趙軍 毛振華 金利兵

（杭州航海儀器有限公司 浙江省杭州市 310000）

從上世紀(jì)80年代開始，自動(dòng)化技術(shù)在社會(huì)上開始大范圍應(yīng)用，而且已經(jīng)在機(jī)械旨在、船舶生產(chǎn)等領(lǐng)域得到了應(yīng)用，該技術(shù)通過自動(dòng)化控制等全面操作功能在某一特定環(huán)境操作不同類型電子元件，其在船舶自動(dòng)化中應(yīng)用范圍比較廣，不僅包括了無(wú)線電控制、信息傳輸，也包括了機(jī)艙設(shè)備監(jiān)控、導(dǎo)航、電站管理等系統(tǒng)，另外也能夠控制主機(jī)推進(jìn)、電力變送等系統(tǒng)，涉及內(nèi)容較多，因此穩(wěn)定性十分重要，只有保證船舶電氣自動(dòng)化控制穩(wěn)定，才能夠確保船舶運(yùn)行穩(wěn)定安全。

1 船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)概述

1.1 電氣自動(dòng)化系統(tǒng)

船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中，電力系統(tǒng)涉及了大量網(wǎng)絡(luò)和裝置，這些設(shè)備能夠?qū)⒇?fù)載、配電、電源等裝置聯(lián)系起來(lái)共同構(gòu)成運(yùn)行整體。對(duì)于電氣系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，通過應(yīng)用原動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)組能夠轉(zhuǎn)換能量，通過導(dǎo)線可以組建網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)，并為用電設(shè)備提供所需電能[1]。而船舶電站作為船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)核心（如圖1），其中涉及了多種設(shè)備，能夠應(yīng)對(duì)船舶各種功能所需，其需要專業(yè)人員根據(jù)船舶要求、性質(zhì)完成組配作業(yè)。電力網(wǎng)是各種裝置相互作用下用于傳輸電力而構(gòu)成的有效連接電路路徑，不同設(shè)備間的電路網(wǎng)形式不同，例如應(yīng)急電網(wǎng)、照明電網(wǎng)、弱電裝置等。

圖1：船舶電站

1.2 系統(tǒng)特征

船舶電力自動(dòng)化系統(tǒng)具有綜合性、網(wǎng)絡(luò)性等特征，具體體現(xiàn)為：

（1）綜合性。近年來(lái)，船舶作業(yè)過程需要利用操作臺(tái)來(lái)完成操作（如圖2），該操作臺(tái)體現(xiàn)了船舶電氣自動(dòng)化的綜合性特征。另外，在我國(guó)電氣模塊不斷升級(jí)基礎(chǔ)上，電子信息技術(shù)也得到了升級(jí)，船舶自控設(shè)備逐步創(chuàng)新，變通性提高，進(jìn)一步促進(jìn)了船舶電氣綜合化發(fā)展[2]。

圖2：船舶操作臺(tái)

（2）網(wǎng)絡(luò)性。隨著我國(guó)科技水平的提高，船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)迅速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)越發(fā)凸顯，尤其是在總線技術(shù)保障下，船舶各模塊間的信息傳遞更加便捷、順暢，推動(dòng)了船舶自動(dòng)設(shè)備審計(jì)。當(dāng)前，船舶系統(tǒng)不斷朝向先進(jìn)化方向發(fā)展，跟多具有自控作用的技術(shù)設(shè)備在其中應(yīng)用，進(jìn)一步創(chuàng)新了技術(shù)設(shè)備，同時(shí)也提高了船舶系統(tǒng)運(yùn)行便捷性。

2 船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)控制安全性問題分析

通過上述分析了解了當(dāng)前船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，也明確了利用系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)確保船舶能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行。但是，船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)全面覆蓋會(huì)導(dǎo)致船舶電氣自動(dòng)化控制安全性管理人員對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生過度依賴，甚至?xí)斐蓳p失。因此，控制人員需要盡可能彌補(bǔ)損失，有效落實(shí)好電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用安全。當(dāng)前，我國(guó)船舶自動(dòng)化技術(shù)安全性問題主要體現(xiàn)在以下幾方面。

