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摘要：随着我国科学技术的飞速发展，船舶行业已经由独立设备的自动化控制逐渐进入到信息化和智能化的发展阶段。船舶自动化最早开始于机舱设备自动化，然后发展至航行自动化、货物装卸自动化、动力定位自动化，基本实现了全船自动化。而传统的机电式控制方式已经发展成为网络型、数字化和智能型的控制方式，各设备的自动化控制系统集成为全船自动化系统。如何进一步推进提高我国电气的自动化水平，促使船舶行业向新的方向发展，成为首要解决的问题。基于此，本文首先对自动化技术在船舶电气自动化领域中的应用及发展趋势进行了概述，详细探讨了船舶电气自动化系统的可靠性保障技术，旨在促进我国船舶行业得快速发展。
关键词：船舶；电气自动化系统；可靠性保障技术
船舶电气自动化系统可靠性保障技术直接与系统的设计、生产以及运行等多个环节有着密不可分的关系，因此，如何保障电气自动化系统稳定的运行具有很重要的意义。在系统运行中，如何采取有效的措施尽可能的减少故障发生的可能性，将可靠性作为船舶运行的前提更有助于实现船舶电气自动化系统的智能化，信息化，集成化，提高船舶电气自动化系统的稳定性与可靠性。
1 自动化技术在船舶电气自动化领域中的应用
1.1 电力电子技术
轴带发电、电力推进系统是电力电子技术应用于船舶电气自动化中的主要方面，具体应用如下所述。
1.1.1 轴带发电机
轴带发电机是船舶节能的主要装置，其主要由主轴驱动，转速则随着主机转速的变化而变化。控制轴带发电机的主要依据是主机运行状况和海况。机械式和电气式是轴带发电常用的恒频方式，但电力电子器件的飞速发展使得晶闸管逆变方式已为国内大部分船舶轴带发电系统所用。
1.1.2 电力推进系统
从电力传动角度而言，直流传动和交流传动是电力推进系统的主要分类，随着科学技术的发展与进步，交流调速也得到了较为广泛的应用，交流推进系统正逐步取代直流推进。交流无换向器电动机推进系统与直流无换向器电动机推进系统是交流电力推进方式中最常采用的方式。
1.2 CAN 电站测控系统
将发电机组、控制台、检测微机3 个节点一起挂在CAN 总线上可形成一个电站自动控制网络，通过网络将这一电站自动控制网络与船舶上其他控制网络连在一起之后即可构成整个船舶的控制网络平台。以上3个节点本身也具有独立的测控功能，因此可以一个“子控制区”的角色参与全船的控制检测工作中。测量与控制是发电机组的功能，接收各发电机组传送过来的测量结果并依据结果与控制要求下达控制指令则是控制台的功能，监视各节点工作情况为检测微机的功能。
1.3 自动化系统可靠性保障技术
电磁兼容设计、容错技术设计等可靠性技术与设计可为船舶电气自动化系统的安全性与可靠性提供保障，目前国内外正在展开对这一领域的研究与设计。
2 船舶电气自动化系统的发展趋势
2.1 不断提高的工作效率
不断发展的科学技术及逐渐完善的网络系统使得电气自动化系统在船舶业的应用越来越广泛。数字化、高层次的自动化技术、图像控制功能均属于网络系统的优势，有利于船舶更好地实现人机操作。不断优化的船舶监控系统与计算机愈加便捷的操作方式是密切相关的。另外，网络操纵方式的简易化也大大降低了工作人员的操作频繁度，工作效率可随之得到提高。
2.2 逐渐完善的电气设备
近些年，电气自动化在船舶业的发展越来越广泛，业界人士对其关注度也在不断提升中，这进一步推动了电气自动化系统设备产业的发展，相关企业也将研发出更多高端的电气设备，更加安全可靠与更加节能成为船舶业电气自动化设备的未来重点发展趋势，这将对船舶机械、船舱的运作带来极大的便利，且极有可能会推动船舶电力推进和辅机电力拖动技术领域的重大变革。
2.3 更加准确的监控系统
在不断发展的计算机、网络、自动化技术的推动下，我国船舶在驾驶、机舱管理和装货等方面均实现了全盘计算机控制。与此同时，船舶工业正向着智能综合自动化、全球定位系统、卫星通信导航、微机监视、智能控制、船案、信息直接交流、全船自动化等趋势发展。随着计算机技术同网络系统间的不断结合，船舶监控系统的准确性势必将得到进一步的提高，船舶航行也将更具安全性、可靠性与经济性。
2.4运用智能新技术
