船舶电气自动化控制安全性问题探析

卢时俊

（大连中远海运重工有限公司，辽宁大连116113）

0 引言

任何一件事情都存在两面性，船舶自从应用了电气自动化以后，成功地提高了运行以及监测方面的效率，航行途中的安全性也有了较大幅度的提高，为船上的人员和财产安全带来保障。自从进入了新纪元，我国船舶在电子自动化技术方面有了较大的提高，并且自动化的系统也逐步覆盖到了一些比较大型的船舶当中，并且推进了船舶电气自动化功能在通讯导航系统中的应用，进一步加深了船舶数据系统与岸基数据系统的链接和信息交换、自动控制等功能。由此，上述过程都能够使自动化控制得到充分利用。同时，这些年我国科学技术不断发展，船舶自动化控制也逐步加强，并向着综合化、网络化的方向发展。因此，本文主要结合近些年船舶在电气自动化控制方面的工作经验，从不同的角度探讨关于自动化控制相关的安全性方面的问题。

1 概述

自1980年开始，中国在自动化方面的技术就有着较快的发展和提高，紧接着便在船舶领域进行了重要的应用。关于船舶在电子自动化控制方面包含了多套系统，具体有：电控系统、电子涡轮机，船舶无人值守，海图监测，机舱自动化报警等电子控制方面的系统。此外，船舶电气自动化控制中还有驾驶室中的电子控制系统。由此船舶自动化也更具科学性。但如果自动化系统中，一旦存在问题，就有可能让系统瘫痪。所以如何才能够让船上的电气自动化控制在一个安全的范围内，是非常重要的问题。自动化控制的意义就是由一个系统来支配并且管理多个不同的电子元件，并且在一定的环境情况下执行各种各样的操作。总的来说，船舶电气自动化方面的结构是很复杂的，并且在船舶安全的运行方面也有着很大的作用，因此，全面评估船舶电气自动化的安全性非常重要。下面具体分析关于船舶电气自动控制方面的研究和情况。

1.1 船舶电气自动化的综合发展

我国船舶电气化的综合发展与计算机技术有着密切联系，在计算机控制技术下可以使船舶内部的电气控制整合在一起，并借助该界面对电子系统加以控制。这一综合控制过程能够防止出现事件难以控制的情况，并且一些电子元件过多也会导致一些重复、多操作、未操作的问题。如果运用以往的操作步骤就可以在很大程度上提升船舶运行的稳定性与安全性。

1.2 船舶电子自动化的网络覆盖

以往我国船舶电子自动化未得到广泛地运用，这时船舶的导航控制往往是由船上的一系列控制系统独自工作，以完成航线的指引，而船上各个电气系统的控制也是由人工完成具体的操作。这时，如果电气自动化控制中存在一些问题，就会较难解决，还会引发一系列惨剧。比如：以往最著名的泰坦尼克号便是由于当时船舶缺少科技网络系统的全覆盖，仅仅依靠船舶上的导航系统，难以发现前方的冰山，发现后又由于操作和控制难以正常进行，最终导致严重的后果。当船舶上覆盖了全面的电子自动化网络系统后，能够提前完成航线的侦查过程，在发现冰川后，使船舶全体的网络体系完成航线改变的过程，对此进行规避。同一个时刻，船舶在电子自动化的网络上面也要进行数据方面的采集，这样才可以更快地熟悉以及操作整个系统，为整个船舶的运行提供有力帮助。

2 船舶电气自动化技术安全性问题

以上主要讲述了关于船舶电气系统存在的一些好处，同时也阐述了关于船舶电气化系统中的优点，如何进一步保障船舶稳定、安全的运转。不过，很多事物都不会十分完美，比如船舶电气自动化系统的全方位覆盖会使船舶电气自动化控制安全性人员产生依赖性，也可能造成更多损失。所以说，作为船舶电气自动化控制人员应当尽可能地对其中的损失进行弥补，进而保障船舶电气化自动技术得到解决，使安全性问题得到落实。现阶段，我国船舶自动化技术中的安全问题主要包括下面几点：

2.1 电磁安全问题

对于船舶电气自动化技术来说，实施的前提就是有电磁技术的保障。不过，船舶电磁安全问题较易受到船舶运行的影响与干扰。许多船舶的运行都位于海面上，并且每当出现比较恶劣的天气时，就会对于船舶上面的整体电磁系统造成一定的干扰。而船舶内的一些空间往往比较狭小，其中的电子元件设备安装也较为紧密，这会使电子干扰问题出现的频率大幅提升。那么，船舶在具体运行中应当尽可能避免天气情况的影响与干扰。其实电磁技术在整个船舶电气自动化技术应用过程中具有非常重要的作用，也是其得以实施的一个大前提。同时，许多船舶在一般运行情况下，会遭遇特殊恶劣的天气，有时候甚至会对整个电磁系统造成一定的损坏，并且会遭受到电磁干扰。如图1所示，燃油量信号和油路控制信号就是采用电气自动化控制功能实现的，如其受到电磁干扰，信号失真，那么就会出现喷油量误差，影响系统的正常工作。

图1 燃油喷射控制原理图

2.2 系统设备的错误率问题

其实电气自动化技术在运行时具有方便、快捷、稳定等特点，不过在一定情况下也会出现一些错误，并且具有一定的错误率，系统设备的错误率是难以改变、逆转的，往往会发生在电气设备运行、安装的过程中。但是，船舶电气设备的安装与制造具有较高的安全度，并且运行过程中的错误、问题也应在设备制造调试过程中确认并解决，但是其也会随着使用期限的增加而提升。以上的船舶电气自动化控制的错误率、故障是难以避免的，即使能够在后期的维护与保险中使错误率降低，仍很难避免错误的出现。而出现船舶电子自动化控制安全性的错误，便会使整个电气系统出现问题，甚至影响其控制逻辑，造成较大损失。

