船舶电气设备自动化中几个重要技术的应用

程方圆

（舟山中远海运重工有限公司，浙江 舟山 316131）

0 引言

伴随自动化的不断进步，其在船舶中的使用也非常普遍，其对提高航运安全、提升航运经济收益、改进劳动环境、提升劳动效率发挥极其重要的作用。在船舶自动化行业中，如今各个国家研发的关键聚集在轴带发电、电力推广和自动化货舱等领域，并且这个行业的进步全是自动化等科技综合使用和交叠渗透的成果（见图1）。

图1 船舶低于供电系统

1 船舶电气自动化特征剖析

1.1 体系化

如今，互联网技术、计算机技术以及智能化信息技术等已经被广泛地应用于船舶自动装置中，对于提高各组成部分智能化限度具有良好效果，保证自动装置的灵活性组态，增强其全面性。比如互联网技术的广泛使用，可以实现人机界面标准、页面简易操控还有性能的灵活性转变，操控员工可以按照需要通过实现电子屏幕来完成相关性能操控，为船舶自动化系统应用的体系化创造了条件。

1.2 网络化

计算机技术以及总线科技的广泛应用，对保持船舶自动装置系统的网络化创造了必要条件，当中总线技术能够保证各种信号线的有效集成，也能够为各种结构以及组件之间提供信息管道，以满足设备运作要求。一般的现场总线系统会采用二层网络设计方案，第一层为数据采集网，另一层为控制网，能够较好地提高船舶自动化装置运作稳定性能。

2 电力电子的使用

2.1 轴带发电

船舶航运环节中，船舶总体的损耗有1/2以上都用在了物料消耗上，因而研发各种类别的船舶节能设备就变得极为重要。轴带发电科技是现今国内船舶行业节能的主要方法，轴带发电科技是由发电机组中的主轴完成推动，按照主机情况来对轴带发电机组完成操控，而后伴随电能电子元件的快速升级换代，轴带发电设备大部分都采用了晶闸管逆变方式。为更进一步提升船舶航运的节能功效，按照船舶的具体运作，研发了废气透平发电机组与S/G搭配的SSG设备。而在S/G设备中，因为发电机组的任何传输工作全是采用变频器完成传输，因此需要在发电机上对应装配大功率的电力电子元件来达到船舶正常运作的要求。由于自动化变频器的制造费用高、体型大，再加上自动变频器的功耗系数也相对低，因此科学家们通过这类问题而发明了非同步轴带发电机组装置。

2.2 电力推进

在船舶航运中，电力推进技术已应用多年，然而以前的电力推进技术仅限于某些中小型船舶，而伴随电力电子的不断进步，电力推进技术的使用范畴也更加普遍，大家将电力进步设备划分为直流传动和交流传动。伴随近些年船舶行业科技的进步，交流传动进步速度特别快，交流电力推进技术隐约有取代直流推进技术的趋向。在交流电力的推进方式中，比较普遍的电力推进有直流和交流2类无换向电机推进设备。直流无换向电机推进设备本质上是一个由交流—直流—交流变频器送电的同步电机控速设备。而交流无换向电机推进设备是由交流—交流变频器与同步电机组成交流调节设备，尽管交流变频器的传输次数会遭受船舶总体运作的干扰，可是大空间的船舶推进机是与驱动轴直接对接的，最重要的是船舶推进电机依然在慢速的情况下运作。因而，低频的交流—交流变频器十分合适。

表1 交流直流变频器额定电压、额定频率

3 CAN电站测控系统的科研

3.1 电站测控系统结构分析

每一个发电机的结点都代表了一个发电机设备，同时这个发电机设备还和主机一起作为网络的结点，被挂到了操控系统的总线上。如此一来，就很容易形成一个水电站的自主管理网络。研究成员也可把这种网络和舰船上的其它部位巧妙地连接到一块，之后形成舰艇的控制平台系统。在这一电站控制体系中，具体存有3种用途性能上都有所不同的测控网络时期—发电机节点、控制台节点管理、检验微机节点。当中发动机节点的作用是监测用途与控制功能。而主机节点则具体承载的是读取由各台发动机所传输的监测结果，而基于这类结果以及具体的船舶运营管理需求，对不同时期实施程序控制。而检验微机的具体任务则是对不同时期做好监管，如果发现特殊情况，便要立即解决，便于信息的传送[1]。

3.2 发电机节点模块的开发

电站操控系统的组件主要是发电机节点组件。一方面获取电站规格与开关量规格，另一方面根据控制指令实施操控性能。其大多数操控性能由软件完成，唯有发电机组的并车操控性能需要某些硬件电路的协调。在这个组件上，总共用了5块CPU，包含1个集合了CAN控制模块的微处理器P80C592与4个MCS～51微处理器12051。当中，P80C592承担某些电参数的获取与大多数操控用途的完成，并完成CAN网络通信；3块12051承担发电机电压频率、母线电压频率与发电机功率系数的获取；之后1个12051承担发电机电压与母线电压的相位差信息的获取，并且承担并车操控的越前相位角性能的完成，它与某些硬件电路一块完成发电机组并车操控的智能控制。

