船舶綜合自動(dòng)化的發(fā)展及應(yīng)用

黃剛軍

摘 要：本文以船舶自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)代船舶信息化的特點(diǎn)為題展開(kāi)論述。船舶自動(dòng)化是集航行自動(dòng)化、機(jī)艙自動(dòng)化、信息一體化等于一體的多功能綜合系統(tǒng)，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行全船智能管理，對(duì)船舶設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并檢測(cè)故障，保證航行安全運(yùn)行，同時(shí)改善工作環(huán)境，減輕船員勞動(dòng)強(qiáng)度，減少船員數(shù)量，提高船舶營(yíng)運(yùn)經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：機(jī)艙;自動(dòng)化系統(tǒng);計(jì)算機(jī)技術(shù);發(fā)展趨勢(shì)

在自動(dòng)化控制系統(tǒng)技術(shù)的支持下，日益促進(jìn)了船舶自動(dòng)化的發(fā)展，尤其單片機(jī)技術(shù)在智能儀器儀表的廣泛應(yīng)用以及高技術(shù)合成材料層出不窮，船舶設(shè)備將向高可靠性、節(jié)能性發(fā)展。在駕駛管理、機(jī)艙管理等方面實(shí)現(xiàn)全盤(pán)計(jì)算機(jī)控制，未來(lái)船舶自動(dòng)化技術(shù)將不斷的向全船綜合自動(dòng)化層次發(fā)展。

1、船舶自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)

船舶行業(yè)是否實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一就是船舶航行設(shè)備及動(dòng)力設(shè)備是否具備高度自動(dòng)化水平。船舶自動(dòng)化和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)成為了導(dǎo)航系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、電站管理、裝載測(cè)量、遠(yuǎn)傳監(jiān)控以及輔助裝置等最重要的組成部分。它不僅能夠提高船舶可靠性、安全性，而且還可以改善船舶行業(yè)的工作環(huán)境，減輕船員的勞動(dòng)強(qiáng)度。因此船舶綜合自動(dòng)化成為船舶行業(yè)的表征，代表造船行業(yè)未來(lái)的發(fā)展方向，并且受到各國(guó)航運(yùn)部門(mén)的高度重視。

2、船舶綜合自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用

隨著計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的高度發(fā)展，推動(dòng)了該技術(shù)在船舶上的廣泛應(yīng)用，近些年由于海工船市場(chǎng)表現(xiàn)亮眼、高技術(shù)船舶和海洋工程設(shè)備需求旺盛、船舶類(lèi)型不斷優(yōu)化，帶動(dòng)船舶自動(dòng)化技術(shù)及新設(shè)備的研制開(kāi)發(fā)，配套產(chǎn)業(yè)整體升級(jí)換代，也為整個(gè)船舶行業(yè)持續(xù)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。機(jī)電一體化技術(shù)與電力、電子等學(xué)科交叉滲透，人工智能和模糊控制技術(shù)的應(yīng)用使船舶自動(dòng)化領(lǐng)域?qū)⒏訉拸V。船舶控制模式已從對(duì)船舶設(shè)備的單獨(dú)控制和操作轉(zhuǎn)變?yōu)楦悄芑?、網(wǎng)絡(luò)化、集成化的控制模式。隨著自動(dòng)化控制水平的提高，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，使船舶工業(yè)向著全方位管理、智能控制、船岸信息一體化、數(shù)字交通、全船自動(dòng)化領(lǐng)域延伸得更深入。以下內(nèi)容具體介紹自動(dòng)化技術(shù)在船舶中的應(yīng)用：

2.1船舶自動(dòng)航行技術(shù)

船舶自動(dòng)航行系統(tǒng)又稱(chēng)為一人駕駛臺(tái)，一般由綜合的自動(dòng)導(dǎo)航和自動(dòng)操船系統(tǒng)（包括航跡自動(dòng)控制、自動(dòng)操舵設(shè)備和主機(jī)遙控裝置）組成，形成一個(gè)信息綜合、顯示、控制系統(tǒng)，既能減輕船舶駕駛?cè)藛T的勞動(dòng)強(qiáng)度，在航行的安全性、經(jīng)濟(jì)性和有效性上有顯著提高。機(jī)艙重要?jiǎng)恿υO(shè)備尤其是主機(jī)、舵機(jī)設(shè)備、側(cè)推設(shè)備的操縱系統(tǒng)及檢測(cè)報(bào)警裝置更延伸至駕控臺(tái)進(jìn)行遙控及觀察，方便集成操作。

