船舶电气自动化控制安全性问题研究

赵军 毛振华 金利兵

（杭州航海仪器有限公司 浙江省杭州市 310000）

从上世纪80年代开始，自动化技术在社会上开始大范围应用，而且已经在机械旨在、船舶生产等领域得到了应用，该技术通过自动化控制等全面操作功能在某一特定环境操作不同类型电子元件，其在船舶自动化中应用范围比较广，不仅包括了无线电控制、信息传输，也包括了机舱设备监控、导航、电站管理等系统，另外也能够控制主机推进、电力变送等系统，涉及内容较多，因此稳定性十分重要，只有保证船舶电气自动化控制稳定，才能够确保船舶运行稳定安全。

1 船舶电气自动化系统概述

1.1 电气自动化系统

船舶电气自动化系统中，电力系统涉及了大量网络和装置，这些设备能够将负载、配电、电源等装置联系起来共同构成运行整体。对于电气系统来说，通过应用原动机、发电机组能够转换能量，通过导线可以组建网络传输系统，并为用电设备提供所需电能[1]。而船舶电站作为船舶电气自动化系统核心（如图1），其中涉及了多种设备，能够应对船舶各种功能所需，其需要专业人员根据船舶要求、性质完成组配作业。电力网是各种装置相互作用下用于传输电力而构成的有效连接电路路径，不同设备间的电路网形式不同，例如应急电网、照明电网、弱电装置等。

图1：船舶电站

1.2 系统特征

船舶电力自动化系统具有综合性、网络性等特征，具体体现为：

（1）综合性。近年来，船舶作业过程需要利用操作台来完成操作（如图2），该操作台体现了船舶电气自动化的综合性特征。另外，在我国电气模块不断升级基础上，电子信息技术也得到了升级，船舶自控设备逐步创新，变通性提高，进一步促进了船舶电气综合化发展[2]。

图2：船舶操作台

（2）网络性。随着我国科技水平的提高，船舶电气自动化系统迅速发展，网络优势越发凸显，尤其是在总线技术保障下，船舶各模块间的信息传递更加便捷、顺畅，推动了船舶自动设备审计。当前，船舶系统不断朝向先进化方向发展，跟多具有自控作用的技术设备在其中应用，进一步创新了技术设备，同时也提高了船舶系统运行便捷性。

2 船舶电气自动化系统控制安全性问题分析

通过上述分析了解了当前船舶电气自动化系统优势，也明确了利用系统优势确保船舶能够安全稳定运行。但是，船舶电气自动化系统全面覆盖会导致船舶电气自动化控制安全性管理人员对系统产生过度依赖，甚至会造成损失。因此，控制人员需要尽可能弥补损失，有效落实好电气自动化技术应用安全。当前，我国船舶自动化技术安全性问题主要体现在以下几方面。

2.1 设备故障

电气自动化系统运行方便快捷，而且比较稳定，但是也会不可避免出现一些问题，具有错误率，而系统设备错误率很难改变，也难以逆转，这些错误一般发生在电气设备运行安装过程中。但是，船舶电气设备安装制造比较安全，运行期间发生的错误和问题通过调试确认可以解决，按时这些错误会随着设备使用时间延长而发生率不断提高[4]。由于船舶电气自动化控制错误率和故障很难避免，尽管可以通过后续维护和保险减少错误现象，但是也难以避免，一旦发生安全性错误会导致电气系统整体运行发生问题，进而导致控制逻辑受到影响，引发更大损失。油泵故障如图3 所示。

图3：油泵故障

2.2 电磁问题

船舶电气自动化系统应用需要电磁技术作为保障，但是船舶运行会影响电磁安全。船舶运行在海面上，若是天气恶劣会导致船舶上的电磁系统受到干扰。而船舶内部空间比较狭小，电子元器件设备安装也比较紧密，从而导致电子元件设备安装十分紧密，提高了电子干扰问题发生率。船舶实际裕兴过程中需要尽量避免天气受到影响[5]。电磁技术对于整个船舶电气自动化技术应用十分关键，其也是电气自动化系统运行基础。大多数船舶运行时会遇到恶劣天气，甚至会破坏整个电磁系统，同时也会被电磁所干扰。船舶燃油量和油路控制信号是由电气自动化控制系统实现操作的，若是被电磁信号影响则会导致信号失真，喷油量出现误差，导致系统运行受到影响。

