自動(dòng)控制技術(shù)提高拖輪設(shè)備安全應(yīng)用分析

張德元

（中國(guó)船級(jí)社質(zhì)量認(rèn)證公司，安徽 合肥 230000）

在大船靠離泊作業(yè)中，拖輪發(fā)揮的作用越來(lái)越重要。一旦拖輪發(fā)生安全問(wèn)題，可能導(dǎo)致不可估量的影響。而且，國(guó)家對(duì)安全環(huán)保的要求越來(lái)越高，社會(huì)對(duì)安全環(huán)保的期望也越來(lái)越高。這就要求我們必須不斷提高拖輪的安全性和可靠性。

1 拖輪的性能要求

1.1 完善的操縱性能

拖輪靈活操縱性能能夠更好的保證船舶運(yùn)行的安全性以及經(jīng)濟(jì)效益的實(shí)現(xiàn)。特別是在港內(nèi)作業(yè)的拖輪(港作拖輪)，其操作性之間影響到助泊整體效率。通過(guò)有效的操作性能能夠更好的寶確保港作拖輪能夠在助泊時(shí)提升效率，節(jié)約拖輪自身因操縱性不佳所導(dǎo)致的能源以及成本的過(guò)度消耗。從而更好的提升助泊周林病為港口經(jīng)濟(jì)效益實(shí)現(xiàn)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。現(xiàn)階段，隨著海洋運(yùn)輸競(jìng)爭(zhēng)力度的增加，在助泊作業(yè)中節(jié)省由拖輪本身操縱性能短缺帶來(lái)的不必要的時(shí)間消耗和成本消耗，不僅能提高助泊服務(wù)的質(zhì)量而且能為港口來(lái)不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)效益。隨著海洋運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)加劇，為了更好地滿足客服蘇偉，加強(qiáng)動(dòng)力強(qiáng)勁操作靈活拖輪需求日益強(qiáng)烈。因此加強(qiáng)拖輪設(shè)備自動(dòng)化控制能夠更好的為港區(qū)內(nèi)航行的大型船舶提供護(hù)航和助泊服務(wù)，保證安全而高效的進(jìn)出港效率。

1.2 多樣的作業(yè)功能

拖輪多樣的作業(yè)功能使港口不需要大量購(gòu)置功能單一的拖輪(如消防拖輪)或船舶(如救助船、護(hù)航船)，拖輪的一船多用也為港口節(jié)約了不少資金。

2 自動(dòng)控制技術(shù)提高拖輪設(shè)備安全要點(diǎn)

經(jīng)過(guò)對(duì)傳統(tǒng)的拖輪技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，創(chuàng)建了自動(dòng)控制技術(shù)拖輪即智能拖輪，在正常行駛中智能拖輪的安全性能及穩(wěn)定性能引起了高度重視，尤其是在特殊的環(huán)境中智能拖輪的行駛安全問(wèn)題最為重要。故為了保證智能拖輪的安全性能通常會(huì)采用以下方案進(jìn)行保護(hù)：（1）智能拖輪上采用的探測(cè)設(shè)備和通訊設(shè)備都具備故障診斷功能，若設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)短路、斷路或者其他故障問(wèn)題時(shí)會(huì)啟動(dòng)自動(dòng)報(bào)警裝置。（2）智能拖輪系統(tǒng)包含雙冗余主控制器及冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)兩部分，具有雙UPS 電力支持、離岸數(shù)據(jù)備份、身份識(shí)別和病毒防火墻等功能，可以確保此系統(tǒng)具備高強(qiáng)度的安防能力及大容量的備份功能。（3）自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行和船舶自身警報(bào)系統(tǒng)互不干擾，也就是說(shuō)自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行不會(huì)造成船舶自身報(bào)警數(shù)據(jù)失靈。（4）自動(dòng)控制系統(tǒng)可以對(duì)船舶自身全部數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)可以根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果做出相應(yīng)判斷，但是不會(huì)直接操控船舶動(dòng)力系統(tǒng)。