2.1 設(shè)備故障

電氣自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行方便快捷，而且比較穩(wěn)定，但是也會(huì)不可避免出現(xiàn)一些問題，具有錯(cuò)誤率，而系統(tǒng)設(shè)備錯(cuò)誤率很難改變，也難以逆轉(zhuǎn)，這些錯(cuò)誤一般發(fā)生在電氣設(shè)備運(yùn)行安裝過程中。但是，船舶電氣設(shè)備安裝制造比較安全，運(yùn)行期間發(fā)生的錯(cuò)誤和問題通過調(diào)試確認(rèn)可以解決，按時(shí)這些錯(cuò)誤會(huì)隨著設(shè)備使用時(shí)間延長(zhǎng)而發(fā)生率不斷提高[4]。由于船舶電氣自動(dòng)化控制錯(cuò)誤率和故障很難避免，盡管可以通過后續(xù)維護(hù)和保險(xiǎn)減少錯(cuò)誤現(xiàn)象，但是也難以避免，一旦發(fā)生安全性錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致電氣系統(tǒng)整體運(yùn)行發(fā)生問題，進(jìn)而導(dǎo)致控制邏輯受到影響，引發(fā)更大損失。油泵故障如圖3 所示。

圖3：油泵故障

2.2 電磁問題

船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用需要電磁技術(shù)作為保障，但是船舶運(yùn)行會(huì)影響電磁安全。船舶運(yùn)行在海面上，若是天氣惡劣會(huì)導(dǎo)致船舶上的電磁系統(tǒng)受到干擾。而船舶內(nèi)部空間比較狹小，電子元器件設(shè)備安裝也比較緊密，從而導(dǎo)致電子元件設(shè)備安裝十分緊密，提高了電子干擾問題發(fā)生率。船舶實(shí)際裕興過程中需要盡量避免天氣受到影響[5]。電磁技術(shù)對(duì)于整個(gè)船舶電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用十分關(guān)鍵，其也是電氣自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行基礎(chǔ)。大多數(shù)船舶運(yùn)行時(shí)會(huì)遇到惡劣天氣，甚至?xí)茐恼麄€(gè)電磁系統(tǒng)，同時(shí)也會(huì)被電磁所干擾。船舶燃油量和油路控制信號(hào)是由電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)操作的，若是被電磁信號(hào)影響則會(huì)導(dǎo)致信號(hào)失真，噴油量出現(xiàn)誤差，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行受到影響。

2.3 線路問題

船舶電氣自動(dòng)化控制優(yōu)勢(shì)在于方便操作，同時(shí)能夠利用駕駛艙的總控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整體操作。但是，若是傳播自動(dòng)化總控制系統(tǒng)中的某些功能出現(xiàn)異常會(huì)使自控系統(tǒng)產(chǎn)生問題，進(jìn)而導(dǎo)致傳播電氣設(shè)備在無(wú)目標(biāo)情況下運(yùn)行?？偪叵到y(tǒng)若是面臨故障或是錯(cuò)誤操作會(huì)產(chǎn)生難以逆轉(zhuǎn)的危害[6]。另外，船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)控制線路單一，支線設(shè)備運(yùn)行容易產(chǎn)生問題。同時(shí)，船舶電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)面臨關(guān)閉問題，需要盡量減少故障現(xiàn)象發(fā)生，減少損失發(fā)生。電氣自動(dòng)化操作可以簡(jiǎn)化船舶操作流程，駕駛艙內(nèi)部總控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)先選擇和控制，具有冗余功能，其中的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)以及自動(dòng)問詢系統(tǒng)能夠預(yù)報(bào)錯(cuò)誤，迅速發(fā)現(xiàn)潛在問題，進(jìn)而將報(bào)警和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果反饋出來(lái)。船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，盡管面臨設(shè)備容錯(cuò)、電磁安全和線路控制等問題，但是系統(tǒng)可以大幅度提升船舶航行安全性。對(duì)此，船舶自動(dòng)化系統(tǒng)控制人員在使用安裝時(shí)需要提前進(jìn)行預(yù)測(cè)，保證系統(tǒng)各個(gè)組件在準(zhǔn)運(yùn)行狀態(tài)中，確保系統(tǒng)邏輯正常，并對(duì)控制功能進(jìn)行反復(fù)調(diào)試，確保整個(gè)系統(tǒng)控制狀態(tài)正常，以便隨時(shí)運(yùn)行。

