关于船舶电气自动化系统可靠性的保障技术研析

【摘 要】在船舶工程中，电气自动化系统可靠性是一项艰巨并且复杂的工程。随着海上工程中施工船舶自动化的程度越来越高，对船舶电气自动化系统可靠性的要求也随之提高。为了减少船舶电气自动化系统在运行中发生故障的几率，避免影响海上施工的进展，就需要提升系统的稳定性，并且要把系统的“稳定性”作为系统设计的核心工程。基于此，文章对船舶电气自动化系统可靠性的保障技术进行分析，以期能够提供一个借鉴。

【关键词】船舶电气；自动化系统；可靠性；保障技术

1.关于船舶电气自动化系统的概述

在港珠澳大桥香港人工岛填海工程中，大量施工船舶应用了高度集控的自动化操作系统，例如海洋工程远距离GPS打桩定位系统，船舶移动与定位集控系统，船舶远程监控系统等。这些电气自动化系统的出现，极大的提高了施工效率，在保证施工质量的同时，缩短工期，减少企业的施工成本。随着海上工程的发展，以及施工技术的进步，船舶的各个系统也逐渐的实现了自动化，并且正在朝着更好的方向发展。工作站是船舶与对外通信设备之间存在的一个窗口，在两者之间起到重要的纽带作用，能够对各种数据进行传输，是信息交流的一个平台，其在保证船舶稳定性方面起到不可替代的作用，可有效地保证船舶的安全性以及稳定性。船舶电气自动化具有两个主要的特点：

1.1综合化

随着科学技术的发展，计算机技术、电子技术、电气设备逐渐的模块化，系列化，船舶的电气化系统也能够灵活的进行组织，并且综合化的趋势明显。现阶段，计算机技术已经被应用到了各个领域中，在船舶的发展中也有很多地方用到了计算机技术，船舶电气自动化系统中所有的操作都能通过按钮来实现，人机界面之间规范化明显，操作灵活方便。这些都为船舶电气化自动系统综合化提供了条件，也为船舶自动化的继续发展奠定了良好的技术基础。

1.2网络化

现在数字化技术以及总线技术已经被广泛的应用，并且为船舶电气自动化系统实现网络化提供了技术支持，特别是总线，总线是各种信号的一种集合，能为部件以及模块之间的信号交流提供通道。

2.电气自动化控制设备可靠性测试

随着船舶电气自动化控制设备的逐步普及，工人在日常的生产中对于这些设备的使用也越来越熟练，在这些设备的辅助下，企业施工活动无论是从质量、效率，还是安全等方面来讲，都较以往有了很大的提高。但是，在这种情况下，仍然不能放松对于船舶电气自动化控制设备进行可靠性方面的检测。例如在港珠澳大桥香港人工岛格型钢板桩项目中，一直稳定运行的远距离GPS打桩定位系统在准备施工前突然出现故障，造成了原计划的施工任务延迟3天才开始进行。因为这些设备在长时间的运作下难免会出现问题，如果没有及时的发现，那么将会造成施工任务的延误。同时，做好检测工作还能够使设备正常的运作，减少维修的时间和成本，这样才能保证企业的效益。电气自动化控制设备的可靠性测试方法有：

2.1电气自动化控制设备的可靠性测试的准备工作

在对电气自动化控制设各进行可靠性测试之前，要对其所处的环境进行分析，对于一些可能影响到测试结果的因素要进行排除，从而保证测试结果的准确性。测试要有严密的计划和方法，保证测试能够真实的反应出机器的水平。

在测试时，首先要选定一定的场地来进行测试工作，如果设备在使用的时候是在一般的条件下使用的，测试场地的选择就要选一些有代表性的场地来进行，如果工作环境是某些特定的环境，那么测试的时候也要选择一些严苛的环境。温度对于设备的检测也有影响。因此，要对温度进行控制。其次，检测要保证结果的准确性，就要选取一定的样本，保证选取样本是随机大量的。再次，在测试过程中，要对某项功能的测试有严格的顺序，并且严格的执行。最后，对于测试人员要有一定的组织和纪律，测试人员对于数据的收集和整理都要在一定的规则下来完成，并且要严格的遵守，这样才能保证数据的准确。

2.2电气自动化控制设备可靠性测试方法的选择

第一，试验室测试方法。这种方法是在试验室里来模拟设备的运行，并对某些数据进行分析。例如，船舶定位的GPS系统在使用前及每年都需要送到专门的实验室进行检测及校准。第二，现场测试方法。这种方法就是在电气自动化控制设备的实际工作环境中进行测试，这种方法有个好处是得到的数据比较真实，近乎于设备日常工作的水平，是一种比较理想的测试方法。例如，GPS现场测试比对。