3 智能拖輪方案的實(shí)現(xiàn)方式

智能拖輪方案在現(xiàn)實(shí)使用過(guò)程中通常有以下幾種方式：（1）采集層對(duì)實(shí)時(shí)發(fā)生的數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，之后通過(guò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層的存儲(chǔ)功能對(duì)收集的數(shù)據(jù)實(shí)施存儲(chǔ)，且存儲(chǔ)過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)值也會(huì)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)層。在自動(dòng)控制系統(tǒng)內(nèi)部安裝相關(guān)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序和軟件，使所有數(shù)據(jù)可以準(zhǔn)確的進(jìn)行存儲(chǔ)。（2）系統(tǒng)內(nèi)部含有數(shù)據(jù)整合層，此部分主要針對(duì)已經(jīng)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選與清除，后對(duì)保留的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類整理，采用科學(xué)的方法進(jìn)行對(duì)比分析，以發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中包含的其他信息，并以此為依據(jù)對(duì)之后的技術(shù)研究提供有效的數(shù)據(jù)支持。（3）信息應(yīng)用層主要針對(duì)整理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并開(kāi)發(fā)智能導(dǎo)航、智能機(jī)艙和智能船體等集成業(yè)務(wù)。同時(shí)可以根據(jù)不同種類的船舶需求特制相關(guān)應(yīng)用，從而輔助船舶自身系統(tǒng)進(jìn)行故障判斷、故障警告等。（4）信息展現(xiàn)層可以具有人機(jī)交互模式，可以根據(jù)購(gòu)買方的需求進(jìn)行制造，在進(jìn)行故障判斷后以合理的方式將故障原因表現(xiàn)出來(lái)，以科學(xué)的方式為經(jīng)營(yíng)者相關(guān)經(jīng)營(yíng)計(jì)劃提供預(yù)警。

4 自動(dòng)控制技術(shù)提高拖輪設(shè)備安全的幾項(xiàng)應(yīng)用

4.1 船舶螺距自動(dòng)控制

船舶在行駛過(guò)程中通過(guò)變距漿來(lái)掌控船舶的前進(jìn)和倒行，利用主機(jī)決定船舶的行駛速度。通過(guò)船員拉拽拉線來(lái)改變螺距，具體操作為：拉線牽引卡套可以決定液壓油的流動(dòng)方向以及流量，變距桿活塞在油壓的作用下工作，以此使螺距發(fā)生變化。但是此操作準(zhǔn)確性較低，在操作過(guò)程中容易出現(xiàn)事故。因螺距的變化只能靠船員的經(jīng)驗(yàn)來(lái)掌控，若螺距改變過(guò)慢可能會(huì)出現(xiàn)緊迫現(xiàn)象，若是螺距改變過(guò)快則可能造成齒輪箱的異常磨損。且拉線和卡套等部件為已損壞零件，在操作過(guò)程中若發(fā)生卡滯則可能威脅到船員的安全。除此之外，船舶上部分配件可能為進(jìn)口配件，其成本將對(duì)較高，訂貨周期成，維護(hù)費(fèi)用高。鑒于此種現(xiàn)象，如今針對(duì)變距控制系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，采用遙控液壓方式進(jìn)行控制。把螺距進(jìn)行階段性劃分，將操縱桿置于相應(yīng)刻度后可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)螺距的改變，操縱桿可將變化信號(hào)傳輸?shù)娇刂葡洌笸ㄟ^(guò)控制箱的處理將信號(hào)傳輸?shù)揭簤罕壤y，由液壓比例閥來(lái)決定液壓油的流動(dòng)方向及流量，然后在油壓的作用下使變距桿移動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)螺距的改變；當(dāng)螺距發(fā)生變動(dòng)后，反饋電位器可將操作結(jié)果反饋至控制箱，控制箱通過(guò)比較操縱桿信號(hào)和反饋電位器信號(hào)來(lái)判定變距過(guò)程是否完成。此改進(jìn)方案取締了變距拉線，將操縱桿改為遙控形式。故船員將操縱桿置于相應(yīng)刻度后就可實(shí)現(xiàn)螺距的改變，在一定程度上減少了人為因素造成的誤差，且也節(jié)約了對(duì)船舶進(jìn)行維修的費(fèi)用。

