船舶電氣自動化的發展及其設計要點分析

姜喜龍

（安徽省江淮船舶檢驗局，安徽 合肥 230000）

電氣自動化發展在一定程度上直接決定了這一行業先進性情況。近年來，我國船舶電氣自動化技術不斷學習以及參考國外先進技術，促進了國內技術設備的不斷更新發展，一些船舶電氣設備已經逐漸到了國際先進水平前端，本文就針對船舶電氣自動化技術發展以及設計要點做出進一步研究。

1 船舶及其電氣自動化技術發展狀況

船舶作為臨海國家發展的重要力量，其本身主要是指以各類船只為環節總和的稱呼，船舶能夠通過水域進行航行，起到物資運輸以及國家間貿易、旅游客出訪等作用，根據船舶自身實際情況以及運營方式的不同來執行相對應的技術、設施、結構特點等。船舶配合高新技術的應用，包括能源推進系統以及動力驅動系統等等，同時在設計上也逐漸追求流線型軀殼，有效提高了船舶的行駛速度。

在計算機以及通信工程等技術的不斷發展背景下，目前這些高新技術在船舶電氣自動化技術當中得到了充分應用，在船舶船艙管理、船舶駕駛、壓力檢測、自動導航、人工智能播報等方面都體現出來了計算機技術，實現了船舶的自動化應用發展，從當前我國船舶技術發展的種類以及相關特點上來看，不同的船舶電氣自動化應用情況決定了不同的船舶技術功能應用，因此在實踐應用過程當中船舶技術功能是決定電氣自動化技術的關鍵性條件。在設計以及制造船舶過程中需要設計人員根據要求，建立綜合化以及智能化的網絡系統，采取同時對船舶其他系統進行監控，采取高速信息傳播方式，有效實現對船舶全方位進行智能化控制，及時發展船舶運行過程當中出現的問題及故障，并對故障進行診斷與快速分析，為中央控制室提供最佳解決方案，另外船舶還可以通過設立相關外圍網絡系統，與外圍船舶以及燈塔、港口進行遠距離溝通交流，實現信息傳遞的順暢性，目前在船舶電氣自動化技術應用上還包含自動報警功能，能夠實時針對船舶自身的燃油系統以及動力系統進行有效檢測，發現問題會第一時間報備中央控制系統，隨著當前我國信息技術的不斷完善，船舶電氣自動化系統也會更加完善，同時也會實現全面的智能化管理以及可靠運行，進一步有效實現相關故障以及維修保養的智能化，保障船舶能夠實現安全、經濟地進行操作。

2 船舶電氣自動化設計要點

2.1 可靠性設計

目前針對船舶電氣自動化系統進行設計的過程當中，首先需要重視的就是可靠性設計，船舶設備系統以及相關元器件之間具有相對密切的聯系，另外在船舶設計上還涵蓋了制造、安裝等等多個環節，因此需要在設計過程當中盡可能有效控制船舶電氣自動化故障問題，有效提高船舶設計可靠性，首先在電氣設備選擇上要選擇質量相對可靠的生產廠家設備，同時要認真對待各類問題，確保相關生產廠商有產品的售后服務體系。其次在對船舶自動化設計過程當中需要人員具備一定的專業性以及知識理論充實性，充分保障船舶電氣自動化設計安全進行。

2.2 安全性設計

在船舶電氣自動化系統展開設計過程當中還需要重點考慮的因素就是安全因素，需要在設計過程當中將船舶電氣自動化系統與安全性緊密結合起來，避免發生危害事故，例如在船舶電氣自動化設計過程當中需要充分考慮到電源系統的設計，盡可能防止出現電源誤插情況，導致對電氣設備造成一定的損害，為工作人員的安全埋下隱患，另外從另一方面角度進行分析考慮，還需要為一些相對特殊的電氣自動化設備套上安全接地外殼，有效避免設備帶電情況發生，另外船舶電氣自動化系統在安全性基礎上需要調整智能化監控報警裝置設置，確保監控報警裝置能夠保障安全，在需要報警的設備上加裝檢測功能，在必要的情況下促進其進行自檢工作，在檢測功能的基礎上還可以添加保護裝置，從而有效做到對故障問題進行及時檢測預警提示，提示針對危險做好先一步防護措施，根據相對應的功能可操作性，將危害問題從根源上去除，例如系統自動判定根據危害情況切除電源或是有故障的線路問題，從而進一步有效保障系統的安全性。

2.3 可維性設計

在針對相關船舶電氣自動化設計過程當中需要進一步充分考慮的地方還包含可維性設計，可維性設計是船舶電氣自動化技術未來發展的重要關鍵，在設計過程當中需要從整個系統的高度上來開展，考慮到相關電氣設備安裝以及基座的基本形式，以進一步有效保障電氣設備不會在未來出現較大的故障問題，另外在出現故障問題時能夠及時拆解出來做好相關維修工作，如若在實踐過程當中由于安裝問題導致設備不能夠及時得到有效維修，那么設備出現故障問題就會導致整個系統某一部分出現停運，最終影響到整個系統當中來，更嚴重地可能會導致整個系統停止工作，因此除了需要加強與制造廠家的有效溝通聯系之外，還需要匯總在系統運行過程當中可能出現的問題，加強與廠家技術人員的指導交流，有效提高相關船舶自動化設備的可維性，促進船舶電氣自動化系統具備相對更強的適應性。

