船舶電氣自動化技術探討

高 迪，張 昊

（煙臺派格船舶設計有限公司，山東 煙臺 264000）

0 引言

船舶電力自動化控制系統與一般計算機系統結構之間存在著一定的差異，受船舶內在結構的影響，在有限的距離內，為了最大限制保障計算機系統工作功能的整體性，要求指令將控制器的基本結構與船舶實際工作的能耗要求進行精確連接，從而實現了船舶內動力資源的連續供給，并保障了國內機械設備的正常管理工作要求。船舶電器智能作為一個綜合性工藝體系，必須經過專門目標的設計，能在最大程度保障信息系統在運行過程中的高度穩定和安全性準確。另外，電氣自動化技術也是造船智能工作能力的核心所在，通過搭載智能平臺，可以高效進行數據資料的精確化傳遞，以減少對人力的投資，從而改善了造船效率[1]。

1 船舶電氣自動化技術基本的特點

1.1 綜合化

船舶電氣自動化技術一個普遍的特征是綜合化，在現代信息技術的背景下，通過集成系統對船內機械實施質量管理，促使工藝的時效性和整體性得以發展，而且各個作業工藝間并沒有相互作用。對船舶電氣控制體系來說，如果采用了綜合化控制，就可以提高控制系統工作的穩定性，為各項高新技術的廣泛應用提供了載體[2]。

1.2 網絡化

船舶電氣自動化系統的實現，主要是以無線傳送機制和有線傳送機制二個方式，在計算機的幫助下，使信息傳遞工作能在不同模塊和指令之間實現遞進，并確保每一個數字信號都能更精確的作用于整個設備載體中，使系統在完成某一個功能任務時，需要按照系統編程的命令工作，進而推動船舶電氣自動化技術的有效發展[3]。

2 電力電子技術的應用

電力電子科學技術在造船中，一般廣泛應用于軸帶發電和能源推廣等領域方面。21 軸帶發電技術在造船的航運費用中，能源費用約占了50%～60%，所以研制和使用各種節能設備是非常關鍵的。軸帶發電已成為艦船節能的重點設備，也將逐漸裝備到艦船。由于軸帶發電機由發展主軸旋轉驅使，其速度隨主機設備速度而改變，從而得到恒頻穩壓的電能也是其重要問題。可以通過根據主控設備的工作狀況和海情對軸帶發電機進行調控，所用的恒頻方法通常可分成機械式和電動方法兩種，但由于電力電子器件的發展，目前軸帶發電系統幾乎全部采用晶閘管逆變方式。當船舶電能損耗增加，而T/G 又無法滿足用戶需求時，S/G 用作發電廠向船舶電網供水；若當電能損耗降低時，又產生了剩余輸出功率時，其S/G 值可用作發動機向船舶電網中吸收的電功率來促使主發動機推動。保證電氣設備單元處于正常運行的情況下，而其他電氣設備單元則保持在待機狀態。

2.1 兼容保護技能

在船舶電氣設備自動化技術中，由于其所處的工作環境惡劣，要想設備的工作過程比較順利，則要采用電磁兼容保護技能，從而于使得船舶設備的抗干擾能力大大地提高。在船舶電氣系統中，要便于形成設備操作環境必須有這樣的一些要求作為技能基礎：要具備相應的擾動源；有良好傳播媒介；對接收的模塊比較敏感等。而使用電磁相容性技能，最主要的一項工作便是把其中一些要求給打破掉，以使得設備無法完全接受電磁的影響。在電磁兼容技術中，最重要的步驟便是元器件的選擇，以使電器遭受主要信息影響時的敏感性降低，一般在選擇元器件時要考慮以下兩點：當設備遭受影響后，供電信息的電平往往會超過船舶中設備所規范的電平范疇。而為了保證電氣設備的信號頻率與被干擾源的主要信息頻段一致。所以，為了要使船舶電氣系統中設備具有足夠強大的抗干擾能力，就必須盡量地選用那些電流范圍較大的數字或嵌入式集成電路[4]。

