田成闯
启东中远海运海洋工程有限公司 南通市 启东 226200
摘要：随着科学技术的发展，自动化系统已经广泛应用在交通、工业生产等多个领域的机械自动化控制中，比如说船舶的电气自动化控制系统。船舶电气自动化系统由船舶导航与驾驶自动化系统、船舶船岸信息一体化系统、船舶机舱自动监测系统以及液货装卸自动化系统等多个信息化模块组成，实现了船舶航行、装载自动化，大大提升了船舶之间的信息交流效率，促进了船舶综合自动化体系的建设。作为能够有效提升船舶运行效益的科学技术，船舶电气自动化系统的相关技术理论体系研究不断深化，其中就包括了可靠性保障技术，这一技术的可靠性和稳定性，是船舶自动化系统正常运行的技术保障。
关键词：船舶电气自动化系统；可靠性保障技术；应用
1船舶电气自动化技术的现状概述
二十一世纪以来，计算机辅助设计技术、通讯技术、电子信息技术的日益成熟给船舶自动化的实现奠定了基础。由电子计算机对船舶驾驶、机舱管理和货物装卸进行自主控制，进而实现机舱自动化、航行自动化和装卸货物自动化为一体的综合的电气自动化系统，是船舶自动化需要达到的要求。
综合性强的船舶电气自动化系统通常由若干个分控制系统、两个主控的工作母站和若干个工作分站组成。通常情况下，一个主控工作母站设置在机舱控制室内，在驾驶室设置另一个工作母站。两个主控的工作母站必须完全独立，分别控制，必要时可以两者协同控制船舶。这样的好处是一方面可以让两个工作母站互为备用，当其中一个发生故障时，可以及时启用另一个工作母站以保证船体的正常运行；另一方面两者协同控制也大大提高了整体船舶自动化的准确性。由高速信息传输技术组成的综合网络是两个工作母站和其余分控制系统间进行信心交换的渠道，在这个网络中可以根据不同船舶的需要（监控、控制、运输等）连接一定数目和种类的工作分站。而分控制系统将根据船舶的实际自动化程度和用途而定，例如主机遥控、自动网络导航、负载控制、天气预警等。
目前电气自动化技术在船舶行业中的应用已经趋于成熟，国际上的著名船电产品公司（西门子、约克等）的技术处于世界前列。德国西门子公司的SMOSMAC55将程序分解为小型的只能控制单位，实现分片操作，这样的好处就是使电气自动化系统更加开放化，能够进行检测报警和故障诊断。另外在控制和机舱的管理方面的自动化程度也得到了极为显著的提高，如燃油系统、动力系统管理、自主导航系统等，也实现了自动控制燃油消耗、船体内液面的检测、货物装卸以及安全防卫功能。值得一提的是，SMOSMAC55有整列的外端接口，可以实现其内部信息与其他电子计算机的互换，其船舶自主管理系统、无线通信系统可以通过无线电波与卫星进行联网，实现多端异地控制。
2船舶电气自动化系统的主要特点
船舶电气自动化系统的发展离不开自动化技术、信息技术以及通讯技术的共同作用，同时船舶电气自动化系统的广泛应用也离不开众多技术手段的支持，随着各种现代化技术的不断发展以及创新，船舶电气自动化系统的可靠性也有了明显的增强，尤其是随着数据采集系统以及计算机处理系统的普遍应用，可以对相关的电子系统进行实时监测与控制，这更加能够保证船舶运行的稳定性，能够在其运输过程中发生突发状况时进行及时有效的处理，从而能够进一步保证船舶平稳安全运行。现如今的船舶电气自动化系统主要包含了两个重要特征，一个是网络可控化，另一个是电子信息化。其中网络可控化是依托于网络技术、数字信息化技术等技术手段的发展，能够对于船舶的现场运行进行有效控制，现场总线技术可以为各个部件以及模块之间的信息传输提供良好的通道，所以可以有效的提升船舶电气自动化系统的可靠性。电子信息化指的是在信息技术以及电子技术的发展普及后，可以实现船舶电气自动化系统的动态组合，同时因为计算机技术的有效发展与应用，可以利用界面按钮针对传播系统进行操作控制，进而实现船舶电气自动化系统的自动化控制，有效的提高其可靠性。
3船舶电气自动化系统可靠性的保障技术现状
