船舶電氣設備自動化中重要技術應用

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摘要：自動化在中國船舶行業(yè)的使用范疇非常普遍，想要提高船舶的安全性，提升船舶航運的經濟收益，提升勞動效率，自動化的應用就變得極其重要。如今各個國家將船舶自動化的探索主要放到軸帶發(fā)電、電力推廣和自動化貨艙等領域。針對電力電子、電站控制系統(tǒng)、穩(wěn)定性能保障科技等在船舶自動化中的使用，展開討論。

關鍵詞：船舶電氣自動化；電力電子技術；電站測控系統(tǒng)

0引言

伴隨自動化的不斷進步，其在船舶中的使用也非常普遍，其對提高航運安全、提升航運經濟收益、改進勞動環(huán)境、提升勞動效率發(fā)揮極其重要的作用。在船舶自動化行業(yè)中，如今各個國家研發(fā)的關鍵聚集在軸帶發(fā)電、電力推廣和自動化貨艙等領域，并且這個行業(yè)的進步全是自動化等科技綜合使用和交疊滲透的成果（見圖1）。

1船舶電氣自動化特征剖析

1.1體系化

如今，互聯(lián)網技術、計算機技術以及智能化信息技術等已經被廣泛地應用于船舶自動裝置中，對于提高各組成部分智能化限度具有良好效果，保證自動裝置的靈活性組態(tài)，增強其全面性。比如互聯(lián)網技術的廣泛使用，可以實現(xiàn)人機界面標準、頁面簡易操控還有性能的靈活性轉變，操控員工可以按照需要通過實現(xiàn)電子屏幕來完成相關性能操控，為船舶自動化系統(tǒng)應用的體系化創(chuàng)造了條件。

1.2網絡化

計算機技術以及總線科技的廣泛應用，對保持船舶自動裝置系統(tǒng)的網絡化創(chuàng)造了必要條件，當中總線技術能夠保證各種信號線的有效集成，也能夠為各種結構以及組件之間提供信息管道，以滿足設備運作要求。一般的現(xiàn)場總線系統(tǒng)會采用二層網絡設計方案，第一層為數(shù)據采集網，另一層為控制網，能夠較好地提高船舶自動化裝置運作穩(wěn)定性能。

2電力電子的使用

2.1軸帶發(fā)電

船舶航運環(huán)節(jié)中，船舶總體的損耗有1/2以上都用在了物料消耗上，因而研發(fā)各種類別的船舶節(jié)能設備就變得極為重要。軸帶發(fā)電科技是現(xiàn)今國內船舶行業(yè)節(jié)能的主要方法，軸帶發(fā)電科技是由發(fā)電機組中的主軸完成推動，按照主機情況來對軸帶發(fā)電機組完成操控，而后伴隨電能電子元件的快速升級換代，軸帶發(fā)電設備大部分都采用了晶閘管逆變方式。為更進一步提升船舶航運的節(jié)能功效，按照船舶的具體運作，研發(fā)了廢氣透平發(fā)電機組與S/G搭配的SSG設備。而在S/G設備中，因為發(fā)電機組的任何傳輸工作全是采用變頻器完成傳輸，因此需要在發(fā)電機上對應裝配大功率的電力電子元件來達到船舶正常運作的要求。由于自動化變頻器的制造費用高、體型大，再加上自動變頻器的功耗系數(shù)也相對低，因此科學家們通過這類問題而發(fā)明了非同步軸帶發(fā)電機組裝置。

2.2電力推進

在船舶航運中，電力推進技術已應用多年，然而以前的電力推進技術僅限于某些中小型船舶，而伴隨電力電子的不斷進步，電力推進技術的使用范疇也更加普遍，大家將電力進步設備劃分為直流傳動和交流傳動。伴隨近些年船舶行業(yè)科技的進步，交流傳動進步速度特別快，交流電力推進技術隱約有取代直流推進技術的趨向。在交流電力的推進方式中，比較普遍的電力推進有直流和交流2類無換向電機推進設備。直流無換向電機推進設備本質上是一個由交流—直流—交流變頻器送電的同步電機控速設備。而交流無換向電機推進設備是由交流—交流變頻器與同步電機組成交流調節(jié)設備，盡管交流變頻器的傳輸次數(shù)會遭受船舶總體運作的干擾，可是大空間的船舶推進機是與驅動軸直接對接的，最重要的是船舶推進電機依然在慢速的情況下運作。因而，低頻的交流—交流變頻器十分合適。

