船舶电气自动化中几个重要技术的应用

船舶电气自动化中几个重要技术的应用

程湘1娄京龙2

1身份证号码：32048119830915xxxx江苏扬州225200；

2身份证号码：37068619891223xxxx江苏扬州225200

摘要：自动化技术在船舶中的广泛应用对保证航运安全、增加航运经济效益、改善劳动环境、提高劳动生产率是极为重要的。本文船舶电气自动化中几个重要技术进行分析和探讨。

关键词：船舶；电气自动化；技术；应用

1船舶电气自动化技术简介

1.1电力电子技术

电力电子技术能在船舶项目管理过程中发挥重要的推进作用，尤其是在轴带发电和电力推进管理项目中。一方面，轴带发电机，是由主轴进行驱动，转速会随着主机转速的变化而形成差异化数据，结合主机的运行和海面的实际情况，技术人员要对轴发电机展开集中的管控和处理。也就是说，轴带发电项目是船舶节能的主要装置。因此，相关人员要对轴带发电的常见运行方式予以分析，整合机械式和电气式的应用路径，维护系统的处理效果，发挥晶闸管逆变结构的优势；另一方面，要从电力传动方面予以分析，目前，较为有效的电力推进系统主要包括直流传动和交流传动，借助交流调速机制整合相关推进系统，能为后续工作的全面落实奠定坚实基础。

1.2CAN电站测控相关技术

在研究CAN电站测控技术的过程中，要将发电机组、控制台和检测微机作为重点，并且将三者集中在在CAN电站测控的总线结构中，能建构有效的自动控制网络体系，借助网络和船上其他部分建立控制网络，维护整体控制检测的结果，真正发挥子控制区的参与效果，真正落实更加有效的管理策略。需要注意的是，在CAN电站测控项目中，相关节点的集成能有效完成测量和控制功能，并且保证控制台能及时接收具体发电机节点传输的测量结果，为后续监视工作的开展提供保障，能针对异常情况和特殊情况建立健全及时性的处理机制，提高技术运行的实际效率。在CAN电站测控体系中，若是采用容错功能的双冗余CAN总线进行设计，功能和MIL-STD-1553总线结构较为相似，利用时空冗余技术对冗余资源进行整合，从而维持船舶自动化信息数据的稳定性。在FPGA内部模块M采取双模块冗余设计方案后，能在t时刻输入信号Input，并结合M输出R（t），而在Input进解码冗余信号R（t+d）后，能借助信号比较器C对其进行比较，经过时间d1后成Input（t+d1）的信号，最后整合为输出信号Output，完成信号的传递工作，保证自动化关系和结构顺利建立。

1.3可靠性保障相关技术

在船舶电气自动化技术发展进程中，为了有效提升整体技术的运行效果，整合自动化系统的安全性和可靠性，要对技术模型和运行机制展开深度分析和集中整合，确保电气自动化应用范围能更符合实际需求。目前，一部分国外研究人员开始针对船舶电气自动化技术进行深度分析，其中，电磁兼容设计项目和容错技术设计项目都十分关键。技术的发展以及技术结构的优化也为船舶电气自动化技术的可持续发展提供了可靠性保障。为了从根本上提升可靠性保障技术的实效性，也要对排除故障的方法进行集中的管控和处理，从根本上提高整体技术运行的实效性，实现管理工作的目标。对电气设备故障进行排除的过程中，可以采取直观法、比较法、短路法以及经验排除故障法等，利用测试仪器对其基础性的电压参数、电流参数以及电阻参数予以判定。若是面对较为复杂的故障，技术人员要结合电气系统的原理图，将原理图和实物进行有效的对照，从而结合故障现象建立健全精细化分析机制，从而反复推敲不同的故障因素，确保推理查找机制和运行管理措施的有效性，一定程度上落实管控目标。除此之外，为了有效提升可靠性保障技术的运行效果，要有序推进设备管理工作和维修人员的素质管控工作，保证其专业技能和综合素质能贴合实际需求，真正落实系统化的管理模型，弥补管理人员专业化知识水平的不足，整合相关故障项目，在完善操作水平的同时，提高可靠性管理策略。

2船舶电气自动化技术的特点

2.1综合化

现阶段，船舶人机界面的交互功能越来越强大，很多操作能够借助电子屏幕来完成，这为船舶电气自动化技术的综合化发展奠定了重要基础。同时，电子信息技术以及电气模块化的快速发展，使得船舶电气自动化系统能够更加灵活地进行组态，进而使船舶越来越呈现出综合化的发展趋势。

2.2网络化

数字技术与总线技术的大力普及，促进了船舶电气自动化系统的网络化发展，特别是总线技术的进步与应用，使得船舶的不同部件与模块之间可以很方便地进行信号传送与交流，这是电气自动化系统网络化的重要基础和前提。船舶电气自动化系统的网络化，使得传统的人工操作模式被各种自动化技术所取代，大大提高了电气系统工作的效率及稳定性。

