船舶电气自动化系统的可靠性保障技术探讨

凃玲英 夏贵林

（1.湖北工业大学电气与电子工程学院 湖北武汉 430068 2.湖北工业大学电气与电子工程学院2013级研究生 湖北武汉 430068）

船舶电气自动化系统的可靠性保障技术探讨

凃玲英1夏贵林2

（1.湖北工业大学电气与电子工程学院 湖北武汉 430068 2.湖北工业大学电气与电子工程学院2013级研究生 湖北武汉 430068）

船舶综合控制系统的应用是保证船舶运行可靠性的重要基础，因此，船舶电气自动化系统的设计要求比较高。本文首先简单介绍了船舶自动化控制系统的发展历程，然后对船舶电气自动化系统的可靠性保障技术进行了详细探究，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。

船舶；电气自动化系统；可靠性保障技术

1 引言

影响船舶电气自动化系统的因素有很多种，包括船体结构设计形式、船舶运行安全性等等。船舶电气自动化系统的保障技术对于提高船舶运行稳定性具有十分重要的作用，能够有效减少船舶故障发生几率，从而提高整个电气自动化系统的可靠性。

2 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。

3 船舶电气自动化技术的难点

3.1 电磁安全性较低

电磁技术是船舶电气自动化技术实施的前提，然而电磁安全问题却很容易在船舶运行时受到干扰。船舶的运行大多是在海面上，如果出现极端天气，就会对船舶的整体电磁系统造成严重的电磁干扰，破坏船舶的运行可靠性。与此同时，船舶内部空间往往比较小，很多电子元件设备的安装较为紧密，这些都会导致电子干扰问题发生的概率不断增加。

3.2 控制线路单一

船舶电气自动化设备的操作方式比较简单，而且往往能够通过驾驶舱内的总操作系统进行操作。但是，如果总操控系统出现问题，则会导致整个船舶的电气设备失去操控；如果总操纵系统的线路出现故障或者操作失误，则也会对船舶造成严重的危害；如果船舶的控制线路单一，则如果某一个设备出现故障，则必须关闭整个系统，这就会导致船舶失去整个设备的操作力和控制力。这些问题都会导致船舶自动化系统的可靠性较低，甚至会引发严重的故障和危害。

3.3 系统设备错误率高

在实际应用中，船舶电气自动化技术能够有效提高船舶运行的稳定性和可靠性，但是其不可避免的也会出现一定的容错概率，而且这一概率是无法逆转和发生改变的。通常情况下，容错概率出现在电气设备的安装和运行过程中。电气设备的制造和安装几乎不可能做到百分百的安全和稳定，在电气设备的实际运行过程中，很难避免出现问题或者产生一定的错误率，随着设备使用时间的增长，错误的发生几率也会不断增加。这类设备故障和错误率是很难避免的，只能够通过后期的维护和保养尽量降低故障和错误的发生几率。一旦出现错误，整个电子系统将直接崩溃。

4 保障船舶电气自动化系统技术

4.1 电力推进技术

简单的来说，船舶电力推进装置是由以下几个部分所组成的：原动机、发电机、电动机、控制调节设备，具体的结构形式如图1所示。

图1 船舶电力推进装置结构如图

由于受到传统观点的影响，电力推进技术往往只是被广泛应用于小型船舶中，但是，近年来，科学技术发展迅速，电力推进技术也逐渐被应用于大型船舶中，而且通过应用实践研究，其对整体的推动系统能够起到十分重要的作用。现阶段，大部分船舶电力推进系统的动力来源都是采用高速或中速柴油机以及少数燃气轮机。根据动力来源的不同，可以将电力推进系统进行细分，具体可以分为两种，即柴油机式电力推进系统和燃气轮机式电力推进系统；根据电动机布置形式的不同，又可以分为吊舱式和机舱式两种；根据电源形式的不同，可以将其划分为直流传动和交流传动两种。在传动技术发展中，交流传动技术与直流传动技术相比，发展速度更快，因此已经基本取代了直流传动技术，主要原因在于交流传动系统的稳定性更好。在交流电力推进过程中，对调速系统进行合理选型至关重要。现阶段，变频调速系统的应用前景最为广阔，其兼具具有较高的效率高、宽调速范围以及高精度等特点，现在又以采用交流变频器的调速系统发展最快，并且已经被广泛应用于船舶电力推进系统中。

