船舶電氣自動(dòng)化中幾個(gè)重要技術(shù)的應(yīng)用

孫愷

摘 要：隨著科技發(fā)展水平的不斷提升，船舶工業(yè)發(fā)展迅猛，其電子自動(dòng)化技術(shù)也隨之綜合化和網(wǎng)絡(luò)化，應(yīng)用也愈加的廣泛，不僅為航運(yùn)的安全和穩(wěn)定提供了保障，還極大程度的提升了船舶運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)效益。基于此，本文對(duì)船舶電氣自動(dòng)化中的幾個(gè)重要技術(shù)應(yīng)用展開分析，以期促進(jìn)船舶電氣自動(dòng)化的進(jìn)一步發(fā)展，取得重大突破。

關(guān)鍵詞：船舶；電氣自動(dòng)化；重要技術(shù)；應(yīng)用

引言：通過對(duì)國(guó)外先進(jìn)船舶電氣化技術(shù)的引用、吸收和消化，我國(guó)的船舶工業(yè)電氣化水平已經(jīng)有了顯著性的提升，并達(dá)到了國(guó)內(nèi)外的領(lǐng)先水平，為船舶電氣自動(dòng)化穩(wěn)定、可靠、高效的運(yùn)行提供保障。

一、船舶電氣自動(dòng)化的概念

傳統(tǒng)的船舶運(yùn)輸主要是通過借助機(jī)電式的控制方式對(duì)船舶進(jìn)行控制，但是隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)階段船舶運(yùn)輸?shù)囊螅鵀榱巳〈斯さ闹苯庸芾砗筒倏兀岣叽斑\(yùn)輸?shù)男省⑿б妫半姎庾詣?dòng)化通過自動(dòng)化裝置將計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)等融合在一起，利用有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)或者以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)船舶運(yùn)輸進(jìn)行機(jī)械化的規(guī)范操作、控制和監(jiān)測(cè)，能夠減少操作的誤差，還能減輕人工的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低勞動(dòng)力成本。不僅如此，船舶電氣自動(dòng)化技術(shù)還能對(duì)船舶運(yùn)輸中出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行及時(shí)的發(fā)現(xiàn)和處理，降低船舶運(yùn)行的財(cái)物和人力風(fēng)險(xiǎn)，從而根本上提高船舶運(yùn)輸?shù)男б妗?/p>

二、船舶電氣自動(dòng)化的現(xiàn)狀

相對(duì)國(guó)外技術(shù)先進(jìn)水平而言，我國(guó)的船舶電氣自動(dòng)化技術(shù)實(shí)力仍然薄弱，未能全面滿足船舶行業(yè)發(fā)展的要求，尤其是在一些重要關(guān)鍵技術(shù)上，缺乏政府相關(guān)部門的政策資金支持，未能形成規(guī)范和規(guī)模化的研究，我國(guó)船舶電氣自動(dòng)化產(chǎn)品技術(shù)自主研發(fā)能力不強(qiáng)，這也是船舶電氣自動(dòng)化相關(guān)配套創(chuàng)新能力低下的原因之一。

20世紀(jì)80年代之后，船舶自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)隨著科學(xué)技術(shù)水平、數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展得到了明顯的改善，并在船舶行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，從單一的船舶電氣自動(dòng)化設(shè)備想高度、綜合集成等方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了電氣自動(dòng)化在船舶領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)化和綜合化。

三、船舶電氣自動(dòng)化中幾個(gè)重要技術(shù)的應(yīng)用

1.電力電子技術(shù)