3CAN電站測控系統(tǒng)的科研

3.1電站測控系統(tǒng)結構分析

每一個發(fā)電機的結點都代表了一個發(fā)電機設備，同時這個發(fā)電機設備還和主機一起作為網絡的結點，被掛到了操控系統(tǒng)的總線上。如此一來，就很容易形成一個水電站的自主管理網絡。研究成員也可把這種網絡和艦船上的其它部位巧妙地連接到一塊，之后形成艦艇的控制平臺系統(tǒng)。在這一電站控制體系中，具體存有3種用途性能上都有所不同的測控網絡時期—發(fā)電機節(jié)點、控制臺節(jié)點管理、檢驗微機節(jié)點。當中發(fā)動機節(jié)點的作用是監(jiān)測用途與控制功能。而主機節(jié)點則具體承載的是讀取由各臺發(fā)動機所傳輸?shù)谋O(jiān)測結果，而基于這類結果以及具體的船舶運營管理需求，對不同時期實施程序控制。而檢驗微機的具體任務則是對不同時期做好監(jiān)管，如果發(fā)現(xiàn)特殊情況，便要立即解決，便于信息的傳送[1]。

3.2發(fā)電機節(jié)點模塊的開發(fā)

電站操控系統(tǒng)的組件主要是發(fā)電機節(jié)點組件。一方面獲取電站規(guī)格與開關量規(guī)格，另一方面根據控制指令實施操控性能。其大多數(shù)操控性能由軟件完成，唯有發(fā)電機組的并車操控性能需要某些硬件電路的協(xié)調。在這個組件上，總共用了5塊CPU，包含1個集合了CAN控制模塊的微處理器P80C592與4個MCS~51微處理器12051。當中，P80C592承擔某些電參數(shù)的獲取與大多數(shù)操控用途的完成，并完成CAN網絡通信；3塊12051承擔發(fā)電機電壓頻率、母線電壓頻率與發(fā)電機功率系數(shù)的獲??；之后1個12051承擔發(fā)電機電壓與母線電壓的相位差信息的獲取，并且承擔并車操控的越前相位角性能的完成，它與某些硬件電路一塊完成發(fā)電機組并車操控的智能控制。

4可靠性保障技術

為了能全面保證船舶電氣自動化設備運行的穩(wěn)定性，還介紹了國內外在船舶及電力自動化行業(yè)的一些成果與經驗，但由于當時國內外船用及電力自動設備研發(fā)都還處于初始時期，對許多穩(wěn)定性技術在實際應用方面并沒有很了解，所以以西門子公司所生產的EEA-22船用電站自動控制器為實例，分析船用穩(wěn)定性技術的具體應用問題。

4.1電磁兼容設計

EEA-22船舶電站自動控制系統(tǒng)具體運用的是電磁兼容技術，如此可以全面提高設備的抗干擾性。船舶上電氣設備的辦公環(huán)境條件非常極端，而且電磁輻射還非常強烈，因此研究成員對于保證設計的作業(yè)穩(wěn)定性來說，對電磁設備進行兼容設計也是不能缺少的關鍵步驟。一般造成設備操作困難的具體原因有出現(xiàn)干擾源、有與之相對應的熱傳導介質、以及出現(xiàn)敏感的讀取模塊。因此科學家們在對電磁相容性設計問題進行科學研究時，僅需毀壞掉這三者之一，即可有效化解設備操控。

4.2容錯科技設計

容錯科技指的是船舶電氣自動化系統(tǒng)對問題的包容限度，容錯科技具體包括：1）系統(tǒng)異常的調節(jié)與判斷；2）系統(tǒng)異常的調節(jié)和策略。兩者是層遞的關系，換句話說在調節(jié)和判斷中，當系統(tǒng)內部結構出現(xiàn)問題時，要先明確問題的形成區(qū)域以及出現(xiàn)性質，接著要對問題開展防護處理。在調節(jié)和策略上，需要依據問題的區(qū)域和性質，先進行相應的容錯處理，在明確問題以后，再對它進行方案策劃，并采取行動。EEA—22船舶電站自動控制系統(tǒng)故障檢測、故障診斷模塊依次利用各類檢查器件（如利用系統(tǒng)控制外部器件逆功率繼電器檢測逆功率問題信號）將其調節(jié)信號轉化為低電平（0信號）送至問題化解模塊，并且系統(tǒng)將問題歸類，便于采取有效控制方法。本系統(tǒng)將問題分成3種：1）開啟預備機組，并減少啟動機組的負荷；2）開啟預備機組，并延時關閉問題發(fā)電機組；3）必須立即關機，啟用預備機組。此外，假如發(fā)電機組中出現(xiàn)后2類問題，在立即關機的同時，該發(fā)電機組中就會產生一個阻塞信息，等到問題化解后，按下“承認組賽”的按鈕，堵塞信息方可化解，新的開機指令才有效，不然，該發(fā)電機組無法重新自動啟用。如此，可防止意外擴大，提升系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。