2.2 儲備保障技術

想要確保船舶的電氣自動技術工作得更為安穩，則必須把電氣的自動系統看成是冷儲被系統。一般而言，電氣自動的儲存系統意指將儲備設備與電氣單元隔離起來，只保證電氣單元保持正常工作的狀況下，而電氣設備單元則處于待機狀態。在這些情形下，首先要確定電力運行單位不再工作，而剩余的電力儲存單位可以把其工作代替起來[5]。可以對船舶電力自動化技術中的儲存單位加以劃分，要視儲存單位的情況而定，但一般也可以分為兩類：暖儲存；冷存儲。其中，在暖儲存系中的自動技術儲備單元始終都在工作，所以一旦其技術失靈時，但并非代表其故障率將為零，只是由于冷儲存系中的全自動技術一直沒有工作，所以在冷儲存系中失靈時，故障率也降為零。再設計出此種水冷儲備控制系統之后，將可與現代船舶電氣自動技術保證相一致的安全性[6]。

2.3 容錯保障技術

容錯保障技術通常有以下幾點優點：可以用于檢測判斷出設備的故障；可以很好地控制在船舶電氣設備系統中發生的故障，并且能夠有效采取應對措施處理這些故障。一般情況下，通過使用容錯保護技術可以把船舶的電力自動化技術加以分類，通常可以分成以下三種：首先啟動備用發電機組，把正常運行時電氣機組中的負載減至最低；啟動備用發電機組，而后等待發電機組工作持續一段時間后，再把工作流程中出現故障的發電機組終止工作；再一次重新停止電氣機組，同時將備用的電氣機組啟用起來。但是，當船舶電系統的前兩種故障同時發生后，在終止裝置工作期間，電力機械設備中會形成一個信號對出現的功能障礙做出相應的阻斷，并能持續保持該狀況，直至裝置的故障完全消除結束。然后再把閉塞按鈕按下，這樣生成了的閉塞信息才會被取消，并促使再次發出的啟動設備生效，若不能依照一定的次序完成，則將無從重新啟動該發電機組，而通過此方法，就能夠避免或增加電力系統裝置中發生的故障，并最后確保了船舶電系統正確的安全穩定性[7]。

3 船舶電氣自動化技術發展趨勢

隨著電力自動化技術的廣泛應用與發展，有必要將其運用到造船。中進行綜合分析，以及對開發機制的有效整合與電子維護和電子管理技術的更好運用，同時應該按照根據地區別強電與弱電，實現機電集成管理和監控的戰略，積極運用人工智能技術、項目模糊等新技術手段，在造船管理項目中使電力自動化技術能夠不斷發展，并根據現實融合國際的先進應用水平來提升企業整體的經營管理水平。以保障船只航運的開發價值為基礎，以提高海運的便利性和效益。所以只有從根本上適應現代技術發展和市場經營管理的要求，才能進行可持續發展，從而促進了海運管理項目的發展進行[8]。

（1）提高系統自動化效能。在人機接口管理中，設備管理控制機制還應該分析功能，選擇機制，通過顯卡屏中的軟件按鈕實現功能與數據的整合，能夠為控制系統帶來全面優化的保證，而且還能夠非常直接地按照要求選擇按鍵，從而提高并保持系統跟進操作的有效性。此外，能夠有效降低員工因過于疲憊而產生的工作失誤。但是該體系還必須在保證有效性的同時，進一步豐富完善，以適應更多要求。隨著電氣自動化更深入的應用，也需要更多專業的科研人員積極探索更廣泛的應用空間，以降低相應的負面評估標準，讓電氣自動化真正地深入整個船舶工業的研發之中，讓我們更切身地體驗到電氣自動化所帶來的便捷，讓更多的人接觸并了解這個領域。所以只有將電氣自動化的生產效率持續地提升，才可以提高對產品的質量要求，從而推動新產品的開發，為產品創造更大的經濟效益[9]。

