自动控制技术提高拖轮设备安全应用分析

张德元

（中国船级社质量认证公司，安徽 合肥 230000）

在大船靠离泊作业中，拖轮发挥的作用越来越重要。一旦拖轮发生安全问题，可能导致不可估量的影响。而且，国家对安全环保的要求越来越高，社会对安全环保的期望也越来越高。这就要求我们必须不断提高拖轮的安全性和可靠性。

1 拖轮的性能要求

1.1 完善的操纵性能

拖轮灵活操纵性能能够更好的保证船舶运行的安全性以及经济效益的实现。特别是在港内作业的拖轮(港作拖轮)，其操作性之间影响到助泊整体效率。通过有效的操作性能能够更好的宝确保港作拖轮能够在助泊时提升效率，节约拖轮自身因操纵性不佳所导致的能源以及成本的过度消耗。从而更好的提升助泊周林病为港口经济效益实现奠定坚实的基础。现阶段，随着海洋运输竞争力度的增加，在助泊作业中节省由拖轮本身操纵性能短缺带来的不必要的时间消耗和成本消耗，不仅能提高助泊服务的质量而且能为港口来不错的经济效益。随着海洋运输产业的竞争加剧，为了更好地满足客服苏伟，加强动力强劲操作灵活拖轮需求日益强烈。因此加强拖轮设备自动化控制能够更好的为港区内航行的大型船舶提供护航和助泊服务，保证安全而高效的进出港效率。

1.2 多样的作业功能

拖轮多样的作业功能使港口不需要大量购置功能单一的拖轮(如消防拖轮)或船舶(如救助船、护航船)，拖轮的一船多用也为港口节约了不少资金。

2 自动控制技术提高拖轮设备安全要点

经过对传统的拖轮技术进行改进，创建了自动控制技术拖轮即智能拖轮，在正常行驶中智能拖轮的安全性能及稳定性能引起了高度重视，尤其是在特殊的环境中智能拖轮的行驶安全问题最为重要。故为了保证智能拖轮的安全性能通常会采用以下方案进行保护：（1）智能拖轮上采用的探测设备和通讯设备都具备故障诊断功能，若设备内部出现短路、断路或者其他故障问题时会启动自动报警装置。（2）智能拖轮系统包含双冗余主控制器及冗余网络结构两部分，具有双UPS 电力支持、离岸数据备份、身份识别和病毒防火墙等功能，可以确保此系统具备高强度的安防能力及大容量的备份功能。（3）自动控制系统的运行和船舶自身警报系统互不干扰，也就是说自动控制系统的运行不会造成船舶自身报警数据失灵。（4）自动控制系统可以对船舶自身全部数据进行监测，同时可以根据监测结果做出相应判断，但是不会直接操控船舶动力系统。

3 智能拖轮方案的实现方式

智能拖轮方案在现实使用过程中通常有以下几种方式：（1）采集层对实时发生的数据和历史数据进行收集，之后通过数据存储层的存储功能对收集的数据实施存储，且存储过程中产生的数据值也会存储到存储层。在自动控制系统内部安装相关数据存储程序和软件，使所有数据可以准确的进行存储。（2）系统内部含有数据整合层，此部分主要针对已经存储的数据进行筛选与清除，后对保留的数据进行分类整理，采用科学的方法进行对比分析，以发现数据中包含的其他信息，并以此为依据对之后的技术研究提供有效的数据支持。（3）信息应用层主要针对整理后的数据进行处理，并开发智能导航、智能机舱和智能船体等集成业务。同时可以根据不同种类的船舶需求特制相关应用，从而辅助船舶自身系统进行故障判断、故障警告等。（4）信息展现层可以具有人机交互模式，可以根据购买方的需求进行制造，在进行故障判断后以合理的方式将故障原因表现出来，以科学的方式为经营者相关经营计划提供预警。

