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船舶电气自动化控制安全问题探究

2021-02-22 10:54 来源:自动化控制论文 人参与在线咨询

摘要:21世纪以来,中国对外改革开放的步伐不断加快,经济发展取得了较好的成绩,催生着科学技术的快速发展,使得船舶自动化也加快了发展的脚步。自动化系统的广泛应用,能够给船舶企业带来很多便捷,但是一旦出现故障,也会引发诸多的不便。通过分析船舶电气自动化的现状,列举一些安全性问题,并对船舶电气自动化的优化措施进行探讨。

关键词:船舶电气自动化;船舶运行;CPS系统

0引言

自动化技术的应用,应当追溯到20世纪80年代。在当时,自动化技术已经在机械制造、船舶生产等领域开展了相关的应用。自动化控制是一类全面操作的过程,主要是基于某一特定的环境,而操作的对象是不同种类的电子元件。针对船舶电气自动化来说,既蕴含无线电控制系统、信息传输系统,也包括一些导航系统、电站管理系统、机舱设备监测控制系统。此外,还包含主机推进系统、电力变送系统等,所包含的内容非常之多,必须要确保其超强的稳定性能。

1船舶电气自动化控制的发展状况

在电子技术未普及之前,船舶的设备操控,基本都是由人工进行。这样一来,一旦设备或者系统出现故障,单靠人工很难及时发现。如果这些第一时间未曾发现的故障继续愈演愈烈,就会对船舶发电机系统、动力主机系统产生影响,继而造成一些安全事故。比如20世纪初,泰坦尼克号遭遇冰山,被撞沉海,造成了人员、财产的严重损失。当时自动化控制技术还刚刚起步,泰坦尼克号的导航系统没有实现全自动化,最终没有提前判别出撞到冰山的危险,出现了严重的事故。现如今,船舶自动化探测、传输、自动分析并诊断和辅助决策功能,已然得到了广泛应用,在船舶航行的过程中,这些功能的发挥,可以及时发现隐藏的冰山,继而通过ARPA避碰预警系统给船员警示,协助船舶躲避这些危险。近年来,计算机信息技术在船舶中的应用更加广泛,其将所有电器设备与机械设备充分整合,在同一界面进行高效的管理和控制,有效减少了一些重复性的操作,提升了操作的精准度,强化了船舶的安全稳定行驶。再有就是,通过电气自动化系统强大的软件数据记录和分析能力,对船舶上所有旋转设备的温度、压力、运行时长等进行累积记录,形成直观趋势曲线进行对比和智能分析,为船员和船务公司给出完整维修和报验计划手册,降低设备故障率,提高船舶运营效率和经济效益[1]。

2船舶电气自动化控制安全性问题

1)系统设备故障问题。在自动化系统工作的过程中,容错率一直都有,而且不能逆转,也不能完全规避。通常容错概率会出现在安装电气设备的过程中,或者是电气设备工作过程中,往往在电气设备设计制造之初就已经存在。伴随着时间的推移,错误发生的概率也会随着增加。靠人员的巡视检查以及五官的功能,不能够避免此类故障。在船舶运行过程中,设备处于工作的状态,相关人员错误操作或是漏操作,会对系统和设备造成一定程度的影响,最终给船舶的安全行驶带来隐患。2)电磁方面问题。在电子电路和输送电设备引用过程中,电磁场不可避免。且船上的强电动力设备和系统、照明设备均采用了电压大于AC220V的电制,而船舶自动化监测以及通导无线电等控制和监测类系统和设备往往都是弱电电子类设备,船舶建造过程中由于类似设备的布置位置以及电缆敷设等环节上,都会出现电磁干扰问题,该类故障和风险源于船舶空间局限性,电子元件排列非常紧密,干扰问题发生概率会增加。3)线路控制问题。电气自动化的应用,使船舶运营更便捷,可借助船舶自动化中央集成控制系统开展实操。例如,可在驾控室和两翼台上对主机、侧推、舵机等动力设备进行直接操控,通过船舶机舱自动化系统从集控室对机舱内所有水泵和风机设备进行操控。如类似操作系统出现问题,那么船舶电气设备系统会相互影响并失控,给船舶带来无法逆转的危害。此外,由于控制线路相对单一,这就必须关闭某个设备,此时船舶主机、发电机等重要推进和动力设备就会失效。如未及时发现故障,终会造成不可挽回的后果。

3加强船舶电气自动化控制安全措施

3.1完善管理体系。各类规范和技术标准的执行与完善,是电气自动化安全运行的重要基础。广大船舶制造及运营单位在运用自动化技术时,务须严格遵循国际船级社、挂旗国、海事管理部门颁布实施的相关规定,船舶运营单位和舰队管理者也要严格遵守相关规定,强化制度的操作性,以及最终的实用性能。另外,需要对操作过程中的每一个环节倍加重视,就所有步骤进行明确规定以及详细讲解,杜绝违规操作事件发生。

