李聚保（廣州航海學(xué)院,廣州 510725）

船舶輪機(jī)自動(dòng)化技術(shù)分析及教學(xué)研究

李聚保
（廣州航海學(xué)院,廣州 510725）

摘 要：隨著科技的發(fā)展和節(jié)能減排需要，船舶輪機(jī)自動(dòng)化產(chǎn)品的技術(shù)含量不斷提高，要不斷研究和分析行業(yè)內(nèi)技術(shù)的發(fā)展方向，緊緊抓住行業(yè)需求，開展教學(xué)研究，努力培養(yǎng)合格人才。

關(guān)鍵詞：輪機(jī)自動(dòng)化；高技術(shù)；教學(xué)研究

1 輪機(jī)自動(dòng)化技術(shù)分析

輪機(jī)自動(dòng)化技術(shù)是一種結(jié)合控制理論、儀器儀表、計(jì)算機(jī)和其他信息技術(shù)，對輪機(jī)各個(gè)生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)檢測、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策的綜合性高技術(shù)，包括自動(dòng)化軟件、硬件和系統(tǒng)三大部分。

在船上，常規(guī)配置的船舶輪機(jī)自動(dòng)化主要有：主推進(jìn)裝置自動(dòng)化系統(tǒng)；柴油發(fā)電機(jī)及電站自動(dòng)化系統(tǒng)；疏水/壓載閥控系統(tǒng)；燃/滑油輸送閥控系統(tǒng)；冷藏、空調(diào)、通風(fēng)、鍋爐自動(dòng)化系統(tǒng)；焚燒爐、艙底水、生活污水、油凈化器等環(huán)保設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)；自動(dòng)減搖鰭/減搖水艙系統(tǒng)；探火、浸水報(bào)警、消防滅火等損害管制系統(tǒng)；甲板機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)；全船監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)；海水制淡系統(tǒng)；艏側(cè)向推進(jìn)裝置遙控系統(tǒng)。油船還有易燃易爆氣體探測系統(tǒng)、惰性保護(hù)氣體發(fā)生器系統(tǒng)、液貨閥控系統(tǒng)、原油洗艙系統(tǒng)等。集裝箱船還有冷藏集裝箱控制監(jiān)測系統(tǒng)等。

電子控制技術(shù)推動(dòng)柴油機(jī)向電控發(fā)動(dòng)機(jī)方向發(fā)展，已逐步取代了普通機(jī)械式柴油機(jī)。世界上主要的船舶柴油機(jī)研發(fā)企業(yè)都在努力發(fā)展高壓共軌電控柴油機(jī)和雙燃料電控柴油機(jī)。在柴油機(jī)電控系統(tǒng)上，高速傳感器技術(shù)能實(shí)時(shí)獲取運(yùn)行數(shù)據(jù)信息，現(xiàn)場總線能安全即時(shí)通信，高速處理器技術(shù)能高效處理信息，高速電磁閥能實(shí)現(xiàn)精確的燃油噴射控制等。電控技術(shù)能在更大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對運(yùn)行工況的最優(yōu)化控制，使柴油機(jī)性能得到大幅度提高。在雙燃料柴油機(jī)上，還有另外一套LNG燃料儲存和噴射控制系統(tǒng)，此機(jī)型電控系統(tǒng)功能更加復(fù)雜?；谝陨想娍夭裼蜋C(jī)，相應(yīng)的設(shè)備廠商也重新設(shè)計(jì)和推出了最新的主推進(jìn)裝置自動(dòng)化系統(tǒng)和柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。

基于現(xiàn)場總線技術(shù)的全船監(jiān)控系統(tǒng)功能更集中和高效。它是全分布式的串行雙向的通信系統(tǒng)，減少了專用I/O 裝置和控制站，系統(tǒng)控制功能在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)徹底分散，在各個(gè)智能控制節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，故障節(jié)點(diǎn)自動(dòng)脫離總線，降低成本和提高可靠性，克服了傳統(tǒng)多層多級控制系統(tǒng)的弊端。在全船監(jiān)控系統(tǒng)中，完全可以集成柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)監(jiān)控、電站監(jiān)控、壓載水系統(tǒng)、側(cè)向推進(jìn)裝置遙控系統(tǒng)、機(jī)艙監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)、船舶燃油監(jiān)控系統(tǒng)等等。

世界經(jīng)濟(jì)增長減緩和常規(guī)船舶市場趨于飽和，造船市場有效需求不足導(dǎo)致需求結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯變化，高技術(shù)船舶和海洋工程裝備的需求比較多。隨著船舶電氣化水平的不斷提高，海洋平臺、海洋工程船舶和許多新建大型船舶的總裝機(jī)容量已最高至上百兆瓦，大多都采用中壓配電系統(tǒng)，效果良好。隨著電力電子技術(shù)和大功率交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)不斷進(jìn)步，基于晶閘管整流/逆變方案和IGBT器件方案實(shí)現(xiàn)的船舶電力推進(jìn)技術(shù)取得突破性發(fā)展，半潛船、豪華郵輪、破冰船、渡輪等很多新造船舶采用了電力推進(jìn)系統(tǒng)。當(dāng)然，高技術(shù)船舶和海洋工程裝備還有其他獨(dú)特的高技術(shù)作業(yè)系統(tǒng)，輪機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)經(jīng)歷了氣動(dòng)儀表控制系統(tǒng)、電動(dòng)單元組合式模擬儀表控制系統(tǒng)、集中式數(shù)字控制系統(tǒng)和集散式控制系統(tǒng)DCS的發(fā)展歷程。現(xiàn)如今輪機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)產(chǎn)品一般可分成下列幾類：分布式控制系統(tǒng)（DCS）；嵌入式計(jì)算機(jī)及OEM產(chǎn)品，包括PID調(diào)節(jié)器及控制器；可編程序控制器（PLC）；工業(yè)PC機(jī)；現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）等。

