配套設備加工商為更好滿足客戶的需求，不斷加大技術研發投入，提高自己的綜合能力，開始向系統集成商轉變。對于船舶上輪機管理人員，根據11規則，輪機自動化是海船管理級輪機員、操作級輪機員、船舶電子電氣員適任證書考試的評估考試科目。船舶企業對這類技術專業人才的需要，給輪機自動化專業的人才培養提供了良好的發展機遇。

現有的輪機自動化教材，對于前面基礎內容講解略簡單，不能跟后面具體的復雜設備和系統緊緊的聯系起來，且后面設備和系統的講解傾向于氣動系統等傳統的自動化技術，對于基于現場總線的主機遙控和全船監控等系統側重于功能概述，實例技術細節分析較少。學好輪機自動化，很需要其它學科的功底，不然很難理解設計人員的設計思想和具體技術實施方案。現今，構成輪機自動化系統的軟、硬件可分為如下幾類，自動化設備，傳動設備，儀器儀表與測量設備，自動化軟件，計算機硬件，通信網絡。這就要求教師和學生在輪機自動化的教學和學習活動中，不斷的結合其它專業知識去分析和理解輪機自動化設備的原理和系統知識。

教學手段過于依賴PPT圖片和黑板粉筆等機械解說式，“嬌生慣養”的很多大學生第一次在圖片里看到實物，無法去想象實際設備運行狀態，只能被動接受抽象空洞的運動控制原理和電路邏輯關系。而因為學校客觀發展的原因，學校的實驗條件和實踐項目的設計不完善，實驗室設備老舊，不重視實驗室學時，走馬觀花式企業參觀實踐流于形式。在課堂對學生講解理論的同時，也更應該重視動手實踐活動。一方面，要設計一些電子電路實驗，單片機和PLC電氣實驗，現場總線實驗等實驗課程。另一方面，通過輪機模擬器教學加深學生理解和提高動手能力，組織到學校實物機艙觀摩，也要設計一些企業參觀課程，使得學生能有更多機會在工廠親眼看到輪機自動化設備的制造、安裝和運行，增加興趣。

3 總結

科技水平推動輪機自動化技術不斷進步，對從業人員的素質也要求越來越高。為了滿足行業要求，必須深入開展課程輪機自動化教學研究，精心設計課程教學知識點，擴展教學內容，不斷改進教學方法、完善教學設施，提高教學質量。

參考文獻

[1]王春芳,葉偉強.輪機自動化[M].大連海事大學出版社,2011.

[2]王宗濤,李修強.輪機自動化課程的分解式教學方法[J].船海工程,2014,43(1):112-113

基金項目：廣州航海學院青年創新人才項目（C140309）

作者簡介：李聚保（1985-），男，河南南陽人，碩士研究生，主要從事船用電控柴油機方面的研究。