4.2 机舱自动监测报警技术

在船舶自动化系统中，机舱自动监测报警系统是十分重要的组成部分，通过机舱自动监测报警系统，能够高效准确的对运行设备的相关数据进行记录、显示与自动报警以及在线监测。通过机舱自动监测报警技术，不仅能够有效减少值班的轮机员的工作量，而且还能够保障船舶电气自动化系统的运行可靠性。为了更好的适应船舶综合自动化要求，在未来的发展中，机舱自动监测报警系统的改进方向为：

（1）自动化综合系统的应用，通过这一系统，能够及时发现故障，并排除故障，兼具故障的预报以及诊断等功能，有利于减少故障的发生几率，对于保障系统运行稳定性至关重要。

（2）加强对DCS自动监测系统的开发。对监测系统收集的数据情报进行统一高效的管理，而且不仅能够在微机控制系统中显示报警，而且还能够有效控制各个设备的运行稳定性，如图2所示，为三层微机网络构成。主站设置在控制室，具有显示界面和打印等功能；通讯站主要负责将分站监测的信息传递给主站；各个分站之间的监测任务是独立的，没有关联，因此，系统需要将计算机技术和通讯技术进行有效结合。

图2 DCS自动监测系统图

4.3 电磁干扰技术

（1）隔离变压器。根据研究分析，交流电源是影响船舶电气自动化系统可靠性的关键，通过使用电气设备隔离变压器，能够有效改善这一干扰独立。将强电和弱电进行分隔，也有利于减少干扰。船舶的电源通过交流变压器，能够有效的过滤掉高频信号，并且为自控装置提供独立电源，隔离干扰能力较强。

（2）改变传输介质。在船舶电气自动化系统控制过程中，主要是采用遥控系统来进行控制的，船舶的控制系统输入部分主要在驾驶室，船舶的机舱是系统的接收部分，信号传输线较长，因此电磁干扰还会进一步干扰传输线信号。对此，在船舶系统的信号传输过程中，传输介质被改变，信号被屏蔽干扰，电磁信号的干扰也会被屏蔽。

4.4 电磁容错技术

电磁容错技术指的是系统对于故障的处理能力。在船舶的运行过程中，一旦系统发生故障，通过电磁容错技术就能够及时的对故障进行预判，并且自动设置一系列保护措施，将控制系统和执行系统断开，自动化隔离系统指令。如果系统已经发生故障，系统也能够根据故障的形式采取不同的应对措施，保障系统的安全稳定性能。

4.5 电磁兼容保障技术

船舶的空间比较小，因此，船舶电气设备的安装空间也比较小，电气设备的工作环境比较恶劣。在船舶的实际运行过程中，如果在船舶内开启或关闭电气设备，则很容易受到电磁的干扰，这就会影响船舶的正常运行。除此以外，绝大多数船舶都是在海绵上运行的，如果天气情况比较极端，则船舶的电磁系统也会受到严重的破坏，进而产生电磁干扰现象。因此，必须利用电磁兼容保障技术，有效改善船舶电气系统的抗干扰能力，进而保证电气设备的正常运行。船舶电磁干扰的形成需要三要素的支持，分别为干扰源、传输媒介以及灵敏的接受模块。因此，电磁兼容保障技术需要破坏这三要素中的某一要素，即能够使得船舶电气设备免受电磁的干扰。另外，元器件在电磁兼容技术中也是十分关键的，合理选用元器件有利于降低对电磁干扰信号的敏感程度。因此，在电磁兼容技术的元器件的选择过程中，应该充分考虑以下两点：①电气干扰源的信号电平必须超过船舶电气规定的范围；②电气设备可以响应干扰源的主要信号频率。由此可见，数字集成电路的电压越高，船舶电气设备的抗干扰能力就相应的越强。

5 结语

综上所述，船舶电气自动化系统的可靠性保障技术对船舶的安全稳定工作能够起到十分关键的作用。因此，在具体使用所有这些保障技术之前，必须要重视有关的检验和测试工作，及时找出薄弱环节，并进行具体的分析和研究，提出更好地解决措施，这样才能够保证船舶电气自动化系统的可靠性。

[1]石鹏鹏，姜圣杰.船舶电气自动化系统运行保障分析[J].工业c，2015（55）：191.

[2]高 峰.电气自动化控制系统的可靠性探讨[J].科学中国人，2014（18）：9.

[3]许丽.电气自动化系统中控制设备的可靠性分析[J].科学与财富，2011（09）：119.

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