船舶綜合自動化的發(fā)展及應用

黃剛軍

摘 要：本文以船舶自動化系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)代船舶信息化的特點為題展開論述。船舶自動化是集航行自動化、機艙自動化、信息一體化等于一體的多功能綜合系統(tǒng)，用計算機進行全船智能管理，對船舶設備狀態(tài)進行實時監(jiān)控并檢測故障，保證航行安全運行，同時改善工作環(huán)境，減輕船員勞動強度，減少船員數(shù)量，提高船舶營運經(jīng)濟效益。

關鍵詞：機艙;自動化系統(tǒng);計算機技術;發(fā)展趨勢

在自動化控制系統(tǒng)技術的支持下，日益促進了船舶自動化的發(fā)展，尤其單片機技術在智能儀器儀表的廣泛應用以及高技術合成材料層出不窮，船舶設備將向高可靠性、節(jié)能性發(fā)展。在駕駛管理、機艙管理等方面實現(xiàn)全盤計算機控制，未來船舶自動化技術將不斷的向全船綜合自動化層次發(fā)展。

1、船舶自動化發(fā)展趨勢

船舶行業(yè)是否實現(xiàn)現(xiàn)代化的重要標志之一就是船舶航行設備及動力設備是否具備高度自動化水平。船舶自動化和監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)成為了導航系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、電站管理、裝載測量、遠傳監(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，減輕船員的勞動強度。因此船舶綜合自動化成為船舶行業(yè)的表征，代表造船行業(yè)未來的發(fā)展方向，并且受到各國航運部門的高度重視。

2、船舶綜合自動化技術應用

隨著計算機通信技術的高度發(fā)展，推動了該技術在船舶上的廣泛應用，近些年由于海工船市場表現(xiàn)亮眼、高技術船舶和海洋工程設備需求旺盛、船舶類型不斷優(yōu)化，帶動船舶自動化技術及新設備的研制開發(fā)，配套產(chǎn)業(yè)整體升級換代，也為整個船舶行業(yè)持續(xù)發(fā)展奠定了堅實的基礎。機電一體化技術與電力、電子等學科交叉滲透，人工智能和模糊控制技術的應用使船舶自動化領域?qū)⒏訉拸V。船舶控制模式已從對船舶設備的單獨控制和操作轉(zhuǎn)變?yōu)楦悄芑⒕W(wǎng)絡化、集成化的控制模式。隨著自動化控制水平的提高，計算機監(jiān)控系統(tǒng)等技術的進一步發(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、全船自動化領域延伸得更深入。以下內(nèi)容具體介紹自動化技術在船舶中的應用：

2.1船舶自動航行技術

船舶自動航行系統(tǒng)又稱為一人駕駛臺，一般由綜合的自動導航和自動操船系統(tǒng)（包括航跡自動控制、自動操舵設備和主機遙控裝置）組成，形成一個信息綜合、顯示、控制系統(tǒng)，既能減輕船舶駕駛?cè)藛T的勞動強度，在航行的安全性、經(jīng)濟性和有效性上有顯著提高。機艙重要動力設備尤其是主機、舵機設備、側(cè)推設備的操縱系統(tǒng)及檢測報警裝置更延伸至駕控臺進行遙控及觀察，方便集成操作。

自動航行系統(tǒng)已成為全船自動化的一個重要組成部分，它的主要特點是船舶綜合信息的集中顯示、自動航線跟蹤與監(jiān)控、電子海圖顯示與信息系統(tǒng)（ECDIS）應用、綜合報警信息的集中顯示、船舶的操縱與管理等。目前，德國的SCC綜合船橋、日本的VOYAGER綜合船橋都能集航線計劃、自動航跡控制、航行信息顯示、避碰、雷達電子海圖、主機遙控、船舶管理和通訊于一體，具有完善的綜合導航、自動避碰、通信遠傳、航行管理控制等多種功能，同時具備豐富的圖形界面方便船員監(jiān)測，從而實現(xiàn)船舶航行的高度自動化。

2.2船舶機艙自動化系統(tǒng)及設備技術

船舶機艙自動化系統(tǒng)是集機艙動力系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)自動控制、監(jiān)測、報警等于一體化的監(jiān)控系統(tǒng)，包括推進系統(tǒng)、壓載系統(tǒng)、電站管理系統(tǒng)等多個子系統(tǒng)。其主要功能是檢測、控制機艙設備的工作狀態(tài)和參數(shù)，實時顯示如管路壓力、燃/滑油溫度、電力電壓、功率、轉(zhuǎn)速等，具備報警功能，記錄故障點及報警點，保證船舶正常運行，如發(fā)現(xiàn)某臺設備有故障，自動切換備用設備。采用模塊化和智能化的自動化技術代替大量繁瑣的人工操作，減少船員的勞動負荷，提高工作效率同時也給船員解決設備問題帶來指導作用。船上常見主要控制系統(tǒng)有：