航运作为运输系统的重要组成部分，其未来发展前景十分广阔，随着电力电子技术、自动控制技术和通信技术等技术在船舶行业的大范围应用，将大大提高船舶行业的电气自动化程度。而机电一体化加速渗透了不同学科之间，使得电力与电子，强电与弱电之间的界限不在那么分明，同时人工智能技术和模糊计算技术也更加深入了船舶电气自动化控制领域的应用，这就会对造船和航运事业的变革带来深远影响。以中控系统为例，将由基层电脑监控系统向分散型电脑监控系统的转换，然后逐渐升级到多级监控系统和网络智能监控系统。
2.5 节能高效技术不断普及
节能环保是衡量我国工业生产水平的新指标，船舶电气行业也应逐渐实现节能高效。近年来，新材料、新工艺和新技术不断涌现，为电子器件的研发提供了有力基础，在国家节能减排的号召下，船舶电气设备将进一步提高能源利用率，达到高效、节能、可靠的目的。如PLC 技术的应用，不仅可提升设备的安全性，还能根据实际需求设置运行参数，极大的提高了设备运行效率。
3 船舶电气自化系统的可靠性技术现状分析
如今，通讯技术和应用软件的不断更新，船舶电气自动化系统也不断的伴随着更新发展，实现了系统的自动化处理信息以及及时处理应急措施。对计算机处理系统以及数据采集系统的应用，将船舶内的各种电气设备拟合在一共控制平台，通过该平台可以完成对所有电子系统的控制，通过这一综合控制可以避免出现误操作或者突发事件出现时无法解决，明显提高了船舶运行的安全性与设备的可靠性。船舶电气自动化主要有两个特点：
3.1电子信息化
随着电子设备地不断开发简化，电气设备不断地完善的通讯措施，船舶自动化程度不断提高，电子技术的日益模块化，船舶电气自动化系统更加灵活的组态，且更加呈现出综合化。船舶发展中的计算机技术也在很对地方得到了应用，船舶电气自动化系统的操作指令可以通过控制按钮或者界面上的控制按钮来实现，这些都为了船舶电气自动化系统提供了条件，由于不同船舶性能的结构差异，船舶电气自动化系统也存在不同，但是，他们都为了船舶电气自动化系统的可靠性的研究奠定了良好的技术基础。
3.2网络可控化
伴随数字网络信息处理技术的不断发展，总线技术的广泛应用为船舶电气自动化系统的发展提供了前提，尤其是指总线，把各种信号线的集合，把各个部件与模块之间提供信号通道，链接每个控制系统和执行系统，并采取冗余结构与分布式布置，都是为了更好的保持系统的稳定性，并且提高船舶电气自动化系统的网络化技术可以代替很多人工操作，这样更好提高了工作效率，且更加有利于系统运行的安全稳定性。
4 船舶电气自动化系统的几个主要的保障技术研究
随着自动化的技术不断发展，船舶电气自动化系统的稳定性越来越重要。为了降低船舶发生故障的概率，提高系统运行的稳定性与设备的安全可靠性，是船舶电气自动化系统发展的前提。
4.1船舶电力系统的组成
了解电力系统的组成可以更好保障电气自动化系统的稳定性与可靠性。船舶电力系统的组成有发电部分（电源）、配电部分（配电装置）、输电部分（电网）、用电部分（负载）。船舶电力系统的电流，有交流与直流两种。现在电力系统在船舶上占了主要地位。船舶电力系统的额定电压的高低直接影响电力系统中所以电气设备的质量和尺寸。提高电压固然有利，但是同时也来了绝缘和安全方面的问题。我国船级社对配电系统的电压等级分为：直流1，200V、500V、250V、50V、24V，交流11，000V、1，000V、250V、50V、24V 各挡。国外船舶则采用460V 电源，用电设备额定电压为440V。对于电站频率，国外船舶多采用60Hz，我国陆上采用50Hz，船舶也采用50Hz。
4.2电力推进技术
简单的船舶电力推进装置一般由下述几部分：其结构如图1 所示。受传统观点的影响电力推进技术只能或者主要应用在小型船舶中使用，但是近年来被深入研究，大型船舶也可以应用，而且对整体的推动系统具有很重要的意义。目前，大部分船舶电力推进系统的动力来源一般采用高速或中速柴油机以及少数的燃气轮机。根据不同的动力来源可将电力推进系统划分为柴油机式电力推进系统以及燃气轮机式电力推进系统。根据电动机不同的布置形式可划分为吊舱式以及机舱式。根据不同的电源形式划分为直流传动与交流传动。交流传动技术的发展速度要相对快一些，逐渐取代了直流传动的技术，主要原因是交流传动比直流传动针对系统的稳定性更好。在交流电力推进中如何使用选型的调速系统是一个核心问题。而如今最具前景的变频调速系统具有较高的效率高，宽调速范围和高精度等特点，现在又以采用交流变频器的调速系统发展最快，并且成功应用于众多船舶电力推进系统中。
