船舶电气自动化发展及其设计要点分析.pdf

第 31 卷 第 6 期2023 年 6 月Vol.31 No.6Jun.,2023船 舶 物 资 与 市 场 MARINE EQUIPMENT/MATERIALS&MARKETING0 引言目前我国科学技术水平显著提升，无形中为船舶电气自动化发展提供了技术支持，不仅能够提高电气自动化程度，也能缩短我国船舶制造与国际船舶制造行业的距离。加之，我国船舶领域迅猛发展，更应将电气自动化技术应用其中。船舶领海安全和领海能力方面的影响不容忽视，这就要将船舶电气自动化提升工作放在重要位置，同时做好船舶电气自动化设计工作，保证自主研发和模式创新符合实际要求，使船舶电气化水平达到国家先进水平。1 船舶电气自动化发展状况现代社会发展趋势下，科学技术水平显著提升，加之通信工程和制造业的发展速度逐步加快，为船舶工业应用电子科技创造相应条件。在计算机技术的辅助下，船舶机舱管理、船舶驾驶、压力监测等方面已经实现了自动化管理目标；在人工智能技术和自动导航技术的作用下，各类功能不断强化，实现先进性发展目标。如果从我国船舶种类和特征的角度出发进行分析，就会发现不同功能的船舶电气自动化程度之间存在较大差异。这就要认识到船舶功能的重要性，保证具备较高的船舶电气自动化发展能力。比如在开展船舶设计和制造工作时，设计人员将实际情况作为基础依据，做好智能化和综合化网络系统设计工作，同时不断加强工作母站和船舶上其他控制系统船舶电气自动化发展及其设计要点分析周永志（黄海造船有限公司，山东 威海 264300）摘 要：近年来我国船舶领域不断创新发展，船舶电气自动化方面也取得了进展，电气自动化技术的应用，可节省诸多人力，并且不再使用柴油发动机这种高污染的方式提供动力，保证船舶始终处于安全稳定运行状态。本文从船舶电气自动化发展状况入手，结合船舶电气自动化设计要点展开阐述，对我国未来船舶电气自动化发展方向进行全面探讨。关键词：船舶性能；电气自动化；安全性中图分类号：U665 文献标识码：A DOI:10.19727/ki.cbwzysc.2023.06.014引用格式周永志.船舶电气自动化发展及其设计要点分析 J.船舶物资与市场,2023,31(6):43-45.之间的联系；正确使用高速传输技术，打造船舶全方位计算机监测体系，这样不仅可以保证船舶安全，也能第一时间发现和处理故障，对于提高船舶工作效率具有重要意义。合理设置对外的网络系统，主要就是将现阶段诸多先进和实用的数据传输工具作为保障，积极与执行岸和其他船舶沟通，这样有利于提升信息传递流畅性。将电气自动化技术应用在船舶设计中，强化自动报警功能，实时监测船舶动力系统和燃油系统的运行情况。在此基础上，未来我国船舶领域发展，更加注重应用电气自动化技术，能够逐步向更加先进和正确的方向发展，对于我国船舶工业实现智能化发展目标具有重要意义。2 船舶电气自动化设计要点2.1 可靠性设计船舶企业如果想要做好电气自动化设计工作，就要将可靠性设计工作放在重要位置。在落实这项设计工作之前，需要对船舶设备系统和相关元器件之间的联系以及制造和安装多个环节的工作具有合理设置，这样既能对船舶电气自动化故障进行监测和处理，也能增强船舶设计可靠性1。基于此，以选择质量达标和性能强的设备为主，认真对待各项问题，形成良好的产品售后服务体系。同时培养能力专业自动化设计人才，既要全面掌握理论知识，也要落实船舶电气自动化安全保障工作。2.2 安全性设计对船舶电气自动化系统进行设计时，不能忽视安全因素，这就要落实安全性设计工作，全面结合船舶电气收稿日期：2023-03-09作者简介：周永志（1982-），男，本科，工程师，研究方向为船舶电气工程及其自动化。船舶物资与市场第 31 卷 第 6 期 44 自动化系统和安全设计工作，最大程度上降低各类安全事故发生概率。比如要保证船舶电气自动化设计工作符合实际要求，重视电源系统设计工作，在避免出现电源误插问题同时，防止损害各类电气设备；船舶生产设计人员自身应具备较强的安全防范意识和能力，具体包括为一些特殊的电气自动化设备套上安全接地外壳，不能出现设备带电现象。