船舶綜合控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

凃玲英+夏貴林

摘 要：船舶綜合控制系統(tǒng)是保證船舶運(yùn)行安全性和可靠性的基礎(chǔ)，因此，其設(shè)計(jì)的要求極高。簡(jiǎn)單介紹了船舶綜合系統(tǒng)自動(dòng)化控制的發(fā)展歷程，并分析了目前常用的分布式船舶控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案、應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用缺陷，以期為后期的船舶綜合系統(tǒng)控制的設(shè)計(jì)和研究工作提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：船舶綜合控制系統(tǒng)；自動(dòng)化控制；分布式控制；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U644.8+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.04.114

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，物流運(yùn)輸業(yè)對(duì)船舶的數(shù)量、質(zhì)量要求均有所提升，這促進(jìn)了造船行業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大和造船技術(shù)的進(jìn)步。但就目前我國(guó)現(xiàn)有的造船技術(shù)來看，其與發(fā)達(dá)國(guó)家的造船技術(shù)相比還有較大的差距。比如，我國(guó)船舶控制系統(tǒng)采用的技術(shù)比較落后，很多環(huán)節(jié)依靠人工操作，造成船舶中各個(gè)控制系統(tǒng)的控制精度較低、控制效果較差，進(jìn)而導(dǎo)致船舶的在線診斷和維護(hù)工作具有一定的局限性。因此，為了滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，需要加強(qiáng)船舶綜合控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、研究工作，利用現(xiàn)代化的自動(dòng)綜合控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)船舶綜合控制系統(tǒng)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化和集成化，從而提高船舶在運(yùn)行過程中的安全性和可靠性。

1 船舶自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程

船舶自動(dòng)化控制是指在船舶的各個(gè)設(shè)備上安裝自動(dòng)化裝置，從而使船舶在無人操作的情況下，按照設(shè)定好的程序完成自主運(yùn)行，并保證船舶運(yùn)行的穩(wěn)定性。18世紀(jì)，自動(dòng)化調(diào)節(jié)技術(shù)就被運(yùn)用到了船舶的部分設(shè)計(jì)中，為此后實(shí)現(xiàn)全面的自動(dòng)化系統(tǒng)控制奠定了良好的基礎(chǔ)；19世紀(jì)，船舶的自動(dòng)化裝置已具備了按照設(shè)置順序控制的功能，形成了自動(dòng)化系統(tǒng)控制的雛形；二戰(zhàn)后，控制理論的迅速發(fā)展為船舶自動(dòng)化控制技術(shù)水平的提升奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，相關(guān)研究人員將自動(dòng)化控制技術(shù)充分地應(yīng)用到了船舶設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)船舶設(shè)備的單獨(dú)控制和操作；20世紀(jì)80年代后，計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，全面推進(jìn)了智能化、網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)控制技術(shù)的發(fā)展；目前，船舶主要采用分布式控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)船舶全方位、分散性的管理和控制，縮小了設(shè)備故障的影響范圍，提高了船舶運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

2 船舶綜合控制系統(tǒng)

由于船舶在設(shè)計(jì)和建造過程中是由多種聯(lián)系較為復(fù)雜的設(shè)備裝置構(gòu)成的，為了方便后期的控制和管理，需要對(duì)不同的設(shè)備進(jìn)行分類控制，從而形成分布式船舶控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的分類依據(jù)一般為設(shè)備功能和設(shè)備間的邏輯關(guān)系，具體可分為以下3類。

2.1 綜合船橋控制系統(tǒng)

該主系統(tǒng)由2個(gè)子系統(tǒng)組成，分別為綜合導(dǎo)航系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)。綜合導(dǎo)航系統(tǒng)在船舶的整體運(yùn)行中主要起導(dǎo)航和定位的作用，且可監(jiān)控船舶上的各個(gè)設(shè)備，提高了船舶運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。

2.2 機(jī)艙控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)安裝在船舶的機(jī)艙中，起著控制中心的作用，可對(duì)船舶的主機(jī)、發(fā)電機(jī)、空壓機(jī)等進(jìn)行全方位控制，并監(jiān)測(cè)機(jī)艙設(shè)備等。機(jī)艙控制系統(tǒng)由主機(jī)控制、操舵控制、輔機(jī)控制和電站控制四個(gè)子系統(tǒng)組成，其通過各個(gè)子系統(tǒng)的相互配合完成控制任務(wù)。

2.3 損管集控系統(tǒng)

該系統(tǒng)的主要作用是監(jiān)控船舶設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并隨時(shí)提取儀表上的參數(shù)。如果有異常狀況發(fā)生，則損管集控系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，提醒相關(guān)工作人員及時(shí)處理，避免引發(fā)更大的運(yùn)行故障。該系統(tǒng)由檢測(cè)器、傳感器、執(zhí)行器和集控室的控制器組成的，各個(gè)設(shè)備之間可傳遞信息。如果某個(gè)設(shè)備存在問題，則會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，因此，需要做好日常的維護(hù)和檢修工作。由此可見，分布式船舶控制系統(tǒng)在應(yīng)用過程中具有諸多優(yōu)勢(shì)，比如，其在安裝過程中不需要將船舶中的各個(gè)設(shè)備都通過信號(hào)線連接到主機(jī)室中，從而縮短了電纜線的長(zhǎng)度，且避免信號(hào)在傳遞過程中受到過多的干擾；利用分布式船舶控制系統(tǒng)可有效減少后期維護(hù)和檢修的次數(shù)，當(dāng)主系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)，只需檢查子系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，不需要檢修其他具備獨(dú)立性的控制系統(tǒng)，這樣不僅能降低維護(hù)成本，還能提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。但在實(shí)際應(yīng)用的過程中，分布式船舶控制系統(tǒng)存在較多缺陷，比如，當(dāng)系統(tǒng)中的設(shè)備數(shù)量增多時(shí)，會(huì)因網(wǎng)絡(luò)通信負(fù)荷過大而降低控制的靈敏度。因此，該系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的質(zhì)量和傳輸速度有非常高的要求。

3 分布式船舶控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的完善措施

為了提高分布式船舶控制系統(tǒng)控制的可靠性，可以采用高速冗余環(huán)網(wǎng)作為系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。采用環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際運(yùn)行過程中出現(xiàn)單點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中斷的情況時(shí)，不會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行造成影響。因此，利用此結(jié)構(gòu)能有效避免因單網(wǎng)發(fā)生故障而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)通信中斷的情況，從而提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。此外，使用功耗較低的元件設(shè)備能減少系統(tǒng)運(yùn)行的發(fā)熱量、減小控制系統(tǒng)的電源負(fù)荷，從而有效降低故障發(fā)生的概率。此外，從以往的工作實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，降低控制系統(tǒng)中元?dú)饧ぷ鳡顟B(tài)下的額定值，能提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語

綜上所述，采用分布式控制系統(tǒng)能提高船舶綜合控制系統(tǒng)的控制能力，并能有效降低控制成本和縮小故障的影響范圍。因此，在船舶綜合控制系統(tǒng)的后期設(shè)計(jì)工作中，可以以分布式系統(tǒng)為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，并結(jié)合實(shí)際的控制需求，提高綜合控制系統(tǒng)的控制效率，從而提升船舶運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

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