船舶综合自动化的发展及应用

黄刚军

摘 要：本文以船舶自动化系统的发展及现代船舶信息化的特点为题展开论述。船舶自动化是集航行自动化、机舱自动化、信息一体化等于一体的多功能综合系统，用计算机进行全船智能管理，对船舶设备状态进行实时监控并检测故障，保证航行安全运行，同时改善工作环境，减轻船员劳动强度，减少船员数量，提高船舶营运经济效益。

关键词：机舱;自动化系统;计算机技术;发展趋势

在自动化控制系统技术的支持下，日益促进了船舶自动化的发展，尤其单片机技术在智能仪器仪表的广泛应用以及高技术合成材料层出不穷，船舶设备将向高可靠性、节能性发展。在驾驶管理、机舱管理等方面实现全盘计算机控制，未来船舶自动化技术将不断的向全船综合自动化层次发展。

1、船舶自动化发展趋势

船舶行业是否实现现代化的重要标志之一就是船舶航行设备及动力设备是否具备高度自动化水平。船舶自动化和监测系统已经成为了导航系统、动力系统、电站管理、装载测量、远传监控以及辅助装置等最重要的组成部分。它不仅能够提高船舶可靠性、安全性，而且还可以改善船舶行业的工作环境，减轻船员的劳动强度。因此船舶综合自动化成为船舶行业的表征，代表造船行业未来的发展方向，并且受到各国航运部门的高度重视。

2、船舶综合自动化技术应用

随着计算机通信技术的高度发展，推动了该技术在船舶上的广泛应用，近些年由于海工船市场表现亮眼、高技术船舶和海洋工程设备需求旺盛、船舶类型不断优化，带动船舶自动化技术及新设备的研制开发，配套产业整体升级换代，也为整个船舶行业持续发展奠定了坚实的基础。机电一体化技术与电力、电子等学科交叉渗透，人工智能和模糊控制技术的应用使船舶自动化领域将更加宽广。船舶控制模式已从对船舶设备的单独控制和操作转变为更智能化、网络化、集成化的控制模式。随着自动化控制水平的提高，计算机监控系统等技术的进一步发展，使船舶工业向着全方位管理、智能控制、船岸信息一体化、数字交通、全船自动化领域延伸得更深入。以下内容具体介绍自动化技术在船舶中的应用：

2.1船舶自动航行技术

船舶自动航行系统又称为一人驾驶台，一般由综合的自动导航和自动操船系统（包括航迹自动控制、自动操舵设备和主机遥控装置）组成，形成一个信息综合、显示、控制系统，既能减轻船舶驾驶人员的劳动强度，在航行的安全性、经济性和有效性上有显著提高。机舱重要动力设备尤其是主机、舵机设备、侧推设备的操纵系统及检测报警装置更延伸至驾控台进行遥控及观察，方便集成操作。

自动航行系统已成为全船自动化的一个重要组成部分，它的主要特点是船舶综合信息的集中显示、自动航线跟踪与监控、电子海图显示与信息系统（ECDIS）应用、综合报警信息的集中显示、船舶的操纵与管理等。目前，德国的SCC综合船桥、日本的VOYAGER综合船桥都能集航线计划、自动航迹控制、航行信息显示、避碰、雷达电子海图、主机遥控、船舶管理和通讯于一体，具有完善的综合导航、自动避碰、通信远传、航行管理控制等多种功能，同时具备丰富的图形界面方便船员监测，从而实现船舶航行的高度自动化。

2.2船舶机舱自动化系统及设备技术

船舶機舱自动化系统是集机舱动力系统及辅助系统自动控制、监测、报警等于一体化的监控系统，包括推进系统、压载系统、电站管理系统等多个子系统。其主要功能是检测、控制机舱设备的工作状态和参数，实时显示如管路压力、燃/滑油温度、电力电压、功率、转速等，具备报警功能，记录故障点及报警点，保证船舶正常运行，如发现某台设备有故障，自动切换备用设备。采用模块化和智能化的自动化技术代替大量繁琐的人工操作，减少船员的劳动负荷，提高工作效率同时也给船员解决设备问题带来指导作用。船上常见主要控制系统有：