2.3 线路问题

船舶电气自动化控制优势在于方便操作，同时能够利用驾驶舱的总控系统实现整体操作。但是，若是传播自动化总控制系统中的某些功能出现异常会使自控系统产生问题，进而导致传播电气设备在无目标情况下运行。总控系统若是面临故障或是错误操作会产生难以逆转的危害[6]。另外，船舶电气自动化系统控制线路单一，支线设备运行容易产生问题。同时，船舶电气自动化控制系统面临关闭问题，需要尽量减少故障现象发生，减少损失发生。电气自动化操作可以简化船舶操作流程，驾驶舱内部总控系统可以实现优先选择和控制，具有冗余功能，其中的动态监测以及自动问询系统能够预报错误，迅速发现潜在问题，进而将报警和动态监测结果反馈出来。船舶电气自动化系统运行时，尽管面临设备容错、电磁安全和线路控制等问题，但是系统可以大幅度提升船舶航行安全性。对此，船舶自动化系统控制人员在使用安装时需要提前进行预测，保证系统各个组件在准运行状态中，确保系统逻辑正常，并对控制功能进行反复调试，确保整个系统控制状态正常，以便随时运行。

3 船舶电气自动化系统控制安全性保障措施

3.1 处理安全问题

（1）应用抗电磁干扰技术。电磁干扰属于客观物理现象，其会导致设备性能下降，电子元器件受损，电气控制信号减弱，从而引发错误控制信号，同时会使线路发热量上升，信号传导率下降。对此，需要加强电气自动化控制，减少电磁辐射对线路产生的影响。为了减小电磁干扰，需要采取以下几点技术：

1.滤波技术，该技术可以按照频率对干扰信号进行选择性一致；

2.接地技术，该技术能够保障人员安全和设备安全，接地方式一般采用串接电阻形式或是阻隔环路形式；

3.屏蔽接地，该技术能够避免空间上的电磁干扰传播，同时将辐射干扰路径阻断，减弱电磁干扰对信号源产生的干扰[7-8]。

（2）优化网络布线方式。船舶电气控制线路和陆地自动化控制系统存在差异，控制线路结构一般比较单一，一旦短路或是断路、接触不到位等会使系统发生故障，因此为了提高系统运行稳定性，必须要优化控制线路布线方案，尽量扩大双通道冗余空间，避免某一线路发生问题时仍然可以通过备用线路传输信号。数据传输一般通过光纤铜线分布式布线方式和CAT6 及以上规模以太网布线方式，若是网络系统是100m 以上的系统需要使用单模光纤网络布线方式，进而使数据通讯安全可靠性提高。

（3）提高设备元器件容错性能。容错性能指的是设备和元件发生故障时所据欧的错误容忍性能。电气自动化系统中的组件若是无法正常运行，则整套系统仍然能够正常执行控制功能，这就体现了容错能力。电气自动化系统具有容错能力需要检查诊断系统故障技术、错误防范技术、错误影响弱化技术、冗余设计技术等先进技术作为保障。另外，加强易损件的监视工作，提高喷油系统内部密封性，定期更换密封圈，确保喷射系统能够正常运行。

（4）优化数据信号传输介质。随着网络技术不断发展，原始的对线、绞线、同轴电缆等数据传输介质经过改善变成当前的网线CATA、CAT6、CAT7 等介质，同时在网络技术持续发展背景下，当前的广泛采用的传输介质包括光纤、微波、蓝牙、无线网络等。介质不同，传输数据性能存在差异，可以按照需求选择相应的传输介质，进而提高网络数据传输效率，控制好传输成本[9]。

另外，应用CAN 电站测控系统。该系统是网络节点之一，其与控制台和检修微机共同构成自控网络，使用时可以利用网络连接方式连接网络和船舶，进而实现船舶运行控制。例如发电系统日常运行过程中，自控系统中的构件有其各自优势，优化控制系统实现测量信息数据保存，把控好发电系统的节点测量工作质量。而CAN 电站系统日常运行时需要根据实际条件发挥自动化控制系统作用。

