船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)可靠性保障技術(shù)

高志勇

摘要：船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性研究中不可缺少的重要環(huán)節(jié)是對(duì)船舶的設(shè)計(jì)、制造、安裝以及運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)。都是系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)不可缺少的主要組成部分，所以要提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使船舶運(yùn)行的安全性能夠得到保證。

關(guān)鍵詞：船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)；可靠性；保障技術(shù)

1 船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的技術(shù)現(xiàn)狀探討

科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，促使了船舶行駛、機(jī)艙管理等方面廣泛應(yīng)用著電子計(jì)算機(jī)，使得船舶電氣自動(dòng)化控制得以實(shí)現(xiàn)。集于一體的機(jī)械自動(dòng)化、航行自動(dòng)化與機(jī)艙自動(dòng)化等等功能綜合系統(tǒng)的船舶電氣自動(dòng)化，通常情況下，若干個(gè)工作分站和控制系統(tǒng)與兩個(gè)工作母站構(gòu)成該系統(tǒng)。在駕駛室與機(jī)艙控制室分別設(shè)置兩個(gè)工作母站，這兩個(gè)即允許互為備用、同時(shí)操作，又是可以單獨(dú)操作、完全獨(dú)立的控制系統(tǒng)。把分控制系統(tǒng)和工作母站通過(guò)運(yùn)用高速傳輸技術(shù)組合而成的綜合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，按照實(shí)際情況在網(wǎng)絡(luò)上連接若干工作分站，保證船舶重要部位設(shè)備能夠受工作分站對(duì)其進(jìn)行操縱、控制和檢測(cè)。另外，可視為獨(dú)立窗口的工作分站，在接入船舶對(duì)外通信設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸與電子郵件等方式，達(dá)到船和岸、船和船之間的對(duì)話(huà)，實(shí)現(xiàn)交流信息、設(shè)備的維護(hù)與查閱資料等等業(yè)務(wù)。

2 保障船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)可靠性的主要技術(shù)

2.1 電力推進(jìn)技術(shù)

近年來(lái)，由于電力推進(jìn)系統(tǒng)被應(yīng)用到了軍事艦艇上，從而使得電力推進(jìn)技術(shù)獲得深入的研究，該技術(shù)現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于各種類(lèi)型的船舶當(dāng)中，并在確保船舶電氣自動(dòng)系統(tǒng)的可靠性方面起著非常重要的作用。從電力傳動(dòng)的角度可將電力推進(jìn)技術(shù)分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是交流傳動(dòng)電力推進(jìn)技術(shù)，另一類(lèi)是直流傳動(dòng)電力推進(jìn)技術(shù)。在這兩類(lèi)技術(shù)中，交流傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展速度要相對(duì)快一些，并且在交流調(diào)速技術(shù)不斷完善的推動(dòng)下，使交流電力系統(tǒng)逐步渠道了直流傳動(dòng)技術(shù)，大量的實(shí)踐應(yīng)用表明，交流傳動(dòng)技術(shù)在保障船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行方面具有非常顯著的效果。目前，交流傳動(dòng)技術(shù)在船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用大體上分為以下兩種推進(jìn)系統(tǒng)：一種是直流無(wú)換向器電動(dòng)機(jī)（LCI），另一種是交流無(wú)換向器電動(dòng)機(jī)（CCV）[1]。其中LCI推進(jìn)系統(tǒng)是借助變頻器調(diào)速來(lái)完成交-直-交轉(zhuǎn)換的同步調(diào)速，在推進(jìn)系統(tǒng)完成調(diào)速的過(guò)程當(dāng)中，船舶的運(yùn)行與調(diào)距是依靠螺旋槳的相互配合來(lái)實(shí)現(xiàn)的，若是船舶在相對(duì)比較狹窄的水道當(dāng)中進(jìn)行機(jī)動(dòng)航行，可將交流推動(dòng)機(jī)調(diào)整到低速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，如果是在海域比較寬廣的公海中進(jìn)行航行，則可將推動(dòng)機(jī)調(diào)整至同步或是超同步轉(zhuǎn)換狀態(tài)。CCV系統(tǒng)是借助變頻器的同步調(diào)速來(lái)完成交流到交流的轉(zhuǎn)換過(guò)程，雖然交流到交流的轉(zhuǎn)換過(guò)程會(huì)受到輸出頻率的影響，但在這一過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)會(huì)始終處在低速運(yùn)行的狀態(tài)下，為此，CCV在確保船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)可靠性上實(shí)用性更強(qiáng)。

2.2 抗干擾屏蔽技術(shù)

