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摘要：21世紀以來，中國對外改革開放的步伐不斷加快，經濟發展取得了較好的成績，催生著科學技術的快速發展，使得船舶自動化也加快了發展的腳步。自動化系統的廣泛應用，能夠給船舶企業帶來很多便捷，但是一旦出現故障，也會引發諸多的不便。通過分析船舶電氣自動化的現狀，列舉一些安全性問題，并對船舶電氣自動化的優化措施進行探討。
關鍵詞：船舶電氣自動化；船舶運行；CPS系統
0引言
自動化技術的應用，應當追溯到20世紀80年代。在當時，自動化技術已經在機械制造、船舶生產等領域開展了相關的應用。自動化控制是一類全面操作的過程，主要是基于某一特定的環境，而操作的對象是不同種類的電子元件。針對船舶電氣自動化來說，既蘊含無線電控制系統、信息傳輸系統，也包括一些導航系統、電站管理系統、機艙設備監測控制系統。此外，還包含主機推進系統、電力變送系統等，所包含的內容非常之多，必須要確保其超強的穩定性能。
1船舶電氣自動化控制的發展狀況
在電子技術未普及之前，船舶的設備操控，基本都是由人工進行。這樣一來，一旦設備或者系統出現故障，單靠人工很難及時發現。如果這些第一時間未曾發現的故障繼續愈演愈烈，就會對船舶發電機系統、動力主機系統產生影響，繼而造成一些安全事故。比如20世紀初，泰坦尼克號遭遇冰山，被撞沉海，造成了人員、財產的嚴重損失。當時自動化控制技術還剛剛起步，泰坦尼克號的導航系統沒有實現全自動化，最終沒有提前判別出撞到冰山的危險，出現了嚴重的事故。現如今，船舶自動化探測、傳輸、自動分析并診斷和輔助決策功能，已然得到了廣泛應用，在船舶航行的過程中，這些功能的發揮，可以及時發現隱藏的冰山，繼而通過ARPA避碰預警系統給船員警示，協助船舶躲避這些危險。近年來，計算機信息技術在船舶中的應用更加廣泛，其將所有電器設備與機械設備充分整合，在同一界面進行高效的管理和控制，有效減少了一些重復性的操作，提升了操作的精準度，強化了船舶的安全穩定行駛。再有就是，通過電氣自動化系統強大的軟件數據記錄和分析能力，對船舶上所有旋轉設備的溫度、壓力、運行時長等進行累積記錄，形成直觀趨勢曲線進行對比和智能分析，為船員和船務公司給出完整維修和報驗計劃手冊，降低設備故障率，提高船舶運營效率和經濟效益[1]。
2船舶電氣自動化控制安全性問題
1）系統設備故障問題。在自動化系統工作的過程中，容錯率一直都有，而且不能逆轉，也不能完全規避。通常容錯概率會出現在安裝電氣設備的過程中，或者是電氣設備工作過程中，往往在電氣設備設計制造之初就已經存在。伴隨著時間的推移，錯誤發生的概率也會隨著增加。靠人員的巡視檢查以及五官的功能，不能夠避免此類故障。在船舶運行過程中，設備處于工作的狀態，相關人員錯誤操作或是漏操作，會對系統和設備造成一定程度的影響，最終給船舶的安全行駛帶來隱患。2）電磁方面問題。在電子電路和輸送電設備引用過程中，電磁場不可避免。且船上的強電動力設備和系統、照明設備均采用了電壓大于AC220V的電制，而船舶自動化監測以及通導無線電等控制和監測類系統和設備往往都是弱電電子類設備，船舶建造過程中由于類似設備的布置位置以及電纜敷設等環節上，都會出現電磁干擾問題，該類故障和風險源于船舶空間局限性，電子元件排列非常緊密，干擾問題發生概率會增加。3）線路控制問題。電氣自動化的應用，使船舶運營更便捷，可借助船舶自動化中央集成控制系統開展實操。例如，可在駕控室和兩翼臺上對主機、側推、舵機等動力設備進行直接操控，通過船舶機艙自動化系統從集控室對機艙內所有水泵和風機設備進行操控。如類似操作系統出現問題，那么船舶電氣設備系統會相互影響并失控，給船舶帶來無法逆轉的危害。此外，由于控制線路相對單一，這就必須關閉某個設備，此時船舶主機、發電機等重要推進和動力設備就會失效。如未及時發現故障，終會造成不可挽回的后果。
3加強船舶電氣自動化控制安全措施