1）主機遙控系統(tǒng)：主要功能包括安保及應急操縱、主機轉(zhuǎn)速及負荷控制、啟動制動及換向程序控制、顯示遙控位置等。其中安保功能是對整個主機在運行過程中超過設定值起到報警及停機作用。負荷限制是主機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)通過調(diào)速器依據(jù)偏差大小控制供油量來對主機轉(zhuǎn)速進行自動控制。現(xiàn)代船舶基本能實現(xiàn)駕駛室的遠程操縱，它的自動化程度也是最高的。

2）監(jiān)測報警系統(tǒng)是自動化機艙的重要標志之一，其功能是代替輪機人員巡回檢查船上設備及運行系統(tǒng)的各種參數(shù)值，并自動進行檢測、顯示、報警。其主要應用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及相應的程序驅(qū)動模塊采集底部傳感器信號，通過通信電纜、信號采集箱等設備在電腦上顯示。在設備監(jiān)控過程中，如果參數(shù)超出正常范圍，其會通過聲光報警，便于船員及時發(fā)現(xiàn)，尤其是重要設備鍋爐、主機、冷卻水、滑油系統(tǒng)等。對報警系統(tǒng)的延伸設計主要是針對無人機艙，可以有效的將報警系統(tǒng)延伸到輪機人員房間，同時輪機長能在自己房間內(nèi)就能查看報警內(nèi)容，掌握設備運行狀態(tài)。

3）船舶電站自動化系統(tǒng)主要保證供配電的安全性、可靠性。目前自動電站多采用PLC控制，主要功能有①采集有關的電氣參數(shù)和動作信號自動監(jiān)測、報警、顯示并運用邏輯判斷功能去控制發(fā)電機，當正在運轉(zhuǎn)機發(fā)生故障時，按PMS程序中的設定順序自動起動第一備用發(fā)電機，自動投入并網(wǎng)并停止故障機組②發(fā)電機組依據(jù)電站運行情況和實際負荷按設定順序自動準同步并車;③自動恒壓及無功功率的自動分配;④有功功率與頻率的自動調(diào)節(jié);⑤自動分級卸載;⑥重載詢問（投入大負載時的自動詢問裝置，如起動艏側(cè)推時，經(jīng)詢問發(fā)電機組的剩余負荷足夠起動才發(fā)出允許起動信號，否則程序就會自動起動一臺備用發(fā)電機，合閘、并電后滿足負荷要求側(cè)推才能起動）;⑦安保功能，如短路、過載、欠壓、逆功率，欠頻及并車誤合閘等保護。

2.3船岸信息一體化系統(tǒng)技術

隨著船舶動力裝置及其主要設備向大型化、自動化和智能化方向發(fā)展，尤其是電噴機的出現(xiàn)，船舶設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)技術的研究和開發(fā)成為船舶配套技術科技戰(zhàn)略發(fā)展需要，能為遠洋運輸船舶、工程船等提供船舶航行狀態(tài)及作業(yè)過程的實時監(jiān)視、管理、指揮的大型管理系統(tǒng)。根據(jù)船岸通訊的特點，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)進入岸基網(wǎng)絡信息平臺，及時準確地傳遞給岸基管理人員，同時管理人員也可以通過該系統(tǒng)把最新的信息和公司指令下達給船舶。從而實現(xiàn)海上數(shù)字交通，實時與基地指揮臺自動進行通信，構成船岸信息一體化網(wǎng)絡，成為集導航、通信、控制為一體的船舶自動化系統(tǒng)，這對于海上船舶航行安全及指揮有很重要意義。

3、結束語

隨著造船業(yè)的發(fā)展，船舶設備的結構日趨復雜，在功能上不斷完善，對系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性提出了更高的要求。機艙作為船舶的心臟，集中了船舶主機、發(fā)電機、舵機等大部分船舶設備。根據(jù)上面的分析，未來船舶自動化競爭將以設備的高度模塊化及智能化為基礎，軟件開發(fā)為重點，因此，針對船舶設備及系統(tǒng)的研究對于推動船舶自動化發(fā)展具有重要意義。

參考文獻：

[1]船舶設計實用手冊：電氣分冊/中國船舶工業(yè)總公司編，國防工業(yè)出版社1999.10

[2]蔡曄敏、周亞蘭、朱蕊，船舶自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡的設計進展;

[3]王曉虹，自動化技術在船舶和航海領域中的應用

[4]李世臣、曾鴻，船舶機艙自動化，大連海事大學出版社，2013