3船舶电气自动化关键技术

轴带发电在船舶航运费用中，燃料费用占50%～60%，因此开发和应用各种节能装置十分重要。轴带发电作为船舶节能的主要装置，正逐步装备在船上。轴带发电机（S/G）由主轴驱动，其转速随主机转速而变化。根据主机运行状态和海况对轴带发电机进行控制，常用的恒频方式可分为机械式和电气式两类，而随着电力电子器件的飞速发展，目前轴带发电系统几乎全部采用晶闸管逆变方式。为进一步增加节能效果，开发了废气透平发电机（T/G）与S/G组合的SSG系统。该系统由T/G和S/G组成，S/G通过一个静止变频器与电网相连。当船用电力消耗增大，T/G不能满足需要时，S/G作为发电机向船舶电网供电；而在电力消耗减少时，出现了剩余功率，则S/G可作为电动机从船舶电网吸取能量来增进主机推进。静止变频器的两组晶闸管既可工作于整流状态，又可工作于逆变状态。当S/G向电网供电时，变频器将S/G的输出转换为恒频输出；当S/G工作于电动机方式时，变频器则为变频调速装置。在S/G系统中，由于发电机的全部输出功率都必须通过变频器输出，因而要求大功率的电力电子器件。鉴于变频器的体积大、成本高，并且还存在功率因数低等问题，提出了异步轴带发电机（ASG）系统。该系统利用双馈异步电机转子频率补偿的原理来保持恒频稳压，微机控制交—交变频双馈异步轴带发电系统，由ASG、交—交变频器和微机控制系统组成。系统发电运行时，交—交变频器作为励磁电源施加在转子电路上，通过转差频率补偿保持ASG电子输出恒频稳压；系统电动运行时，交—交变频器与ASG构成串接调速系统，可运行于超同步或低同步速度，以增补主机推进能量。

3.1电力推进

在船舶航运中，使用电力推进技术已经有很多年头了，但是之前的电力推进技术只是局限于一些小型的船舶，而随着电力电子技术的不断发展，电力推进技术的应用范围也越来越广泛，我们将电力推进系统分为直流传动和交流传动两大类。随着近几年船舶领域技术的发展，交流传动发展速度非常快，交流电力推进技术隐隐有替代直流推进技术的趋势。在交流电力的推进方式中，较为常见的电力推进有直流和交流两种无换向电动机推进系统。直流无换向电动机推进系统实质上是一个由交流→直流→交流变频器供电的同步电动机调速系统。而交流无换向电动机推进系统是由交流→交流变频器与同步电动机组成交流调速系统，虽然交流→交流变频器的输出频率会受到船舶整体运行的影响，但是大容量的船舶推进机是与驱动轴直接连接的，最重要的是船舶推进电机还是在低速的状态下运行的。因此，低频的交流→交流变频器是非常适用的。

3.2可靠性保障技术

为确保船舶电气自动化系统可靠工作，国外一些发达国家在该领域广泛开展了可靠性技术的研究，积累许多成功经验。我国在此方面的研究还刚刚起步，可靠性技术的应用尚不广泛，本文仅以德国西门子公司生产的EEA-22传播电站自动控制系统为例，分析其可靠性保障技术的实际应用。

3.3电磁兼容设计

EEA-22传播电站自动控制系统采用电磁兼容设计，以提高抗干扰能力。众所周知，船舶电器设备工作环境比较恶劣，电磁污染严重。为确保设备可靠工作，电磁兼容设计是必不可缺的重要环节。构成电磁干扰的3个基本条件是：（1）存在干扰源；（2）有相应的传输介质；（3）有敏感的接收单元。电磁兼容设计就是破坏3个条件中任意1条，以消除电磁干扰。合理选择元器件、减少对干扰信号敏感的元件是本系统突出的一个特点

3.4容错技术设计

容错技术是指系统对故障的容忍技术，它所包含的内容是：（1）系统故障检测与诊断：当系统内发生故障时能确定出故障的性质和部位，同时自动隔离故障；（2）系统故障控制与决策：根据故障的性质与部位，采取相应的容错处理，即在检测与诊断出系统的故障后立即决策出处理故障的方案并付诸实现。EEA-22船舶电站自动控制系统故障检测、故障诊断单元分别通过各种检测元件（如通过控制系统外部元件逆功率继电器检测逆功率故障信号）将其检测信号转换为低电平（0信号）送到故障决策单元。同时系统将故障分类，以便采取相应控制措施。本系统将故障分成Ⅲ类：Ⅰ类故障，启动备用机组，以减轻运行机组的负荷；Ⅱ类故障，启动备用机组，并延时停掉故障机组；Ⅲ类故障，立即停机，启动备用机组。此外，一旦机组发生Ⅱ、Ⅲ类故障，在停机的同时，该机组也将产生一个阻塞信号，直到故障排除，按一下“承认组赛”按钮，阻塞信号方可消除，新的启动指令才有效。否则，本机组不能重新自动启动。这样，可避免事故扩大化，提高系统的安全可靠性。

参考文献：

[1]谢凯宏，于皓洁.船舶电气自动化系统可靠性保障技术探究[J].科研，2016（7）.

[2]杜一民.船舶电气自动化系统可靠性保障技术的应用[J].机电信息，2012（9）.

[3]杨松.基于行业标准的船舶电气自动化技术专业课程开发[J].科技创业月刊，2016，29（17）.