海工船舶电气自动化系统可靠性研究

摘要：在船舶行业当前的发展中，电气自动化技术是重点内容，对其未来发展有着巨大的影响。船舶电气自动化系统保障工程现代化程度较高，技术复杂性强，需要相关技术人员提高可靠性保障技术水平，加强各个船舶自动化设计与生产等环节的联系，进一步优化完善船舶电气自动化系统。基于此，本文在简要介绍海工船舶电气自动化系统现状及发展，并提出相应的可靠性保障技术措施，以提高船舶电气自动化系统的稳定性。

关键词：船舶电气;自动化系统;可靠性;技术措施

一、引言

系统在有限的时间和环境下，能够有效满足相应功能性要求，即为系统可靠性。船舶电气自动化系统具有较强的综合性，涉及多个环节，技术难度较大。为了避免其不能正常运行，而影响船舶运行的安全性，需要加强对相应保障技术的研究，采取有效措施，降低船舶发生故障的概率，进而促进系统能够安全可靠运行。

二、船舶电气自动化系统概述

（一）船舶电气自动化系统分析

在21世纪之后，船舶电气化不断得到完善。随着我国社会经济和科技的发展，再加上对国外先进技术的学习和借鉴，促使船舶电气自动化技术水平不断提升，取得了较大的进步发展。船舶电气自动化技术功能的实现，主要依靠计算机技术，才能实现自动化操控、航行和装卸货。船舶自动化系统是一种具有较强综合性系统工程，通过机舱的控制，实现整体的高效运转。在这个过程中，电气设备也在不断优化，当前具有更强的通用性，便捷的系统一体化，并且具有较高的模块化程度。通过机电一体化技术的发展，增强了船舶各个环节之间的联系，各部分具有较强的交叉性。同时，随着人工智能的不断发展，为船舶领域的变革带来了新的契机。

（二）船舶电气自动化系统特点

首先，具有整体性特点。船舶电气化系统涉及的范围比较广泛，包括设计、生产和运行等诸多环节。随着计算机技术和通信技术等先进技术的发展，促进其系统不断优化完善，自动化程度逐步提升。作为窗口的工作站，主要作用包含数据传输和信息交流，能够保障船舶与外界的有效通信，进而确保船舶的安全运行。同时，随着数据化技术的引进，加强了系统各个部分之间的联系，有效提升了自动化程度。其次，具有综合化特点。随着各项技术的发展，增强了船舶电气自动化系统不同模块之间的联系，使其更加通用化，并且组态更加灵活，其形式具有较强的综合性。由于计算机技术的引进，提高了船舶电气自动化操作的便捷性，各部分功能能够灵活进行转化，并且人机界面的操作非常方便，为船舶电气自动化奠定了良好的基础。同时，由于船舶性能之间存在的差异，导致其自动化系统也有一定区别，但由于其系统具有较强的综合性，可以防止出现程序重复的现象，能够有效保障系统的安全运行[1]。最后，具有网格化特点。由于总线技术的引进，再加上数字化技术的运用，使得数字化系统能够实现网格化。总线能够集合各种信号线，是主要的信息交流通道。总线是一种双层网结构，一部分为数据采集网，还有一部分为控制网，后者的结构往往比较复杂，通常采用分布式系统，以保障系统运行的稳定性。对于船舶电气自动化系统来说，网格化发展能够实现对各种自动化技术的有效应用，取代以往的人工操作，具有更高的工作效率，能够确保系统的安全可靠运行。

三、海工船舶电气自动化系统现状及发展

（一）海工船舶电气自动化系统现状

在计算机技术得到广泛应用的基础上，促使船舶领域电气自动化程度不断提升，网络化的发展与进步，有效促进了船舶电气自动化的高速发展，促进行业整体电气自动化水平的提升。同时，各个模块具有更加完善的自动化功能，当前主要的研究方向是整體设备的自动化。对于船舶行业来说，整体自动化并不是简单的模块组合，而是实现整体技术的统一，不仅各个模块要实现自动化，还要将其整合到一起，实现整体设备功能的统一。现阶段，我国基本已经实现船舶整体自动化技术，但还存在一些不足，需要相关科研人员进一步进行研究分析，不断促进船舶行业电气自动化水平的提升[2]。当前，GPS全球定位系统逐渐在人们日常生活中得到应用，在船舶领域也不例外。该行业对定位有着较高的要求，一旦不够准确，将严重阻碍该行业的发展。而GPS全球定位系统具有较高的精确程度，能够大幅缩小定位范围，将其应用在船舶电气化系统中具有较高的实用价值，能够大幅提升船舶的计算精度，促进整体工作效率的提升。现阶段，对于我国船舶领域来说，GPS全球定位系统已经成为不可或缺的重要设备。

