船舶电气自动化系统可靠性研究

船舶电气自动化系统可靠性研究

陈翔宇

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摘要：舰船电力自动控制系统的可靠性研究是一个非常重要且非常复杂的课题。研究成果将为提高舰船电力自动化系统的可靠性奠定基础。该体系不仅影响着海洋作业的顺利进行，而且与人员的人身、财产、生态等密切相关，因此，必须不断提高技术水平，提高维修标准，保证其在各类复杂、苛刻条件下的平稳工作。

关键词：船舶；电气；自动化；系统；可靠性

1船舶电气自动化系统关键组成

1.1主发电机和电力分配系统

在舰船电子控制中，主要由电源及配电装置构成，是舰船电器的核心。主要的发电机是用柴油机或者汽轮机来提供电力的，它的电力通过一个转换器进行增压，再输送到船舶上的各种电器。配电系统主要是把机组所发出的电量按一定的比例分布给各部分，以适应各种装置对用电的需要。为了保证船舶电力的平稳供给，以及在必要时迅速转换及负载均衡，必须对此进行精密的监控与控制。在海洋环境下，主机与配电系统的运行是否可靠，是否高效，将直接影响到舰船装备的正常运转，船员的安全，乃至航行的顺利进行。

1.2控制系统和传感器

舰船电力自动化系统中的另外一项重要构成是控制系统与传感器，其一般由PLC（可程序逻辑控制器）与DCS（分散控制系统）构成，它主要用于接受各传感器传来的信息，对预先设定的参数及逻辑做出判断，进而对舰船上的各类电器及系统进行控制。通过该系统，可以实时监控舰船的温度、压力、流速、位置等各项物性指标，同时还可以监控装备的运行状况。通过对船舶各部分的检测结果进行分析，从而实现对船舶各部分的动态调节，达到安全、高效和高效能的目的。在此基础上，提出了一种基于多传感器、多功能集成的新型电力电子自动控制方法。所以，控制与感应装置不但可以保证船只的平稳与安全，而且可以减轻工作人员的工作负荷，提升船只的综合效能。各部件的设计与整合既要兼顾各部件间的协同与信息传递，又要兼顾在复杂海洋环境中的可靠与稳定。

1.3通信系统

通讯是船舶与陆地基地、其它船舶、船舶、船舶等各种设备间的可靠通信与信息交流的关键，主要有卫星通信，雷达，GPS，无线电通信，卫星导航，因特网接入等。通讯的效率是实现信息实时传递、应急处理、远程监测以及船只位置的关键。利用卫星通讯技术，船只可以与世界任何地方的陆上基地进行通讯，而不管船只在哪里。利用雷达及GPS定位技术，可为船只的导航及周边环境感应，保障船只的安全。利用无线网络实现对其它船只及海洋工程装备的声频通讯，通过网络实现对各种仪器的远距离接入与分享，提高了舰船系统的智能性与协同性。

1.4备用电源和备用系统

后备能源主要由柴油发电机、蓄电池组和应急发电机等组成，主要用于保障舰船在发生事故或突发事件时正常运转。当主机发生故障时，柴油机可自行起动，为舰船上重要的电力负荷如航行，通讯，紧急停车等提供电力。蓄电池组一般被用来为诸如紧急启动、照明以及通讯等的供电。紧急发电机是专为紧急状况如主要供电中断或发生火警而设计的。后备设备是一种机械的，电力的或控制的设备，当一个重要的设备发生故障时，它可以保证一个重要的工作的完成。舰船应急响应与生存能力直接关系到舰船应急响应与生存能力。它不但降低了停机周期，降低了维修费用，而且也增加了船只的安全可靠度。在海上、海上、海上等复杂环境中，对后备能源及后备设备进行有效的保护，保证其能够及时投入使用，对提高其可靠性具有十分重要的意义。