3.2 排除系统故障

（1）遵循排除系统故障原则。为了能够有序推进船舶业务顺利进行，技术人员需要定期检修电气自动化设备，通过高质量检测维护工作及时确定故障和消除故障问题，有效辨别股做好功能，解决故障问题。在电气自动化系统故障检测排除过程中，需要遵循由表及里、由浅入深、由动及静的故障排除原则。

（2）确定系统故障排除和解决流程。为了能够解决系统故障辨别解决区域，同时及时消除这些故障，需要根据现有流程操作，对此提出以下两方面参考建议：

第一，专业人员凭借精细态度进行检测，并在实际检测时辨认故障发生构件。

第二，根据系统操作说明书分析已找到故障，在合理分析和总结基础上判断故障产生直接原因，之后通过指定系统对故障进行全面的检测，并通过反复试运行判断故障消除程度，确保系统故障能够完全被消除。

（3）采用科学的故障排除方法。船舶电气自动化系统故障排除方法包括直观法、对比法和短路法等方法。其中，直观法指的是利用眼睛、手指等各种感官直接接触进行深入法恩熙，进而分辨确定故障点。在直观接触排除故障过程中，通过手可以触摸设备以便了解设备温度及其与既定参数差距，通过鼻嗅可以查看设备内构件形状有无变化，利用耳听可以确定设备是否处于稳定运行状态中，利用眼观可以确定设备构件是否充分连接，颜色保持度是否符合标准要求。对比法是当前最有效的身故故障排除方法，只需要更换设备指定构件就能够解决故障，同时通过具体的对比分析可以由专业人员划分故障区域，进而更换指定构件，若是构件调换后仍然能够稳定运行就表示该构件所在区域存在故障因素，若是构件更换后仍然无法稳定运行则需要专业人员展开深度的检修[10]。短路法与一般意义上的故障排除法不同，其应用比较独特，相关工作开展需要高素质人员进行操作，并利用短路法对故障进行查找，检测故障易发区域情况，若是检测结果表示发生了故障则表示故障点能够被确定。

3.3 加强安全管理

（1）建立健全安全管理体系。通过实施并完善技术操作规范、作业技术标准以保证电气自动化系统能够实现安全稳定运行，并为自动化操作奠定坚实的技术基础。电气自动化技术在应用时，大部分国际造船企业和船舶运行作业企业需要根据联合国际主要船级社、船旗国、国际海事事务管理机构等相关机构规定进行操作。而船舶管理部门和作业船队技术领导者需要根据国际相关法律规定完善相关规章制度。此外，明确规定具体工作中的各个环节，并对各环节作出详细具体规定，避免其间出现非法交易。

（2）完善自动化系统的容错技术。容错技术的优化重点在于自动化系统运行故障恢复性能，其中涉及了控制系统故障、系统故障信号评估和检测、启动后备装置、停止设备运行等等信号，通过容错技术可以检测评估系统故障，及时检测故障发生原因，确定故障发生区域，加强故障检测。对于船舶电站自控系统而言，为了解决机组故障，需要利用备用机组与网络获取联系进而确定故障问题，在机组负荷情况下获取更多时间对故障发电机进行停机检修，若是机组属于超负荷运行则需要及时开启备用发电机，获取超负荷发电机故障情况，以保证过载发电机运行能够正常[11]。

（3）推动智能化技术应用。新时代背景下，船舶发展逐渐走向智能化。对此，企业需要加大力度推广应用GPS 技术，促进穿在侦查技术不断发展。在船舶操作系统中应用GPS 技术可以促进系统防御性能提升，提高防御维护素质，有利于系统尽快恢复。GPS 系统的应用可以提高船舶自动化系统的故障保护性能，发生故障时确保系统能够正常运行，并保障系统运行能够安全可靠。而利用GPS 系统各节点对各种信息全面感知、收集，分析所发送信息，以便及时完成反馈控制。

4 结束语

综上所述，自动化控制系统通过一个系统对多个配件进行全面管控，进而完成相应的操作。而船舶电气自动化系统比较复杂，其可以帮助船舶安全运行，但是其中也存在一些风险，因此必须要做好前期检测才能够发现问题，并采取合适的措施确保船舶自动化系统运行安全稳定，笔者对当前船舶自动化系统运行中面临的设备故障、电磁问题、线路问题提出了处理安全问、排除系统故障、加强安全管理等措施，以保证船舶能够安全可靠运行。