目前我国的船舶电气基本上已经实现了自动化，同时随着大量先进技术与设备的应用，形成了一套完整且成熟的体系，可以有效保证船舶运输的安全稳定。在船舶运行过程中，其管理以及操作等环节都开始加入了自动化相关应用，其运用的主要范围包括行驶自动化、机舱管理自动化、动力自动化以及机械自动化等。总之，通过各种自动化技术的不断应用，船舶通过各个控制站分别管控相对应的区域，最终形成一个综合自动化控制系统。可以说，船舶电气自动化运行系统有效的提升了船舶运行管理效率，并且进一步加强了安全稳定性。
现如今，有很多船舶电气自动化技术产品逐渐研发出来，并且投入了具体的使用中，一方面能够有效的节省能源以及人力，另一方面也可以实现系统可靠性以及稳定性的提升。很多需要使用人力进行操控的系统能够由自动化代替，进而有利于人员的精简，并且系统可以自动监测分析各种不同类型的故障。船舶电气自动化系统虽然有着一定的发展，不过也要更加重视安全问题，所以，必须要增强对于船舶电气自动化系统可靠性保障技术的研究力度，实现船舶业的可持续健康发展。
4船舶电气自动化系统可靠性的保障技术
4.1电磁干扰技术
船舶因为自身因素其有着特殊性：①空间不大；②电气设备安装空间有一定的限制；③电气设备运行环境差。所以，船舶在正常工作时，电磁干扰对其影响很大。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆船舶在工作过程中，会对导航仪、强电设备等进行应用，所以，在开启、关闭时，干扰会很严重，之后利用交变电磁场、静电场等，很容易受到电源干扰，倘若船舶电气自动系统在平稳运作时，由于电磁波的影响，会对船舶的运行产生影响。电磁干扰的条件主要有三个方面：①存在干扰源；②干扰源和电力系统之间有传输介质存在；③接收单元灵敏。
4.2储备冗余处理技术
对于船舶电气自动化系统可靠性的保障性技术来说，储备冗余处理技术是其中的又一关键技术，这一技术是利用在船舶电气自动化系统中，将并联单元进行增设，从而使自动化系统的安全性、平稳性、有效性得到保障的技术之一。在这一系统运行时，想要使系统的稳定性得到保证，通常来说要将3台机组储备进行开设，同时，每台机组储备的功能和设计基本是一样的，从而能够对不同机组在独立过程中相互备用得以确保，使整个船舶电气系统的安全、经济及可靠性得到保证。通常来说，船舶电气自动化储备系统内部中，其工作单元和储备单元之间是相互分离的，不同单元的工作是独立的，也能够进行合作，所以，从保障技术层面出发，能够把电气自动化系统看成是储备系统来运转，在这个过程中，只要有一个单元在运行时发生故障，则处于储备状态的单元就会马上运行，从而使船舶电气自动化系统的可靠性得到保证[2]。
4.3容错技术
所谓容错技术，就是系统运行时，能够容忍系统出现故障的能力，这一技术有2个方面的内容：①系统故障检测，倘若船舶電气自动化系统在运作时产生故障，则这一技术会对故障的性质进行有效的定位，同时对故障发生的位置进行有效的定位，之后通过自动化隔离的手段，使故障对系统安全平稳运行的影响得以规避；②系统故障控制，这一技术先是对系统故障进行检测，之后结合故障性质、位置的定位，来制定相应的对策，也就是在将系统故障诊断出来之后，对故障进行及时的解决，使得船舶电气自动化系统的可靠性和有效性得到保证。在船舶电气自动系统运行时，解决故障的步骤：①检测故障；②故障性质、位置的定位；③故障单元判断；④故障检测信号向低电平信号进行转换，再把故障向决策单元进行传送，在这个过程中，故障主要有在三类，第一类故障，将备用机组开启，从而能将机组运行的负荷量得以有效的减少；第二类故障，和第一类故障有一个共同点，就是将备用机组开启，再将产生故障的机组的关闭进行延迟，从而使故障的处理更有效；第三类故障，就是停止运行发生故障的机组，再将备用机组进行开启。此外，船舶运行时，倘若电气自动化系统产生第三、第三类故障时，要将机组立即停止，在将故障有效解决后，再将机组进行恢复，不然，由于故障未有效的排除，会使得故障可能扩大，对于系统的平稳运行是不利的[3]。