3 船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)控制安全性保障措施

3.1 處理安全問題

（1）應(yīng)用抗電磁干擾技術(shù)。電磁干擾屬于客觀物理現(xiàn)象，其會(huì)導(dǎo)致設(shè)備性能下降，電子元器件受損，電氣控制信號(hào)減弱，從而引發(fā)錯(cuò)誤控制信號(hào)，同時(shí)會(huì)使線路發(fā)熱量上升，信號(hào)傳導(dǎo)率下降。對(duì)此，需要加強(qiáng)電氣自動(dòng)化控制，減少電磁輻射對(duì)線路產(chǎn)生的影響。為了減小電磁干擾，需要采取以下幾點(diǎn)技術(shù)：

1.濾波技術(shù)，該技術(shù)可以按照頻率對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行選擇性一致；

2.接地技術(shù)，該技術(shù)能夠保障人員安全和設(shè)備安全，接地方式一般采用串接電阻形式或是阻隔環(huán)路形式；

3.屏蔽接地，該技術(shù)能夠避免空間上的電磁干擾傳播，同時(shí)將輻射干擾路徑阻斷，減弱電磁干擾對(duì)信號(hào)源產(chǎn)生的干擾[7-8]。

（2）優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)布線方式。船舶電氣控制線路和陸地自動(dòng)化控制系統(tǒng)存在差異，控制線路結(jié)構(gòu)一般比較單一，一旦短路或是斷路、接觸不到位等會(huì)使系統(tǒng)發(fā)生故障，因此為了提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，必須要優(yōu)化控制線路布線方案，盡量擴(kuò)大雙通道冗余空間，避免某一線路發(fā)生問題時(shí)仍然可以通過備用線路傳輸信號(hào)。數(shù)據(jù)傳輸一般通過光纖銅線分布式布線方式和CAT6 及以上規(guī)模以太網(wǎng)布線方式，若是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是100m 以上的系統(tǒng)需要使用單模光纖網(wǎng)絡(luò)布線方式，進(jìn)而使數(shù)據(jù)通訊安全可靠性提高。

（3）提高設(shè)備元器件容錯(cuò)性能。容錯(cuò)性能指的是設(shè)備和元件發(fā)生故障時(shí)所據(jù)歐的錯(cuò)誤容忍性能。電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中的組件若是無(wú)法正常運(yùn)行，則整套系統(tǒng)仍然能夠正常執(zhí)行控制功能，這就體現(xiàn)了容錯(cuò)能力。電氣自動(dòng)化系統(tǒng)具有容錯(cuò)能力需要檢查診斷系統(tǒng)故障技術(shù)、錯(cuò)誤防范技術(shù)、錯(cuò)誤影響弱化技術(shù)、冗余設(shè)計(jì)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)作為保障。另外，加強(qiáng)易損件的監(jiān)視工作，提高噴油系統(tǒng)內(nèi)部密封性，定期更換密封圈，確保噴射系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。

（4）優(yōu)化數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸介質(zhì)。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展，原始的對(duì)線、絞線、同軸電纜等數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)經(jīng)過改善變成當(dāng)前的網(wǎng)線CATA、CAT6、CAT7 等介質(zhì)，同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)持續(xù)發(fā)展背景下，當(dāng)前的廣泛采用的傳輸介質(zhì)包括光纖、微波、藍(lán)牙、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等。介質(zhì)不同，傳輸數(shù)據(jù)性能存在差異，可以按照需求選擇相應(yīng)的傳輸介質(zhì)，進(jìn)而提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸效率，控制好傳輸成本[9]。