5船舶電氣自動化科技所存在問題

5.1操控線路單一

與其他行業(yè)電氣自動化科技相較，船舶電氣自動化系統(tǒng)盡管涵蓋項目較多，可是具體操作較為簡單，可以隨時利用駕駛艙內總操控系統(tǒng)來進行各程序模塊的操控。假如總操控系統(tǒng)運作出現(xiàn)問題，必然會造成整個船用電器自動化體系的崩潰，整個設備無法合理操作。在整個控制線路發(fā)生故障后，又或者是發(fā)生操作失誤后，會對船上整個控制系統(tǒng)產生無法挽回的影響。

5.2電磁穩(wěn)定性低

電磁技術作為船舶自動化技術實行的基礎，必須保證其具備較高的穩(wěn)定性?？墒窃诂F(xiàn)實運用中，其常常會造成穩(wěn)定性問題，對船舶的常規(guī)運轉造成干擾。船舶工作環(huán)境特殊，受天氣外部環(huán)境干擾很大，如果碰到惡劣天氣，會對船舶總體電磁系統(tǒng)造成很大干擾。此外，通常情形下為節(jié)省船舶空間，一些電子零件安裝設備比較緊密，不管是操控、管理或是保護均存在很大問題，且難以及早發(fā)現(xiàn)安全問題，增加了電子干擾抵御難度，降低了船舶運轉穩(wěn)定性。

5.3設備錯誤率高

通常情況下船舶自動化技術效率高，具備快速、平穩(wěn)還有便捷等優(yōu)點，可是也會發(fā)生相應容錯幾率，而且若是發(fā)生便無法挽救。電氣設備發(fā)生的錯誤率難以避免，盡管可以利用后面的維護與養(yǎng)護來減少，可是如果造成異常，必定會造成自動化系統(tǒng)崩潰。

6船舶自動化技術優(yōu)化

6.1電磁干擾技術

1）更改傳輸方式對于船舶自動化控制系統(tǒng)的運作，一般是使用遙控系統(tǒng)來實現(xiàn)對各種設備的控制管理，而由于主控制器位于駕室，船舶艙也是整個系統(tǒng)命令的讀取部位，指令信息傳遞路徑時間較長，而在傳輸環(huán)節(jié)中的設備使用情況又會對指令信息產生影響，因此會妨礙控制效果。對于此，可以改變信號傳輸方式，合理攔截電磁干擾信號，提升信號傳送功能，有效控制系統(tǒng)[2]。2）隔離變壓器對船舶自動化控制系統(tǒng)使用經驗開展歸納分析，可知影響系統(tǒng)控制成效的基本要素為交流電源，于是可以利用安裝隔離變壓器的方法來改善，達到自主工作供電。將強電與弱電系統(tǒng)分離，減少交流電源造成的干擾。

6.2設置安全系統(tǒng)技術

伴隨船舶電氣自動化技術實力的不斷提升，船舶的智能駕駛徹底可以利用自動化科技實現(xiàn)操縱，如今大部分船舶均配備了通信設備、計算機設備、通訊導航系統(tǒng)還有電氣設備等，這些設施在斷開與關閉開關時，會受電磁波影響，減少設施操縱準確性，降低傳遞使用穩(wěn)定性。在安裝抗干擾與屏蔽設備的同時，還必須安裝安全設備，即在船舶使用進程中發(fā)生損壞電站或是別的主要機電設備運作安全性的問題時，可以使得故障設施自行產生保護性運作的設備。

7結語

自動化系統(tǒng)運作穩(wěn)定性對船舶運輸領域的全面進步有著重大意義，為提升船舶使用穩(wěn)定性，必須對電氣自動化設備展開分析，有針對性地實現(xiàn)科技探究，必須在原有根基上充分使用各類專業(yè)技術與設施，對電氣自動化系統(tǒng)實現(xiàn)改善，努力不斷提升設備使用整體效率。

參考文獻：

[1]盧家鑫,楊新克.船舶電氣設備故障及對策分析[J].建筑技術研究,2019,2(7):2.

[2]嚴明.淺談船舶電氣設備的安全運行及維護[J].數(shù)碼設計（上）,2019,(010):394-395.

作者:程方圓 單位:舟山中遠海運重工有限公司