船舶綜合控制系統的設計研究

凃玲英+夏貴林

摘 要：船舶綜合控制系統是保證船舶運行安全性和可靠性的基礎，因此，其設計的要求極高。簡單介紹了船舶綜合系統自動化控制的發展歷程，并分析了目前常用的分布式船舶控制系統的設計方案、應用優勢和應用缺陷，以期為后期的船舶綜合系統控制的設計和研究工作提供參考和借鑒。

關鍵詞：船舶綜合控制系統；自動化控制；分布式控制；系統設計

中圖分類號：U644.8+2 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.04.114

隨著我國經濟的快速發展，物流運輸業對船舶的數量、質量要求均有所提升，這促進了造船行業規模的擴大和造船技術的進步。但就目前我國現有的造船技術來看，其與發達國家的造船技術相比還有較大的差距。比如，我國船舶控制系統采用的技術比較落后，很多環節依靠人工操作，造成船舶中各個控制系統的控制精度較低、控制效果較差，進而導致船舶的在線診斷和維護工作具有一定的局限性。因此，為了滿足經濟發展的需求，需要加強船舶綜合控制系統的設計、研究工作，利用現代化的自動綜合控制技術，實現船舶綜合控制系統的智能化、網絡化、數字化和集成化，從而提高船舶在運行過程中的安全性和可靠性。

1 船舶自動化控制系統的發展歷程

船舶自動化控制是指在船舶的各個設備上安裝自動化裝置，從而使船舶在無人操作的情況下，按照設定好的程序完成自主運行，并保證船舶運行的穩定性。18世紀，自動化調節技術就被運用到了船舶的部分設計中，為此后實現全面的自動化系統控制奠定了良好的基礎；19世紀，船舶的自動化裝置已具備了按照設置順序控制的功能，形成了自動化系統控制的雛形；二戰后，控制理論的迅速發展為船舶自動化控制技術水平的提升奠定了堅實的理論基礎，相關研究人員將自動化控制技術充分地應用到了船舶設計中，實現了對船舶設備的單獨控制和操作；20世紀80年代后，計算機技術的快速發展和廣泛應用，全面推進了智能化、網絡化系統控制技術的發展；目前，船舶主要采用分布式控制系統，實現了對船舶全方位、分散性的管理和控制，縮小了設備故障的影響范圍，提高了船舶運行的安全性和穩定性。

2 船舶綜合控制系統

由于船舶在設計和建造過程中是由多種聯系較為復雜的設備裝置構成的，為了方便后期的控制和管理，需要對不同的設備進行分類控制，從而形成分布式船舶控制系統。該系統的分類依據一般為設備功能和設備間的邏輯關系，具體可分為以下3類。

2.1 綜合船橋控制系統

該主系統由2個子系統組成，分別為綜合導航系統和動態定位系統。綜合導航系統在船舶的整體運行中主要起導航和定位的作用，且可監控船舶上的各個設備，提高了船舶運行的穩定性和安全性。

2.2 機艙控制系統

該系統安裝在船舶的機艙中，起著控制中心的作用，可對船舶的主機、發電機、空壓機等進行全方位控制，并監測機艙設備等。機艙控制系統由主機控制、操舵控制、輔機控制和電站控制四個子系統組成，其通過各個子系統的相互配合完成控制任務。

2.3 損管集控系統

該系統的主要作用是監控船舶設備的運行狀態，并隨時提取儀表上的參數。如果有異常狀況發生，則損管集控系統會自動發出警報，提醒相關工作人員及時處理，避免引發更大的運行故障。該系統由檢測器、傳感器、執行器和集控室的控制器組成的，各個設備之間可傳遞信息。如果某個設備存在問題，則會影響整個系統的正常運行，因此，需要做好日常的維護和檢修工作。由此可見，分布式船舶控制系統在應用過程中具有諸多優勢，比如，其在安裝過程中不需要將船舶中的各個設備都通過信號線連接到主機室中，從而縮短了電纜線的長度，且避免信號在傳遞過程中受到過多的干擾；利用分布式船舶控制系統可有效減少后期維護和檢修的次數，當主系統出現問題時，只需檢查子系統的運行狀態，不需要檢修其他具備獨立性的控制系統，這樣不僅能降低維護成本，還能提高系統運行的穩定性。但在實際應用的過程中，分布式船舶控制系統存在較多缺陷，比如，當系統中的設備數量增多時，會因網絡通信負荷過大而降低控制的靈敏度。因此，該系統對網絡信號的質量和傳輸速度有非常高的要求。

3 分布式船舶控制系統設計的完善措施

為了提高分布式船舶控制系統控制的可靠性，可以采用高速冗余環網作為系統的網絡結構。采用環網結構的網絡在實際運行過程中出現單點網絡中斷的情況時，不會對整個系統的運行造成影響。因此，利用此結構能有效避免因單網發生故障而導致網絡通信中斷的情況，從而提高系統運行的可靠性和穩定性。此外，使用功耗較低的元件設備能減少系統運行的發熱量、減小控制系統的電源負荷，從而有效降低故障發生的概率。此外，從以往的工作實踐中發現，降低控制系統中元氣件工作狀態下的額定值，能提高系統運行的穩定性。

4 結束語

綜上所述，采用分布式控制系統能提高船舶綜合控制系統的控制能力，并能有效降低控制成本和縮小故障的影響范圍。因此，在船舶綜合控制系統的后期設計工作中，可以以分布式系統為設計基礎，并結合實際的控制需求，提高綜合控制系統的控制效率，從而提升船舶運行的安全性和穩定性。

參考文獻

[1]謝坤，夏偉，胡剛義，等.船舶電力綜合控制系統研究與開發[J].機電工程，2015，32（01）：113.

[2]何幼富，鄭少霓.船舶電站綜合控制系統的設計[J].廣州航海學院學報，2015，23（06）：9-10.

[3]郭遠星，施一明，葉瑩.船舶綜合控制系統研究與設計[J].中國造船，2010，51（03）：192.

[4]段素文.關于船舶綜合控制系統研究與設計分析[J].中國水運，2014，14（11）：114-115.