电气自动化控制设备是由很多的电气元件组成的，这些电气元件的质量是电气自动化控制设备可靠性提高的基础，因此，工程技术人员必须严格遵循电气元件选择的原则，如，根据电气自动化控制设备运行需求选择适宜的电气元件，加强对电气元件质量、性能、规格、厂家等的检测与筛选工作，从而选择出最优质的电气元件。

此外，电气自动化控制设备也会受到环境的影响，比如有的环境中有电磁干扰、冲击，这就不利于设备的运行，环境中要严格避免潮湿、酸碱物质的存在，这样才能使其正常工作。

3.提高船舶电气自动化系统可靠性的主要保障技术

船舶电气自动化系统可靠性的主要保障技术有：电子传输技术、抗干扰与屏蔽技术、储存冗余技术和容错技术。这些技术为船舶电气自动化系统的构建提供了技术保障，并且提高了船舶运行和可靠性。下面将分述各项保障技术：

3.1电子传输技术

相对于通过机械装置传输信号，采用电子传输技术，将电子信号经过计算机处理后再驱动液压和电气装置来控制设备，设备的可靠性大大增强。今后，电子传输技术将逐渐取代机械传输技术。在港珠澳大桥香港人工岛填海工程项目中，电子传输技术被广泛的应用于船舶电气自动化系统运行过程中，并且提高了船舶电气自动化系统的可靠性。

3.2抗干扰和屏蔽技术

船舶中大量的电气设备都安装在一个空间内，由于空间比较有限，加之工作环境恶劣，使得这些设备常常会受到电磁干扰的影响，尤其是GPS导航仪器和一些强电设备，它们在开、关的过程中最容易受到干扰。若是电气自动化系统在正常运行的过程中受到电磁波干扰，则会影响施工船舶的施工过程，这是非常严重的问题。为了确保船舶电气自动化系统的可靠性，并使其免受电磁干扰，可采取以下保障技术：

（1）隔离技术。在船舶中，交流电源是电气自动化系统最大的干扰源，想要有效解决这一问题，就需要对电气设备隔离变压器，实现独立供电。还有另外一种方法就是将供电设备与强电设备分开设置，借此来隔离干扰。

（2）改变传输介质。由于船舶电气自动化系统是以船舶本身的遥控系统为主导，这就造成信号从输入到接收的距离较长，并且整个过程还需要很长时间。通常情况下，信号输入部分都安装在船舶的驾驶室或者控制室内，而接收部分则安装在机舱或者甲板面，如此之长的传输线路势必会受到电磁干扰。为此，可对传输介质进行改变，以此来消除信号被干扰的可能，同时，也可将输入与输出电路分开，这样也能够有效避免电磁干扰。

3.3存储冗余技术

储备冗余处理技术是船舶电气自动化系统可靠性保障技术中十分重要的技术，该技术采取在电气自动化系统中设置并联单元的方式，以达到提高自动化系统可靠性、稳定性和安全性的目的。为了保障船舶电气自动化系统的正常运行，一般情况下需要配备三台机组储备，并且要保证每台机组储备的基本功能符合设计要求，使各个机组既可以独立工作，也可以互为备用，从而确保电气自动化系统的技术性和经济性。在船舶电气自动化储备系统中，储备单元与工作单元是相互分开的，两者在独立工作的同时，也可以实现协调合作。所以，就可靠性保障技术层面而言，可以将船舶电气自动化系统视为储备系统，一旦其中某一单元出现运行故障，那么另一个处于储备状态的单元就会进入工作状态，以此确保电气自动化系统不受单元运行故障的影响。

3.4容错技术

容错技术是指对船舶电气自动化系统运行故障的容忍能力，即对电气自动化系统运行故障进行检测、定位、判断、处理的技术。容错技术主要包括以下两个方面：

一是检测系统故障，若电气自动化系统出现运行故障，那么容错技术会在最短的时间内准确识别故障性质，并快速确定故障位置，执行自动化隔离策略，从而有效规避故障对电气自动化系统的安全运行造成的不利影响；

二是控制系统故障，容错技术在检测系统故障、定位系统故障性质和位置的基础上，将故障检测信号转为低电平信号，而后传达至决策单元，由决策单元采取有效措施对故障进行处理，进而实现对系统故障的全面控制。容错技术一般在开启备用机组、关闭故障机组的状态下对故障进行排除，以防止故障事态扩大化，对系统稳定运行造成影响。在确保故障完全排除后，再恢复机组的正常工作。

结束语

基于上述的分析，可以发现，加强船舶电气自动化系统可靠性的保障技术研究力度，可以提高施工船舶的可靠性和安全性，提高施工效率，节约施工成本，对企业发展有着重要意义。但是现阶段我国对船舶电气化自动系统的研究依旧比较缓慢，有待进一步的提升。

参考文献：

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