海洋工程船舶電氣數字化技術及發展趨勢探究

陳耀輝

海洋石油工程（青島）有限公司 山東青島 266520

隨著近幾年我國船舶事業的發展非常迅速，再加上電氣自動化技術突飛猛進的發展，使得船舶與電氣在自動化技術相結合，再這樣的情況下我國船舶領域的發展也是越來越好。在此基礎上我們國家還積極的向國外的一些國家學習先進的技術以求將本國電氣自動化技術進行完善。這樣做的目的技術幫助我國船舶事業更好的發展下去。但是隨著技術不斷的發展，在船舶電氣設備等一些方面還是存在著很多的問題，而這些問題是值得需要我們去解決的其中最為重要的就是在設備故障方面的一些問題，因為這些問題對船舶的行駛以及日后的發展有著非常重要的作用。因此，根據這些情況要對船舶設備進行養護和維修的工作，這樣可以確保船舶電氣自動化在世界上占據著領先的位置，同時還可以更好的發展下去。

1 海洋船舶電氣工程系統應用要點

1.1 智能電力推進系統

傳統的電力推進系統在應對現代工程船舶越來越大的噸位和越來越多的用途時顯得力不從心，因此需要先進的電力推進系統來滿足工程船舶對動力推進的要求，因此電力推進系統也是工程船舶電力工程的重要組成部分，該系統由船舶布置、推進、機電配置的要求進行設計，包含柴油發電系統、變頻調速系統和計算機自動控制系統，通過自動化控制系統可以根據船舶所需的動力進行智能調配，帶動驅動和控制設備的運轉。電力推進系統在于優秀的可操縱性，尤其是在長期低速的情況下的動力定位要求[1]。由于工程船舶具有大功率的電力系統，因此當無負荷的情況下可以用大功率電站作為供電系統作為動力來源，從而實現低速移位。智能電力推進系統是由無線傳感網絡、遠程監控系統和執行模塊構成的。整個系統由數個終端和路由構成的節點，然后在設置由協調器控制的執行模塊，構建一個樹形拓撲結構無線傳感網絡。協調器可以根據傳感器接受環境數據進行顯示，并且可以選擇顯示哪一塊區域的傳感器的信號，同時可以將數據處理之后通過DTU傳輸到PC控制系統，遠程通信監控可以將信號和數據庫中的信息進行比對，計算出合適的推進力和推進時間，將計算出的數據通過無線傳輸系統發送到協調器指揮執行模塊。而執行模塊則根據系統的命令進行智能化執行。該系統價值體現在能夠自主合理的分配動力系統，能夠有效地節省工程船舶的能源消耗，節約工程船舶的運營成本，為提高經濟性做出一定的貢獻。

1.2 動力定位系統

工程船舶上的動力定位系統是僅靠推進器的推理作用使得工程船舶能夠自動保持位置，該系統的價值在于保障工程船舶的工作穩定性，減少由于外界環境的干擾產生的位移。在現實中，工程船舶的使用環境是在水流中，受到海上風浪、風力、水流等影響，容易產生移動，而工程船舶在工作時需要保持位置的穩定性，因此需要先進的DP系統來完成這個任務。DP系統可以通過設置在船身周圍的傳感器和收集到的周邊風速、風向、水流等情況，通過計算機的智能化處理調整船舶上各個不同推進器的推理大小和方向，從而保持工程船舶本身的穩定性，使得工程船舶的作業不受其他環境因素的影響。DP系統有幾個分級，比如0級、1級、2級和3級，按照工程船舶對該系統的不同要求選擇合適的等級，其中3級是最高級別，擁有的功能是最完善的，裝備3個自動定位和航向保持的動力定位系統。

1.3 科學敷設電纜

（1）冷藏室電纜需要采用明線敷設方法，其余的電裝件也要采取明安裝方案。（2）如果電纜要穿過冷藏室隔熱層絕緣體時，此時要將電纜敷設在金屬管當中，并且使用水密填料封堵管道兩端。（3）艙室的電纜如果采用明線敷設方法，需要采用滯燃塑料槽保護線纜。（4）船艙、天花板等外露位置的電纜，很容易受到客觀因素遭到破壞或腐蝕，所以要采用外部隔離裝置或溝槽給予保護。（5）明敷電纜必須要鋪設整齊，并且不會阻礙通道。（6）電纜要避免安裝在有易燃易爆、腐蝕性強的空間內，如氧氣間、油漆間、蓄電池室等。對于查明電纜要采用金屬管防護，并且要做好金屬管的密封工作。（7）電纜不得穿越油艙，否則會提升安全風險，如果是特殊情況必須要穿越油艙，可以采用無縫隙管進行穿越敷設，但要確保管子和艙壁焊接足夠緊密，還需要進行防腐操作。（8）電纜敷設如果需要進行彎折操作，則要預留一定的曲率，曲率半徑要大于線纜直徑的6倍。如果采用束線纜敷設方案，則選擇的最大線纜外徑可以作為彎曲參數。（9）無線室內不得出現不存在關系的線纜，如果一定要穿過無線室或輻射在無線室內，則需要采用金屬管道防護，保證安全接地[2]。

