数字控制技术在船舶电气系统中的应用

数字控制技术在船舶电气系统中的应用

郑亮亮

单位名称：大连中远海运重工有限公司  辽宁省大连市 116600

【摘要】随着船舶技术的不断发展和电子技术的日益成熟，数字控制技术在船舶电气系统中的应用已经成为一个重要的发展趋势。本文首先介绍了数字控制及技术与船舶电气系统的基本特点，然后详细阐述了数字控制技术在船舶电气系统中的应用，以期为理解并推动船舶电气系统的数字化转型提供有价值的洞察与思考。

【关键词】数字控制技术；船舶电气；应用

数字控制技术在船舶电气系统中的广泛应用，极大地提升了系统的性能、安全性和智能化水平，已成为推动现代船舶电气系统发展的重要驱动力。随着科技的飞速发展，特别是信息技术与控制理论的深度融合，数字控制技术犹如一盏明灯，照亮了船舶电气系统创新升级的道路，开启了船舶操控与管理的新纪元。

1. 数字控制技术与船舶电气系统控制概述

数字控制技术是现代自动化控制领域的重要分支，它将传统的模拟信号转换为数字信号进行处理和控制，利用数字控制柜将船舶航行的各类船舶航行相关信号收集起来，同时通过船舶基站天线与岸基显示电脑相联，实现对船舶电气系统的精确、灵活、高效控制。

详见附图1.1.1船舶数字控制系统控制框图。

  附图1.1.1船舶数字控制系统控制框图

数字控制技术通过精确的数字信号处理和控制算法，能够实现对船舶电气系统各个参数的精细控制。这种高精度控制使得系统能够更快速地响应变化，并且提高了控制的精度和稳定性。例如，在船舶航行中，需要对船舶电动机的速度和转矩进行精确控制，以实现船舶航速的调整和航向的保持。

数字控制技术具有较强的可编程性，可以根据不同的控制需求和船舶电气系统的特点，通过编程语言实现控制逻辑的定制化设计。这使得系统能够灵活地适应各种复杂的控制需求，并且便于系统的升级和功能的扩展。例如，在船舶航行过程中，可以通过编程语言实现船舶导航系统的自动化控制，提高船舶的导航精度和安全性。

数字控制技术借助网络通信技术，实现对船舶电气系统的远程监控、故障诊断和数据记录。船舶管理人员可以通过远程监控系统实时了解船舶电气系统的运行状态，并且在发生故障时能够及时进行诊断和处理，提高了船舶电气系统的运维效率和可靠性。

数字控制技术集成了人工智能、专家系统等先进技术，实现了船舶电气系统的智能化控制。通过故障预测、自适应控制、优化调度等功能，数字控制系统能够自动地对船舶电气系统进行智能化管理，提高了系统的自适应性和运行效率，从而提升了船舶的整体性能和竞争力。

船舶电气系统可以被视为船舶运行的“神经系统”，它负责电力的生产、分配、使用和保护等多个环节。这个系统包括了一次电源系统、二次电源系统以及船舶辅助系统等部分，见附图1.1.2船舶电力系统功能及分类框图，多种电气设备和控制装置，因此系统本身具有一定的复杂性。船舶在海上航行时，电力系统的稳定性尤为重要。任何电力故障都可能对船舶的航行安全和正常运行造成严重影响，因此船舶电气系统对稳定性的要求非常高。

附图1.1.2船舶电力系统功能及分类框图

数字控制技术在船舶电气系统中的应用，对提高系统的可靠性和运行效率起到了至关重要的作用，同时也促进了船舶的智能化和自动化发展。

2. 数字控制技术在船舶电气系统的具体应用分析

2.1一次电源应用分析

在船舶的一次电源系统中，数字控制技术发挥着关键作用，数字控制技术通过数字控制器实时监测发动机的各项参数，如转速、油压、水温、电压、频率等。基于这些参数，利用PID等控制算法精确调节燃油供给、冷却水量等，以确保发电机组在最佳工况下运行。这样做不仅可以提高发电机组的效率和性能，还能降低能源消耗和排放，促进船舶的节能环保。

在船舶电气系统中，可能存在多台发电机并联运行的情况。数字控制系统能够精确协调各发电机的输出功率，实现负载均衡，防止发电机过载或欠载，从而保证电网的稳定运行。通过数字控制技术，船舶可以灵活地调整发电机组的并联配置，以适应不同负载条件下的电力需求。

数字控制器能够实时检测船舶电气系统中的各种故障，如短路、过载、接地等。一旦检测到故障，数字控制系统会迅速采取相应的保护措施，如断路器跳闸、备用机组启动等，以确保电力供应的安全性和稳定性。此外，数字控制技术还可以通过记录故障信息和历史数据，帮助船舶维护人员快速定位和解决故障，提高了电气系统的可靠性和可维护性。

