船舶电气自动化系统可靠性保障技术研究

船舶电气自动化系统可靠性保障技术研究

林光道

舟山中远海运重工有限公司 浙江舟山 316131

摘要：随着我国经济在快速发展，社会在不断进步，船舶的电气自动化系统作为影响船舶运行的关键性因素，在船舶运行的过程中发挥了极为重要的作用，与人们的生命健康安全直接挂钩。这就需要相关的人员不断地加强船舶电气自动化系统的技术性研究增强船舶电气自动化系统的可靠性，为人们生命的健康以及船舶的安全运行提供保障。本文主要讲述了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，以此供相关人士交流参考。

关键词：船舶电气自动化系统；保障技术；可靠性保证

引言

船舶电气自动化系统的可靠性保障技术主要是船舶电气自动化系统的设计，生产还有使用多个过程，船舶是否正常安全工作很大程度上取决于船舶电气自动化系统的可靠性保障技术。因此，大多数国家都在研制提高船舶电气自动化系统的可靠性保障技术，能够降低船舶出现问题的次数，进而保证其优质的运行状态。在整个系统运行中，如何采取有效的措施尽可能的减少故障的发生可能性，将可靠性作为船舶运行的前提条件更有助于实现船舶电气自动化系统的智能化，信息化与集成化，提高船舶电气自动化系统的稳定性和可靠性。

1船舶电气自动化系统可靠性特点分析

1.1电子信息化

随着电子信息技术的发展，通讯技术不断完善，在模块化发展的基础上使电气自动化系统组态实现灵活化、多元化和综合化的发展。而通讯、计算机和网络技术的发展进一步带动船舶电气自动化系统的有效运转，可以通过按钮实现对操作命令的下达，保证船舶系统自动化运转效率。但是不同船舶的结构、性能等方面不同，自动化系统运行存在一定的差异，因此在可靠性分析方面还需要进一步研究。

1.2综合化

伴随着电子技术水平的高速提升，电气系统的功能越来越全面，其可以通过模块之间的灵活组合，实现系统功能的良好发挥，例如操作界面的设计、业务菜单的整合等。因此，在自动化的电气系统中，相关的工作人员需要通过控制操作界面并发送指令，使得电气系统自动运行相关的程序，从而完成指定的操作，这能够为电气系统的进一步发展奠定了良好的基础。除此之外，由于市场需求的不同，使得各类船舶的功能与质量也大不相同，所以，船舶对电气系统的可靠性要求也存在较大的差异，但是由于电气自动化系统的综合性特征能够有效地预防系统功能的重复与冗余现象，因此，这要求相关的技术人员应该加强对系统保障技术的重视与研究，从而有效提升船舶运行的安全性与可靠性。

1.3网络性

船舶电气自动化系统在设计、应用受总线技术和数字化技术的影响较大。其中总线技术主要的工作内容是集合不同的信号线，并且为船舶电气自动化系统模块和不同部件之间提高信号通道，完成基础数据和信号的传输。总线技术在现场布置中一般都会采用双层网，并且数据采集网在第一层，而控制网则在第二层，另外在总线设计中要进一步保证船舶电气自动化系统运行的可靠性需要将冗余结构应用在第二层的控制网上，在这种分布式系统中需要综合考虑多种影响要素。网络化的船舶电气自动化系统对于不同层次的自动化技术应用需要考虑到人工操作中容易受到的干扰性。实现人工操作能够保证船舶电气自动化系统工作效率的提高，对于系统运行时可能出现的故障性问题也能够及时发现，并采取有效手段予以控制，有利于保证船舶电气自动化系统系统运行的安全与稳定。

