船舶电气自动化技术应用及发展趋势探讨

朱佳然　周欣花

摘  要：电气自动化技术作为船舶内机械设备运行的内驱点，特别是在当前科学技术的高速发展下，更是对电气自动化技术提出更高的应用需求。为有效保证电气自动化技术实施的完整性，必须依据技术属性，界定出技术与船舶电气系统的融合点。基于此，该文以船舶电气自动化技术基本特性为切入点，对电气自动化技术应用及发展趋势进行研究。

关键词：船舶  电气系统  自动化技术  发展趋势

中图分类号：U665          文献标识码：A            文章编号：1672-3791（2021）02（a）-0032-03

Application and Development Trend of Marine Electrical Automation Technology

ZHU Jiaran1，2  ZHOU Xinhua2

（1.School of Marine Engineering， Dalian Maritime University， Dalian， Liaoning Province， 116026 China;       2.Navigation Branch of Hebei Communications Vocational and Technical College， Tianjin， 300381 China）

Abstract： Electrical automation technology as the internal driving point of mechanical equipment operation in ships， especially in the current rapid development of science and technology， it puts forward higher application requirements for electrical automation technology. In order to effectively ensure the integrity of electrical automation technology implementation， it is necessary to define the integration point of technology and marine electrical system according to the technical attributes. Based on this， this paper takes the basic characteristics of marine electrical automation technology as the breakthrough point and studies the application and development trend of electrical automation technology.

Key Words： Ship; Electrical system; Automation technology; Development trend

船舶電气自动化系统与电力系统结构具有一定的差异性，受到船体结构的限制，在有限的空间内，为最大限度保证电力系统功能的完整性，必须令系统结构与船舶运行的能源消耗需求达成精准对接，进而实现船舶内部电力能源的持续供应，满足内部机械设备的运行需求。船舶电气自动化作为一项综合性技术体系，通过相关目标的设定，可最大限度保证系统运行过程中的稳定性与可靠性。此外，电气自动化技术是船舶智能化运行的基础所在，通过搭载智能化平台，可有效实现数据信息的精确性传输，以降低人力资源的投入，提高船舶运行质量[1]。

1  船舶电气自动化技术基本的特点

1.1 综合化

综合化作为船舶电气自动技术的一个主要特征，特别是在信息技术传感技术的支持下，通过集成系统对船舶内机械设备进行质量控制，以保证不同操作工序下的实现是建立在同一时间节点之上，且各类操作工序之间不会相互影响。对于船舶电气操控系统而言，通过综合化控制，可进一步增强系统运行的稳定性，为各项技术的应用提供载体。

1.2 网络化

船舶电气自动化网络系统的实现主要是以无线传输机制与有线传输机制两种为主，在计算机技术的支持下，令信号传输可在不同模块与指令间进行递进，保证每一类数字信号可精准地作用到设备载体中，令系统在实现某一项功能时，是按照系统程序指令的设定来完成工序操作的。从承接船舶电气自动化系统运行的网络平台而言，其主要是通过系统内部所产生的数据进行采集与分析，并结合总线型操控系统，对当前质量进行资源化分配保证，以信息系统为主体的网络建设，具备一定的冗余性特点，可精准地将指令分配到不同的传输机制中，以此来增强系统运行的稳定性。

2  船舶电气自动化技术应用

2.1 电力电子技术的应用

电力电子技术在船舶机械设备中的实现，主要是以电力能源的定向化分布式传输为主，保证在固有电力能源的支持下，整个系统设备运行的完整性。例如，轴带发电装置，其本身受限于发动机质量性能，通过主传动轴的速率变化值界定出当前船舶系统运行过程中的能量耗损值，以此来保证相关设备在电力能源的支持下实现持续性运作，且整个运作及限制在设备固有的参数指标之内。对于电力电子技术的实现，是通过电子信息平台来查验的，对当前设备运转所产生的信息进行可视化分析，一旦电力能源传输超出基准值，则系统自动触发报警装置，对工作人员进行警示，岗位工作人员则可按照电力传输所存在的误差问题，对相关设备进行检修处理，以保证内部机械设备的正常运转[2]。