2.3 控制线路单一问题

对于船舶电气自动化控制来说，其中的优势是易于操作，而且还应当进一步通过驾驶舱内部的总操作系统完成整个操作过程。不过，如果船舶电气自动化总操控系统中某些部件或者功能出现问题，就会使自动控制系统出现问题，这时整个船舶电气设备便会处于没有目标的状态下。同时，总操作系统一旦出现一些故障、错误操作，其产生的危害是难以反转的。此外，船舶电气自动化控制的线路较为单一，枝干设备也较易出现问题。而且，船舶电气自动化控制面临着系统关闭的问题，如果想要保障整个操作系统的控制功能正常工作，就要尽可能降低故障的出现频率，避免损失进一步扩大。电气自动化在实际的操作过程之中存在能够让船舶的操作变得更加简单、更加便捷，并且驾驶舱内部的总操作系统具有最高级别的优先选择功能和控制功能，同时具有冗余功能，动态监测和自动问询系统是否发生错误的报警功能，这样可以以最快的速度发现潜在的危险，实现及时报警和动态监测反馈结果的功能。在船舶电气自动化控制系统中，虽然对于一些设备容错、电磁的安全以及线路控制等一系列的问题都不能忽视，而且上文中所述的问题都会给船舶电子系统造成比较严重的影响，但自动化系统对提高船舶航行安全性的作用不可替代。因此，作为船舶电气自动化控制人员应当在具体的使用、安装过程中，提前做好检测工作，确保系统中每个组件处于准工作状态，保证系统的逻辑控制正常，反复调试测试必要的控制功能，使整套系统处于正常的控制状态，以便随时投入工作中。

3 提高船舶电气自动化控制安全性的具体措施

3.1 采用抗电磁干扰技术

电磁干扰是客观存在的一种物理现象，其可能引起设备性能降低和损坏电子元器件，削弱电气控制信号，甚至产生错误的控制信号。而且会增加线路发热量，减弱信号传导率。为此如何减少电磁辐射对线路的干扰成为了电气自动化控制的关键所在。通常采用如下技术减弱电磁干扰：滤波技术根据频率选择性地抑制干扰信号；接地技术，可保护人身和设备的安全，通常采用串接电阻接地和阻隔环路接地；屏蔽接地，可有效的抑制电磁干扰在空间上的传播，并切断辐射干扰的路径，有效降低电磁干扰对信号源的干扰程度。

3.2 改善控制网络布线方式

船舶电气控制线路与陆地上自动化控制系统不同，其控制线路结构往往比较单一，由于短路或者断路，接触不良等原因就很容易使系统出现故障，如需增加系统稳定，就需要改善控制线路的布线方式，同时尽量增加双通道冗余功能，确保某一路出现故障还有备用线路可以传输信号。对于数据传输通常采用光纤铜线分布式布线及CAT6及以上规格的以太网络布线，而对于超过100 m的较大规模网络系统通常采用单模光纤网络布线，以便提高数据通讯的安全性和可靠性。

3.3 增强设备元器件容错能力

所谓的容错能力就是设备及其元件在出现故障时候的容忍错误的能力，当系统中某些组件不能正常工作，而整套系统仍能正常执行其控制功能这个就是容错技术。常用的容错技术有：检查和诊断系统故障的技术；错误防范技术和错误影响弱化技术；冗余设计技术等

3.4 改善数据信号传输介质

网络技术飞速发展，最原始的数据传输介质有对线、绞线、屏蔽双绞线、同轴电缆等，后期有俗称的网线CAT5，以及升级的CAT6、CAT7等，伴随网络技术的不断发展，现在应用较为广泛的数据传输介质有光纤、无线网络、微波、红外、蓝牙传输等。不同介质其传输数据的能力也不同，需根据需求选择合适的传输介质，以便达到网络数据高效传输且成本控制在合理的范围内，而不是一味追求介质的高新化。

4 船舶电气自动化控制安全性的影响

想要充分发挥电气自动化控制技术在船舶运行中的积极作用，就需要借助第3部分中阐述的多种方式努力提高其安全性，从而使船舶稳定、安全航行。船舶制造企业需要充分重视电气自动化控制安全性的影响，主动投入更多的研究力量与资金，努力创新电气自动化控制技术，在创新技术的道路上大步前进，争取拥有属于自己知识产权的产品，从而打破一直以来电气自动化产品在中低档徘徊的现状，激励我国船舶电气自动化控制基础有更大的改革与创新，把优化电气自动化控制技术的方式建立在创新核心技术方面，这不仅可推动行业市场的技术发生巨大变革，而且还可颠覆以往落后的经济发展模式。

5 结论

综合上文，自动化控制其实际内容就是由一个系统同时能够管控多个不同的配件，在一定的环境之下完成各种不同的操作。简单来说，船舶关于电气自动化的结构较为复杂，也对很多船舶的安全运行具有一定的帮助，但其中也有风险。只有做好前期的检测工作，才可以进一步找到其中的问题，采取有效措施使船舶电气自动化的稳定性、安全性得到保障。这样才能保障船舶的运行安全性和可靠性。