2船舶电气自动化系统可靠性保障技术探究

2.1电力推进技术

当前电力推进系统已经被广泛应用于多种船舶运行工作中，能够有效提升电气自动化系统的安全性和可靠性。船舶电力推进系统的划分可以围绕多种层面展开：其一，动力来源。将中速、高速柴油机、个别燃气轮机作为系统动力源，结合动力源的多种类型，将系统划分成燃气轮机和柴油机两种推进系统。其二，布置形式。依托电动机的布置结构能够将系统分为机舱类和吊舱类。其三，电源形式。将电力推进系统分为直流传动和交流传动两种，其中交流传动方式相较于直流传动速度较快，可以使电力推进技术功能拓展至直流传动领域，为船舶电气自动化系统的运行提供帮助。交流传动技术和自动化系统相结合主要包含CCV（无换向器交流电动机）、LCI（无换向器直流电动机）两种传动模式。其中，CCV能够对变频器完成同步调速，实现系统交流-交流转换过程，虽然此模式容易受到输出频率的影响，但电动机由于一直保持低速状态，因此CCV模式可以提升船舶电气自动化系统的实用性和可靠性；LCI系统通过对变频器进行调节，实现交流-直流-交流的调速转换，且变频调速系统具有效率和精度高、调速范围大的优势。同时，船舶在调距和运行阶段，可以借助螺旋桨实现系统配合。例如，船舶在较窄的水道或者港口中机动航行时，主要利用交流推动机使系统向低速运转模式调整；若船舶在空间大、较为宽阔的海域上行驶，需要调整推动机至超同步、同步转换模式，确保系统稳定、安全运行。

2.2容错技术

容错技术是船舶电气自动化系统的可靠性保障技术中的一个必不可少的极为重要的技术，它的运用在极大程度上提升了船舶电气自动化系统在运行的过程中应对突发的故障问题的能力，使船舶电气自动化系统可以在遇到突发性的故障问题时，及时地发现这一问题并对其进行解决，避免因为延误故障的解决而产生更多的技术问题。容错技术在现阶段的船舶电气自动化系统中发挥着极为重要的作用，为现代船舶技术的发展提供了更可靠的保障。容错技术是一种综合性的技术，它充分地将检测、分析、处理等各项技术充分的结合在一起，帮助船舶电气自动化系统在运行的过程中及时地发现故障问题，并对其进行有效地分析、及时地进行解决，避免将其酿成更大的问题，从而影响船舶电气自动化系统的运行。船舶电气自动化系统的故障检测技术的运行可以有效地锁定船舶故障所发生的地区，对其进行较为精准的定位，这极大地节省了故障处理的时间，使故障可以得到更及时的处理，从而减少这一故障问题对船舶电气自动化技术的影响。容错技术还可以将所发生的故障进行分析，明确故障发生的原因，对发生的故障进行充分的掌握，以此避免下一次类似的故障的发生。

2.3储备冗余处理技术

该项技术的应用能够在很大程度保证船舶的安全运行，其主要是通过电气系统的并联结构保证其可靠运行，在一般情况下，技术人员需要安装三台储备机器满足船舶的储备需求，并且其需要保证机器的主要设计与性能需要基本相同，从而达到备用的目的，最大程度提升船舶电气系统的经济效益与安全性。然而在实际的船舶设计中，储备系统的内部构件往往是独立且分离的，各个部件既可以独立使用，也可以搭配应用，因此，为了保证电气系统的可靠运行，当任意部件产生故障时，备用部件便会自动进行运行，从而保证系统持续、稳定的使用。