1.4 海上遇險安全技術

海工船舶在全球海域進行工程作業，可能會遇到各種各樣的風險，其中，氣象風險以及暗礁、海底結構物風險尤為突出，氣象風險不可控，可能隨時發生，而暗礁及海底結構物一般是潛藏在海底的，也不易發現，這些對于船舶的安全作業具有較大的威脅。目前針對海工船舶的海上遇險安全技術研究正在深入開展，對于提升船舶海上施工的安全性具有一定的作用，在進行海上遇險安全技術研究前，船舶海上運行主要的安全保護措施是通過值班室報務員接收和發出求救信號，再進行相應措施實施，這種安全技術一般是在危險發生后才開始實施的，安全救護滯后，效率較低。而海上遇險安全技術主要是通過衛星通訊向相應區域進行相應航情的及時傳達，讓船舶及時了解運行中遇到的風險，掌握現在的風險信息等，這樣就能有效對于風險進行規避，提升海上施工安全性。

1.5 全球定位系統

海工船舶的作業中，全球定位系統對于船舶的定位能夠發揮有效作用。全球定位系統能夠對于地面設備信號進行接收和傳達，能夠使用空間衛星，進行地面監控，為船舶提供全天的定位導航信息，這種定位系統的保密性較好，成本也不高，是目前主要的海上定位設備。全球定位技術的應用，還能為海上救援提供準確的船舶定位，在船舶遭遇安全威脅和行駛故障的情況下，船舶向相關的站點或指揮中心傳遞求救信息號，其中就包含了對于自身的準確定位信息，讓救援能夠精準達到，對于提升救援的準確性，節省救援時間都具有積極作用。

2 船舶電氣數字化、智能化發展趨勢

2.1 系統監控綜合化

因為目前電氣設備已經具備了較強的功能，同時在船舶中獲得了大量的運用，能夠實現更加靈活的資源配置。伴隨計算機技術的不斷發展，逐漸達到了人機接觸外表的設計標準，操作相對靈活，主菜單創建、操作便利，分類圖片的轉型與運行是非常靈活的，能夠通過相應的軟件針對各種功能進行選擇，經過屏幕按鈕可以直接選擇。然而，按照性能需求不同的船舶在新時期的先進程度要求，然而單一的運用程序必然會逐漸轉向于綜合監測系統，由于運用了整體監督的方式，能夠形成雙重又或是多重冗余，其對于加強整個系統又或是船舶自身的可靠性有著非常重要的促進作用[3]。

2.2 系統網絡化

工業生產可以達到自動化生產目標最為重要的緣由之一便是總線技術與數字化技術的運用，然而總線技術的運用，達到了各種信號線間的集成，為模塊與模塊之間、設備與模塊之間的通信創造了標準化的信號通道。現場總線技術是一類雙向的數字通信技術，能夠運用于現場設備連接、模塊與控制裝置連接。現階段的現場總線技術大都運用雙層網絡架構，第一層大多運用于收集數據和傳送網，而第二層則是控制網，控制網往往運用冗余結構，以加強整個系統的可靠性。為了提升其安全性，分散風險，系統能夠劃分成大量的子網，例如推進系統網、電力監控系統網以及消防系統網等等，系統的網絡化設定，不但能夠達到各個子系統間的功能集合，同時還能夠使得分布式系統在數據收集與控制平臺相互融合，并且還具備極強的主動性。如果系統控制平臺當中的部分設備破損，必然會對其它設備的運行造成影響，設備冗余又或是網絡冗余、不間斷后備電源，在一定程度上加強了系統的生存能力。各個網絡系統的整體優勢便是運用高層次與數字化的自動化技術以代替最初的人工操作，推動船舶制造業又好又快的發展。

2.3 海洋工程數字化技術

海洋工程作業尤其是深水海洋工程作業，具有高技術、高風險和高成本的特點，將數字仿真技術應用于海洋工程船舶施工的方案論證、設計分析、生產制造、試驗維護、人員訓練等領域，可以極大地降低海上施工作業風險，提高海上作業效率。基于海洋環境水力動力學建模與實時解算技術、海洋工程裝備運動建模、分布式實時仿真、虛擬現實仿真等關鍵技術，海洋工程領域數字化技術可以得到更高效、更安全的應用。

3 結語

在船舶的電氣技術中，包含了很多自動化、智能化的技術應用，對于提升船舶整體性能具有一定的作用。目前的船舶電氣自動化、數字化和智能化技術，有很多還在進一步研究和發展中。若結合海洋工程施工中遇到的問題和短板，積極研究、探索開展數字化解決方案，將更好地推動海洋工程領域數字化轉型的研究和實踐工作。