数字控制技术在船舶一次电源系统中的应用，不仅可以提高发电机组的效率和性能，还能实现负载均衡、故障保护等功能，为船舶的电力供应提供了可靠的保障。

2.2二次电源应用分析

在船舶的二次电源系统中，数字控制技术也发挥着重要的作用，数字控制技术通过数字控制器对电力变换设备进行精确控制，包括整流器、逆变器等。根据船舶各类负载的需求，数字控制系统可以实时调节电力变换设备的输出电压、频率、相位等参数，以保证电能的质量和稳定性，满足敏感负载（如电子设备、通信系统等）的需求。通过数字控制技术的应用，船舶可以有效地管理和调节电力变换过程，提高了电力系统的可靠性和稳定性。

数字控制技术可以实时监测船舶电网的无功需求，并根据实际需求自动调整无功补偿设备的投入。通过数字控制系统的精确控制，可以有效地改善电网的功率因数，降低线路损耗，提高电力传输效率。这对于船舶电气系统的稳定运行和能源利用效率具有重要意义。

数字控制系统能够实时监测船舶配电线路的电流、电压、功率等参数。基于这些参数，数字控制技术可以实现对船舶配电系统的智能管理，包括负载管理、故障定位、隔离等功能。当船舶电气系统出现故障或异常情况时，数字控制系统可以及时做出响应，实现故障的快速定位和处理，从而提高了船舶的供电可靠性和安全性。

数字控制技术在船舶二次电源系统中的应用，可以实现对电力变换设备的精确控制、动态无功补偿以及智能配电管理等功能，为船舶的电力供应提供了可靠的保障，同时也提高了电力系统的效率和稳定性。

2.3船舶系统辅助应用分析

船舶的辅助系统对船舶的航行安全、船员的舒适度以及作业效率等方面起着至关重要的作用。数字控制技术在船舶辅助系统中的应用，可以极大地提升系统的性能和功能。

在船舶的辅助系统中，如舵机、侧推器等设备的数字控制可以实现对船舶的航向、速度和位置的精确控制。通过数字控制技术，船舶的操纵灵活性得到提高，船舶的航行安全性也得到了增强。例如，数字控制技术可以实现对侧推器的精确控制，使船舶在港口、狭窄水道等环境下能够更加灵活地操作，降低碰撞和搁浅的风险。

船舶的环境控制系统包括空调、通风等设备，通过数字控制技术可以实现对舱室温度、湿度、CO2浓度等参数的实时监测和自动调节。数字控制器能够根据这些参数，自动调节空调、通风设备的运行状态，确保船舶内部的居住与工作环境的舒适性。这不仅提高了船员的工作效率和舒适度，也有助于保障船员的健康和安全。

数字控制技术还可以应用于船舶的照明系统中，实现照明的定时、感应、调光等功能。通过数字控制系统，船舶可以根据不同的航行场景和船员的需求，灵活调节照明设备的亮度和色温，以达到最佳的照明效果。同时，数字控制技术还能实现节能目标，通过定时控制和感应控制等方式，有效降低船舶的能耗和运营成本。

总之，数字控制技术还可以应用于船舶的照明系统中，实现照明的定时、感应、调光等功能。通过数字控制系统，船舶可以根据不同的航行场景和船员的需求，灵活调节照明设备的亮度和色温，以达到最佳的照明效果。同时，数字控制技术还能实现节能目标，通过定时控制和感应控制等方式，有效降低船舶的能耗和运营成本。

3. 小结

数字控制技术作为现代船舶电气系统的核心驱动力，不仅显著提升了船舶的操控性能、能源效率与航行安全性，更有力推动了船舶智能化、绿色化的进程，契合了全球海事行业的发展趋势。随着信息技术的不断进步，我们有理由期待数字控制技术在未来船舶电气系统中发挥更加重要的作用，持续推动船舶行业的绿色、智能转型，为全球海洋经济的繁荣与可持续发展贡献力量。

【参考文献】

[1] 柯洋洋. 数字控制技术在船舶电气系统控制中的应用[J]. 珠江水运,2020(5):26-27.

[2] 徐进. 数字控制技术在船舶电气系统中的应用[J]. 百科论坛电子杂志,2018(6):327,332.

[3] 叶界平. 数字控制技术在船舶电气系统中的应用[J]. 产业与科技论坛,2016,15(15):42-43.

[4] 陈儒. 船舶电气系统数字控制技术的应用探究[J]. 科技创新与应用,2017(34):140-141.