船舶電氣自動化系統的可靠性保障技術探討

凃玲英 夏貴林

（1.湖北工業大學電氣與電子工程學院 湖北武漢 430068 2.湖北工業大學電氣與電子工程學院2013級研究生 湖北武漢 430068）

船舶電氣自動化系統的可靠性保障技術探討

凃玲英1夏貴林2

（1.湖北工業大學電氣與電子工程學院 湖北武漢 430068 2.湖北工業大學電氣與電子工程學院2013級研究生 湖北武漢 430068）

船舶綜合控制系統的應用是保證船舶運行可靠性的重要基礎，因此，船舶電氣自動化系統的設計要求比較高。本文首先簡單介紹了船舶自動化控制系統的發展歷程，然后對船舶電氣自動化系統的可靠性保障技術進行了詳細探究，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。

船舶；電氣自動化系統；可靠性保障技術

1 引言

影響船舶電氣自動化系統的因素有很多種，包括船體結構設計形式、船舶運行安全性等等。船舶電氣自動化系統的保障技術對于提高船舶運行穩定性具有十分重要的作用，能夠有效減少船舶故障發生幾率，從而提高整個電氣自動化系統的可靠性。

2 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。

3 船舶電氣自動化技術的難點

3.1 電磁安全性較低

電磁技術是船舶電氣自動化技術實施的前提，然而電磁安全問題卻很容易在船舶運行時受到干擾。船舶的運行大多是在海面上，如果出現極端天氣，就會對船舶的整體電磁系統造成嚴重的電磁干擾，破壞船舶的運行可靠性。與此同時，船舶內部空間往往比較小，很多電子元件設備的安裝較為緊密，這些都會導致電子干擾問題發生的概率不斷增加。

3.2 控制線路單一

船舶電氣自動化設備的操作方式比較簡單，而且往往能夠通過駕駛艙內的總操作系統進行操作。但是，如果總操控系統出現問題，則會導致整個船舶的電氣設備失去操控；如果總操縱系統的線路出現故障或者操作失誤，則也會對船舶造成嚴重的危害；如果船舶的控制線路單一，則如果某一個設備出現故障，則必須關閉整個系統，這就會導致船舶失去整個設備的操作力和控制力。這些問題都會導致船舶自動化系統的可靠性較低，甚至會引發嚴重的故障和危害。

3.3 系統設備錯誤率高

在實際應用中，船舶電氣自動化技術能夠有效提高船舶運行的穩定性和可靠性，但是其不可避免的也會出現一定的容錯概率，而且這一概率是無法逆轉和發生改變的。通常情況下，容錯概率出現在電氣設備的安裝和運行過程中。電氣設備的制造和安裝幾乎不可能做到百分百的安全和穩定，在電氣設備的實際運行過程中，很難避免出現問題或者產生一定的錯誤率，隨著設備使用時間的增長，錯誤的發生幾率也會不斷增加。這類設備故障和錯誤率是很難避免的，只能夠通過后期的維護和保養盡量降低故障和錯誤的發生幾率。一旦出現錯誤，整個電子系統將直接崩潰。

4 保障船舶電氣自動化系統技術

4.1 電力推進技術

簡單的來說，船舶電力推進裝置是由以下幾個部分所組成的：原動機、發電機、電動機、控制調節設備，具體的結構形式如圖1所示。

圖1 船舶電力推進裝置結構如圖

由于受到傳統觀點的影響，電力推進技術往往只是被廣泛應用于小型船舶中，但是，近年來，科學技術發展迅速，電力推進技術也逐漸被應用于大型船舶中，而且通過應用實踐研究，其對整體的推動系統能夠起到十分重要的作用?，F階段，大部分船舶電力推進系統的動力來源都是采用高速或中速柴油機以及少數燃氣輪機。根據動力來源的不同，可以將電力推進系統進行細分，具體可以分為兩種，即柴油機式電力推進系統和燃氣輪機式電力推進系統；根據電動機布置形式的不同，又可以分為吊艙式和機艙式兩種；根據電源形式的不同，可以將其劃分為直流傳動和交流傳動兩種。在傳動技術發展中，交流傳動技術與直流傳動技術相比，發展速度更快，因此已經基本取代了直流傳動技術，主要原因在于交流傳動系統的穩定性更好。在交流電力推進過程中，對調速系統進行合理選型至關重要?，F階段，變頻調速系統的應用前景最為廣闊，其兼具具有較高的效率高、寬調速范圍以及高精度等特點，現在又以采用交流變頻器的調速系統發展最快，并且已經被廣泛應用于船舶電力推進系統中。