（二）海工船舶电气自动化系统发展前景

随着机电一体化的加速发展，使得各个行业之间的分工界限不再那么明确，同时，精确计算机技术的应用，以及人工智能的发展，对船舶电气自动化领域产生了深远的影响，也推动了船舶领域的变革。一方面加强了对新能源的使用。当前，为了减少能源消耗，降低对环境的污染，国家大力倡导新能源的应用，这也提高了对工业生产的要求，节能环保是其需要达到的硬性指标。船舶电气行业也应跟上时代的发展，积极优化工作环境，加强对新能源的应用，如太阳能和氢能源。太阳能不仅用之不尽，也不会产生污染。将氢能源用在太阳能电池中，能够储存能量。但要想这些能源有效应用到船舶中，还需不断进行探索研究，进而实现节能减排的作用[3]。另一方面，要加强对新工艺和新材料的应用。随着科技的不断发展，各种新型材料不断出现，也衍生出更多先进工艺，为电子器件的发展创造了有利的条件。而随着船舶电气化水平的提升，电缆品种愈加多样，其安全性和可靠性直接影响着船舶航行的安全性。因此，对于电缆的要求也不断提升，不仅要具有良好的安全性，也要具有高强度的阻燃防火性能。在新时期，随着高新技术的发展，电缆的制造工艺也会有重大的突破，如通过使用高能高压电子加速器，增加电缆分子间的作用力，提高其耐温性和机械强度，确保其具备高度阻燃防火性，进一步增加电缆的使用年限。信息技术的进步，不断拓宽船舶自动化的应用范围，提高其自动化技术应用程度，促使其不断朝着智能化发展，进一步提高其可靠化程度。

四、海工船舶电气自动化系统可靠性的技术措施

随着自动化技术的高速发展，对于当前的船舶领域来说，应重视船舶电气自动化系统的安全性和可靠性，降低发生故障的概率，保障系统的安全运行，这样才能进一步促进船舶电气化系统的发展。为了实现这一目的，要充分了解电力系统的组成。主要包括发电、用电以及配电等多个部分，并有直流和交流这两种电流。在船舶各部分组成中，电力系统占据关键地位，其额定高压直接影响电气设备的质量，也决定着其尺寸[4]。虽然可以提高其电压，但也会带来安全方面的问题，需要根据实际情况，合理确定配电系统的电压等级。在此基础上，才能有效保障电气自动化系统的安全运行。

（一）电磁干扰技术

船舶本身具有一定的特殊性，安装各种电气设备的空间比较小，并且工作环境比较差，导致电气设备经常受到电磁干扰。在船舶正常运行的过程中需要使用强电设备，在开关设备的过程中，很容易受到干扰，并且通过电磁场时，也会受到电磁波的干扰，严重威胁船舶运行的稳定性和安全性。电磁干扰的产生需要一定条件，首先，要具有相应干扰源，并且其与电力系统之间存在传输介质，另外，还需具有接收单元。要保障电气自动化系统的稳定运行，就需要使用电磁干扰技术破坏其中一个条件，或者也可以选择使用敏感度更低的元器件。首先，交流电源是一种主要的干扰来源，为了有效降低这一干扰的影响，需要设置隔离变压器，对电力设备进行独立供电。同时，也可以将供电装置专门放置到某处，与强电装置隔离开，进而避免干扰对其产生影响。其次，可以改变传输介质。通过干扰设备可以解决干扰问题，改变传输介质也是一种有效的方法。在船舶电气自动化系统中，信号传输的路线比较长，输入部分和接收部分之间具有较远的距离，很容易受到电磁干扰。对此，应改变传输介质，以屏蔽电磁干扰[5]。

另外，船舶电气自动化系统涉及诸多电气设备，在接触的过程中，受到各种因素的影响，会产生电磁干扰。对此，可以使用RC吸收设备，其在电压的影响下，不会产生突变原理，进而降低发生电磁干扰的概率。通过电阻限制电容的方式，也能够防止电磁干扰问题的产生。

（二）电力推进技术

该技术之前的适用范围有限，只能使用在一些小型船舶中，但随着电子器件的更新升级，以及计算机技术的发展，进一步拓展了电力推进技术的适用范围。基于电力传动的角度，可以将该技术分为两种不同的类型，一种为交流传动技术，还有一种为直流传动技术，前者在近几年得到快速发展，并逐渐取代了直流传动技术。该技术在船舶电气自动化系统在的应用取得了良好的实践效果，能够有效保障船舶电气自动化系统运行的安全性和可靠性。在实践应用中，该技术主要通过推进系统和变频器来实现交流的转换过程。在交流转换的过程中，需要根据船舶航行的设计情况，合理对交流推动机进行调整。在这一转换的过程中，会受到输出频率的影响，应将电机调整至低速运行状态，以免影响船舶电气自动化的可靠性。