自動(dòng)航行系統(tǒng)已成為全船自動(dòng)化的一個(gè)重要組成部分，它的主要特點(diǎn)是船舶綜合信息的集中顯示、自動(dòng)航線跟蹤與監(jiān)控、電子海圖顯示與信息系統(tǒng)（ECDIS）應(yīng)用、綜合報(bào)警信息的集中顯示、船舶的操縱與管理等。目前，德國(guó)的SCC綜合船橋、日本的VOYAGER綜合船橋都能集航線計(jì)劃、自動(dòng)航跡控制、航行信息顯示、避碰、雷達(dá)電子海圖、主機(jī)遙控、船舶管理和通訊于一體，具有完善的綜合導(dǎo)航、自動(dòng)避碰、通信遠(yuǎn)傳、航行管理控制等多種功能，同時(shí)具備豐富的圖形界面方便船員監(jiān)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)船舶航行的高度自動(dòng)化。

2.2船舶機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)及設(shè)備技術(shù)

船舶機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)是集機(jī)艙動(dòng)力系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)自動(dòng)控制、監(jiān)測(cè)、報(bào)警等于一體化的監(jiān)控系統(tǒng)，包括推進(jìn)系統(tǒng)、壓載系統(tǒng)、電站管理系統(tǒng)等多個(gè)子系統(tǒng)。其主要功能是檢測(cè)、控制機(jī)艙設(shè)備的工作狀態(tài)和參數(shù)，實(shí)時(shí)顯示如管路壓力、燃/滑油溫度、電力電壓、功率、轉(zhuǎn)速等，具備報(bào)警功能，記錄故障點(diǎn)及報(bào)警點(diǎn)，保證船舶正常運(yùn)行，如發(fā)現(xiàn)某臺(tái)設(shè)備有故障，自動(dòng)切換備用設(shè)備。采用模塊化和智能化的自動(dòng)化技術(shù)代替大量繁瑣的人工操作，減少船員的勞動(dòng)負(fù)荷，提高工作效率同時(shí)也給船員解決設(shè)備問(wèn)題帶來(lái)指導(dǎo)作用。船上常見(jiàn)主要控制系統(tǒng)有：

1）主機(jī)遙控系統(tǒng)：主要功能包括安保及應(yīng)急操縱、主機(jī)轉(zhuǎn)速及負(fù)荷控制、啟動(dòng)制動(dòng)及換向程序控制、顯示遙控位置等。其中安保功能是對(duì)整個(gè)主機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中超過(guò)設(shè)定值起到報(bào)警及停機(jī)作用。負(fù)荷限制是主機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)通過(guò)調(diào)速器依據(jù)偏差大小控制供油量來(lái)對(duì)主機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行自動(dòng)控制。現(xiàn)代船舶基本能實(shí)現(xiàn)駕駛室的遠(yuǎn)程操縱，它的自動(dòng)化程度也是最高的。

2）監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)是自動(dòng)化機(jī)艙的重要標(biāo)志之一，其功能是代替輪機(jī)人員巡回檢查船上設(shè)備及運(yùn)行系統(tǒng)的各種參數(shù)值，并自動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)、顯示、報(bào)警。其主要應(yīng)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及相應(yīng)的程序驅(qū)動(dòng)模塊采集底部傳感器信號(hào)，通過(guò)通信電纜、信號(hào)采集箱等設(shè)備在電腦上顯示。在設(shè)備監(jiān)控過(guò)程中，如果參數(shù)超出正常范圍，其會(huì)通過(guò)聲光報(bào)警，便于船員及時(shí)發(fā)現(xiàn)，尤其是重要設(shè)備鍋爐、主機(jī)、冷卻水、滑油系統(tǒng)等。對(duì)報(bào)警系統(tǒng)的延伸設(shè)計(jì)主要是針對(duì)無(wú)人機(jī)艙，可以有效的將報(bào)警系統(tǒng)延伸到輪機(jī)人員房間，同時(shí)輪機(jī)長(zhǎng)能在自己房間內(nèi)就能查看報(bào)警內(nèi)容，掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

