船舶機艙自動化發展研究

陳慶隆

摘 要：本文概述了船舶機艙自動化發展的歷程和現狀，指出了船舶機艙無人值班所具有的優勢，對船舶機艙自動化體系進行了深入分析。

關鍵詞：船舶機艙；發展；無人值班

中圖分類號：U664.82l 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）06-0077-02

1 船舶機艙自動化發展歷程與現狀

隨著自動化技術在陸用上的發展，船舶自動化技術也逐漸取得了長足的進步。截止20世紀五十年代末，船舶上已開始廣泛采用反饋控制技術，這為機艙運行參數的自動化控制打下了堅實的基礎。到20世紀六十年代中期，第一個無人機艙誕生了。在六十年代末，伴隨著計算機應用水平的不斷提升，船舶機艙自動化技術取得了質的飛躍。在此之后，以計算機科學技術不斷革新為基礎的船舶機艙自動化技術進入了飛速發展的階段。目前，可以將船舶機艙自動化技術的發展大致劃分為三大階段。在第一個階段，船舶內主要是依靠單臺計算機實現集中控制的。在這個階段計算機監控系統的可靠性還相對較差，并且造價高昂。更嚴重的是，如果計算機出現了故障，很有可能系統會完全癱瘓。在第二個階段，為了避免單臺計算機管理過于集中的問題，開始采用多臺計算機進行分散管理。在這個階段，不同的計算機開始對船舶機艙不同的局部系統分別進行監控，這使得監控系統的可靠性得到了大幅度的提升。至今為止，我國大部分的船舶機艙監控依然采用了這種方式。隨著網絡技術的興起，船舶機艙自動化技術逐步進入了第三階段，在這個階段網絡控制成為了船舶機艙控制管理的主要特征。在網絡技術的帶領下，分散系統控制存在的信息交流困難、消息互換不便的現象得以緩解。通過網絡將分散系統信息連為一體，使得集中型控制方式與分散性控制方式的優點得以延續，這給現代船舶機艙的自動化管理帶來了許多便捷性。

2 周期無人值班應滿足的條件

（1）駕駛室控制站應滿足船級社規范要求和退審圖紙要求（參照SOLAS）：①在包括操縱的所有航海情況下，螺旋槳的轉速、推力方向，如適用時，螺旋槳的螺距應完全由駕駛室控制；②對于每一獨立螺旋槳，連同所有相關的自動執行機構，以及必要時包括的防止推進裝置超負荷的裝置，其遙控應由一個單一的控制裝置來執行；③主推進裝置應備有能在駕駛室緊急停機的裝置，該裝置應獨立于駕駛室控制系統。

（2）來自駕駛室的推進裝置指令，應在主機控制室或適當的推進裝置控制位置顯示出來。

（3）推進裝置的遙控在同一時間只能在一處進行；在這些地點允許互連控制位置。在每一控制地點應有一個指示器以指明哪個控制地點正在控制推進裝置。駕駛室和機器處所之間控制轉換，應只能在主要機器處所或主機控制室進行。此系統應包含由一個到另一個控制地點轉換時防止推力發生顯著變更的裝置。

（4）對于安全操作船舶所必需的所有機器，即使自動或遙控系統的任何部分發生故障，也應能就地進行控制。

（5）自動遙控系統的設計應使其發生故障時能發出報警。除非主管機關認為不可行，否則預定的螺旋槳轉速和推力方向應一直保持直到進行就地控制為止。

（6）駕駛室應安裝指示器，以指示：①固定螺距螺旋槳轉速和轉動方向；②可調螺距螺旋槳轉速和螺距位置。

（7）連續自動起動的失敗次數應加以限制，以確保有足夠的起動空氣壓力。應設有報警裝置，以指示仍然能進行推進裝置起動操作的最低起動空氣壓力。

3 中央控制站應滿足的條件

中央控制站應臨近推進機械處所，至少兩條盡量遠離的通道，并在限制界面提供不易碎的可視玻璃。中央控制室的布置應滿足以下功能：

（1）有效的對推進處所進行監測和操作；

（2）提供推進系統遙控控制設備；

（3）提供推進機械處所監測系統（如主機、鍋爐，輔機和其它系統等），監控系統采用計算機作為監測系統，應提供兩臺帶鼠標、鍵盤的計算機作為顯示，除非有其他的替代顯示設備；

