船舶電氣自動化系統的保障技術研究

鐘軍杰 汪錦飄

摘要：船舶電氣自動化系統的保障技術主要是指在特定時間與處所自身功能的有效發揮，相關人員應采取相應措施降低系統故障發生概率?；诖?，本文就船舶電氣自動化系統使用特點出發，闡述船舶電氣自動化系統的發展現狀，重點對船舶電氣自動化保障技術進行分析，包括電磁干擾技術、電力推進技術、容錯控制技術以及儲備冗余處理技術，以供參考。

Abstract： The support technology of marine electrical automation system mainly refers to the full play of its own functions at a specific time and place. Relevant personnel should take corresponding measures to reduce the probability of system failure. Based on this， starting from the use characteristics of ship electrical automation system， this paper expounds the development status of ship electrical automation system， and focuses on the analysis of ship electrical automation support technology. It includes electromagnetic interference technology， electric propulsion technology， fault-tolerant control technology and reserve redundancy processing technology for reference.

關鍵詞：船舶;保障技術;電氣自動化系統

Key words： ship;support technology;electrical automation system

中圖分類號：U661.39 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）07-0078-02

0 ?引言

現階段，船舶電氣自動化系統得到廣泛應用，采取正確的措施保障促使該系統的穩定對船舶安全運行存在關鍵意義。應采取科學合理的保障技術最大限度地減少系統故障的可能性，進而促使船舶運營更加安全可靠，提升該系統的穩定性和安全性能夠進一步保障船舶電氣化系統的持續發展。

1 ?船舶電氣自動化系統使用特點

電氣自動化系統可最大程度地保障船舶安全運行。船舶電氣自動化主要是將原本的船舶主機、輔機、安全保護系統以及貨物維護系統等比較分散的設備儀表數據整合到一個或者幾個顯示器上進行集中呈現，該系統的主要目的就是保障船舶的安全運行、降低船舶工作人員的勞動強度、保護設備（貨物）和船員的安全[1]。隨著科學技術的不斷發展，船舶電氣自動化系統已經融入信息技術、電子技術以及網絡計算機設備。近期現場總線和數字化等相關技術也被引入到船舶電氣自動化系統中使系統集成化更高、聯動性更強，促進船舶綜合自動化得到發展[2]。將電氣自動化、航信自動化、機艙自動化以及貨物維護自動化等多項系統聯合在一起，使電氣自動化成為船舶系統綜合自動化的核心。

2 ?船舶電氣自動化系統發展現狀

科技的飛速發展促進計算機輔助控制技術和通訊技術的強化，當下計算機技術在船舶管理、貨物管理、設備控制中得到廣泛應用并已經逐漸形成完整的應用系統，加快船舶電氣自動化系統發展進程并為船舶穩定運行建立一定技術基礎，并且船舶電氣自動化綜合系統集合導航自動化、機艙自動化以及貨物維護自動化等多種功能[3]。此外，當船只上安裝與外界聯系設備時相關維護系統可通過郵件和數據等渠道實現船船、船岸之間的有效通信并直接進行交換信息發送，完善船舶管理和故障診斷等相關業務。船舶電氣自動化技術不僅可以強化船只管理，還能夠為船舶導航提供更加穩定的保障。如今，我國具備一部分相對穩定的船舶電氣自動化技術產品及操作系統，電子自動化控制的效果更加完善，使船舶系統的穩定性和安全性得到提升[4]。

電子設備的不斷開發簡化致使電氣設備的通訊措施也得到不斷發展，計算機技術和總線技術的發展為船舶電氣自動化系統的網絡發展提供技術支持，采取總線技術能夠將各類信息集中在一起，為不同部件和模塊之間提供信號通信。因此，船舶電氣系統中采取雙層網對船舶系統進行控制。一般情況下數據采集網為第一層，控制網為第二層，其能夠有效的保證船舶電氣自動化系統的穩定性和可靠性，船舶系統的控制網使用冗余結構后其將會形成分布式系統，更加有利于船舶系統的穩定運轉。