3.1完善管理體系。各類規范和技術標準的執行與完善，是電氣自動化安全運行的重要基礎。廣大船舶制造及運營單位在運用自動化技術時，務須嚴格遵循國際船級社、掛旗國、海事管理部門頒布實施的相關規定，船舶運營單位和艦隊管理者也要嚴格遵守相關規定，強化制度的操作性，以及最終的實用性能。另外，需要對操作過程中的每一個環節倍加重視，就所有步驟進行明確規定以及詳細講解，杜絕違規操作事件發生。
3.2優化容錯技術。這類技術，即是系統對運行故障的耐受能力，主要包括控制系統故障、檢測和判斷系統故障等。當控制系統故障發生時，自動化控制系統就會通過容錯技術，對這些故障進行判斷，隨后產生報警，備用裝置啟用，設備停止運行。當檢測和判斷系統故障發生時，通過容錯技術的發揮，能夠在第一時間對故障發生的原因進行檢測，精準地定位故障產生的區域，繼而很好地隔離故障，避免這些故障對系統安全造成影響。針對發電機組故障，船舶電站自動控制系統的處理形式主要有：1）在發電機冷卻水溫度過高情況下，備用機組就需要馬上啟動，而后投入電網運行，故障機組需要停止運行。此時容錯技術的使用，可以保障電站連續為電網提供源源的電力，保證船舶的安全行駛；2）發電機冷卻系統出現故障時，產生高溫報警，這時備用機組需要馬上并網啟用，接收故障機組的負荷，為故障機組的停機維修爭取更多時間；3）在發電機組過載的情況下，備用機組需要及時啟用，接收過載機組的負荷，以保證過載機組恢復正常工作。
3.3改善傳輸介質。船舶電氣系統的電纜布置及走線，受到空間方面的諸多限制。在一些比較特殊的位置，信號控制電纜與電力電纜之間的距離非常接近，電纜屏蔽現象極有可能發生。正常的信號控制系統會受到交流電磁干擾信號的影響。所以，在設計進程中，電力電纜的選擇很有講究，一般需要帶鎧裝保護，以此來隔離屏蔽電磁。自動監控系統信號控制電纜的選擇，需要按照信號強弱程度的不同，確定最終選擇獨立屏蔽電纜還是公共屏蔽電纜。為達成較好的屏蔽效應，可以考慮兩者共用。在施工設計進程中，根據電纜信號的不同以及壓力的大小，敷設的時候亦應當分開操作。比如變頻電機電纜，應當同其他類型電纜區分開來，進行獨立的走線，不能與其他電纜長距離平行走線，這樣才能在變頻器輸出電壓快速變化的時候有效降低電磁干擾的產生。本安回路信號一般不會很強，所以本安電纜的走線應當與其他電纜至少保持5cm的距離。在通訊電纜的所有類型中，抗干擾力最強的當屬光纖電纜，其可以和電力電纜共同敷設。
3.4大力推進智能化進程。在新時代、新科技、新理念的大背景之下，未來的船舶發展，一定會不斷朝著智能化的方向邁進。鑒于此，相關企業應當大力推廣應用各類新技術，比如CPS技術（物理信息系統）的推廣及應用，其對船舶智能化的發展有著較大的促進作用。由于船舶項目復雜性的日益提升，自動化程度不斷增加，船上人員的數量配置就會越來越少，這就需要智能化操作具備較強的、持續的穩定性。CPS技術功能的發揮，可以綜合運用預防、檢測、防御性修復、系統復原等方式，為船舶操作系統的安全性提升提供較大的助力。比如，當該技術檢測到一些安全隱患時，會讓船舶及時躲避。當系統出現問題的時候，一些智能化的手段也會發揮出其該有的作用，從而對這些故障進行高效化的處理。此外，CPS系統亦具備強大的容錯功能，即在錯誤出現的時候，系統的正常運行也可以得到全面的保障，從而維護好系統的安全性和可靠性。再有就是，通過CPS系統的各個節點，可以全面感應各類型的信息，將輸送到中樞的信息進行條分縷析，高效實現反饋控制。通過建立GPS系統科學的模型，該系統可以對船舶航行過程中的各種情況進行自動化的分析，針對不同的問題采取合理的措施予以應對，待分析和處理完成以后，將其發送到相關人員，這樣就會使得解決問題的效率大大提升。相關人員可以全方位、無死角地監控各類操作，船舶行駛的安全性就會得到很大程度的提高[2]。
4結語
電氣自動化是船舶運行安全的一個重要保障。所以，船舶電氣從業者應當秉持一絲不茍的工作態度，認真開展排查工作，及時發現問題，消除存在的安全隱患，有效評估船舶電氣自動化的安全性，為船舶的安全穩定運行保駕護航。
參考文獻：
[1]黃志東.試析船舶電氣系統的構成與故障診斷策略[J].中國水運（下半月）,2013,(4):87-88.
[2]彭輝.關于船舶電氣自動化系統可靠性的保障技術研析[J].科技風,2014,(18):49.
作者:馮曉慧 單位:新大洋造船有限公司