4 可靠性保障技术

为了能全面保证船舶电气自动化设备运行的稳定性，还介绍了国内外在船舶及电力自动化行业的一些成果与经验，但由于当时国内外船用及电力自动设备研发都还处于初始时期，对许多稳定性技术在实际应用方面并没有很了解，所以以西门子公司所生产的EEA-22船用电站自动控制器为实例，分析船用稳定性技术的具体应用问题。

4.1 电磁兼容设计

EEA-22船舶电站自动控制系统具体运用的是电磁兼容技术，如此可以全面提高设备的抗干扰性。船舶上电气设备的办公环境条件非常极端，而且电磁辐射还非常强烈，因此研究成员对于保证设计的作业稳定性来说，对电磁设备进行兼容设计也是不能缺少的关键步骤。一般造成设备操作困难的具体原因有出现干扰源、有与之相对应的热传导介质、以及出现敏感的读取模块。因此科学家们在对电磁相容性设计问题进行科学研究时，仅需毁坏掉这三者之一，即可有效化解设备操控。

4.2 容错科技设计

容错科技指的是船舶电气自动化系统对问题的包容限度，容错科技具体包括：1）系统异常的调节与判断；2）系统异常的调节和策略。两者是层递的关系，换句话说在调节和判断中，当系统内部结构出现问题时，要先明确问题的形成区域以及出现性质，接着要对问题开展防护处理。在调节和策略上，需要依据问题的区域和性质，先进行相应的容错处理，在明确问题以后，再对它进行方案策划，并采取行动。EEA—22船舶电站自动控制系统故障检测、故障诊断模块依次利用各类检查器件（如利用系统控制外部器件逆功率继电器检测逆功率问题信号）将其调节信号转化为低电平（0信号）送至问题化解模块，并且系统将问题归类，便于采取有效控制方法。本系统将问题分成3种：1）开启预备机组，并减少启动机组的负荷；2）开启预备机组，并延时关闭问题发电机组；3）必须立即关机，启用预备机组。此外，假如发电机组中出现后2类问题，在立即关机的同时，该发电机组中就会产生一个阻塞信息，等到问题化解后，按下“承认组赛”的按钮，堵塞信息方可化解，新的开机指令才有效，不然，该发电机组无法重新自动启用。如此，可防止意外扩大，提升系统的安全稳定性。

5 船舶电气自动化科技所存在问题

5.1 操控线路单一

与其他行业电气自动化科技相较，船舶电气自动化系统尽管涵盖项目较多，可是具体操作较为简单，可以随时利用驾驶舱内总操控系统来进行各程序模块的操控。假如总操控系统运作出现问题，必然会造成整个船用电器自动化体系的崩溃，整个设备无法合理操作。在整个控制线路发生故障后，又或者是发生操作失误后，会对船上整个控制系统产生无法挽回的影响。

5.2 电磁稳定性低

电磁技术作为船舶自动化技术实行的基础，必须保证其具备较高的稳定性。可是在现实运用中，其常常会造成稳定性问题，对船舶的常规运转造成干扰。船舶工作环境特殊，受天气外部环境干扰很大，如果碰到恶劣天气，会对船舶总体电磁系统造成很大干扰。此外，通常情形下为节省船舶空间，一些电子零件安装设备比较紧密，不管是操控、管理或是保护均存在很大问题，且难以及早发现安全问题，增加了电子干扰抵御难度，降低了船舶运转稳定性。

5.3 设备错误率高

通常情况下船舶自动化技术效率高，具备快速、平稳还有便捷等优点，可是也会发生相应容错几率，而且若是发生便无法挽救。电气设备发生的错误率难以避免，尽管可以利用后面的维护与养护来减少，可是如果造成异常，必定会造成自动化系统崩溃。

6 船舶自动化技术优化

6.1 电磁干扰技术

1）更改传输方式

对于船舶自动化控制系统的运作，一般是使用遥控系统来实现对各种设备的控制管理，而由于主控制器位于驾室，船舶舱也是整个系统命令的读取部位，指令信息传递路径时间较长，而在传输环节中的设备使用情况又会对指令信息产生影响，因此会妨碍控制效果。对于此，可以改变信号传输方式，合理拦截电磁干扰信号，提升信号传送功能，有效控制系统[2]。

2）隔离变压器

对船舶自动化控制系统使用经验开展归纳分析，可知影响系统控制成效的基本要素为交流电源，于是可以利用安装隔离变压器的方法来改善，达到自主工作供电。将强电与弱电系统分离，减少交流电源造成的干扰。

6.2 设置安全系统技术

伴随船舶电气自动化技术实力的不断提升，船舶的智能驾驶彻底可以利用自动化科技实现操纵，如今大部分船舶均配备了通信设备、计算机设备、通讯导航系统还有电气设备等，这些设施在断开与关闭开关时，会受电磁波影响，减少设施操纵准确性，降低传递使用稳定性。在安装抗干扰与屏蔽设备的同时，还必须安装安全设备，即在船舶使用进程中发生损坏电站或是别的主要机电设备运作安全性的问题时，可以使得故障设施自行产生保护性运作的设备。

7 结语

自动化系统运作稳定性对船舶运输领域的全面进步有着重大意义，为提升船舶使用稳定性，必须对电气自动化设备展开分析，有针对性地实现科技探究，必须在原有根基上充分使用各类专业技术与设施，对电气自动化系统实现改善，努力不断提升设备使用整体效率。