4.2 智能船體

智能船體基于船體數(shù)據(jù)庫(kù)的建立與維護(hù)，從而為其全過(guò)程安全以及維護(hù)保養(yǎng)提供必要的輔助作用。除此之外，利用為船體相關(guān)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集與監(jiān)測(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)航行決策的科學(xué)性。船體監(jiān)測(cè)及輔助決策系統(tǒng)對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、船舶裝載以及海況、航向、航速等數(shù) 據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、分析、顯示，當(dāng)這些數(shù)據(jù)的變化超過(guò)預(yù)設(shè)臨界值時(shí)，智能系統(tǒng)發(fā)出警告，并提供指導(dǎo)船舶航行操作的輔助決策。智能船體包括船體監(jiān)測(cè)、獲取船舶浮態(tài)、船舶吃水、船舶姿態(tài)、環(huán)境溫度、海水溫度、艙室溫度等數(shù)據(jù)功能。

4.3 岸電遙控裝置

正常情況下在船舶進(jìn)入碼頭后會(huì)接通碼頭的電源，以此來(lái)降低成本。在進(jìn)行此操作過(guò)程中通常會(huì)由船員親自接通電纜，并手動(dòng)推動(dòng)電箱內(nèi)部的電閘。但是在特殊天氣下，此操作容易出現(xiàn)漏電或者觸電危險(xiǎn)。我國(guó)曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)因降雨天氣導(dǎo)致電箱漏電，造成人員觸電傷亡的事故。此外，在水平面下降到最低潮位時(shí)需要離開(kāi)海安，或者在惡劣天氣時(shí)需要進(jìn)行避難，此時(shí)船員可能無(wú)法上岸斷電，若是等待岸上的人員則可能需要較長(zhǎng)的時(shí)間，從而錯(cuò)過(guò)最佳時(shí)間。為此，研發(fā)了新型遠(yuǎn)程岸電遙控裝置。此裝置在岸上電箱內(nèi)部安裝繼電器及無(wú)線接收裝置。在斷電時(shí)船員操作遙控開(kāi)關(guān)即可通過(guò)無(wú)線接收裝置將斷電信號(hào)輸送給繼電器，通過(guò)繼電器是岸上電源開(kāi)關(guān)內(nèi)部的失壓脫扣線圈斷電，實(shí)現(xiàn)岸上電源開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)。

4.4 船舶自動(dòng)識(shí)別

船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的安裝數(shù)量飛速增加，且國(guó)際海事組織規(guī)定三百總噸以上的船只需安裝AISA 類船臺(tái)，三百總噸以下的船只需安裝AISB 類船臺(tái)。合理的采用船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)能夠有效的增加出海的安全保障，同時(shí)也對(duì)海洋環(huán)境起到了保護(hù)的作用。總之，安裝船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)能有降低船只之間發(fā)生事故，提高了船舶航海管理系統(tǒng)。通過(guò)將船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)和 電子海圖的有效結(jié)合，能夠準(zhǔn)確的看到周邊船舶的位置信息，在一定程度上降低了船舶碰撞事故，增加了船舶之間的溝通，促進(jìn)了航海事業(yè)的發(fā)展。

5 拖輪智能化的前景展望

拖輪作業(yè)范疇通常離距岸較近，利用4G、5G 網(wǎng)絡(luò)以及北斗導(dǎo)航等通信手段能夠更好的實(shí)現(xiàn)船岸一體化；當(dāng)前我國(guó)內(nèi)部拖輪主要設(shè)備配置具有極強(qiáng)的一致性，其大數(shù)據(jù)共享亦能夠提升整體船舶行業(yè)的管理質(zhì)量，更好的發(fā)揮行業(yè)資源互補(bǔ)的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，隨著我國(guó)新型科技的高速發(fā)展、行業(yè)共識(shí)進(jìn)一步建立、拖輪建造廠和系統(tǒng)集成商的建造經(jīng)驗(yàn)不斷的積累、設(shè)備商對(duì)智能方案的積極響應(yīng)，智能拖輪必將成為港口的一道靚麗風(fēng)景。

6 結(jié)語(yǔ)

如何提高船舶，尤其是老舊船舶的設(shè)備本質(zhì)安全，是我們一直在研究的課題。已造船舶因?yàn)楫?dāng)時(shí)的技術(shù)條件限制，可能跟不上現(xiàn)在對(duì)設(shè)備本質(zhì)安全的要求，這就需要我們根據(jù)不斷提升的安全標(biāo)準(zhǔn)，利用自動(dòng)控制等先進(jìn)技術(shù)，不斷提升設(shè)備安全性和可靠性。在這方面，我們要廣泛借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)無(wú)私分享自己的心得，攜手打造安全船舶。