船舶中大量的電氣設(shè)備都安裝在一個(gè)空間內(nèi)，由于空間比較有限，加之工作環(huán)境惡劣，使得這些設(shè)備常常會(huì)受到電磁干擾的影響，尤其是導(dǎo)航儀器和一些強(qiáng)電設(shè)備，它們?cè)陂_(kāi)、關(guān)的過(guò)程中最容易受到干擾。若是電氣自動(dòng)化系統(tǒng)在正常運(yùn)行的過(guò)程中受到電磁波干擾，則會(huì)導(dǎo)致船舶正常航行受到影響，這是非常嚴(yán)重的問(wèn)題。為了確保船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性，并使其免受電磁干擾，可采取以下保障技術(shù)：

2.2.1 隔離技術(shù)。

在船舶中，交流電源是電氣自動(dòng)化系統(tǒng)最大的干擾源，想要有效解決這一問(wèn)題，就需要對(duì)電氣設(shè)備隔離變壓器，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立供電。還有另外一種方法就是將供電設(shè)備與強(qiáng)電設(shè)備分開(kāi)設(shè)置，借此來(lái)隔離干擾。

2.2.2 改變傳輸介質(zhì)。

由于船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)是以船舶本身的遙控系統(tǒng)為主導(dǎo)，這就造成信號(hào)從輸入到接收的距離較長(zhǎng)，并且整個(gè)過(guò)程還需要很長(zhǎng)時(shí)間。通常情況下，信號(hào)輸入部分都安裝在船舶的駕駛室內(nèi)，而接收部分則安裝在機(jī)艙當(dāng)中，如此之長(zhǎng)的傳輸線路勢(shì)必會(huì)受到電磁干擾。為此，可對(duì)傳輸介質(zhì)進(jìn)行改變，以此來(lái)消除信號(hào)被干擾的可能，同時(shí)，也可將輸入與輸出電路分開(kāi)，這樣也能夠有效避免電磁干擾。

2.3 儲(chǔ)備冗余處理

儲(chǔ)備冗余處理技術(shù)是船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)可靠性保障技術(shù)中十分重要的技術(shù)，該技術(shù)采取在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中設(shè)置并聯(lián)單元的方式，以達(dá)到提高自動(dòng)化系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性和安全性的目的。為了保障船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的正常運(yùn)行，一般情況下需要配備三臺(tái)機(jī)組儲(chǔ)備，并且要保證每臺(tái)機(jī)組儲(chǔ)備的基本功能符合設(shè)計(jì)要求，使各個(gè)機(jī)組既可以獨(dú)立工作，也可以互為備用，從而確保電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性。在船舶電氣自動(dòng)化儲(chǔ)備系統(tǒng)中，儲(chǔ)備單元與工作單元是相互分開(kāi)的，兩者在獨(dú)立工作的同時(shí)，也可以實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)合作[2]。

2.4 容錯(cuò)技術(shù)

容錯(cuò)技術(shù)是指對(duì)船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行故障的容忍能力，即對(duì)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行故障進(jìn)行檢測(cè)、定位、判斷、處理的技術(shù)。容錯(cuò)技術(shù)主要包括以下兩個(gè)方面：一是檢測(cè)系統(tǒng)故障，若電氣自動(dòng)化系統(tǒng)出現(xiàn)運(yùn)行故障，那么容錯(cuò)技術(shù)會(huì)在最短的時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確識(shí)別故障性質(zhì)，并快速確定故障位置，執(zhí)行自動(dòng)化隔離策略，從而有效規(guī)避故障對(duì)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成的不利影響；二是控制系統(tǒng)故障，容錯(cuò)技術(shù)在檢測(cè)系統(tǒng)故障、定位系統(tǒng)故障性質(zhì)和位置的基礎(chǔ)上，將故障檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)為低電平信號(hào)，而后傳達(dá)至決策單元，由決策單元采取有效措施對(duì)故障進(jìn)行處理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)故障的全面控制。容錯(cuò)技術(shù)一般在開(kāi)啟備用機(jī)組、關(guān)閉故障機(jī)組的狀態(tài)下對(duì)故障進(jìn)行排除，以防止故障事態(tài)擴(kuò)大化，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行造成影響。在確保故障完全排除后，再恢復(fù)機(jī)組的正常工作。

結(jié)語(yǔ)

總而言之，提升船舶的電氣化系統(tǒng)安全性、經(jīng)濟(jì)性以及可靠性對(duì)船舶的發(fā)展有著重要的意義，目前，國(guó)外的很多國(guó)家已經(jīng)對(duì)相關(guān)的可靠性技術(shù)進(jìn)行研究了，且研究力度非常大，并積累了一定的成功經(jīng)驗(yàn)。但是現(xiàn)階段我國(guó)對(duì)船舶電氣化自動(dòng)系統(tǒng)的研究依舊比較緩慢，有待進(jìn)一步的提升。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周禮. 我國(guó)電氣自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展中遇到的問(wèn)題研究[J]. 科技與企業(yè). 2014（16） .

[2] 李建宇. 船舶電氣自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用. 2016（29） .