另外，應(yīng)用CAN 電站測(cè)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之一，其與控制臺(tái)和檢修微機(jī)共同構(gòu)成自控網(wǎng)絡(luò)，使用時(shí)可以利用網(wǎng)絡(luò)連接方式連接網(wǎng)絡(luò)和船舶，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)船舶運(yùn)行控制。例如發(fā)電系統(tǒng)日常運(yùn)行過程中，自控系統(tǒng)中的構(gòu)件有其各自優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)測(cè)量信息數(shù)據(jù)保存，把控好發(fā)電系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)測(cè)量工作質(zhì)量。而CAN 電站系統(tǒng)日常運(yùn)行時(shí)需要根據(jù)實(shí)際條件發(fā)揮自動(dòng)化控制系統(tǒng)作用。

3.2 排除系統(tǒng)故障

（1）遵循排除系統(tǒng)故障原則。為了能夠有序推進(jìn)船舶業(yè)務(wù)順利進(jìn)行，技術(shù)人員需要定期檢修電氣自動(dòng)化設(shè)備，通過高質(zhì)量檢測(cè)維護(hù)工作及時(shí)確定故障和消除故障問題，有效辨別股做好功能，解決故障問題。在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)故障檢測(cè)排除過程中，需要遵循由表及里、由淺入深、由動(dòng)及靜的故障排除原則。

（2）確定系統(tǒng)故障排除和解決流程。為了能夠解決系統(tǒng)故障辨別解決區(qū)域，同時(shí)及時(shí)消除這些故障，需要根據(jù)現(xiàn)有流程操作，對(duì)此提出以下兩方面參考建議：

第一，專業(yè)人員憑借精細(xì)態(tài)度進(jìn)行檢測(cè)，并在實(shí)際檢測(cè)時(shí)辨認(rèn)故障發(fā)生構(gòu)件。

第二，根據(jù)系統(tǒng)操作說(shuō)明書分析已找到故障，在合理分析和總結(jié)基礎(chǔ)上判斷故障產(chǎn)生直接原因，之后通過指定系統(tǒng)對(duì)故障進(jìn)行全面的檢測(cè)，并通過反復(fù)試運(yùn)行判斷故障消除程度，確保系統(tǒng)故障能夠完全被消除。

（3）采用科學(xué)的故障排除方法。船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)故障排除方法包括直觀法、對(duì)比法和短路法等方法。其中，直觀法指的是利用眼睛、手指等各種感官直接接觸進(jìn)行深入法恩熙，進(jìn)而分辨確定故障點(diǎn)。在直觀接觸排除故障過程中，通過手可以觸摸設(shè)備以便了解設(shè)備溫度及其與既定參數(shù)差距，通過鼻嗅可以查看設(shè)備內(nèi)構(gòu)件形狀有無(wú)變化，利用耳聽可以確定設(shè)備是否處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)中，利用眼觀可以確定設(shè)備構(gòu)件是否充分連接，顏色保持度是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。對(duì)比法是當(dāng)前最有效的身故故障排除方法，只需要更換設(shè)備指定構(gòu)件就能夠解決故障，同時(shí)通過具體的對(duì)比分析可以由專業(yè)人員劃分故障區(qū)域，進(jìn)而更換指定構(gòu)件，若是構(gòu)件調(diào)換后仍然能夠穩(wěn)定運(yùn)行就表示該構(gòu)件所在區(qū)域存在故障因素，若是構(gòu)件更換后仍然無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行則需要專業(yè)人員展開深度的檢修[10]。短路法與一般意義上的故障排除法不同，其應(yīng)用比較獨(dú)特，相關(guān)工作開展需要高素質(zhì)人員進(jìn)行操作，并利用短路法對(duì)故障進(jìn)行查找，檢測(cè)故障易發(fā)區(qū)域情況，若是檢測(cè)結(jié)果表示發(fā)生了故障則表示故障點(diǎn)能夠被確定。