2.4电磁干扰技术

由于受到船舶内部空间狭小因素的限制，给电气设备的安装带来一定的困难，增加了电气设备安装的难度，并且在实际安装的过程中很容易受到电磁干扰的影响。强电设备、导航仪器等在船舶运行中发挥着至关重要的作用，如果不能够采取措施控制电磁干扰，将会对强调设备、导航仪器等设备的启动、运行以及关闭等产生不良的影响，如果船舶在航行过程中遇到较强的电磁波，会对上述设备产生损害，甚至引发严重的安全事故。电磁干扰技术的原理表现为：对电磁波的传输介质、接收位置以及干扰源等进行破坏，避免电磁干扰的产生，进而避免电磁波对船舶的安全、稳定运行产生不良影响，由此可见电磁干扰技术的重要性。船舶上导航的仪器和设备在开启、关闭过程中，会受到电磁波的干扰，对船舶的安全、稳定运行产生不良的影响。干扰源对船舶导航仪器和设备产生干扰的条件包括以下几个方面：灵敏的接收单元、电气系统和干扰源之间的传输介质以及干扰源。电磁干扰技术作为船舶电气自动化系统可靠性保障技术的重要技术之一，其在船舶电气自动化系统中的应用，能够对上述三个条件进行破坏，只要能够破坏上述三者中的任意一个环节，就能够避免电磁波对船舶电气自动化系统产生影响。目前，船舶电气自动化系统最常采用的电磁干扰方式主要包括RC吸收设备、改变传输介质以及隔离变压器，具体表现为：（1）RC吸收设备，电磁干扰和开关、接触器以及继电器等众多电气设备存在密切的关联，在和上述电源设备接触过程中，因为受到电弧的影响形成电磁波，对电气设备产生电磁干扰。RC吸收设备利用电压突变原理对电磁波进行抑制，同时还能够利用电阻对电容进行限制，以此对电磁信号进行屏蔽，避免电磁信号对船舶电气自动化系统产生影响。（2）改变传输介质，船舶通过遥控系统对电气自动化系统进行管理，在传输信号时不可避免会受到电磁波的干扰。采用改变传输介质的方式，能够对电磁信号进行屏蔽，以此保证电气自动化系统信息传递的安全性和稳定性。（3）隔离变压器，根据大量实践经验，交流电源是影响船舶电气自动化运行的重要干扰源之一，采用交流变压器过滤流经变压器的高频信号，采用独立电源为电气自动化系统供电，能够有效降低电磁信号对其造成的干扰。

2.5冗余可靠性保障技术

系统冗余设计主要对机组设备进行并联操作，这些设备具有相似的功能，当系统出现故障后，通过并联模式能够提升系统稳定性。例如，当前大部分船舶系统主要并联3组机组设备，使其中每一机组可以单独执行控制指令，若某一部分出现问题，只需要启动备用设备，或者调用其他机组进行相互备用和代替。同时，在应用冗余可靠性保障技术时，注意分开设置储备系统的单元，合理控制单元间的合作和独立关系，若某一单元出现故障，其他单元不会受到影响而停止运行，可以快速进入环境状态，保证船舶电气自动化系统运行的稳定性和可靠性。

2.6机舱自动监测的容错技术

所谓的容错技术是指在系统运行过程中对故障的容忍能力技术。在系统运行过程中假如出现故障，系统主要是由柴油机、负载敏感变量泵、负荷敏感多路阀组、行走系统、起升系统、转向系统、制动系统与蓄能器等部件组成的。整体集装箱跨运车CAN总线控制的系统其主要由转速传感器、油门控制器、排量控制器以及调节机构、阀组控制器、压力与流量传感器与主控制器等部件组成。典型的港口流动机械的集装箱跨运车液压系统，其综合应用了柴油机和变量泵的功率匹配技术、负荷敏感节能技术、能量回收技术和CAN总线控制系统，可根据外界负载的要求，利用CAN总线控制系统控制柴油机、变量泵和多路阀组，从而适当调节柴油机的输出功率，提供相匹配的液压压力与流量，并将负载下降与制动能量回收再利用，提高能量的利用率，达到较好的节能效果。

结语

船舶电气自动化系统内容复杂，包含电气自动化设计、运行和生产、维护等多个不同的环节，现代互联网信息技术和计算机科技技术的应用发展为船舶电气自动化系统提供便利，不同的船舶电气系统均实现较高程度的自动化，且系统在使用过程中具有较强的综合性特征。船舶电气自动化系统应用和运行过程安全、稳定性的基本保障要素是总线技术和数字化技术，在网络控制统一性的作用下，减少系统运行中容易受到的外界因素和人为因素干扰。

参考文献

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