摘要：针对船舶电气系统常见的并联冗余设计，与传统的二状态可靠性分析方法不同，应用多状态可靠性理论，建立了船舶电气多状态并联冗余系统的可靠度数学模型，并进行了优化设计。实例给出了常见的三状态船舶电气并联冗余系统的可靠度表达式，证明由于短路失效的存在，即使采用更多的并联冗余支路组成的三状态船舶电气并联冗余系统，也不能有效地提高系统的可靠度。相反，过多并联支路反而会使并联冗余系统可靠度下降。与二状态不同，三状态船舶电气并联冗余系统常用的继电器辅助触点多支路冗余设计，最优冗余数仅为 2。研究结果不仅适用船舶电气并联冗余系统，也适用于一般三状态并联冗余系统，具有普遍性。
关键词：多状态；冗余；并联；可靠性；船舶电气系统
引言
并联冗余设计是船舶电气系统可靠性设计中最普遍，最有效的设计方法，采用并联冗余设计可以大幅度提高系统可靠性指标。现代船舶电气系统设计中，冗余设计的采用使系统薄弱环节的可靠性得到了很大提高，从而使系统可靠性也随之提高，由于冗余设计的多样性，冗余最优化设计已成为现代船舶电气系统可靠性设计的关键。
1.多状态并联冗余系统的可靠性分析
为了提高系统的可靠性，在船舶电气系统中，并联冗余系统应用最多。本文以船舶电气系统中常用的继电器辅助触点并联冗余设计为例，分析多状态并联冗余系统的可靠性，继电器辅助触点并联冗余系统可靠性框图如图1 所示。
图1 系统可靠性框图
继电器辅助触点是多状态模式，包括正常状态、开路失效状态和短路失效状态，由继电器辅助触点组成的系统即三状态并联冗余系统。
2.船舶电气自动化系统可靠性保障技术
2.1电力推进技术
船舶电气自动化系统运转的基础，是电力推进技术，在这一技术中，有多种技术类型，其中电力交流传动技术由于在电气船舶自动化系统安全性与可靠性的保障中有独特的技术优势而被广泛应用。交流传动技术有两种主要技术设备类型：①交流无换向器电动机，使用变频器进行同步调速，完成电源交流-交流之间的转换，一般在低速运行时使用，以防影响船舶输出频率；②直流无换向器电动机，使用变频器进行同步调速，实现交流-直流-交流之间的转换，使得船舶与螺旋桨同步运行，同时了根据船舶航行区域的不同调节运作模式，比如在公海是可快速航行，使用（超）同步转换模式，到港口或者较小的航行区域，降低电力交流推动运行速度，通过航行模式的转换保证运行安全。
2.3储备冗余处理技术
船舶电气自动化系统通过信息的采集进行系统的集中控制，环环相扣，因此一旦某个环节出现故障，就有可能导致整个控制系统失灵，有较高的安全风险，同时会影响船舶的航行，造成经济效益的损失，因此必须进行冗余设计，加强备用电气设备的装置。一般情况下，船舶电气自动化系统的工作母站、分控制系统和工作分站都有若干个，会设置相对应的备用工作系统，比如说有两个工作母站，分别独立设置在机舱控制室与驾驶室，可单独或同时操作，互为备用。冗余设计的控制系统都是相互独立的，一旦其中一个发生故障，可以马上启用备用系统，确保整个船舶电气自动化系统的正常运行。
2.3容错保障技术
容错保障技术的作用，是确保整个船舶电气自动化系统信息中枢系统的信息传递与正常运转的一项可靠性保障技术，是用于修复系统故障的错误容忍性技术。船舶电气自动化控制系统是一个信息一体化系统，可实现数据共享，由中枢系统根据仪表数据进行运行指令的发布，一旦某个环节出现故障，就会导致信息错误，影响系统整体指令的科学性与准确性。在检测系统监察系统故障是，会以电子信号的方式将具体故障信息传达到决策系统，根据故障等级作出应对，在故障等级不高时，只需停止故障设备的运行，开启备用机组即可；若故障等级较高，比如主体模块发生故障，应立马停止船舶的航行，发出阻塞信号，直到故障修复。
2.4电磁兼容保障技术
船舶电气自动化系统的运转，依靠来自各个电气设备仪表的数据，因此信息准确性是保证系统运行的基础。针对电力干扰所致的信息交流问题，可以采用电磁兼容保障技术来解决。从干扰源、敏感体、耦合电路等三个电磁干扰产生要素着手，能有效消除电磁干扰因素，具体地有以下3种方式：①变压器的隔离。在船舶电气自动化系统中，交流电源是产生电磁干扰源的主要物质，通过电气设备单独供电，可以有效解决这一问题，但可行性较低，一般只能采用分离系统中的供电装置与强电装置的方式，或者是设置变压器、滤波装置，净化高频干扰信号；②设置RC吸收设备。在船舶上的电器设备开启或断电的过程中，可能会引起电流都动，产生电弧，造成电磁干扰，RC吸收设备可抑制设备电容两端的电压突变，消除船舶上电气设备启停由于电流突变而造成的电磁干扰；③改善传输介质。使用电磁屏蔽技术，进行空间干扰，切断电磁干扰源的传输，或者是屏蔽电缆，进行空间隔离，阻隔电磁干扰信号的传导，降低电磁干扰强度。
3.结语
科学技术的发展，推动了工业生产制造水平的提高，促进了机械化自动化生产体系的建设，这样虽然大大提高了工业生产效益，但是同时由于机械的非智能化，也是的各个生产环节埋下了巨大的安全隐患。安全性保障技术，顾名思义，就是保障系统安全运行的一类技术，是机械自动化生产体系中的一个关键性组成部分，能够及时发现系统故障，降低故障风险，减小经济损失[5]。在船舶电气自动化系统中，安全性保障技术包括容错保障技术、储备冗余处理技术等，能够在故障发生时及时察觉，启动备用装置，确保船舶自动化控制系统的正常运行，是船舶现代化控制体系中的关键性技术。
参考文献：
[1]何晓东，李阳，任有路.船舶电气自动化系统可靠性保障技术的应用[J].四川水泥，2015，03：18.
[2]陆飞.探究船舶电气自动化系统可靠性的保障技术[J].山东工业技术，2015，07：35-36.
[3]袁战勇，吴桐，杨琨.浅谈船舶电气自动化系统的可靠性保障技术[J].中国水运（下半月），2015，08：128-129+131.
论文作者:严昌明1,马超2
论文发表刊物:《基层建设》2018年第9期
论文发表时间:2018/6/1
标签：冗余论文; 船舶论文; 系统论文; 电气论文; 技术论文; 可靠性论文; 状态论文; 《基层建设》2018年第9期论文;