图1 船舶电力推进装置结构图
4.3机舱自动监测报警技术
机舱自动监测报警系统是船舶自动化系统不可缺少的重要组成部分，它可以准确的对运行设备进行数据记录、显示与自动报警及在线监测。不但减少值班的轮机员的工作量，而且可以让船舶电气自动化系统运行的更加可靠。为了适应船舶综合自动化的要求，机舱自动监测报警系统新的发展方向为：
（1）自动化综合系统的应用，其目的是为了可以实现故障的发现及排除，故障的预报及诊断等功能，减少故障发生的几率，使得系统运行更加稳定。
（2）针对DCS 自动监测系统的开发。更好的将监测系统收集的数据情报进行一揽子管理，更能在微机控制系统中显示报警，又能够稳定的控制现场各种设备的稳定运行。如图所示，为三层微机网络构成。主站设置在控制室，实现显示界面和打印等功能，在机舱中设立通讯站、信息转发站和各种分站等。通讯站把分站监测的信息传送给主站；各分站之间的监测任务是相互独立的，这样系统将控制，计算机和通讯三种技术更好地有机地结合在一起。
4.4电磁干扰技术
由于船舶自身结构空间原因，环境温度高、振动大、相对湿度高等都能够造成电气设备的损坏、接触不良或者误动作。在船舶运行过程中，常常会受到电磁干扰的影响，特别是一些导航仪器和一些强电设备，它们的启动、关闭的过程最容易受到电磁波的干扰，这将会对系统稳定性带来影响，因此我们可以采取一些电磁干扰屏蔽技术。具体可以通过隔绝干扰源，抑制干扰产生，切断干扰信号的传输路径等方法实现屏蔽功能。具体的实践说明，交流电源产生电磁干扰信号，因此要从源头上解决这一问题，提供独立的供电设备，设置防干扰滤波装置，隔离交流变压器，滤过高频干扰信号。在船舶电气自动化系统中，在船舶电气自动化系统中，信号输入部分都安装在船舶的驾驶室，而接收部分安装在机舱中，这样使得数据的传输线路长易受到电磁的干扰。为此，可以改变传输介质来屏蔽电磁干扰，或者将遥控系统的输入与输出信号分开，这样也能够有效避免电磁的干扰。
4.5电磁兼容技术
电磁兼容性（EMC）是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。构成电磁干扰的3 个基本条件是：①存在干扰源；②有相应的传输介质；③有敏感的接收单元。可以简单的说电磁兼容设计就是破坏电磁干扰的基本条件中任意一条。
4.6储备冗余处理
在船舶电气自动化系统中，储备冗余处理技术是系统可靠性保障技术中非常重要的技术，系统在稳定运行的时候，通常需要配置三台可以独立工作的机主储存，且在设计功能与基本应用上要相同，它们也可以互为备用，从而确保船舶电气自动化系统的稳定性和可靠性。在储备系统中，储备单元与工作单元是相互分开的，它们不但可以独立工作还也可以实现协调合作。如果在系统运行中某一个单元突然出现故障，那么另一个储存单元就会进入工作状态，因此可以确保电气自动化系统不会因为单元运行故障而受到影响。
4.7容错技术
所谓的容错技术是指在系统运行的过程中对故障的容忍能力。在系统运行过程中如果出现故障，容错技术可以真对船舶电气自动化系统故障处理，容错技术会最短时间内对系统的故障的性质进行识别，然后自动定位故障的发生位置进行处理。这样可以避免故障对系统安全带来的影响；容错技术还可以对系统的运行时候出现的故障进行控制，在监测系统出现故障的位置，然后对故障的性质与位置采取相应的措施，为了保证船舶电气自动化系统的安全性与可靠性在诊断出系统的故障后及时处理故障。
5 结束语
综上所述，在船舶电气自动化可靠性研究过程中，也对整体的电气自动化技术的研究起到了重要的推进作用，提高船舶自动化程度可以增加系统的稳定性，同样也推进船舶事业的发展，为了更好地提高船舶行业的自动化水平，国内外已经加大了对船舶电气自动化技术的相关可靠性技术的研究，并且积极取得了一定的成功经验。在我们共同努力下，谱写船舶电气自动化技术的新篇章。
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论文作者:肖兵
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第20期
论文发表时间:2018/10/10
标签：船舶论文; 系统论文; 自动化系统论文; 电气论文; 技术论文; 可靠性论文; 电力论文; 《建筑模拟》2018年第20期论文;