2.2 测控技术的应用

在电子信息技术的应用下船舶机械设备基本已经实现自动化与智能化的发展，特别是在控制器域网的支持下，将总线协议与设备运行过程中的数据对接机制进行组合，以此来对整个电力站运行模式进行全过程监管。自动化技术支持下的总线控制机制，主要是通过集成系统与设备终端之间建立一个数据对接渠道，由控制平台对内部检测系统所传达的信息进行分析，精准查证出在某一项操作工序中终端设备指令执行过程中存在的误差点，然后将协议传输回主线操控系统中进行冗余性控制，以保证船舶内各个机构部件的应用，可按照相关工序执行。这样一来便可有效保证不同组件在工作过程中不会受到其他部件的影响，进一步提高设备运行的稳定性与安全性[3]。

2.3 可靠性技术的应用

2.3.1 电磁干扰技术

船舶在航运过程中，主要是通过内部精密设备实现对船体的定位，然后结合卫星系统规划好航行路径，以此来完成运行。但由于传播内部电子类设备较多，其在启停过程中将产生一定的信号干扰因素，对设备本身产生一定的电磁扰乱问题，降低设备运行精度。从电磁干扰源的产生本质来看，其主要受到干扰介质以及磁敏元件的影响，令整个设备无法实现精准化运行。为此，在针对此类问题进行解决时，可以通过相应的屏蔽措施，对设备内部的精密内部剑进行电磁防护，以此来有效规避电磁干扰问题。以自动化技术为载体的抗干扰系统，其在实际运行过程中，则可通过对干扰信号源进行过滤与屏蔽，令精密设备具备持续性、精准性的运行特点。例如，在供电设备处安装滤波装置，以避免电源设备在交流与直流电转换过程中产生相应的电磁感应问题。此外，还可采用屏蔽性较高的信号传输介质替代原有的线路，以规避信号传输过程中的电磁干扰现象[4]。

2.3.2 储备冗余处理技术

冗余技术的实现主要是针对船舶电气设备运行过程中存在的指令传输问题、功能对接问题等进行解决，确保自动化系统的运行具备相应的兼容性，令不同组内设备在运转过程中不会产生相互干扰的问题。通常来讲，承接电气设备运行的各个模块在对数据信息进行处理时，呈现出一定的独立性特点，但在总线控制系统的约束下，各个模块单元之间具备较高的联动特点，模块单元之间需要通过相互配合，实现系统的高效率运转。储备冗余处理技术的应用，可为不同系统处理之间提供数据对接渠道，增强数据指令传输、下达、执行的效率性，进而提高终端操控设备的响应速率，完成精度化操控[5]。

2.3.3 容错技术

对于船舶系统来讲，容错技术是指在系统执行参数的基准下，对错误类指令具有一定的认可行为，同时其也具备相应的防范措施。从技术层面来看，容错技术的应用是通过具备冗余属性的硬件处理器，对系统内数据信息传输属性进行界定，然后通过交叉监测，分析出当前系统运行过程中存在的浮动问题，结合主系统的联动操控机制，分析出不同状态下设备运行的相关参数，以降低故障产生概率。对于船舶来讲，容错技术的实现可提供系统故障的容错能力，并可第一时间对系统故障产生点进行定位，通过计算机设备将故障信息映射到数据模型中。此外，容错技术在运行过程中，可与专家诊断系统相连接，当其检测到系统出现故障信息时，将同步传输到专家诊断系统当中，此时专家系统则将依据故障信息進行自动化处理，在第一时间解决故障问题。从船舶故障类型来看，容易产生故障问题的主要以故障机组超负荷、机组延时工作问题为主，对此，可采用储备机组驱动的形式，分化主机组运行的负担，但此过程中应注意，不同系统切换过程中，指令传输存在错位现象，即只有在当前信息传输指令执行以后，新运行机组才可接收并执行下一个指令。对此，在切换系统时，应对相应的数据信号进行阻止，然后进行下一步的故障处理[6]。