3 船舶電氣自動化未來發展趨勢分析及闡述

通過針對當前船舶電氣自動化設計要點，以及船舶電氣自動化在船舶當中的應用趨勢，我們可以進一步深入得到電氣自動化在整個船舶領域當中的進一步有效應用前景，通過前景來預測未來船舶自動化發展方向，需要有效加強船舶電氣自動化技術在船舶領域當中的進一步應用，目前結合船舶電氣自動化發展技術應用得出大部分都是集中在相關電站系統、發電機、電力推進、自動化安全保障系統等等方面上，而在電站系統當中一般來說船舶電站系統在應用電氣自動化技術之后會進一步形成一種CAN 的自動檢測網絡，通過船舶電氣自動化方式特點來將控制臺以及發電機組、檢測站臺等等有效結合起來，將這些進一步結合到CAN 自動檢測網絡總線上來，同時按照自動檢測方式實現功能應用，形成目前我們所看到的船舶CAN 電站檢測控制總成系統，如圖1所示，CAN 電站自動控制系統能夠在一定程度上有效集控制、監控、保護、管理等等于一體，在實踐過程當中根據相關應用安裝的位置有所不同，各節點連接方式也有所不同，但是各處節點模塊總是會連接到CAN 總線上，從而進一步將其作為網絡節點統一性，有效構成電站全自動化控制網絡系統，另外這一網絡方式還能夠有效鏈接外部網絡，從而進一步形成整個船舶的大型數字化網絡控制平臺。

圖1 船舶電站自動控制系統框圖

在CAN 電氣自動化技術應用過程當中還能通過加裝相關通信系統實現對每個總線節點實時傳輸數據，每個節點也可以根據實際情況設置相對獨立的報文濾波規則，進一步有效加強總線與各模塊之間的溝通交流，一般來說在CAN 通信系統當中按照信息傳遞優先級分為三類，一是針對相關控制命令以及保護參數整定以及特征參數調度等等應用的控制調節信息，二是周期性地進行傳輸的電網、發電機組相關實時狀態、參數信息等等，三是出現故障問題時對于信息以及中央系統的保護、緊急操作指令，一般來說這一操作指令是強制性的，具有最高優先級。

另外在船舶發電機的工作狀況上主要是根據相關軸帶來進行發電，但是傳統軸帶發電效率很低，同時電氣自動化技術應用在很大程度上會將相關主軸的驅動進行大幅度提升，從而將相關轉速提升到一個非常快的情況，而這種情況下還可以采取以晶閘管逆變方式來有效達到船舶發電系統的速度加快的目的，促進動能的有效提升，自動化安全保障系統是船舶應用系統當中相對較為重要的保障環節，由于船舶電氣自動化技術所涉及的相關范圍以及領域較為廣闊，因此為了能夠進一步有效保障相關工作人員的安全問題，電氣自動化需要在應用過程當中有效結合相關電磁兼容技術以及容錯技術等進行整合使用，有效保障自動化安全系統穩定進行。

在未來船舶自動化系統發展方向上，需要向以下三方面發展：

（1）具有全面、系統的監測功能。在信息技術的推動下，當今的船舶電氣設備實現了通用化、模塊化和系列化。通過信息化，船舶電氣設備的設計可以實現標準化設計，系統操作過程簡單方便，轉換靈活。這可以使用網絡軟件來完成，在實現系統監控功能的同時，可以輕松實現全面監控。

（2）實現網絡功能。隨著數字技術和總線技術的成熟和廣泛應用，它已成為一組信號線，在模塊和組件之間提供非常標準的信號通道。為了實現系統的可靠性，在控制中采用了冗余結構，高水平的數字化和自動化取代了大量的手工操作，優化了機組的工作環境，有效提高了工作效率。

（3）多學科發展促進電力船舶自動化的發展。在技術發展過程中，跨學科滲透和交叉應用越來越普遍。隨著科學技術的發展，人工智能和模糊技術得到了進一步的發展，提高了電動船舶自動化的發展潛力，促進了造船業和航運業的快速發展。材料科學的應用和制造技術的進步促進了電力船舶自動化技術的發展。大功率半導體電力電子器件的進一步發展，在材料、理論、機理、制造技術和應用技術等方面都取得了突破性進展，正朝著高可靠性和節能方向發展。為了進一步推動電力船舶自動化的發展，可編程控制器和單片機將成為船舶控制技術中常用的控制手段。基于計算機技術的船舶監控也由集中式計算機監控系統、分散式計算機監控系統和多級監控系統發展而來。新技術的發展促進了造船業的技術進步，在全智能控制、信息技術監測、全自動智能控制、衛星通信與導航、GPS、船舶對岸信息直接交流等自動化領域取得了長足進步。

4 結語

隨著當前我國信息技術的快速發展，我國各行各業都得到了進步，同時相關電氣自動化水平也在不斷提升，使得電氣自動化技術也逐漸深入應用到各個領域當中，船舶工業也不例外，目前電氣自動化設備在船舶工業當中逐漸得到有效普及，同時處于不斷發展的狀態當中，在船舶電氣自動化發展過程當中需要嚴格對各項設計要點進行把控，充分結合船舶設計工作的三大要點，促進設計人員與應用人員的相互交流以及相互促進，從船舶日常的使用功能角度入手，對當前電氣自動化系統進行進一步創新以及改造，還需要針對國內外出現的先進技術加大研發力度，吸收先進部分，將其進一步與我國現實情況進行有效結合，促進我國船舶業的穩步提升，總的來說，電氣自動化技術在我國當前船舶領域當中有著相對極為廣闊的應用前景，因此需要對電氣自動化技術應用狀況進行深入分析，加強技術應用，促進我國船舶領域的進一步發展。