摘要：随着我国船舶工业的电气自动化程度、性能和技术水平已有了很大程度的提高，不少设备通过引进、消化、吸收国外先进技术，亦已达到了国际先进水平。随着我国科技竞争力的提高，船舶自动化节能技术势必有不少新的突破。基于此，本文分析了船舶电气自动化的节能设计技术。
关键词：电气自动化；节能设计；技术探析
引言：船舶自动化技术将不断向全船综合自动化层次发展，船舶综合自动化，是集机舱自动化、航行自动化、机械自动化、装载自动化等一体的多功能综合系统。
1、船舶电气自动化的现状
1.1 船舶电气自动化技术分析
船舶电气自动化是随着控制技术、通信技术和微处理技术发展起来的一项综合性应用技术。传统电气自动化主要指电站自动化，现在已经扩展至多个领域，尤其是信息技术和集成技术的发展，为船舶电气的自动化发展带来了新的契机，已经逐渐实现了集驾驶系统自动化、机舱设备管理自动化和装卸货物自动化于一体的多功能综合系统，最终实现一个人操纵全船设备。
1.2 自动化控制系统
船舶自动化控制系统是一个多功能一体化的综合系统，主要有机舱自动化系统、航行自动化系统、机械自动化系统和装载自动化系统集成。机舱监控系统包括两个总工作站，若干分控制系统以及设立的若干个分站；2个工作站可以独立运作，也可同时运作；若一方出现异常，另一方可作为备用，确保监控的连续性。
除机舱监测系统外，还有多个分控制系统，如用于电站管理的自动化系统、监测液位的控制系统、压在控制系统、自动导航控制系统等；每个分控制系统的功能不同，其自动化控制程度也有差异；分控制系统与工作母站之间的连接通过网络实现，而船舶位置、设备的监测、控制和操作等功能的实现则通过工作分站；工作站之间通过卫星通信，在网络技术的辅助下，能实现船舶、岸上之间信息的传输。如船舶设备出现故障，可通过定位系统和网络技术进行故障诊断，查找故障检修历史记录资料，传输文件等多项业务，不仅提高了船舶航行的安全性和可靠性，还减少了维修成本，实现了经济性。
2、船舶电气自动化的节能设计技术
2.1 船舶电气模块化设计
模块化设计使得不同设备之间的通用性越来越强大，不同设备可通过集成技术做到组态灵活。计算机技术的发展促使人机界面设计更加规范化、人性化，为工作人员的操作提供了极大的便利，如操作人员可通过主菜单完成功能转换、画面切换等多项功能，减轻了工作人员的劳动强度，提高了工作效率。综合监控还能构成双重或多重冗余，对提升船舶电气运行性能具有积极意义。
2.2 船舶电气网络化设计
工业生产能实现自动化生产的主要原因之一是数字化技术和总线技术的应用，而总线技术的应用，实现了不同信号线的集成，让设备与模块，模块与模块之间的通信提供了标准的信号通道。现场总线技术是一种双向数字通信技术，可用于连接现场设备，连接模块和控制设备；当前的现场总线技术一般采用双层网络结构，第一层主要是数据采集与传送网，而第二层是控制网，控制网一般采用冗余结构，以提升系统的可靠性。为提高安全性，分散风险，系统可分为若干个子网，如电力监控系统网、消防系统网和推进系统网，系统的网络化设置，既可以实现不同子系统的功能集合，又可使分布式系统在数据采集和控制平台上紧密结合，同时还具有很强的主动性。若系统控制平台中某局部设备受损，不会对其他设备的运行产生影响，用网络冗余或设备冗余、不间断后备电源，很大程度上提高了系统的生存能力。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆所有网络系统的总体优势就是采用数字化和高层次的自动化技术来取代原有的人工操作，为制造行业的飞速发展创造了极大的空间。
2.3船舶轴带发电节能设计
在船舶航运费用中燃料费用占50%~60%，因此开发和应用各种节能装置十分重要。轴带发电作为船舶节能的主要装置，正逐步装备在船上。轴带发电机（S/G）由主轴驱动，其转速随主机转速而变化。根据主机运行状态和海况对轴带发电机进行控制，常用的恒频方式可分为机械式和电气式两类，而随着电力电子器件的飞速发展，目前轴带发电系统几乎全部采用晶闸管逆变方式。
为进一步增加节能效果，开发了废气透平发电机（T/G与S/G组合的SSG系统。该系统由T/G和S/G组成，S/G通过一个静止变频器与电网相连。当船用电力消耗增大，T/G不能满足需要时S/G作为发电机向船舶电网供电：而在电力消耗减少时出现了剩余功率则S/G可作为电动机从船舶电网吸取能量来增进主机推进。静止变频器的两组晶闸管既可工作于整流状态，又可工作于逆变状态。当S/G向电网供电时；变频器将S/G的输出转换为恒频输出：当S/G工作于电动机方式时变频器则为变频调速装置。在S/G系统中，由于发电机的全部输出功率都必须通过变频器输出因而要求大功率的电力电子器件。鉴于变频器的体积大或本高，并且还存在功率因数低等问题，提出了异步轴带发电机（ASG）系统。该系统利用双馈异步电机转子频率补偿的原理来保持恒频稳压，微机控制交-交变频双馈异步轴带发电系统，由ASG交-交变频器和微机控制系统组成。系统发电运行时交一交变频器作为励磁电源施加在转子电路上，通过转差频率补偿保持ASG电子输出恒频稳压系统电动运行时交-交变频器与ASG；构成串接调速系统，可运行于超同步或低同步速度，以增补主机推进能里。
2.4船舶电力推进节能设计
在船舶中使用电力推进已有多年，但过去仅限于小型船舶。随着电力电子器件的发展和微机控制的应用，电力推进系统应用范围日益扩大。
从电力传动角度看；电力推进系统可分为直流传动和交流传动两大类，近年来交流调速的迅猛发展，使交流电力推进逐步取代直流推进。在交流电力推进方式中，目前常用的有直流无换向器电动机（LCI）推进系统和交流无换向器电动机（CCV）推进系统。
LCI系统实质上是一个由交一直一交变频器供电的同步电动机调速系统；在船上与调距螺旋桨配合使用。当船舶在进出港口和狭窄水道做机动航行时，推进电机低速运转；当船舶在公海航行时，推进电机可加速到同步转速或超同步转速运行。
CCV系统结构由交-交变频器与同步电动机组成交流调速系统。虽然交一交变频器的输出频率受到限制，但大容里的船舶推进电机是直接与驱动轴连接的，电机需在低速下运行，因此，低频特性优良的交一交变频器是极为实用的。另一方面为把CCV系统成功地应用于船舶推进，关键是发展高性能的同步电机控制方法。
结束语
船舶电气自动化主要包括遥控系统、通用监控系统和电站控制系统这三大部分，我国企业虽然能生产以上各大系统，但与国外先进技术仍存在一定差距，需要在标准化、可靠性和后期维修变量性方面进一步改善，以满足现代船舶电气自动化发展的应用。除设备自动化外，还应加大信息化管理系统的研发，为实现全船信息化管理奠定基础。
参考文献
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论文作者:于东方
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第11期
论文发表时间:2018/9/11
标签：船舶论文; 系统论文; 变频器论文; 电力论文; 控制系统论文; 设备论文; 电气自动化论文; 《建筑学研究前沿》2018年第11期论文;