3）船舶電站自動(dòng)化系統(tǒng)主要保證供配電的安全性、可靠性。目前自動(dòng)電站多采用PLC控制，主要功能有①采集有關(guān)的電氣參數(shù)和動(dòng)作信號(hào)自動(dòng)監(jiān)測(cè)、報(bào)警、顯示并運(yùn)用邏輯判斷功能去控制發(fā)電機(jī)，當(dāng)正在運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，按PMS程序中的設(shè)定順序自動(dòng)起動(dòng)第一備用發(fā)電機(jī)，自動(dòng)投入并網(wǎng)并停止故障機(jī)組②發(fā)電機(jī)組依據(jù)電站運(yùn)行情況和實(shí)際負(fù)荷按設(shè)定順序自動(dòng)準(zhǔn)同步并車(chē);③自動(dòng)恒壓及無(wú)功功率的自動(dòng)分配;④有功功率與頻率的自動(dòng)調(diào)節(jié);⑤自動(dòng)分級(jí)卸載;⑥重載詢問(wèn)（投入大負(fù)載時(shí)的自動(dòng)詢問(wèn)裝置，如起動(dòng)艏側(cè)推時(shí)，經(jīng)詢問(wèn)發(fā)電機(jī)組的剩余負(fù)荷足夠起動(dòng)才發(fā)出允許起動(dòng)信號(hào)，否則程序就會(huì)自動(dòng)起動(dòng)一臺(tái)備用發(fā)電機(jī)，合閘、并電后滿足負(fù)荷要求側(cè)推才能起動(dòng)）;⑦安保功能，如短路、過(guò)載、欠壓、逆功率，欠頻及并車(chē)誤合閘等保護(hù)。

2.3船岸信息一體化系統(tǒng)技術(shù)

隨著船舶動(dòng)力裝置及其主要設(shè)備向大型化、自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展，尤其是電噴機(jī)的出現(xiàn)，船舶設(shè)備的故障診斷和維修難度日益加大。船岸信息一體化系統(tǒng)技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)成為船舶配套技術(shù)科技戰(zhàn)略發(fā)展需要，能為遠(yuǎn)洋運(yùn)輸船舶、工程船等提供船舶航行狀態(tài)及作業(yè)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)視、管理、指揮的大型管理系統(tǒng)。根據(jù)船岸通訊的特點(diǎn)，系統(tǒng)主要由船基數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)、岸基管理系統(tǒng)和船岸通訊系統(tǒng)三大塊組成。船舶數(shù)據(jù)經(jīng)船岸通訊系統(tǒng)進(jìn)入岸基網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)，及時(shí)準(zhǔn)確地傳遞給岸基管理人員，同時(shí)管理人員也可以通過(guò)該系統(tǒng)把最新的信息和公司指令下達(dá)給船舶。從而實(shí)現(xiàn)海上數(shù)字交通，實(shí)時(shí)與基地指揮臺(tái)自動(dòng)進(jìn)行通信，構(gòu)成船岸信息一體化網(wǎng)絡(luò)，成為集導(dǎo)航、通信、控制為一體的船舶自動(dòng)化系統(tǒng)，這對(duì)于海上船舶航行安全及指揮有很重要意義。

3、結(jié)束語(yǔ)

隨著造船業(yè)的發(fā)展，船舶設(shè)備的結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，在功能上不斷完善，對(duì)系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性提出了更高的要求。機(jī)艙作為船舶的心臟，集中了船舶主機(jī)、發(fā)電機(jī)、舵機(jī)等大部分船舶設(shè)備。根據(jù)上面的分析，未來(lái)船舶自動(dòng)化競(jìng)爭(zhēng)將以設(shè)備的高度模塊化及智能化為基礎(chǔ)，軟件開(kāi)發(fā)為重點(diǎn)，因此，針對(duì)船舶設(shè)備及系統(tǒng)的研究對(duì)于推動(dòng)船舶自動(dòng)化發(fā)展具有重要意義。

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