关于海洋工程的船舶电气自动化系统可靠性研究
陆剑庆 陈铖
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陆剑庆 陈铖,. 关于海洋工程的船舶电气自动化系统可靠性研究[J]. 中国海洋学报,2025.1. DOI:10.12721/ccn.2025.157001.
摘要:
船舶电气自动化系统可靠性的保障技术与整个系统的设计、生产、运行等环节之间有着重要的联系。所以,确保电气自动化系统的稳定运行有着非常重要的意义。
关键词: 船舶电气电气自动化可靠性研究
DOI:10.12721/ccn.2025.157001
基金资助:

1船舶电气自动化系统的特点分析

随着通讯技术、信息技术以及自动化技术的快速发展,以及在船舶电气自动化系统中的推广和应用,船舶电气自动化系统的可靠性不断提高。尤其是计算机处理系统、数据采集系统的应用,实现对船舶电气自动化系统的所有电子系统进行监测与控制。当船舶电气自动化系统在运行的过程中出现突发事件或者误操作时,能够及时地采取措施进行处理,以此保证船舶能够安全、可靠的运行。

2船舶自动化系统可靠性技术的优势

2.1电子信息化让船舶操控更加便捷

近些年,随着船舶自动化系统借助电子信息化技术成果的应用和网络通信技术的完善,以模块化为特点进行船舶自动化系统的优化升级,实现了船舶自动化系统朝着灵活、多元和综合性能更好的方向发展。当今的船舶自动化技术改变了传统船舶操作方法,利用电脑显示屏、电气按键,就能实现船舶的正常运行,操作更加便捷也更为人性化。

2.2网络化让船舶运行更加稳定

网络信息技术,数据总线技术等不断发展,带动着船舶电气自动化系统的技术水平不断进步。其中网络技术让网络远程控制、准确控制成为现实,船舶操控模块化之间的网络信息通道更为通畅,传输速度更加迅捷,实现了船舶上不同电气设备的无缝连接。数据总线技术对各种信号线数据实现有效的汇总和管理,利用分布式设计,改变传统数据传输中的冗余现象,促进船舶网络控制的稳定性、可靠性不断提高。网络数据传输的升级,将传统船舶操作多人使用模式向着无人、多元操作的模式转变,自动化系统的不断发展,为船舶智能化管理奠定了基础。

2.3综合化技术让船舶电气系统更加完善

综合化技术是指对各种先进技术的综合型应用。网络信息、计算机、自动控制等技术不再单一使用,而是在同样标准下进行互联互通。这种综合型技术的推广,让船舶电气设备过去种类多、管理困难、容易出现不兼容等情况得到改善。模块化功能的系统化设计,使船舶电气系统更加先进和智能,实现了船舶电气自动化系统组成的灵活、机动,不局限于单一组成方式的自动化系统,能更为有效地应对多种内外部环境变化,让船舶操作管理效率不断提高。

3可靠性保障技术研究

所谓可靠性,是指电气系统在某时空或者特定条件下,船舶电气系统能够可靠、稳定运行。在船舶电气自动化系统的各个阶段,可靠性保障技术都发挥着非常重要的作用。现阶段,许多国家对船舶电气自动化技术进行全面、综合的研究,获得众多研究成果,并且经过多年船舶航运实践。电气自动化技术的应用,能够有效降低船舶在运行过程中发生安全事故的概率,显著提升船舶电气自动系统运行的可靠性和安全性。

3.1.电磁干扰技术

在船舶行驶的过程中,一些电气设备很容易遭受电磁带来的干扰,所以电磁干扰技术的采取是十分必要的。现将船舶电气自动化系统的可靠性保障技术的主要工作原理胪列如下:

(1)隔离变压器

根据研究,交流电源是影响船舶电气自动化系统的主要干扰来源,改善这一干扰的最好的办法就是对电气设备隔离变压器,实现独立供电。另外,还可以将供电装置与强电装置分开,从而隔离干扰。船舶的电源经过交流变压器将高频信号过滤掉,然后再隔离变压器,这样可以为自控装置提供独立电源,以隔离干扰。

