船舶电气自动化系统的保障技术研究

钟军杰 汪锦飘

摘要：船舶电气自动化系统的保障技术主要是指在特定时间与处所自身功能的有效发挥，相关人员应采取相应措施降低系统故障发生概率。基于此，本文就船舶电气自动化系统使用特点出发，阐述船舶电气自动化系统的发展现状，重点对船舶电气自动化保障技术进行分析，包括电磁干扰技术、电力推进技术、容错控制技术以及储备冗余处理技术，以供参考。

Abstract： The support technology of marine electrical automation system mainly refers to the full play of its own functions at a specific time and place. Relevant personnel should take corresponding measures to reduce the probability of system failure. Based on this， starting from the use characteristics of ship electrical automation system， this paper expounds the development status of ship electrical automation system， and focuses on the analysis of ship electrical automation support technology. It includes electromagnetic interference technology， electric propulsion technology， fault-tolerant control technology and reserve redundancy processing technology for reference.

關键词：船舶;保障技术;电气自动化系统

Key words： ship;support technology;electrical automation system

中图分类号：U661.39                                    文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）07-0078-02

0  引言

现阶段，船舶电气自动化系统得到广泛应用，采取正确的措施保障促使该系统的稳定对船舶安全运行存在关键意义。应采取科学合理的保障技术最大限度地减少系统故障的可能性，进而促使船舶运营更加安全可靠，提升该系统的稳定性和安全性能够进一步保障船舶电气化系统的持续发展。

1  船舶电气自动化系统使用特点

电气自动化系统可最大程度地保障船舶安全运行。船舶电气自动化主要是将原本的船舶主机、辅机、安全保护系统以及货物维护系统等比较分散的设备仪表数据整合到一个或者几个显示器上进行集中呈现，该系统的主要目的就是保障船舶的安全运行、降低船舶工作人员的劳动强度、保护设备（货物）和船员的安全[1]。随着科学技术的不断发展，船舶电气自动化系统已经融入信息技术、电子技术以及网络计算机设备。近期现场总线和数字化等相关技术也被引入到船舶电气自动化系统中使系统集成化更高、联动性更强，促进船舶综合自动化得到发展[2]。将电气自动化、航信自动化、机舱自动化以及货物维护自动化等多项系统联合在一起，使电气自动化成为船舶系统综合自动化的核心。

2  船舶电气自动化系统发展现状

科技的飞速发展促进计算机辅助控制技术和通讯技术的强化，当下计算机技术在船舶管理、货物管理、设备控制中得到广泛应用并已经逐渐形成完整的应用系统，加快船舶电气自动化系统发展进程并为船舶稳定运行建立一定技术基础，并且船舶电气自动化综合系统集合导航自动化、机舱自动化以及货物维护自动化等多种功能[3]。此外，当船只上安装与外界联系设备时相关维护系统可通过邮件和数据等渠道实现船船、船岸之间的有效通信并直接进行交换信息发送，完善船舶管理和故障诊断等相关业务。船舶电气自动化技术不仅可以强化船只管理，还能够为船舶导航提供更加稳定的保障。如今，我国具备一部分相对稳定的船舶电气自动化技术产品及操作系统，电子自动化控制的效果更加完善，使船舶系统的稳定性和安全性得到提升[4]。

电子设备的不断开发简化致使电气设备的通讯措施也得到不断发展，计算机技术和总线技术的发展为船舶电气自动化系统的网络发展提供技术支持，采取总线技术能够将各类信息集中在一起，为不同部件和模块之间提供信号通信。因此，船舶电气系统中采取双层网对船舶系统进行控制。一般情况下数据采集网为第一层，控制网为第二层，其能够有效的保证船舶电气自动化系统的稳定性和可靠性，船舶系统的控制网使用冗余结构后其将会形成分布式系统，更加有利于船舶系统的稳定运转。

3  船舶电气化自动系统保障技术

船舶电气系统的可靠性是指特点条件和时空规范内，系统可以在满足需求的前提下得到安全和稳定的运行。系统设计、生产以及运行等各个阶段内具有可靠性的保障技术都发挥着关键作用，根据大量调查和研究可以得出当前该技术得到系统化的研究，进而获得很多研究成果经工程实际验证，该技术可明显降低船舶安全事故发生概率并为电气系统的安全、稳定运行提供一定的技术支持。

3.1 电磁干扰技术

通常采取电磁兼容的方式，根据船舶电气自动化系统进行防干扰设计。此设计方式可以有效切断电磁干扰途径，全面保证船舶电气系统的正常运行[5]。实际应用方式就是将干扰源进行隔离，通过抑制干扰源的出现和切断干扰信号传输路径，进而实现抗干扰的目的。一般情况下，电磁干扰信号会产生一定的交流电源，为从根源上完成干扰信号的屏蔽工作，还需具备独立的供电装置。建立有效的防干扰过滤波系统对交流变压器进行隔离、过滤高频率抗干扰信号，船舶运行期间将持续不断的对元器件进行开关，此方式将会产生电弧，进而形成电磁信号的干扰。设置吸收电磁干扰信号装置可更好的应对此状况，此装置根据电容稳定原理即电压不会迅速变化无法产生瞬时电流，进而利于完成对干扰信号的抑制。此外，电容具有消除电弧的功能。但该技术具有一定的限制性，实际应用期间传输路径比较长导致传输效果不好。因此信号传输期间为减少电磁干扰可采取光电耦合器替换电信号技术，将输出电路和输入电路进行剥离有效避免电信号的相互干扰。船舶设备具有强电和导航的特征，其线路呈分散状态，极易造成混乱局面一定程度干扰船舶状态，此时设置RC吸收设备使电压变化状态下船舶也可以保持正常运作，以关联单元增加的形式，保证船舶电气自动化系统的安全稳定。