2 輪機(jī)自動(dòng)化教學(xué)研究

目前，隨著我國船舶設(shè)備制造、船舶建造和修理行業(yè)的發(fā)展，船舶電氣、機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)等細(xì)分行業(yè)中的船舶配套設(shè)備加工商為更好滿足客戶的需求，不斷加大技術(shù)研發(fā)投入，提高自己的綜合能力，開始向系統(tǒng)集成商轉(zhuǎn)變。對于船舶上輪機(jī)管理人員，根據(jù)11規(guī)則，輪機(jī)自動(dòng)化是海船管理級輪機(jī)員、操作級輪機(jī)員、船舶電子電氣員適任證書考試的評估考試科目。船舶企業(yè)對這類技術(shù)專業(yè)人才的需要，給輪機(jī)自動(dòng)化專業(yè)的人才培養(yǎng)提供了良好的發(fā)展機(jī)遇。

現(xiàn)有的輪機(jī)自動(dòng)化教材，對于前面基礎(chǔ)內(nèi)容講解略簡單，不能跟后面具體的復(fù)雜設(shè)備和系統(tǒng)緊緊的聯(lián)系起來，且后面設(shè)備和系統(tǒng)的講解傾向于氣動(dòng)系統(tǒng)等傳統(tǒng)的自動(dòng)化技術(shù)，對于基于現(xiàn)場總線的主機(jī)遙控和全船監(jiān)控等系統(tǒng)側(cè)重于功能概述，實(shí)例技術(shù)細(xì)節(jié)分析較少。學(xué)好輪機(jī)自動(dòng)化，很需要其它學(xué)科的功底，不然很難理解設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)思想和具體技術(shù)實(shí)施方案?，F(xiàn)今，構(gòu)成輪機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)的軟、硬件可分為如下幾類，自動(dòng)化設(shè)備，傳動(dòng)設(shè)備，儀器儀表與測量設(shè)備，自動(dòng)化軟件，計(jì)算機(jī)硬件，通信網(wǎng)絡(luò)。這就要求教師和學(xué)生在輪機(jī)自動(dòng)化的教學(xué)和學(xué)習(xí)活動(dòng)中，不斷的結(jié)合其它專業(yè)知識去分析和理解輪機(jī)自動(dòng)化設(shè)備的原理和系統(tǒng)知識。

教學(xué)手段過于依賴PPT圖片和黑板粉筆等機(jī)械解說式，“嬌生慣養(yǎng)”的很多大學(xué)生第一次在圖片里看到實(shí)物，無法去想象實(shí)際設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，只能被動(dòng)接受抽象空洞的運(yùn)動(dòng)控制原理和電路邏輯關(guān)系。而因?yàn)閷W(xué)?？陀^發(fā)展的原因，學(xué)校的實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)踐項(xiàng)目的設(shè)計(jì)不完善，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備老舊，不重視實(shí)驗(yàn)室學(xué)時(shí)，走馬觀花式企業(yè)參觀實(shí)踐流于形式。在課堂對學(xué)生講解理論的同時(shí)，也更應(yīng)該重視動(dòng)手實(shí)踐活動(dòng)。一方面，要設(shè)計(jì)一些電子電路實(shí)驗(yàn)，單片機(jī)和PLC電氣實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)場總線實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)課程。另一方面，通過輪機(jī)模擬器教學(xué)加深學(xué)生理解和提高動(dòng)手能力，組織到學(xué)校實(shí)物機(jī)艙觀摩，也要設(shè)計(jì)一些企業(yè)參觀課程，使得學(xué)生能有更多機(jī)會在工廠親眼看到輪機(jī)自動(dòng)化設(shè)備的制造、安裝和運(yùn)行，增加興趣。

3 總結(jié)

科技水平推動(dòng)輪機(jī)自動(dòng)化技術(shù)不斷進(jìn)步，對從業(yè)人員的素質(zhì)也要求越來越高。為了滿足行業(yè)要求，必須深入開展課程輪機(jī)自動(dòng)化教學(xué)研究，精心設(shè)計(jì)課程教學(xué)知識點(diǎn)，擴(kuò)展教學(xué)內(nèi)容，不斷改進(jìn)教學(xué)方法、完善教學(xué)設(shè)施，提高教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]王春芳,葉偉強(qiáng).輪機(jī)自動(dòng)化[M].大連海事大學(xué)出版社,2011.

[2]王宗濤,李修強(qiáng).輪機(jī)自動(dòng)化課程的分解式教學(xué)方法[J].船海工程,2014,43(1):112-113

基金項(xiàng)目：廣州航海學(xué)院青年創(chuàng)新人才項(xiàng)目（C140309）

作者簡介：李聚保（1985-），男，河南南陽人，碩士研究生，主要從事船用電控柴油機(jī)方面的研究。