電力電子技術(shù)又分為軸帶推進(jìn)技術(shù)和電力推進(jìn)技術(shù)兩種。由于燃料占據(jù)船舶運(yùn)輸一半左右的費(fèi)用，因此，軸帶發(fā)電技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用便顯得十分有必要。軸帶發(fā)電技術(shù)主要是利用主軸驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)速變化獲得穩(wěn)定電壓和電頻的電力，控制軸帶發(fā)電機(jī)，是船舶節(jié)能最為主要的裝置之一。隨著電子科技的迅猛發(fā)展，常用的恒頻方式已經(jīng)由機(jī)械和電氣兩種方式向晶閘管道逆變方式轉(zhuǎn)變，不僅如此，增援推進(jìn)的方式也在不斷增加，還能在軸帶發(fā)電主機(jī)發(fā)生故障的時(shí)候，借助電力的驅(qū)動(dòng)，用較低的航行速度向港口運(yùn)行，也進(jìn)一步推動(dòng)軸帶發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展。為了增強(qiáng)軸帶發(fā)電的節(jié)能效果，近年來，還研究開發(fā)了S/G和廢氣透平發(fā)電機(jī)組合的SSG系統(tǒng)，當(dāng)船舶耗電過多的時(shí)候，S/G作為發(fā)電機(jī)通過將靜止變頻器連接到電網(wǎng)上發(fā)電，以供船舶電網(wǎng)使用；而當(dāng)船舶消耗電力較小時(shí)，則又作為電動(dòng)機(jī)吸取船舶電網(wǎng)里的電功率，以增強(qiáng)推進(jìn)主機(jī)的效果。

電力推進(jìn)技術(shù)又分為直流和交流傳動(dòng)兩類。交流調(diào)速隨著科技的進(jìn)步也在飛速發(fā)展，直流和交流無轉(zhuǎn)換器電動(dòng)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)是目前交流電力推進(jìn)方式常用的系統(tǒng)，已經(jīng)逐步取代了直流傳動(dòng)的電力推進(jìn)技術(shù)。

2.CAN電站測(cè)控系統(tǒng)

CAN（Controller Area Network）電站測(cè)控系統(tǒng)是一種多主方式串行通信總線組成的電站測(cè)控系統(tǒng)，將控制臺(tái)、發(fā)電機(jī)組和相關(guān)監(jiān)測(cè)儀器等部件聯(lián)系起來形成控制網(wǎng)絡(luò)，在電力基礎(chǔ)上對(duì)船舶進(jìn)行自動(dòng)控制。采用雙絞線傳輸信號(hào)，傳輸?shù)木嚯x遠(yuǎn)，具有較高的位速率和抗電子干擾性，能夠監(jiān)測(cè)出船舶電氣自動(dòng)化中產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤，安全性高，整體減少船舶工作人員的工作量，成本較低，航運(yùn)的效率和效益較高，是目前全球最為廣泛應(yīng)用的總線。

3.自動(dòng)化系統(tǒng)保障技術(shù)

自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性保障技術(shù)主要分為電磁干擾兼容屏蔽設(shè)計(jì)、容錯(cuò)保障設(shè)計(jì)和儲(chǔ)備冗余處理技術(shù)三種，以保障船舶電氣自動(dòng)化工作的可靠開展。目前，國(guó)外這方面的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，但是我國(guó)卻還剛開始進(jìn)行研究，應(yīng)用也不夠廣泛。

電磁兼容技術(shù)是EEA-22船舶電站中采用的設(shè)計(jì)，為的是能夠提升控制系統(tǒng)抗干擾的能力。受環(huán)境的影響，船舶機(jī)械設(shè)備的作業(yè)環(huán)境都相對(duì)惡劣，容易受到海水的腐蝕和污染，尤其是電磁的污染程度更深，因此，必須進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)。電磁干擾兼容屏蔽技術(shù)主要是通過對(duì)船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行防干擾設(shè)計(jì)，切斷電磁干擾的途徑或者是破壞干擾的電磁源，從源頭上解決電磁干擾的問題又或者是破壞干擾源的傳輸介質(zhì)或接受單元。

容錯(cuò)技術(shù)，簡(jiǎn)而言之就是系統(tǒng)對(duì)船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)故障的容忍能力或者技術(shù)，能夠?qū)Υ半姎庾詣?dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、診斷、判斷、定位和處理船舶的故障、故障性質(zhì)和位置，并對(duì)故障進(jìn)行自動(dòng)的隔離。容錯(cuò)技術(shù)需要的時(shí)間段，判斷準(zhǔn)確，能夠有效的規(guī)避船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)故障對(duì)船舶運(yùn)輸帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