4 自动控制技术提高拖轮设备安全的几项应用

4.1 船舶螺距自动控制

船舶在行驶过程中通过变距浆来掌控船舶的前进和倒行，利用主机决定船舶的行驶速度。通过船员拉拽拉线来改变螺距，具体操作为：拉线牵引卡套可以决定液压油的流动方向以及流量，变距杆活塞在油压的作用下工作，以此使螺距发生变化。但是此操作准确性较低，在操作过程中容易出现事故。因螺距的变化只能靠船员的经验来掌控，若螺距改变过慢可能会出现紧迫现象，若是螺距改变过快则可能造成齿轮箱的异常磨损。且拉线和卡套等部件为已损坏零件，在操作过程中若发生卡滞则可能威胁到船员的安全。除此之外，船舶上部分配件可能为进口配件，其成本将对较高，订货周期成，维护费用高。鉴于此种现象，如今针对变距控制系统进行了改进，采用遥控液压方式进行控制。把螺距进行阶段性划分，将操纵杆置于相应刻度后可实现相应螺距的改变，操纵杆可将变化信号传输到控制箱，后通过控制箱的处理将信号传输到液压比例阀，由液压比例阀来决定液压油的流动方向及流量，然后在油压的作用下使变距杆移动，进而实现螺距的改变；当螺距发生变动后，反馈电位器可将操作结果反馈至控制箱，控制箱通过比较操纵杆信号和反馈电位器信号来判定变距过程是否完成。此改进方案取缔了变距拉线，将操纵杆改为遥控形式。故船员将操纵杆置于相应刻度后就可实现螺距的改变，在一定程度上减少了人为因素造成的误差，且也节约了对船舶进行维修的费用。

4.2 智能船体

智能船体基于船体数据库的建立与维护，从而为其全过程安全以及维护保养提供必要的辅助作用。除此之外，利用为船体相关数据的自动采集与监测，能够实现航行决策的科学性。船体监测及辅助决策系统对船舶运动状态、船舶装载以及海况、航向、航速等数 据进行采集、存储、分析、显示，当这些数据的变化超过预设临界值时，智能系统发出警告，并提供指导船舶航行操作的辅助决策。智能船体包括船体监测、获取船舶浮态、船舶吃水、船舶姿态、环境温度、海水温度、舱室温度等数据功能。

4.3 岸电遥控装置

正常情况下在船舶进入码头后会接通码头的电源，以此来降低成本。在进行此操作过程中通常会由船员亲自接通电缆，并手动推动电箱内部的电闸。但是在特殊天气下，此操作容易出现漏电或者触电危险。我国曾经出现过因降雨天气导致电箱漏电，造成人员触电伤亡的事故。此外，在水平面下降到最低潮位时需要离开海安，或者在恶劣天气时需要进行避难，此时船员可能无法上岸断电，若是等待岸上的人员则可能需要较长的时间，从而错过最佳时间。为此，研发了新型远程岸电遥控装置。此装置在岸上电箱内部安装继电器及无线接收装置。在断电时船员操作遥控开关即可通过无线接收装置将断电信号输送给继电器，通过继电器是岸上电源开关内部的失压脱扣线圈断电，实现岸上电源开关的断开。

4.4 船舶自动识别

船舶自动识别系统的安装数量飞速增加，且国际海事组织规定三百总吨以上的船只需安装AISA 类船台，三百总吨以下的船只需安装AISB 类船台。合理的采用船舶自动识别系统能够有效的增加出海的安全保障，同时也对海洋环境起到了保护的作用。总之，安装船舶自动识别系统能有降低船只之间发生事故，提高了船舶航海管理系统。通过将船舶自动识别系统和 电子海图的有效结合，能够准确的看到周边船舶的位置信息，在一定程度上降低了船舶碰撞事故，增加了船舶之间的沟通，促进了航海事业的发展。

5 拖轮智能化的前景展望

拖轮作业范畴通常离距岸较近，利用4G、5G 网络以及北斗导航等通信手段能够更好的实现船岸一体化；当前我国内部拖轮主要设备配置具有极强的一致性，其大数据共享亦能够提升整体船舶行业的管理质量，更好的发挥行业资源互补的优势。同时，随着我国新型科技的高速发展、行业共识进一步建立、拖轮建造厂和系统集成商的建造经验不断的积累、设备商对智能方案的积极响应，智能拖轮必将成为港口的一道靓丽风景。

6 结语

如何提高船舶，尤其是老旧船舶的设备本质安全，是我们一直在研究的课题。已造船舶因为当时的技术条件限制，可能跟不上现在对设备本质安全的要求，这就需要我们根据不断提升的安全标准，利用自动控制等先进技术，不断提升设备安全性和可靠性。在这方面，我们要广泛借鉴国内外先进经验，同时无私分享自己的心得，携手打造安全船舶。