3  船舶电气自动化技术发展趋势方面研究

3.1 应用效率方向的发展

船舶电气自动化技术的实现，令整个系统实现自动化、智能化操作，提高船舶的运行质量。在科学技术的不断更新下，数字信号网络的组建，极大地增强了网络架构的传输性能，令系统在处理某一类数据信息时，不再局限于固定的模型框架中，而是通过数据在系统的对接模式，界定出不同操控工序下数据信息呈现出的应用属性。从技术发展层面来看，在对高新技术、工艺的完善下，对电气自动化技术的功能实现提出了更高的需求。为此，船舶电气自动化技术在发展过程中，必须遵循结构化、层次化原则，对内部项目资源的分配机制逐步优化，保证船舶内网络结构的支持下，令系统实现智能化控制，增强系统运行的稳定性。此外，考虑到船舶自动化运行中的动态化特点，在复杂化操控模式下，整个系统易受到数据冗余的问题，在一定程度上，降低设备操控质量。在对实际应用层面进行拓展时，必须对承接设备运行的各类装置、机构、软硬件系统进行优化处理，增强数据收、发单元之间的响应效率，令相关数据在存储与运行过程中，可精准地执行某一项指令，增强数据处理的针对性，提高实际应用质量。

3.2 设备质量方向的发展

船舶作为一种消耗型设备，在长时间、高负荷的运作模式下，船舶内机械设备以及组件面临着严重的耗损现象，如未能对设备进行定期运维处理，则必然降低实际运行质量。为此，船舶电气自动化技术应加大管理工作的开展力度，深度分析出不同工况下，设备在生命周期内所能发挥出的属性，然后结合管理方案，依托于信息平台，将系统与终端操控设备之间建立一个数据对接渠道，确保各项信息传输工作的运行，符合设备运行指标。与此同时，可由设备故障机理为切入点，分析出不同运作模式下，自动化技术与机械设备运行之间存在的联动性特点，例如电力系统、操控系统、网络系统等，通过对不同系统结构进行分析，找出不同驱动模式下，数据信息存在浮动系数，进一步为管理工序的设定提供基础保障，提高船舶运行质量。

3.3 监管机制方向的发展

在智能化体系的建构下，电气自动化系统可通过程序化指令完成自主化操控，但同时也削弱了工作人员的参与性，一旦出现程序设定与执行方面的问题时，必然造成对相关机械设备造成损害。为此，船舶必须建设完整的监控系统，通过无线网络、有线网络，实现对操控工序、设备运行的全过程监督，如果系统监测的数据超出系统所能承受的极限值时，则将产生预警。此外，船舶应对空间定位技术进行更新，以保证航行过程中空间位置的精准性，提高安全行驶性能。

4  结语

综上所述，船舶电气自动化技术的实现，可为设备机械化运行提供指令对接平台，在集成系统的支持下，保证各类信息指令的下达，精准地作用到设备机构中，提升机械设备运行质量。为此，必须从多个角度界定出电气自动化技术应用的可行性，结合设备、工艺的更新方向，确保电气自动化技术的应用，可进一步推动我国航海事业的发展。

参考文献

[1] 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）：198-199.

[2] 汤寅琪.浅谈电气自动化技术在船舶机械设备中的应用[J].内燃机与配件，2020（6）：218-219.

[3] 李辉.电气工程自动化技术在船舶机械设备中的应用价值[J].船舶物资与市场，2019（12）：41-43.

[4] 陈秩.电气工程自动化技术在船舶机械设备中的运用[J].科技创新导报，2018，15（14）：7-8.

[5] 李祥娟，刘锴，魏永磊.船舶电气自动化发展及故障排除对策分析[J].船舶物资与市场，2019（8）：41-42.

[6] 张爱丽.船舶电气自动化的发展及其设备故障的排除研究[J].科技创新导报，2020，17（14）：97，99.