电气工程自动化技术在船舶机械设备方面的应用

摘要：电气工程自动化技术在船舶机械设备上的应用是现代船舶工程发展的关键因素。船舶机械设备包含许多复杂的系统，例如船舶动力系统、导航系统、舱室设备等。电气工程自动化技术的应用提升了船舶的整体性能，而且，自动化技术有利于船舶的节能减排，它能改善设备的运行模式，缩减能源消耗。电气工程自动化技术在船舶机械设备上的应用是多方面的，综合性的，对船舶行业的现代化发展有着不可或缺的作用。

关键词：电气工程自动化技术；船舶机械设备；应用策略

Abstract: The application of electrical engineering automation technology in ship machinery and equipment is a key factor in the development of modern ship engineering. Ship machinery and equipment encompass many complex systems, such as the ship's propulsion system, navigation system, and cabin equipment. The use of electrical engineering automation technology enhances the overall performance of ships. Moreover, automation technology contributes to energy conservation and emission reduction on ships; it improves operational modes and reduces energy consumption. The application of electrical engineering automation technology in ship machinery and equipment is multifaceted and comprehensive, playing an indispensable role in the modernization of the shipbuilding industry.

 Key words: electrical engineering automation technology; ship machinery and equipment; application strategy

前言：

随着科技的不断发展，电气工程自动化技术也越来越成熟，在船舶工业领域中，船舶机械设备性能的提升对航运业的发展起着重要的作用。电气工程自动化技术的引进给船舶机械设备的优化提供了新的思路和方法，它可以让船舶在运行效率、安全、可靠性等方面都有所改善，也能满足现代航运业节能环保等方面的需求，所以研究电气工程自动化技术在船舶机械设备中的应用是很有必要的。

一、自动化技术的基本组成

（一）传感器技术

传感器是获取船舶机械设备运行状态信息的重要部件，在船舶动力系统中，温度传感器用来检测主机、辅机等设备的温度情况。比如在主机的冷却系统里，装上高精度的温度传感器，就能了解冷却液的温度变动。压力传感器用来检测燃油，液压油等的压力状况，像在船舶的燃油喷射系统当中，压力传感器保证燃油按照恰当的压力喷入燃烧室，液位传感器可对各类液舱（燃油舱，淡水舱，压载舱等等）的液位实施精确测定，避免液舱发生溢油或者抽空的情况。

（二）控制器技术

控制器是自动化系统的核心部分，通常有可编程逻辑控制器（PLC）和分布式控制系统（DCS）。PLC在船舶局部设备控制中应用较为普遍，比如起重机的控制，它依靠预先编好的程序，针对输入信号（如传感器发出的信号），执行逻辑运算，再输出控制信号，去驱动执行机构（像电机，电磁阀等）。DCS多被用在船舶大型复杂的系统上，比如船舶动力系统的集中控制，DCS可对多个子系统展开统一管理，协调控制，达成整个系统的最佳运行效果。

（三）执行机构技术

执行机构就是把控制器发出的命令转换成实际动作。在船舶机械设备当中，电机是最常见的执行机构，比如在船舶的电力推进系统里，电动机依照控制器的指令改变转速和扭矩，进而推动螺旋桨，使船舶改变航速和航向，电磁阀也是很重要的执行机构，在船舶的液压系统当中，电磁阀依照控制信号来打开或者关闭油路，以此控制像舵机这样的液压设备。

二、电气工程自动化技术在船舶动力系统中的应用

（一）船舶机舱电气化结构见图 1。

图 1  船舶机舱电气化结构

（二）主机遥控系统

主机遥控系统可以让操作人员在驾驶室或者集控室等远离主机的地方对主机进行操作和控制，其工作原理是通过控制电缆或者网络把驾驶室或者集控室的操作指令传送到主机的控制系统，操作人员可以通过操作面板来发出启动、停止、调速等指令。

在主机启动的时候，遥控系统就会按照事先设定好的程序，先做一些必要的工作，像盘车，预润滑等。之后按照主机的种类，比如是二冲程或者四冲程柴油机，按照恰当的启动顺序，如先喷油再点火等，来启动主机，在主机运转的时候，遥控系统可以随时检测主机的转速，温度，压力这些运转数据，而且还能根据这些数据来对主机实施调速和保护。如果主机的排气温度太高，遥控系统就会自动减小主机的负荷，从而保护主机不会被毁坏。

（三）电力推进系统

电力推进系统主要包含发电设备，配电设备，电动机以及螺旋桨等部件。发电设备（比如柴油发电机组）产出电能，再通过配电设备（诸如配电板，变压器之类）把电能分发给电动机，电动机接收电能之后会形成扭矩，带动螺旋桨转动起来，这样就能让船舶前行或者倒退了。

相比于传统的直接机械驱动，电力推进系统具备诸多优点，从工作原理来看，可以借助调节电动机的输入电压，频率等参数来精准地调控电动机的转速以及扭矩，比如当船舶出入港口的时候，对速度的要求比较低，但机动性要好一些，这时就可以利用减小电动机转速的办法达成目的。