儲(chǔ)備冗余處理是船舶電氣自動(dòng)化中非常重要的技術(shù)之一，為了提高船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全和可靠性能，儲(chǔ)備冗余處理利用并聯(lián)單元的方式對(duì)其進(jìn)行設(shè)置。通常情況下，船舶電氣自動(dòng)化的正常運(yùn)行必須要具備3臺(tái)儲(chǔ)備機(jī)組，既能使這幾個(gè)機(jī)組獨(dú)立工作，又能互相備用，保障了船舶電氣自動(dòng)化運(yùn)行的安全、高效和經(jīng)濟(jì)。

4.機(jī)艙自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警技術(shù)

機(jī)場(chǎng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警技術(shù)是船舶電氣自動(dòng)化不可或缺的技術(shù)之一，可以精確的取代值班輪機(jī)員巡回監(jiān)測(cè)機(jī)艙電站、輔機(jī)和主機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，并進(jìn)行打印、顯示、自動(dòng)記錄和報(bào)警。常規(guī)儀表和微機(jī)控制是木向前常用的船舶機(jī)艙自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，并且常規(guī)儀表控制已經(jīng)逐漸被微機(jī)控制所取代。

為了實(shí)現(xiàn)船舶綜合化、網(wǎng)絡(luò)化和自動(dòng)化的要求，機(jī)艙自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警技術(shù)還應(yīng)充分應(yīng)用DSC自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以有機(jī)結(jié)合計(jì)算機(jī)、通訊和控制技術(shù)來統(tǒng)一管理監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所收集的情報(bào)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分送顯示預(yù)警；其次，充分應(yīng)用人工智能（AI）手段尤其是ANN（人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)），以期能夠自動(dòng)發(fā)現(xiàn)、預(yù)報(bào)、診斷和排除故障，在船舶電氣自動(dòng)化中發(fā)揮重要作用。

5.PCL技術(shù)

近年來，PCL（可編程序控制器）技術(shù)是船舶電氣自動(dòng)化發(fā)展的新方向之一，PCL控制器雖然硬件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，編程比較方便，比較容易進(jìn)行安裝和維護(hù)，但是卻具有較強(qiáng)的邏輯運(yùn)算能力和抗干擾能力，能夠在惡劣的海洋狀況下進(jìn)行可靠的工作。PCL控制器主機(jī)遙控作為船舶電氣自動(dòng)化的核心組成部分，采用的是氣電控制方式，必須要具有大量的邏輯控制和運(yùn)算，以使PCL控制器在船舶電氣自動(dòng)化中應(yīng)用。PCL根據(jù)集中控制室或者駕駛臺(tái)發(fā)給中央控制單元的主令信息在工況和速度檢測(cè)得到主機(jī)狀況基礎(chǔ)上輸出船舶電氣自動(dòng)化主機(jī)運(yùn)行如啟動(dòng)、轉(zhuǎn)換和制動(dòng)等的信號(hào)，不僅如此，還能根據(jù)工況顯示的內(nèi)容進(jìn)行故障報(bào)警，并進(jìn)行應(yīng)急保護(hù)。

四、總結(jié)

船舶電氣自動(dòng)化是交叉、滲透和綜合應(yīng)用技術(shù)的結(jié)果，是將來船舶行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)和主要方向。目前，船舶電氣自動(dòng)化已經(jīng)在大型洋貨輪、渡輪和客輪上廣泛應(yīng)用，在今后的工作中，還應(yīng)繼續(xù)對(duì)船舶自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新和完善，并建立相應(yīng)的配套設(shè)施，以全面建立實(shí)現(xiàn)船舶智能化的管理模式，為船舶運(yùn)輸提供安全、穩(wěn)定、可靠的保障。

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