3.2优化容错技术。这类技术,即是系统对运行故障的耐受能力,主要包括控制系统故障、检测和判断系统故障等。当控制系统故障发生时,自动化控制系统就会通过容错技术,对这些故障进行判断,随后产生报警,备用装置启用,设备停止运行。当检测和判断系统故障发生时,通过容错技术的发挥,能够在第一时间对故障发生的原因进行检测,精准地定位故障产生的区域,继而很好地隔离故障,避免这些故障对系统安全造成影响。针对发电机组故障,船舶电站自动控制系统的处理形式主要有:1)在发电机冷却水温度过高情况下,备用机组就需要马上启动,而后投入电网运行,故障机组需要停止运行。此时容错技术的使用,可以保障电站连续为电网提供源源的电力,保证船舶的安全行驶;2)发电机冷却系统出现故障时,产生高温报警,这时备用机组需要马上并网启用,接收故障机组的负荷,为故障机组的停机维修争取更多时间;3)在发电机组过载的情况下,备用机组需要及时启用,接收过载机组的负荷,以保证过载机组恢复正常工作。

3.3改善传输介质。船舶电气系统的电缆布置及走线,受到空间方面的诸多限制。在一些比较特殊的位置,信号控制电缆与电力电缆之间的距离非常接近,电缆屏蔽现象极有可能发生。正常的信号控制系统会受到交流电磁干扰信号的影响。所以,在设计进程中,电力电缆的选择很有讲究,一般需要带铠装保护,以此来隔离屏蔽电磁。自动监控系统信号控制电缆的选择,需要按照信号强弱程度的不同,确定最终选择独立屏蔽电缆还是公共屏蔽电缆。为达成较好的屏蔽效应,可以考虑两者共用。在施工设计进程中,根据电缆信号的不同以及压力的大小,敷设的时候亦应当分开操作。比如变频电机电缆,应当同其他类型电缆区分开来,进行独立的走线,不能与其他电缆长距离平行走线,这样才能在变频器输出电压快速变化的时候有效降低电磁干扰的产生。本安回路信号一般不会很强,所以本安电缆的走线应当与其他电缆至少保持5cm的距离。在通讯电缆的所有类型中,抗干扰力最强的当属光纤电缆,其可以和电力电缆共同敷设。

3.4大力推进智能化进程。在新时代、新科技、新理念的大背景之下,未来的船舶发展,一定会不断朝着智能化的方向迈进。鉴于此,相关企业应当大力推广应用各类新技术,比如CPS技术(物理信息系统)的推广及应用,其对船舶智能化的发展有着较大的促进作用。由于船舶项目复杂性的日益提升,自动化程度不断增加,船上人员的数量配置就会越来越少,这就需要智能化操作具备较强的、持续的稳定性。CPS技术功能的发挥,可以综合运用预防、检测、防御性修复、系统复原等方式,为船舶操作系统的安全性提升提供较大的助力。比如,当该技术检测到一些安全隐患时,会让船舶及时躲避。当系统出现问题的时候,一些智能化的手段也会发挥出其该有的作用,从而对这些故障进行高效化的处理。此外,CPS系统亦具备强大的容错功能,即在错误出现的时候,系统的正常运行也可以得到全面的保障,从而维护好系统的安全性和可靠性。再有就是,通过CPS系统的各个节点,可以全面感应各类型的信息,将输送到中枢的信息进行条分缕析,高效实现反馈控制。通过建立GPS系统科学的模型,该系统可以对船舶航行过程中的各种情况进行自动化的分析,针对不同的问题采取合理的措施予以应对,待分析和处理完成以后,将其发送到相关人员,这样就会使得解决问题的效率大大提升。相关人员可以全方位、无死角地监控各类操作,船舶行驶的安全性就会得到很大程度的提高[2]。

4结语

电气自动化是船舶运行安全的一个重要保障。所以,船舶电气从业者应当秉持一丝不苟的工作态度,认真开展排查工作,及时发现问题,消除存在的安全隐患,有效评估船舶电气自动化的安全性,为船舶的安全稳定运行保驾护航。

参考文献:

[1]黄志东.试析船舶电气系统的构成与故障诊断策略[J].中国水运(下半月),2013,(4):87-88.

[2]彭辉.关于船舶电气自动化系统可靠性的保障技术研析[J].科技风,2014,(18):49.

作者:冯晓慧 单位:新大洋造船有限公司

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