三、电气工程自动化技术在船舶导航与定位系统中的应用

（一）全球定位系统（GPS）与电子海图系统（ECDIS）

GPS给船舶赋予精确的位置信息（经度，纬度，高度），它的定位精度能够做到米级或者更高，ECDIS是一种依靠电子海图的船舶导航系统，它能显示船舶周围海图上的信息（海岸线，水深，礁石等等），把GPS的位置信息同ECDIS的海图信息融合起来，船舶就可以达成自动导航的功能。定位系统整体逻辑结构如图2所示。

图 2 船舶综合导航系统示意图

船舶自动导航系统能够依照预先制定好的航线（船员在ECDIS上设置），再加上GPS所给出的即时位置信息，自行调节船舶的航行方向，比如，倘若船舶偏离了既定航线，自动导航系统就会算出纠正航向的角度值，然后利用自动舵系统去调整船舶的航行方向，让船舶重新回到原先规划的航线上。

（二）自动舵系统

自动舵系统采用反馈控制理论，它会接收到罗经给予的船舶航向信息、计程仪给予的船舶航速信息等设备发来的信号，将其同预先设定好的航向展开比较，之后按照这种偏差信号来算出舵角调整的数量。自动舵系统有着不同的工作模式，航向保持模式，航迹保持模式等等，在航向保持模式之下，自动舵系统依照罗经给出的航向信号，自动调节舵角，从而让船舶维持在指定的航向上，在航迹保持模式当中，自动舵系统不仅要顾及航向，还要融合船舶的位置信息，一般而言，位置信息由GPS提供，以此保证船舶按照预定的航迹航行。

自动舵系统大大减轻了舵手的工作量，在传统的手动操舵方式中，舵手要长时间盯着罗经和船舶航向，不断调整舵角，这是一件很费劲的事情，自动舵系统可以自动调整舵角，舵手就可以把更多精力放到其他船舶操作和监控上面。在提高航行效率上，自动舵系统可以更准确的控制船舶的航向，减小船舶的偏航，提高船舶的航速。因为船舶偏航会增加船舶航行的路程，自动舵系统可以减少船舶的偏航，使船舶更快的到达目的地。

四、电气工程自动化技术在船舶监控与报警系统中的应用

（一）机舱监测报警系统

机舱监测报警系统重点针对船舶机舱内部各类设备（主机，辅机，泵浦等）展开监测，其监测的参数包含温度，压力，转速，液位等等，要想做到对机舱里全部设备的监测，就须要在主机上安装大量的温度传感器，用来监测主机的冷却水温度，润滑油温度等；压力传感器监测主机的燃油压力，滑油压力等；转速传感器监测主机的曲轴转速，对于辅机，泵浦等设备同样也要安装对应的传感器，以保障这些设备得以正常运行。

传感器的设置需结合设备的结构特性，以主机的冷却系统为例，温度传感器会安装在冷却液流入与流出之处，还有主机主要的散热地段，而对于泵浦而言，压力传感器将会被安设于泵的进出口管道之上，以此来精准度量泵的工作压力。

当检测到的参数超出正常范围时，机舱监测报警系统便开始报警，报警存在不同等级，包含一般报警与严重报警，一般报警旨在告知船员留意设备运行状况，诸如主机润滑油温度稍高一些的时候就会触发一般报警，而严重报警则表示设备大概出现了较为严重的故障，若主机滑油压力太低，这有可能引发主机严重受损，此时系统便会发出很大的报警声响与光亮，而且报警信息还会显现在监视屏幕之上。

（二）火灾报警系统

火灾警报系统重点利用了烟雾探测，温度探测等不一样的火灾探测技术，烟雾探测器凭借对空气中烟雾粒子浓度加以检测，从而判定是否出现火灾，船舶上的居住舱室，机舱等地方均会设置烟雾探测器。温度探测器依靠环境温度上升来探测火灾，常常会装设在一些较易产生高温之处，譬如厨房炉灶旁，机舱电气设备旁等等。

设备布局需做到可全方位覆盖可能出现火灾之处，在大型船舶上，火灾警报体系会织成一张网，各探测器彼此相连，并接入中央控制单元，一旦某处起火，中央控制单元便会立即收到警报信息。

火灾探测器一检测到火灾信号，火灾报警系统便立即发出声光警报，该警报信号会传送至驾驶室，集控室以及船员的居住舱室等场所，从而让船员知晓火灾发生的位置，火灾报警系统还可同灭火系统实施联动，比如在某些船只上，火灾报警系统与自动喷水灭火系统或者二氧化碳灭火系统相连，一旦报警系统发出火灾警报，而在规定时间内无人前去处理时，与之联动的灭火系统便会自行启动，展开灭火作业，进而加强船舶的灭火效能。

总结：

电气工程自动化技术用于船舶机械设备中，这是航运业发展的一种必然走向，其让船舶各个方面的能力都得到大幅优化，无论是动力还是导航、监测、装卸货、供电之类的部分，均有明显加强，从实际情况看，船舶的经营效益以及安全水平等都得到很大改善，在节能环保上也发挥了一定功能，展望日后，伴随有关技术不断发展，电气工程自动化技术用于船舶机械设备将会具有非常好的前景。。

参考文献：

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