在保证船舶电气自动化系统始终处于安全稳定运行状态的基础上，对智能化监控报警装置进行合理调整和设置，这样能够使监控报警装置充分发挥作用，更加高效地开展安全保障工作。不仅如此，强化报警设备的检测功能，贯彻并落实自检工作；在具备较强的检测功能之后，增加保护装置，便于检测、预警、提示各类故障，制定针对性和有效性的安全防护措施；充分考虑各类功能的可操作性，在根本处解决危胁安全的问题，结合具体的危害情况进行运作和分析，及时切除电源并处理故障线路问题，达到提升系统安全性的目的。2.3 可维性设计船舶电气自动化设计期间，设计人员充分考虑可维修设计方面的各项要求，在保证船舶电气自动化技术充分展现应用价值的同时，精准确定电气设备安装和基座的基本形式，防止在后续船舶运作期间出现故障2，即便发生故障，也要做到及时维修和处理。如果实践操作期间因没能正确安装导致无法及时维修，出现整体系统某一部分处于“停运”状态，严重影响系统安全稳定运行，就会引发更多难以解决的问题。因此，船舶企业在开展电气自动化设计工作时，不仅要加强与制造厂家之间的沟通，也要总结和分析系统运行期间有可能发生的相关问题；同时强化与厂家技术人员的指导交流，在增强船舶自动化设备的可维性之后，提升船舶电气自动化系统的适应性。3 船舶电气自动化未来发展趋势在研究我国船舶领域电气自动化未来发展趋势过程中，依据船舶电气自动化设计状况和要点内容进行分析，精准预测未来船舶自动化发展方向，如适当加强船舶电气自动化技术的应用，同时结合船舶电气自动化发展技术的应用效果，将大部分的精力集中在与之相关的电站系统、发电机、电力推进、自动化安全保证系统构建和应用方面3。从“电站系统”的角度入手，充分应用电气自动化技术，保证形成一种 CAN 自动检测网络，全面掌握和利用船舶电气自动化特征，有效结合控制台、发电机组、检测站台等，从而保证能够结合到 CAN 自动检测网络；严格按照自动检测方式，使各类功能发挥作用，高效完成船舶CAN自动检测控制总成系统，如图1所示。CAN 电站自动控制系统充分发挥作用，可以有效融合控制、监控、保护、管理等功能，结合实践中“应用安装位置存在的差别”，精准确定与之对应的各个阶段连接方式，但是需要额外注意各处节点模块不可避免地会连接到 CAN 总线上，有利于作为网络节点的统一依据，进而突出电站全自动化控制网络系统构建工作的科学合理性。除此之外，网络方式也能高效地连接外部网络，保证“船舶大型数字化网络控制平台”搭建工作的有序开展。GIS数据库通讯服务器3G 网关管理监控层通信层终端执行层终端适配层传感器打印机摄像头交换机INTERNET终端终端指挥执行监控图 1 船舶电站自动监控系统结构船舶企业在开展 CAN 电气自动化技术应用这项工作过程中，可以适当地加装通信系统，主要目标是实时传输每个总线节点的数据信息4。对于每一个节点而言，可以结合具体的状况，设置相对独立的报文滤波规则，这样可以使总线和各模块之间的沟通具有较强有效性。通常情况下，CAN 通信系统可依据信息传递的优先级归为三类：1）针对控制命令、保护参数整定、特征参数调度等应用控制调节信息；2）周期性地传输电网和发电机组实施状态信息等；3）发生故障期间的中央系统保护和紧急操作指令，实际上这种类型的指令存在相应的强制性，属于“最高优先级”的范畴。此外，结合船舶发电机的具体运行情况进行分析，了解到主要就是依据先关轴带进行发电。传统形势下的轴带发电率比较低，为了防止出现无法正常发电的现象，将电气自动化技术应用其中，主要以提高相关主轴的驱动为主，这样对于达到提升相关转速目的具有重要作用。不仅如此，非常关键的一项举措是将“晶闸管逆变”作为主要方式，进一步提高船舶发电系统速度，保证其具备充足动能5。从船舶应用系统的角度出发进行分析，不难发现，自动化安全保障系统设计工作非常关键。