3 ?船舶電氣化自動系統保障技術

船舶電氣系統的可靠性是指特點條件和時空規范內，系統可以在滿足需求的前提下得到安全和穩定的運行。系統設計、生產以及運行等各個階段內具有可靠性的保障技術都發揮著關鍵作用，根據大量調查和研究可以得出當前該技術得到系統化的研究，進而獲得很多研究成果經工程實際驗證，該技術可明顯降低船舶安全事故發生概率并為電氣系統的安全、穩定運行提供一定的技術支持。

3.1 電磁干擾技術

通常采取電磁兼容的方式，根據船舶電氣自動化系統進行防干擾設計。此設計方式可以有效切斷電磁干擾途徑，全面保證船舶電氣系統的正常運行[5]。實際應用方式就是將干擾源進行隔離，通過抑制干擾源的出現和切斷干擾信號傳輸路徑，進而實現抗干擾的目的。一般情況下，電磁干擾信號會產生一定的交流電源，為從根源上完成干擾信號的屏蔽工作，還需具備獨立的供電裝置。建立有效的防干擾過濾波系統對交流變壓器進行隔離、過濾高頻率抗干擾信號，船舶運行期間將持續不斷的對元器件進行開關，此方式將會產生電弧，進而形成電磁信號的干擾。設置吸收電磁干擾信號裝置可更好的應對此狀況，此裝置根據電容穩定原理即電壓不會迅速變化無法產生瞬時電流，進而利于完成對干擾信號的抑制。此外，電容具有消除電弧的功能。但該技術具有一定的限制性，實際應用期間傳輸路徑比較長導致傳輸效果不好。因此信號傳輸期間為減少電磁干擾可采取光電耦合器替換電信號技術，將輸出電路和輸入電路進行剝離有效避免電信號的相互干擾。船舶設備具有強電和導航的特征，其線路呈分散狀態，極易造成混亂局面一定程度干擾船舶狀態，此時設置RC吸收設備使電壓變化狀態下船舶也可以保持正常運作，以關聯單元增加的形式，保證船舶電氣自動化系統的安全穩定。

3.2 電力推進技術

電力推進技術就是運用電能為船舶大型機械輸送動力，該技術與傳統技術相比較而言具有很多優點。比如：在操作性能方面，使用電力推進技術可完成船舶自動運行部件的保養使船舶達到安全運行狀態。電力推動的構成內容包括直流推動和交流推動，傳統推動技術采取直流推動此方式使電機調速發生問題。當前，在我國科學技術快速發展的背景下，電力推動技術應用范圍愈來愈廣泛，其中交流電無換向電動機與直流電無換向電動機是推進技術的重點應用內容。直流無換向器電動機系統中，當運行船舶的船槳擺動速度與密度形成配合即需要根據實際情況對系統運行速率進行調節和優化。長時間存在輸出頻率的影響時對交流無換向器電機工作和直流轉換將造成影響，無法有效保證船舶運營的穩定效果。因此，直流無換向器電動機系統的實際應用效用和應用價值將被擴大。

3.3 容錯控制技術

若船舶電氣自動化系統出現故障，可通過容錯技術進行設備問題查找。首先，保證故障測試水準達到規定范圍。其次，將設備出現的問題穩定在一定范圍內、有效提升船舶運行的平穩性。發現系統故障之后應給予自動化維修，船舶容錯技術應用期間應重視設備故障處理效率的有效提升。最后，結合系統的處理情況完成問題反饋。將故障監測報告傳輸到系統文檔中，為后續工作人員提供有效的技術依據。與此同時，船舶電氣設備故障處理效率是容錯技術實施期間的重要考慮內容，盡量避免故障拖延的狀況保證船舶的穩定運作。各類故障被具體劃分為一類、二類以及三類，一類故障可使用備用設備更好的完成設備運行壓力的控制;二類故障可將故障延時設置關閉;三級故障應停運故障設備將故障因素排查出來。