3.3 加強(qiáng)安全管理

（1）建立健全安全管理體系。通過實(shí)施并完善技術(shù)操作規(guī)范、作業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以保證電氣自動(dòng)化系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)安全穩(wěn)定運(yùn)行，并為自動(dòng)化操作奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。電氣自動(dòng)化技術(shù)在應(yīng)用時(shí)，大部分國(guó)際造船企業(yè)和船舶運(yùn)行作業(yè)企業(yè)需要根據(jù)聯(lián)合國(guó)際主要船級(jí)社、船旗國(guó)、國(guó)際海事事務(wù)管理機(jī)構(gòu)等相關(guān)機(jī)構(gòu)規(guī)定進(jìn)行操作。而船舶管理部門和作業(yè)船隊(duì)技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者需要根據(jù)國(guó)際相關(guān)法律規(guī)定完善相關(guān)規(guī)章制度。此外，明確規(guī)定具體工作中的各個(gè)環(huán)節(jié)，并對(duì)各環(huán)節(jié)作出詳細(xì)具體規(guī)定，避免其間出現(xiàn)非法交易。

（2）完善自動(dòng)化系統(tǒng)的容錯(cuò)技術(shù)。容錯(cuò)技術(shù)的優(yōu)化重點(diǎn)在于自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行故障恢復(fù)性能，其中涉及了控制系統(tǒng)故障、系統(tǒng)故障信號(hào)評(píng)估和檢測(cè)、啟動(dòng)后備裝置、停止設(shè)備運(yùn)行等等信號(hào)，通過容錯(cuò)技術(shù)可以檢測(cè)評(píng)估系統(tǒng)故障，及時(shí)檢測(cè)故障發(fā)生原因，確定故障發(fā)生區(qū)域，加強(qiáng)故障檢測(cè)。對(duì)于船舶電站自控系統(tǒng)而言，為了解決機(jī)組故障，需要利用備用機(jī)組與網(wǎng)絡(luò)獲取聯(lián)系進(jìn)而確定故障問題，在機(jī)組負(fù)荷情況下獲取更多時(shí)間對(duì)故障發(fā)電機(jī)進(jìn)行停機(jī)檢修，若是機(jī)組屬于超負(fù)荷運(yùn)行則需要及時(shí)開啟備用發(fā)電機(jī)，獲取超負(fù)荷發(fā)電機(jī)故障情況，以保證過載發(fā)電機(jī)運(yùn)行能夠正常[11]。

（3）推動(dòng)智能化技術(shù)應(yīng)用。新時(shí)代背景下，船舶發(fā)展逐漸走向智能化。對(duì)此，企業(yè)需要加大力度推廣應(yīng)用GPS 技術(shù)，促進(jìn)穿在偵查技術(shù)不斷發(fā)展。在船舶操作系統(tǒng)中應(yīng)用GPS 技術(shù)可以促進(jìn)系統(tǒng)防御性能提升，提高防御維護(hù)素質(zhì)，有利于系統(tǒng)盡快恢復(fù)。GPS 系統(tǒng)的應(yīng)用可以提高船舶自動(dòng)化系統(tǒng)的故障保護(hù)性能，發(fā)生故障時(shí)確保系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，并保障系統(tǒng)運(yùn)行能夠安全可靠。而利用GPS 系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)對(duì)各種信息全面感知、收集，分析所發(fā)送信息，以便及時(shí)完成反饋控制。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，自動(dòng)化控制系統(tǒng)通過一個(gè)系統(tǒng)對(duì)多個(gè)配件進(jìn)行全面管控，進(jìn)而完成相應(yīng)的操作。而船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)比較復(fù)雜，其可以幫助船舶安全運(yùn)行，但是其中也存在一些風(fēng)險(xiǎn)，因此必須要做好前期檢測(cè)才能夠發(fā)現(xiàn)問題，并采取合適的措施確保船舶自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定，筆者對(duì)當(dāng)前船舶自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行中面臨的設(shè)備故障、電磁問題、線路問題提出了處理安全問、排除系統(tǒng)故障、加強(qiáng)安全管理等措施，以保證船舶能夠安全可靠運(yùn)行。