3.2 电力推进技术

电力推进技术就是运用电能为船舶大型机械输送动力，该技术与传统技术相比较而言具有很多优点。比如：在操作性能方面，使用电力推进技术可完成船舶自动运行部件的保养使船舶达到安全运行状态。电力推动的构成内容包括直流推动和交流推动，传统推动技术采取直流推动此方式使电机调速发生问题。当前，在我国科学技术快速发展的背景下，电力推动技术应用范围愈来愈广泛，其中交流电无换向电动机与直流电无换向电动机是推进技术的重点应用内容。直流无换向器电动机系统中，当运行船舶的船桨摆动速度与密度形成配合即需要根据实际情况对系统运行速率进行调节和优化。长时间存在输出频率的影响时对交流无换向器电机工作和直流转换将造成影响，无法有效保证船舶运营的稳定效果。因此，直流无换向器电动机系统的实际应用效用和应用价值将被扩大。

3.3 容错控制技术

若船舶电气自动化系统出现故障，可通过容错技术进行设备问题查找。首先，保证故障测试水准达到规定范围。其次，将设备出现的问题稳定在一定范围内、有效提升船舶运行的平稳性。发现系统故障之后应给予自动化维修，船舶容错技术应用期间应重视设备故障处理效率的有效提升。最后，结合系统的处理情况完成问题反馈。将故障监测报告传输到系统文档中，为后续工作人员提供有效的技术依据。与此同时，船舶电气设备故障处理效率是容错技术实施期间的重要考虑内容，尽量避免故障拖延的状况保证船舶的稳定运作。各类故障被具体划分为一类、二类以及三类，一类故障可使用备用设备更好的完成设备运行压力的控制;二类故障可将故障延时设置关閉;三级故障应停运故障设备将故障因素排查出来。

3.4 储备冗余技术

冗余处理技术的使用最大限度的提升船舶运作安全性，该技术借助系统并联结构保证船舶的可靠性。一般情况下将储备机械安全完成后需保证各个机械设备使用性能达到要求标准，尽量满足使用需要保证船舶电气系统经济效益的最大化。实际船舶设计过程中应使储备系统内部结构具有独行性和分离性，为独立运行装置提供有效条件。以此得出，提升船舶电气自动化系统运行安全性和可靠性提升过程中，实施储备冗余技术十分关键。当传播运行过程中发生故障时，船舶将会自动使用备用部件以此提升船舶稳定性和续航性[6]。

4  船舶电气化自动系统保障技术发展趋势

4.1 综合化

随着数字化和电子技术的迅速发展船舶电气设备不断向模块化和系统化发展，逐步呈现综合发展趋势其中计算机技术实现人机对话的格局，相关操作只要通过菜单按钮就可以完成。该技术为船舶电气自动化系统综合化发展提供了有利条件，全面提升了相关系统的综合使用效率。

4.2 严密化

在船舶自动化管理过程中逆变器技术得到广泛应用，逐渐优化关键技术的指标促使船舶技术得到快速发展。其中全系列光伏逆变器的成功研发促使自动化模块水平得到提升，自动化技术中为强化管控措施应将监控系统结合进来，建设有效的动态分析模式。随着船舶业的逐渐发展，计算机技术和网络技术的作用越来越明显，应根据实际情况制定有效的数据参照机制保证系统的严密性。

4.3 自动化

随着我国网络技术的飞速发展，船舶电气系统实现自动化和运行技术参数之间存在很大的联系。所以船舶电气自动化系统在建设期间应整合各项资源，不断对船舶整体技术结构进行优化。只有通过网络技术才能将各系统中的图像控制功能和管理与标准保持一致。人机对话期间应深入分析功能选择机制，有效整合各个屏幕之间的软件按键，进而全面提升系统的综合自动化性能。尽量避免操作系统频繁所为工作人员带来疲劳，在维护包船舶工作人员人身安全的基础上对整体管理结构进行优化。实现船舶自动化技术研发成果的产业化，与当前运营状态良好且具有影响力的船舶自动化设备生产商进行合作。相关自动化设备产品应满足船舶对模块化和自动化的需求，不断强化产品自动化的生产水平。同时对船舶电气自动化系统中的大功率的半导体电子器件进行统一管理，集中管理工作材料和应用管控结构，才能不断提升研发成果的时效性。为提升船舶整体运行的高效性和可靠性，应注重研究船舶运行机制的合理性，大力发展电力推进协助机械电力拖动技术。

5  结论

综上所述，船舶电气自动化系统保障技术是一项内容复杂的系统化工程，其中包含船舶电气自动化系统运作的各个环节。因此，保障技术对船舶的平稳运营存在关键的现实意义。科技的不断发展促进自动化设备的更新，从而加强对保障技术的研究十分必要，应促进该技术发展有效提升船舶运行效能将运输效益最大化。

参考文献：

[1]邱哲誉，刘本峰，陈峰.船舶电气自动化系统可靠性保障技术研析[J].内燃机与配件，2020（09）：113-114.

[2]陈鹏，陈黎雄.船舶电气自动化的发展及其设备故障的排除探讨[J].华东科技（综合），2020（002）：1.

[3]罗仕义，康朝威.电气工程自动化在船舶机械中的运用[J].科学技术创新，2020（09）：170-171.

[4]赵毅.关于电气自动化控制系统改造技术的研究[J].科学大众，2020（003）：170.

[5]汤寅琪.浅谈电气自动化技术在船舶机械设备中的应用[J].内燃机与配件，2020（006）：218-219.

[6]雷小冬，骆宗明，易明.船舶电气设备故障及维护策略[J].科学技术创新，2020（09）：167-168.