4.4电力推进技术
在船舶电气自动化系统可靠性保障技术中，还有一个主要内容那就是电力推进技术，以往这一技术只是在小型船舶中进行应用，然而由于计算机技术、电子技术的不断进步，电力推进技术也得到了深入的发展和推广。这一技术结合电力传动的角度，能够分成2类：①交流传动；②直流传动。几年来，交流传动技术的发展很快，同时在交流调速技术的推进下，交流电力系统会将直流传动技术进行取代，同时，在对船舶电气自动化系统的平稳运行的保障效果是比较好的。在电气自动化系统中应用交流电力技术时其推进系统主要有2种：①直流无换向器电动机，简称LCI；②交流无换向器电动机，简称为CCV。前者主要是利用变频器的同步调速来使交流到直流再动交流的变换来实现的，在这一过程中，船舶运行和调距螺旋桨之间协作来完成。倘若船舶要在港口上航行，此时交流推动机将向低速运转状态进行转变，倘若船舶在公海上运行，则能够使推动机向同步状态进行转变。而后者利用变频器的同步使交流向交流的变换来实现，最后使交流调速运行系统得以构建。
4.5自动化报警技术
机舱自动化监测系统在整个船舶系统内部具有重要的地位，具有自动化的信息记录、存储以及输出等功能，例如：自动、精准地记录各项设备的工作状态，对应形成数据记录，并发出警报信号，这样可以大大提高工作效率，保证整个系统实现自动化运行。当前，我国自动化监测技术在不断进步和更新，综合监测系统的开发和运用，能够更为高效地找到并排除系统中存在的故障，也能对故障进行科学地预测和判断，从而维持系统的高效运转。此外，DCS自动监测系统的利用，能够统一管控系统获取的数据信息，并通过计算机控制系统来发出警报，保证系统稳定运行。
5船舶电气自动化系统的发展趋势
5.1工作效率的不断提升
数字化以及高端化的自动化技术、对图像实施控制的一系列功能都是网络系统拥有的优点，有利于船舶对人机操作进行更有效地证明。
5.2电气设备越来越完备
目前船舶在社会上获得了更广泛人群的关注，在一定程度上对电气自动化的形式及它的相关产业有着非常积极的影响，会对船舶电力系统予以推进以及对辅机电力方面实施拖动的相关技术领域产生巨大的改革。
5.3在监控方面越来越精确的系统
在自动化方面的网络、技术以及计算机这的三方面的帮助下，我国的船舶对计算机实施全方面的控制在装货、机舱管理以及驾驶等各个方面已经差不多实现了。
5.4对于未来如何发展进行展望
为了能对生态环境实施改善以达到能源消耗降低的目的，船舶业对新能源予以研发的投入就需要加大力度，并能将这些研发尽快在船舶工业方面得到很好应用。
结束语
总之，我国虽然能够自主生产以上各大系统，但与欧美等发达国家还存在着一定差距，具体表现在我国自主研发的电力产品精度不够高，使用寿命较低等。因此我国各船舶企业还需要在提升产品标准性、实用性以及后期产品维护等方面加大投资力度，以实现我国船舶电气自动化发展现代化、国际化的目的。除自动化电力设备研发外，船舶企业还应该升级信息管理系统，争取实现整船信息化管理。随着自动化技术的发展，用来保障船舶电气自动化系统可靠运行的技术依然处于不断地更新、升级状态下，能够有效支持船舶系统自动化水平的提高。
参考文献
[1]周礼.我国电气自动化技术发展中遇到的问题研究[J].科技与企业. 2018（16）.
[2]李建宇.船舶电气自动化关键技术研究[J].科技创新与应用.2017（29）.
论文作者:田成闯
论文发表刊物:《防护工程》2018年第31期
论文发表时间:2019/1/14
标签：船舶论文; 自动化系统论文; 技术论文; 电气论文; 故障论文; 系统论文; 可靠性论文; 《防护工程》2018年第31期论文;