船舶电气自动化技术设计涉及的相关范围、领域比较宽泛，这就要求相关工作人员和技术人员具备较强的安全意识和安全保障能力。为了进一步实现船舶电气自动化发展第 6 期 45 目标，需要科学合理地结合电磁兼容技术、容错技术，达到增强船舶电气自动化安全稳定性的目的。3.1 具备较强的全面性和系统性监测功能未来我国科学技术水平将不断提升，多种新型技术会被广泛应用在船舶电气自动化系统设计工作中，加之在船舶电气设备的辅助下，目前已经实现了通用化、模块化、系列化发展目标。信息化速度逐步加快，在船舶电气设备设计工作有序开展的基础上，不仅能够保证实际落实的设计工作符合规范要求，也能在系统操作中突出简单方便和灵活转换等特征。此外，充分利用网络软件，对系统监控功能进行强化，同时将全面监控工作落到实处。比如，在船舱内投入使用监测报警系统，并保证这一系统始终处于高效稳定运行的状态，最终效果并不是对船舱内的角落和机舱进行监控，而是要进行无死角监控，甚至也要监控船舶周围水面和水底的情况，最终目标是严格管控船舶航行安全。3.2 具备较强的网络功能我国数字化技术和总线技术水平在未来将不断提升，被船舶电气自动化设计领域广泛应用，不仅能够组成一组信号线，也能在模块和组件之间形成较为标准的信号通道6。基于此，在提升系统可靠性过程中，具体控制期间就会以应用冗余结构为主，不可避免地会出现“高水平数字化和自动化取代手工操作”的现象。这样不仅能够对船舶电气设备机组的运作环境进行优化，也能提高工作效率和质量。3.3 在多学科发展的状况下促进电力船舶自动化发展未来发展趋势下，技术水平显著提升，跨学科渗透和交叉应用效果较佳，人工智能和模糊技术会被广泛应用在船舶电气自动化发展领域，既能保证具备较强的电动船舶自动化发展潜力，也能为后续加快我国船舶企业和航运领域发展速度奠定基础。与此同时，为了能够加快电力船舶自动化技术发展速度，就要高效应用材料科学和制造技术。大功率半导体电力电子发展能力逐步提高，能够在材料、理论、制造技术等方面发挥重要作用，并取得突破性的进展，有利于未来我国船舶行业向节能和高可靠性的方向发展创新。除此之外，船舶电气自动化发展期间应结合未来发展目标进行分析，可编程控制器和单片机能够成为船舶控制技术中常用的一种控制手段7。以计算机技术为基础的船舶监控系统，逐步向集中式计算机监控系统、分散式计算机监控系统、多级监控系统方向发展；甚至在更多新型技术的辅助下，可以进一步促进我国船舶领域的发展。3.4 实现船舶自动化驾驶目标传统形势下的船舶驾驶以手动操作模式为主，在未来发展趋势下，船舶驾驶期间应用自动技术，逐步向自动化驾驶方向发展，如在预知水面情况过程中可以通过精准确定电子计算结果的基础上，做好针对性和有效性的自动调整。自动化特征显著的设备，主要是以电子计算机技术为基础依据，保证调整工作符合实际要求，过程中保证不能改变预定目的地，从而突出自动化设置和智能化操作特征，保证我国船舶领域具备较强的创新发展能力。4 结语近年来船舶电气自动化发展备受关注，通过将电气自动化技术应用其中，制定科学的船舶电气自动化设计方案，保证各个学科相互渗透，打破传统设计模式的束缚，突出安全性、可靠性、可维修性，促进我国船舶电气自动化发展。未来发展趋势下，信息技术发展水平不断提升，船舶工业在电气自动化设备应用方面投入较多时间和精力，具体表现为加强各类先进技术的应用，改造原本船舶设计和安全保障方案，并在电气自动化技术的辅助下，形成新型系统，节省更多人力和物力。参考文献：1 冯晓慧.船舶电气自动化控制安全问题与措施 J.船舶物资与市场,2021(1):95-96.2 缪昶昌.船舶电气自动化技术应用及发展趋势 J.船舶物资与市场,2020(12):3-4.3 钱步娄,李锡斌.船舶电气自动化系统的保障技术及其应用J.船舶物资与市场,2019(11):45-46.4 陈明.基于船舶电气自动化系统的可靠性保障技术 C/2019年广西写作学会教学研究专业委员会第三期座谈会资料汇编,2019:16-20.5陶文胜.船舶电气