1）主机遥控系统：主要功能包括安保及应急操纵、主机转速及负荷控制、启动制动及换向程序控制、显示遥控位置等。其中安保功能是对整个主机在运行过程中超过设定值起到报警及停机作用。负荷限制是主机转速控制系统通过调速器依据偏差大小控制供油量来对主机转速进行自动控制。现代船舶基本能实现驾驶室的远程操纵，它的自动化程度也是最高的。

2）监测报警系统是自动化机舱的重要标志之一，其功能是代替轮机人员巡回检查船上设备及运行系统的各种参数值，并自动进行检测、显示、报警。其主要应用数据采集系统及相应的程序驱动模块采集底部传感器信号，通过通信电缆、信号采集箱等设备在电脑上显示。在设备监控过程中，如果参数超出正常范围，其会通过声光报警，便于船员及时发现，尤其是重要设备锅炉、主机、冷却水、滑油系统等。对报警系统的延伸设计主要是针对无人机舱，可以有效的将报警系统延伸到轮机人员房间，同时轮机长能在自己房间内就能查看报警内容，掌握设备运行状态。

3）船舶电站自动化系统主要保证供配电的安全性、可靠性。目前自动电站多采用PLC控制，主要功能有①采集有关的电气参数和动作信号自动监测、报警、显示并运用逻辑判断功能去控制发电机，当正在运转机发生故障时，按PMS程序中的设定顺序自动起动第一备用发电机，自动投入并网并停止故障机组②发电机组依据电站运行情况和实际负荷按设定顺序自动准同步并车;③自动恒压及无功功率的自动分配;④有功功率与频率的自动调节;⑤自动分级卸载;⑥重载询问（投入大负载时的自动询问装置，如起动艏侧推时，经询问发电机组的剩余负荷足够起动才发出允许起动信号，否则程序就会自动起动一台备用发电机，合闸、并电后满足负荷要求侧推才能起动）;⑦安保功能，如短路、过载、欠压、逆功率，欠频及并车误合闸等保护。

2.3船岸信息一体化系统技术

随着船舶动力装置及其主要设备向大型化、自动化和智能化方向发展，尤其是电喷机的出现，船舶设备的故障诊断和维修难度日益加大。船岸信息一体化系统技术的研究和开发成为船舶配套技术科技战略发展需要，能为远洋运输船舶、工程船等提供船舶航行状态及作业过程的实时监视、管理、指挥的大型管理系统。根据船岸通讯的特点，系统主要由船基数据采集与处理系统、岸基管理系统和船岸通讯系统三大块组成。船舶数据经船岸通讯系统进入岸基网络信息平台，及时准确地传递给岸基管理人员，同时管理人员也可以通过该系统把最新的信息和公司指令下达给船舶。从而实现海上数字交通，实时与基地指挥台自动进行通信，构成船岸信息一体化网络，成为集导航、通信、控制为一体的船舶自动化系统，这对于海上船舶航行安全及指挥有很重要意义。

3、结束语

随着造船业的发展，船舶设备的结构日趋复杂，在功能上不断完善，对系统的可靠性、稳定性提出了更高的要求。机舱作为船舶的心脏，集中了船舶主机、发电机、舵机等大部分船舶设备。根据上面的分析，未来船舶自动化竞争将以设备的高度模块化及智能化为基础，软件开发为重点，因此，针对船舶设备及系统的研究对于推动船舶自动化发展具有重要意义。

参考文献：

[1]船舶设计实用手册：电气分册/中国船舶工业总公司编，国防工业出版社1999.10

[2]蔡晔敏、周亚兰、朱蕊，船舶自动化系统网络的设计进展;

[3]王晓虹，自动化技术在船舶和航海领域中的应用

[4]李世臣、曾鸿，船舶机舱自动化，大连海事大学出版社，2013