船舶综合控制系统的设计研究

凃玲英+夏贵林

摘 要：船舶综合控制系统是保证船舶运行安全性和可靠性的基础，因此，其设计的要求极高。简单介绍了船舶综合系统自动化控制的发展历程，并分析了目前常用的分布式船舶控制系统的设计方案、应用优势和应用缺陷，以期为后期的船舶综合系统控制的设计和研究工作提供参考和借鉴。

关键词：船舶综合控制系统；自动化控制；分布式控制；系统设计

中图分类号：U644.8+2 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.04.114

随着我国经济的快速发展，物流运输业对船舶的数量、质量要求均有所提升，这促进了造船行业规模的扩大和造船技术的进步。但就目前我国现有的造船技术来看，其与发达国家的造船技术相比还有较大的差距。比如，我国船舶控制系统采用的技术比较落后，很多环节依靠人工操作，造成船舶中各个控制系统的控制精度较低、控制效果较差，进而导致船舶的在线诊断和维护工作具有一定的局限性。因此，为了满足经济发展的需求，需要加强船舶综合控制系统的设计、研究工作，利用现代化的自动综合控制技术，实现船舶综合控制系统的智能化、网络化、数字化和集成化，从而提高船舶在运行过程中的安全性和可靠性。

1 船舶自动化控制系统的发展历程

船舶自动化控制是指在船舶的各个设备上安装自动化装置，从而使船舶在无人操作的情况下，按照设定好的程序完成自主运行，并保证船舶运行的稳定性。18世纪，自动化调节技术就被运用到了船舶的部分设计中，为此后实现全面的自动化系统控制奠定了良好的基础；19世纪，船舶的自动化装置已具备了按照设置顺序控制的功能，形成了自动化系统控制的雏形；二战后，控制理论的迅速发展为船舶自动化控制技术水平的提升奠定了坚实的理论基础，相关研究人员将自动化控制技术充分地应用到了船舶设计中，实现了对船舶设备的单独控制和操作；20世纪80年代后，计算机技术的快速发展和广泛应用，全面推进了智能化、网络化系统控制技术的发展；目前，船舶主要采用分布式控制系统，实现了对船舶全方位、分散性的管理和控制，缩小了设备故障的影响范围，提高了船舶运行的安全性和稳定性。

2 船舶综合控制系统

由于船舶在设计和建造过程中是由多种联系较为复杂的设备装置构成的，为了方便后期的控制和管理，需要对不同的设备进行分类控制，从而形成分布式船舶控制系统。该系统的分类依据一般为设备功能和设备间的逻辑关系，具体可分为以下3类。

2.1 综合船桥控制系统

该主系统由2个子系统组成，分别为综合导航系统和动态定位系统。综合导航系统在船舶的整体运行中主要起导航和定位的作用，且可监控船舶上的各个设备，提高了船舶运行的稳定性和安全性。

2.2 机舱控制系统

该系统安装在船舶的机舱中，起着控制中心的作用，可对船舶的主机、发电机、空压机等进行全方位控制，并监测机舱设备等。机舱控制系统由主机控制、操舵控制、辅机控制和电站控制四个子系统组成，其通过各个子系统的相互配合完成控制任务。

2.3 损管集控系统

该系统的主要作用是监控船舶设备的运行状态，并随时提取仪表上的参数。如果有异常状况发生，则损管集控系统会自动发出警报，提醒相关工作人员及时处理，避免引发更大的运行故障。该系统由检测器、传感器、执行器和集控室的控制器组成的，各个设备之间可传递信息。如果某个设备存在问题，则会影响整个系统的正常运行，因此，需要做好日常的维护和检修工作。由此可见，分布式船舶控制系统在应用过程中具有诸多优势，比如，其在安装过程中不需要将船舶中的各个设备都通过信号线连接到主机室中，从而缩短了电缆线的长度，且避免信号在传递过程中受到过多的干扰；利用分布式船舶控制系统可有效减少后期维护和检修的次数，当主系统出现问题时，只需检查子系统的运行状态，不需要检修其他具备独立性的控制系统，这样不仅能降低维护成本，还能提高系统运行的稳定性。但在实际应用的过程中，分布式船舶控制系统存在较多缺陷，比如，当系统中的设备数量增多时，会因网络通信负荷过大而降低控制的灵敏度。因此，该系统对网络信号的质量和传输速度有非常高的要求。

3 分布式船舶控制系统设计的完善措施

为了提高分布式船舶控制系统控制的可靠性，可以采用高速冗余环网作为系统的网络结构。采用环网结构的网络在实际运行过程中出现单点网络中断的情况时，不会对整个系统的运行造成影响。因此，利用此结构能有效避免因单网发生故障而导致网络通信中断的情况，从而提高系统运行的可靠性和稳定性。此外，使用功耗较低的元件设备能减少系统运行的发热量、减小控制系统的电源负荷，从而有效降低故障发生的概率。此外，从以往的工作实践中发现，降低控制系统中元气件工作状态下的额定值，能提高系统运行的稳定性。

4 结束语

综上所述，采用分布式控制系统能提高船舶综合控制系统的控制能力，并能有效降低控制成本和缩小故障的影响范围。因此，在船舶综合控制系统的后期设计工作中，可以以分布式系统为设计基础，并结合实际的控制需求，提高综合控制系统的控制效率，从而提升船舶运行的安全性和稳定性。

参考文献

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