（2）完善了自動化裝備。近年來，由于我國的海洋權益問題獲得了各方影響，海上信息交換工程也得到了各個領域的重視，而且這已經逐漸增強了其在社會的重要地位，而且在今后的十個年間，海軍裝備的現代化發展速度將不斷加快。由于國家經濟和科技體制的高度整合，科學技術的快速發展，很多企業對自動化技術進行完善，使得在自動化設備改造過程中重視船舶的經濟價值，借鑒整體管理的成功案例。在電力自動化生產技術開發與應用技術創新的不斷發展過程中，由于需要進行技術架構的整體綜合提升，也需要有較大的生產效率與可能性，以及綜合維護用于產品開發規范的安全性與節能性，因此船舶機械科研人員們需要對機械設備管理策略、運用機構和技術管理要求等展開仔細調研，在一定程度上推動了船舶電力與輔助機械式電力拖動技術的迅速發展，從而形成了符合市場變化要求的技術創新架構以及尋找新的發展方向與互補的經營策略。

（3）監管制度方面的發展。在智能化系統的結構下，電氣智能化系統雖然可以利用過程性命令進行自主化操作，但同時也降低了人員的參與度，如果發生在編程和實施等方面的問題時，勢必造成人員對有關設備造成破壞。因此，對船舶需要建立完善的技術監測體系，并利用無線網絡、有線聯網，以完成對操作工藝、裝置操作情況的全過程監測，一旦系統檢測的數值超過了系統所能接受的極限值時，則將形成技術預警。另外，船舶還對空中位置技術加以了創新，以提高行駛過程中空間定位的精確性，并增強安全運行性能。

（4）機艙自動監測報警系統的新進展。為了滿足現代船舶綜合自動化系統和無人機艙的需要，機艙內自動監控與報警管理系統新的發展方向之一是DCS 的廣泛運用，便于將監控管理系統所獲取的數據情報一攬子管理，并分送到各個場合顯示報警，同時也可以在現場管理各種機器的工作。比如DCS 自動監測系統。研制成功先進的DCS 機艙自動監控管理系統。該網絡系統主要由三層微機聯網設備組成，系統主機站位于集控室，并具有屏幕顯示和打印等功能，通訊站、信號交換站以及各分站均位于機艙，通訊站將分臺檢測到的信號命令傳遞到系統主機站，同時又將系統主機站的修改參數命令傳遞至分臺；各分站之間則各自單獨進行監測工作。各站之間以iBtBus 總線方式連接。該系統把自動化、計算機技術與通信3 種高新技術有機地融合在一起，順應了當代船舶自動化發展的新潮流[10]。

（5）設備質量方面的問題發展。船舶作為一個高消耗型裝置，在長期、高負荷的運轉模式下，內部的自動化設備會受到嚴重的影響，如若相關人員未對設備進行有效地維護和修理會造成設備的嚴重損耗，增加設備的維修成本，也將降低實際工作品質。因此，相關人員應該重視自動化技術的管理，轉變傳統的管理理念，對船舶實施統一的管理模式。首先要認真探究電氣設備的具體工作情況，了解電氣設備在生命周期內所具有的功能屬性，然后再根據系統管理方案，通過依托于信息系統的網絡平臺，將總控制系統和終端控制裝置之間形成了一條數據連接渠道，以保證各類信號傳遞工作的正常進行，從而達到統一設備運營指標。與此同時，還可以設備的故障機制為切入點，解析出在不同運作方式下，自動化工藝過程和設備操作間所產生的相互聯動性特點，比如供電系統、控制系統、網絡等，并通過對各種控制系統的基本結構信息進行解析，找到在各種驅動方式下，其信息的相互浮動關系，進而為控制程序的正確設計工作提供了基本保證，從而提升船舶效率。

4 結語

總而言之，船舶電氣自動化技術的實現，使整個系統進行了自動化、智能化運行，提升了船舶的工作效率。因此，船舶電氣自動化技術發展中，應當按照架構化、層級化設計原則上，對項目信息的分擔管理進一步完善，讓船舶自動化技術要朝著綜合化、智能化和網絡化的方向發展，以便可以在有效的指令下對系統進行智慧管理工作，以提高系統工作的安全穩定性。另外，對實際設備使用加以擴展時，就需要對實際承接設備工作的各種設備、機構、系統等進一步完善與處理，從而提高了數據接收、發送單元間的響應效率，使關鍵數據信息在儲存和執行過程中，能更精確地執行某一條命令，從而提高了信息處理的針對性，并改善了實際使用品質，進一步保證航運安全，對提高航運經濟效益和勞動生產率提升有很大的幫助。