（4）提供有效的自動和手動功能：如1.備用泵等設備故障自啟動功能2.發電機故障自啟動3.推進設備故障自動停車/自動降負荷等；

（5）控制、監測、安全系統應至少由兩路獨立電源供電，一路為主電源，一路為應急電源，當電源發生故障問題時應能在監測系統上顯示。

4 輪機員處所在不良狀態下的監測功能

（1）在輪機員公共處所應至少提供一個監測站。并在每個高級輪機員房間提供監控裝置。監控裝置應具有以下三點功能：1）監測推進機器處所火災報警，火災報警應單獨顯示，聲音應與其它的報警聲音能分開。報警面板上的火災報警欄不能被切換。2）監測推進機械處所高液位報警。3）監測設備安全報警。（2）每個輪機員房間應提供有效的聲力電話。報警系統的消音只能在機艙控制室消音，但允許在輪機員公共處所和輪機員報警面板消除綜合報警和艙底水系統報警，但相關視覺信號不應消除。如果在一個設定的周期內沒有人到機艙控制室復位，輪機員報警將重新啟動。

5 提供一個快速反應的控制站

在機艙外圍提供一個消防控制室，消防控制室與相鄰的艙室或機械處所及門的布置應滿足相對應的防火分隔要求（如A60，A15等），消防控制室的遙控布置應滿足以下要求：

（1）提供應急切斷機艙風機的裝置；（2）提供應急切斷機艙燃油輸送泵、燃油單元等類似的燃油裝置；（3）提供應急切斷鍋爐鼓風機，內燃機和焚燒爐等；（4）提供燃油速閉閥裝置操作系統；（5）提供電動百葉窗遙控裝置（如機械處所天窗，煙囪，通風風閘和其它類似開口）；（6）關閉推進處所水密和防火門；（7）應急發電機沒有自啟動功能，應提供遙控啟動應急發電機裝置；（8）提供應急消防泵遙控啟動裝置及對應的所必須的遙控閥裝置；（9）提供熱油裝置系統循環泵停止功能；（10）機械處所滅火控制裝置。

6 船舶無人機艙消防滅火

（1）火災系統：①火災系統控制板應安裝在駕駛室；②推進機械處所應提供固定火災探測和報警系統，系統故障應能連接到機艙監測系統；③火災手動控制按鈕應安裝在中央控制站/駕駛室/通往機械處所的走道位置。

（2）手提式滅火器：除推進機械處所正常布置的滅火器外，還應提供足夠的備用滅火器放在消防控制室容易看得到的地方或在機艙入口處所，并提供相應的標識。

7 其它相關要求

（1）艙底液位系統：①推進機械處所應提供足夠的艙底污水井，應提供兩個獨立的探測污水井液位系統。報警應連接到機艙監測系統；②當艙底泵在高液位時自動啟動，如果過于頻繁啟動應能有報警顯示。自動啟動指示和頻繁報警應能在機艙監測顯示。

（2）燃油系統布置：①燃油日用柜和沉淀柜液位低應有報警并延伸至機艙監測，和低位自動啟泵加油及高位自動停泵功能；②燃油溢流艙應設高位報警并延伸至機艙監測；③燃油艙提供加熱系統，應提供加熱溫度高報警。

（3）無人機艙操作要求：無人機艙功能應能滿足自動，檢測，遙控控制機艙至少24小時。

（4）電腦設計要求：用作控制、監測和安全系統的電腦應滿足船級社要求，系統的故障分析應滿足要求，功能應至少滿足以下要求：①系統軟件應有保護功能；②電源失電后應能自動保存相關參數；③系統軟件和硬件應設計成具有系統失電重新啟動后能夠恢復自動控制和監測的能力；④不正常的報警應能自動被監測；⑤電源電壓故障或短路應能自動被監測，單個電腦故障不應影響系統的功能；⑥主推進裝置相關系統應能在故障時迅速被監測，時間不宜超過2秒；⑦電纜系統應具備自身故障分析記錄功能；⑧單個部件故障不能影響其它部件，不影響系統的操作和服務；⑨系統應能連續記錄，在故障報警時應能在機艙監測和駕駛臺顯示；⑩系統內部元件的設計和布局，要便于維修和維護，充分考慮安全、連接方便和標識清晰。

8 發展展望與思考

盡管最近幾年我國的船舶機艙自動化呈現出迅速發展的趨勢，然而就技術而言，其仍然和國際先進技術存在較大的差距。在船舶機艙自動化技術方面，我國相關產品的商品化程度、結構的硬件模塊化程度以及工藝的完善程度都有所欠缺。所以，我國還需要大力推進相關產品的商品化進程，不斷完善與強化系統設計的模塊化，進一步促進單元模塊向系列化發展。

參考文獻

[1]周劍敏，王捷.基于AIS的港口智能船舶動態視頻監控系統研究[J].浙江海運職業技術學院學報，2009，5（1）：1-3.

[2]李光正，宋新剛，徐瑜.基于工業 4.0 的智能船舶系統探討[J].船舶工程，2015，（11）：58-60.