（三）监测与自动报警技术

通过利用机舱的自动监测报警系统，不仅能够实现在线监测，也能完成自动报警，缓解了工作人员的工作压力，提高了工作效率，能够有效保障系统的安全运行。为了充分发挥自动监测报警系统的功能，应加强对综合性自动化系统的应用，以实现故障的准确定位，并有效排除故障。同时，该系统还具备故障预报的功能，能够提前预测故障，降低发生故障的概率，进而维护系统运行的安全性[6]。另外，还需要开发DCS系统。对于监测系统中的数据，通过有效控制现场设备，实现统一管理，并借助微机控制系统，实现快速报警。在自动监测报警系统中，增加控制室和界面显示等功能，并在机舱中建立分站，提高信息转发效率。同时，可以将分站中的相关数据进行收集汇总，然后将其传输到主站，并通过计算机对相关数据进行分析处理。同时，在实际操作过程中，要针对具体问题进行深入分析，建立完善的处理机制，并整合监测系统，对整体技术框架建立动态化分析模型。从综合性和自动化等角度，展开系统化数据参照机制，找出其中存在的不足，进一步优化技术应用效果，以提高自动监测报警技术的实效性和可靠性。

（四）储备冗余处理技术

为了保障电气化系统的安全运行，该技术可以增设其中的并联单元。在船舶电气自动化系统中，一般设置三台机组储备，并且其基本功能不能存在较大的差异，这样才能确保每个机组不仅能够独立运转，也能互相作为储备，以免影响系统运行的安全性。通常情况下，系统内部的工作单位时单独工作的，储备单元也是单独工作的，但也可以互相合作。通过这样的方式，在其中任何一个单元发生故障后，其他储备单元都可以保障工作的正常进行，进而确保系统的安全运行。

（五）容錯技术

该技术主要是指系统运行过程中对产生故障的容忍能力，主要包括两个方面的内容。其一，检测系统故障。在船舶电气化系统运行的过程中，一旦出现故障，通过使用容错技术，可以快速了解故障的性质，并能够及时找到出现故障的位置，采取相应的处理措施，避免其影响系统的正常运行[7]。其二为控制系统故障。在对系统故障进行检测后，容错技术可以根据故障的实际情况，采取有效的处理措施，在短时间内处理故障，保障系统的安全稳定运行。在船舶电气自动化系统中，一般都是先对故障进行检测，准确判断其性质和位置，然后将故障信息传递到决策单元，有效对故障进行处理。在这一过程中，应根据故障类型，采取有效的处理措施。对于第一类故障，需要减少机组运行的负荷量，所以要开启备用机组。对于第二类故障，在开启备用机组后，找出出现故障的机组，然后将其延时关闭。对于第三类故障，直接关闭故障机组，使用备用机组。对于后两类故障，都应第一时间停止机组运行，处理完成故障后，才能恢复运行。否则就会导致故障影响范围进一步扩大，严重威胁系统运行的安全性。

五、结束语

综上所述，船舶电气自动化系统的可靠性具有重要作用，直接影响着船舶运行的安全性和稳定性，其保障技术具有较强的复杂性和综合性，需要根据实际情况，采取电磁干扰技术，电力推进技术，监测与自动报警技术，储备冗余处理技术以及容错技术等技术措施，确保船舶能够安全稳定运行。同时，在应用这些技术之前，应加强检测工作的开展，找出存在的不足，及时进行优化改进，以免影响船舶电气自动化系统的正常运行。现阶段，国内外相关领域研究人员都积极对其保障技术进行研究分析，相信在不久的未来能够产生更多有效地保障技术。

作者单位：黄金华    上海振华重工（集团）股份有限公司

参  考  文  献

[1]孙世贺. 船舶电气自动化系统可靠性保障技术研究[J]. 船舶物资与市场， 2021（6）：2.

[2]曾祥富. 基于船舶电气自动化系统可靠性的保障技术探究[J]. 中国水运：下半月， 2018（1）：2.

[3]李怀景. 关于对船舶电气自动化系统的可靠性保障技术的几点探讨[J]. 中国设备工程， 2020（13）：2.

[4]周密， 肖野， 张升龙. 船舶电气自动化系统的现状及发展[J]. 汽车世界， 2019（20）：1.

[5]刘宏图， 史金龙， 古毓龙. 船舶电气自动化系统可靠性保障技术的应用[J]. 汽车世界， 2019（20）：1.

[6]黄荣华. 简析船舶电气自动化系统的可靠性保障技术[J]. 建筑工程技术与设计， 2018（035）：3470.

[7]殷永生， 刘海英， 王滨. 船舶电气自动化系统的故障检测与恢复方法优化[J]. 舰船科学技术， 2019（2）：3.