4.2 機艙自動監測報警技術

在船舶自動化系統中，機艙自動監測報警系統是十分重要的組成部分，通過機艙自動監測報警系統，能夠高效準確的對運行設備的相關數據進行記錄、顯示與自動報警以及在線監測。通過機艙自動監測報警技術，不僅能夠有效減少值班的輪機員的工作量，而且還能夠保障船舶電氣自動化系統的運行可靠性。為了更好的適應船舶綜合自動化要求，在未來的發展中，機艙自動監測報警系統的改進方向為：

（1）自動化綜合系統的應用，通過這一系統，能夠及時發現故障，并排除故障，兼具故障的預報以及診斷等功能，有利于減少故障的發生幾率，對于保障系統運行穩定性至關重要。

（2）加強對DCS自動監測系統的開發。對監測系統收集的數據情報進行統一高效的管理，而且不僅能夠在微機控制系統中顯示報警，而且還能夠有效控制各個設備的運行穩定性，如圖2所示，為三層微機網絡構成。主站設置在控制室，具有顯示界面和打印等功能；通訊站主要負責將分站監測的信息傳遞給主站；各個分站之間的監測任務是獨立的，沒有關聯，因此，系統需要將計算機技術和通訊技術進行有效結合。

圖2 DCS自動監測系統圖

4.3 電磁干擾技術

（1）隔離變壓器。根據研究分析，交流電源是影響船舶電氣自動化系統可靠性的關鍵，通過使用電氣設備隔離變壓器，能夠有效改善這一干擾獨立。將強電和弱電進行分隔，也有利于減少干擾。船舶的電源通過交流變壓器，能夠有效的過濾掉高頻信號，并且為自控裝置提供獨立電源，隔離干擾能力較強。

（2）改變傳輸介質。在船舶電氣自動化系統控制過程中，主要是采用遙控系統來進行控制的，船舶的控制系統輸入部分主要在駕駛室，船舶的機艙是系統的接收部分，信號傳輸線較長，因此電磁干擾還會進一步干擾傳輸線信號。對此，在船舶系統的信號傳輸過程中，傳輸介質被改變，信號被屏蔽干擾，電磁信號的干擾也會被屏蔽。

4.4 電磁容錯技術

電磁容錯技術指的是系統對于故障的處理能力。在船舶的運行過程中，一旦系統發生故障，通過電磁容錯技術就能夠及時的對故障進行預判，并且自動設置一系列保護措施，將控制系統和執行系統斷開，自動化隔離系統指令。如果系統已經發生故障，系統也能夠根據故障的形式采取不同的應對措施，保障系統的安全穩定性能。

4.5 電磁兼容保障技術

船舶的空間比較小，因此，船舶電氣設備的安裝空間也比較小，電氣設備的工作環境比較惡劣。在船舶的實際運行過程中，如果在船舶內開啟或關閉電氣設備，則很容易受到電磁的干擾，這就會影響船舶的正常運行。除此以外，絕大多數船舶都是在海綿上運行的，如果天氣情況比較極端，則船舶的電磁系統也會受到嚴重的破壞，進而產生電磁干擾現象。因此，必須利用電磁兼容保障技術，有效改善船舶電氣系統的抗干擾能力，進而保證電氣設備的正常運行。船舶電磁干擾的形成需要三要素的支持，分別為干擾源、傳輸媒介以及靈敏的接受模塊。因此，電磁兼容保障技術需要破壞這三要素中的某一要素，即能夠使得船舶電氣設備免受電磁的干擾。另外，元器件在電磁兼容技術中也是十分關鍵的，合理選用元器件有利于降低對電磁干擾信號的敏感程度。因此，在電磁兼容技術的元器件的選擇過程中，應該充分考慮以下兩點：①電氣干擾源的信號電平必須超過船舶電氣規定的范圍；②電氣設備可以響應干擾源的主要信號頻率。由此可見，數字集成電路的電壓越高，船舶電氣設備的抗干擾能力就相應的越強。

5 結語

綜上所述，船舶電氣自動化系統的可靠性保障技術對船舶的安全穩定工作能夠起到十分關鍵的作用。因此，在具體使用所有這些保障技術之前，必須要重視有關的檢驗和測試工作，及時找出薄弱環節，并進行具體的分析和研究，提出更好地解決措施，這樣才能夠保證船舶電氣自動化系統的可靠性。

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