2船舶电气自动化系统可靠性的技术措施

2.1电磁干扰技术

EMI是指降低或排除EMI对电子设备造成的不良冲击，保证其在复杂的电磁环境下工作。针对舰船电力自动化中存在的问题，提出了一套有效的解决方案。首先，为了降低电磁辐射，增强设备的抗噪声性能，一般采用屏蔽、滤波及综合接地等手段。其次，在进行舰船电力系统的设计时，应充分考虑各种因素对舰船的干扰，使舰船的电力系统具有良好的抗干扰能力。通过对电力设备进行远程监控，可以对电力设备的运行状态进行实时监控，以便能对故障进行检测，从而达到消除故障的目的。此外，为了避免外界的电磁波侵入，还应对电子设备进行接地及选用合适的屏蔽材料。当EMI不能彻底清除时，还可以采用后备和后备通讯设备进行紧急处理，以保证重要的工作性能。

2.2电力推进技术

为了解决舰船电子自动控制的问题，提出了一种新的解决方案。该技术以电机为中心，一般使用电磁式电机（例如异步电机）和永磁体（PMSM）来实现对舰船推进力的精准调控，具有功率调节灵活、响应快速、节约能源等优点。另外，该驱动方式可以实现电机的分散布置，增加了电机的冗余，保证了某台电机在某一台或多台电机发生故障后仍能正常工作，提升了供电的可靠性。此外，电推进系统还可以有效地减小噪音、震动，提高舰船的乘坐舒适度，减小机器损耗，提高电机使用寿命。电力推动装置一般都是与电力自动化系统整合在一起，可以进行精密的监控与控制，因此可以对功率分布、负荷平衡以及错误侦测进行更好的管理。

2.3监测与自动报警技术

在舰船电力自动化系统中，监控和自动预警是一种有效的手段，它主要由如下几个方面组成：1）传感器及监控装置。舰船装备有多种传感器与监控装置，能够对电力系统中的电流，电压，温度，湿度，振动等重要参量进行实时采集，以实现对电力系统运行状态的连续监控。2)资料的获取与加工。在此基础上，提出了一种基于计算机辅助设计的变电站综合监控方案。3)警报系统。该监控设备在发现故障或不正常时，可以通过语音报警、视频报警、文字信息报警等方式向工作人员发出报警信号。4)遥控监视。通过对海上航行器进行远程监视，可以方便操作部门或陆地维修部门对海上航行器进行实时的监视与预警，提高对海上航行器的可靠性和安全性。

2.4储备冗余处理技术

预留式冗余是指在舰船重要部件或部件发生失效后，为保证舰船电力自动化系统能够保持重要的功能而建立后备或备份系统。备用备用工艺是把主设备与设备、后备系统与设备的有机组合。2)自动化的开关及开关时刻。后备式备份是指在主机出现故障的情况下，可以在主机出现故障的情况下，快速向后备设备进行转换，从而缩短了切换周期，保证了在出现意外情况下，舰船可以很快地回到原来的工作位置，从而缩短停驶周期。3)具有很强的可扩充性与柔性。舰船电力自动化的后备备份处理方法一般具有较强的可伸缩性，即为满足高可靠度或特殊任务的需要，可以增加额外的后备装置或系统。4)对运行状况进行监控与遥控。对后备装置及系统的状况进行监控，以保证它们在任何时候都可以使用，这是至关重要的。

结语：

总之，舰船电器的自动控制是当今海上交通的一个主要组成部分，它除了为舰船的供电和供电外，还承担着导航、通讯、控制、监控等功能。海上作业日益复杂，需求日益增多，对其工作稳定性及工作效率的需求越来越高，其工作可靠与否直接影响到作业能否顺利完成。但是，海洋环境下的电力系统受到恶劣天气、电磁干扰、高湿度和盐雾等多种因素的影响，造成系统故障、停机及维护，严重影响了海洋舰船的安全运行。为此，对其进行可靠度提升的研究已迫在眉睫。 

参考文献：

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