(2)改变传输介质

关于电磁干扰技术,可以通过屏蔽干扰源或者是干扰设备两个方法来进行解决。当然,改变传输介质以破坏电磁干扰的其中一个条件也是一个很有效的方法。船舶电气自动化系统,由于是以船舶的遥控系统为主,这就使得信号从输入到接收的时间与距离很长。一般来说,输入部分是在驾驶室,而接收部分则是在机舱,这就使得传输路线很长,很容易受到电磁干扰。

(3)RC洗手设备

船舶电气自动化系统中,鉴于系统的自动化,因此,会涉及到很多的电子设备,比如继电器、接触器以及电源开关等。因此,在接触这些电源设备时,可以由于电弧等原因产生电磁干扰,在这种情况下,可以使用RC洗手设备,该设备不会应为电压而产生突变原理,从而可以有效地抑制电磁干扰。除此之外,还可以利用电阻来限制电容,这样也可以有效地减少电磁干扰现象。

3.2分析冗余结构可靠性

海洋工程的主要工作领域之一为装备设施技术,基于此基础上对船舶电气自动化系统进行设计,归属于海洋工程类别中的海岸工程。通过2种工程系统的结合,针对该系统的安全可靠性进行研究,以冗余结构为出发点。

在该系统设计的过程中,选用的冗余结构是模块冗余结构,其主要构成为备份式冗余结构(1oo2)的多个组合,形成一个双机的模块冗余结构。通过2个主机的电源相连,进行信息处理,根据模块不同,每个主机处理的信息也不同。2个控制器互为备份,当其中控制器1损坏时,控制器2代为接收控制器1不能处理的指令,再由2个I/O模块进行输出,这样的冗余结构设计大大减少了信息传送出错的情况。采用单一主机进行系统信息处理工作,容易对控制器造成超载负荷的情况,从而导致信息处理不及时,造成系统处理失误。因此综合分析,利用模块冗余结构的船舶电气自动化系统的可靠性更高。

3.3确定网络框架可靠性

通过以海洋工程为基础的冗余结构可靠性分析,在1oo2模块冗余结构构建的基础上,利用其进一步进行网络框架可靠性的确定。

在处理器的运用上采取1oo2的冗余结构。因此在网络框架的构建上,船舶电气自动化系统采用的是环型以太网的网络框架进行通讯。在多种网络框架类型中,环型以太网主要是以通讯功能为主的网络构架,在通讯过程中能够产生高效率、高准确率的信息传送模式,保证信息的传送过程不受到其他信号的干扰,从而提高信息的准确程度。

船舶电气自动化系统中,环型以太网提高了系统的传播速度,以模块冗余结构进行结合,形成了一个环型的高效信息网络传播过程。在船舶停靠的警报中加入该网络框架,可以使警报产生的准确率提高。根据其他的网络框架,例如总线型网络结构,虽然其具有将信息集中化处理并且能够使信息进行双向传递等优点,但是根据海洋工程的船舶电气自动化系统的设定,在提高船舶停靠安全系数的设定下,双向传递并没有起到提高可靠性的作用,同时总线型网络结构费用较高,在该系统中不适用。因此在海洋工程的船舶电气自动化系统中,运用通讯过程最优化的环型以太网为其网络框架,具有有效的可靠性,能够提高警报提示的速度与准确性,为船舶的安全提供有力的保障。

4结语

船舶电气自动化系统的保障技术对于船舶正常稳定运行有着非常重要的意义。为了保证船舶电气自动化系统正常稳定的运行,现在世界上大多数国家都投入了很大的精力来进行船舶电气自动化系统可靠性的保障技术研究,目前已经取得了一定的成果。船舶自动化系统可靠性的保障技术,能够使船舶发生故障的几率降低,进而使整个系统运行的安全性和稳定性得到一定的提高。

参考文献

[1]谢罡华.船舶电气自动化系统设计思路与保障技术研究[J].珠江水运,2022(03):80-82.

[2]寇净熠,邹成业,姜伟.船舶电气自动化技术应用及发展趋势[J].船舶物资与市场,2021,29(08):25-26.

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