3.4 儲備冗余技術

冗余處理技術的使用最大限度的提升船舶運作安全性，該技術借助系統并聯結構保證船舶的可靠性。一般情況下將儲備機械安全完成后需保證各個機械設備使用性能達到要求標準，盡量滿足使用需要保證船舶電氣系統經濟效益的最大化。實際船舶設計過程中應使儲備系統內部結構具有獨行性和分離性，為獨立運行裝置提供有效條件。以此得出，提升船舶電氣自動化系統運行安全性和可靠性提升過程中，實施儲備冗余技術十分關鍵。當傳播運行過程中發生故障時，船舶將會自動使用備用部件以此提升船舶穩定性和續航性[6]。

4 ?船舶電氣化自動系統保障技術發展趨勢

4.1 綜合化

隨著數字化和電子技術的迅速發展船舶電氣設備不斷向模塊化和系統化發展，逐步呈現綜合發展趨勢其中計算機技術實現人機對話的格局，相關操作只要通過菜單按鈕就可以完成。該技術為船舶電氣自動化系統綜合化發展提供了有利條件，全面提升了相關系統的綜合使用效率。

4.2 嚴密化

在船舶自動化管理過程中逆變器技術得到廣泛應用，逐漸優化關鍵技術的指標促使船舶技術得到快速發展。其中全系列光伏逆變器的成功研發促使自動化模塊水平得到提升，自動化技術中為強化管控措施應將監控系統結合進來，建設有效的動態分析模式。隨著船舶業的逐漸發展，計算機技術和網絡技術的作用越來越明顯，應根據實際情況制定有效的數據參照機制保證系統的嚴密性。

4.3 自動化

隨著我國網絡技術的飛速發展，船舶電氣系統實現自動化和運行技術參數之間存在很大的聯系。所以船舶電氣自動化系統在建設期間應整合各項資源，不斷對船舶整體技術結構進行優化。只有通過網絡技術才能將各系統中的圖像控制功能和管理與標準保持一致。人機對話期間應深入分析功能選擇機制，有效整合各個屏幕之間的軟件按鍵，進而全面提升系統的綜合自動化性能。盡量避免操作系統頻繁所為工作人員帶來疲勞，在維護包船舶工作人員人身安全的基礎上對整體管理結構進行優化。實現船舶自動化技術研發成果的產業化，與當前運營狀態良好且具有影響力的船舶自動化設備生產商進行合作。相關自動化設備產品應滿足船舶對模塊化和自動化的需求，不斷強化產品自動化的生產水平。同時對船舶電氣自動化系統中的大功率的半導體電子器件進行統一管理，集中管理工作材料和應用管控結構，才能不斷提升研發成果的時效性。為提升船舶整體運行的高效性和可靠性，應注重研究船舶運行機制的合理性，大力發展電力推進協助機械電力拖動技術。

5 ?結論

綜上所述，船舶電氣自動化系統保障技術是一項內容復雜的系統化工程，其中包含船舶電氣自動化系統運作的各個環節。因此，保障技術對船舶的平穩運營存在關鍵的現實意義?？萍嫉牟粩喟l展促進自動化設備的更新，從而加強對保障技術的研究十分必要，應促進該技術發展有效提升船舶運行效能將運輸效益最大化。

參考文獻：

[1]邱哲譽，劉本峰，陳峰.船舶電氣自動化系統可靠性保障技術研析[J].內燃機與配件，2020（09）：113-114.

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[3]羅仕義，康朝威.電氣工程自動化在船舶機械中的運用[J].科學技術創新，2020（09）：170-171.

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[5]湯寅琪.淺談電氣自動化技術在船舶機械設備中的應用[J].內燃機與配件，2020（006）：218-219.

[6]雷小冬，駱宗明，易明.船舶電氣設備故障及維護策略[J].科學技術創新，2020（09）：167-168.