现代船舶电气模块控制研究探讨

杨纯显杜秀菊高明东

摘要：随着船舶电气化水平的不断提高，船上用电设备日益增多，用电负荷快速上升，使得现代船舶电力系统的容量相对传统船舶有了很大的增长。本文从船舶电气自动化模块出发，分析了在船舶电气设计软件上亟需解决的问题，并展望了我国船舶综合电力系统标准化的发展方向，以供同行借鉴。

关键词：船舶电气；自动化模块；问题展望

1前言

随着现代科学技术的不断进步，大量的新技术、新工艺、新设备被广泛应用在新型船舶上，使得现代船舶电力系统及相关设备在很多方面都发生了很大的变化。首先是在系统的电压等级方面，新建的一些大型船舶和海洋工程结构物都已采用中高压系统；其次是在船舶电气设备方面，从传统的结构复杂、体积庞大、操作困难的机电设备走向智能化、模块化、集成化的高智能型设备；在电气自动化技术方面，传统的简单的机电式控制方式逐步被智能型、网络化、数字化的控制手段所取代。

2船舶电气自动化模块

2.1数字模拟集成电路的自动电力系统模块

基于可行性、灵活性及在控制系统局部发生故障时，能最大限度保留自动控制功能等要求，世界各生产厂家大多朝着模块化方向发展，模块与模块间连接的构思不同，大致可分为成两种类型的结构组成形式。

采用总体模块控制方式。总体模块控制单元相当于人的“大脑”，把来自各台发电机组的机、电信息及主开关、汇流排与各大用户的必要信息给以综合分析、判断，然后发布相应命令，确保电力系统安全、可靠且经济运行，保证供电质量。总体模块控制单元与各子单元模块间是直接联系，而各子单元模块间是互不相连，一旦总体模块控制单元发生故障。船舶自动化功能就完全失去。

2.2PLC模块控制的自动电力系统

PLC模块控制的自动电力管理系统，系统结构形式大至也可分成两大类。一类是由一套PLC模块对整个电站进行控制；另一类是每台发电机组由一套PLC模块进行控制，为适合不同要求的电站自动化程度，也可在此基础上再加一套PLC模块进行并联运动总体控制。

如果采用总体模块控制方式，优点是能提高PLC模块的有效利用率，处理能力较强；缺点是系统较复杂，有故障发生时，可能整个系统都将无法工作。如果使用多台PLC积木模块控制方式对电站并车、负荷控制等进行分别控制，在结构上较总体模块控制方式简单，而且可靠性较高，还具有体积小，功耗低，易于管理和维修方便等优点。此外，即使当某台微机因故障而暂停工作时，也不影响控制系统其他部分的工作。由于船舶机舱

2.3船舶自动电站模块控制功能程序流程

综上所述，自动电站的功能较多，其中每一部分都有其相对独立性模块，由总体模块控制方式将各部分模块工作有机协调起来，组合成为一个总体模块控制方式系统。在系统的安排上，应考虑充分利用各单元模块的独立性，使系统运用起来更加灵活。

3船舶电气设计软件亟需解决的问题

鉴于国内船舶电气设计软件只具备二维绘图、三维建模功能的现状，开发一个具有智能辅助设计功能的、能够贯穿船舶电气设计各个阶段的、拥有自主知识产权的软件系统以匹配其它专业的数字化设计，提高我国船舶设计竞争力势在必行。开发船舶电气智能设计系统亟需解决的问题主要包括：

（1）产品信息的数字化。目前我国船舶电气设计软件绘制的图纸或建立的模型只是简单的图形，完全靠人力查找和判别其所表达的具体内涵。因此，计算机替代部分人力劳动、实现自动绘制图纸、校验设计结果等功能都无从谈起。数字化产品信息，使得计算机能够识别图形所代表的具体产品——“设计对象”的内涵，是智能化、集成化设计的第一步，也是关键一步和基础工程。

（2）产品信息的参数化。为了能够便捷地找到最合适的母型船资料或设备资料，使得前期设计对后续设计起到约束检验的作用，实现对规律性较强的系统功能模块参数化绘图，我们需要从它们的属性中提炼、抽象或定义出能够描述、区分它们的特征值，即参数化。只有合理的参数化了，才能准确的检索和绘图。

（3）设计智能化。随着人工智能技术的日趋成熟，各个行业专家系统、知识工程的相继诞生，船舶行业也不应落后。但是船舶设计是一个庞大复杂的过程，究竟哪些过程能实现智能化、该如何实现智能化，是采用专家系统、知识工程还是其它手段，一直以来都是我国造船人努力探索的问题。

（4）建立完整统一的产品模型。目前我国的船舶设计在各专业之间仍然靠口头和图纸传递信息，各自有各自的编码规则和命名方法，没有完整统一的产品数字化信息模型。在拿到其它专业的设计图纸后，必须通过仔细核对其提供的材料表确定相关设备信息，这样严重影响到设计速度。建立完整统一的数字化信息模型是提升我国造船竞争力的必要路径。

（5）建立跨阶段的集成化设计环境。目前我国的船舶设计多采用异构的设计环境，通常都是用一个软件计算，再用另一个软件设计建模。在初步设计、详细设计和施工设计等同设计阶段中，设计人员需要反复识别和采集上一阶段的设计信息，以建立新的信息模型。信息的不连续和大量的重复处理严重影响设计效率和质量。建立跨阶段的集成化设计环境是提升我国造船竞争力的有效手段之一。

4我国船舶综合电力系统标准化发展方向

近年来，我国逐渐意识到船舶综合电力技术的重要性，全面开展了一系列研究与探索，取得一系列成果，船舶综合电力系统的应用也越来越广泛。随着研究工作的进一步深入，综合电力系统技术逐渐发展成熟，传统船舶电力系统与采用交流电制的综合电力系统在发电机、配电系统、电力管理和监控、推进电动机和变频器等领域存在的技术差异越来越明显，原有的有关或适用于传统电力系统的标准、规范都已经不能满足综合电力系统和设备的设计需要。

为了将现有的先进技术通过标准作为技术媒介更好地指导船舶综合电力系统和设备的设计、制造和试验，目前中船重工704所正在根据2013年质监总局公益性项目《船舶综合电力系统关键技术标准研究》的要求主导开展《船舶中压直流电力系统通用要求》等9项国家标准的编制，对中压直流电力系统、混合轴带发电系统、机械/电力混合推进系统、电力推进变频器、推进电动机、谐波滤波器、交流中压柴油发电机组及控制系统等进行统一要求。该系列国家标准将为我国综合电力系统各分系统、设备的研制工作提供进一步的指导，为我国船舶综合电力系统的技术发展提供强有力的支撑。

结语

船舶综合电力系统标准化工作任重而道远，为了完善我国船舶综合电力系统标准体系，全面提升船舶综合电力整体技术水平，根据我国现有船舶综合电力相关标准存在的不足，建议从以下三个方面推进船舶综合电力标准化工作：1）对现有不完整标准进行补充和完善，使之更全面完整地指导船舶综合电力系统的研发、设计和制造；2）推进船舶综合电力系统重点技术和设备亟需标准的研制，在吊舱推进器、大功率永磁电机、高压大容量电力集成等领域研制一批先进技术标准，为相应领域的技术发展提供支撑；3）对我国船舶综合电力系统研究成果和产业现状及时跟踪，加快现有研究技术成果向标准的转化。同时，根据船级社不断新增和更新的要求及时对现有标准进行修订。

参考文献

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[2]李俊华.国内数字造船的发展和应用现状[J].舰船科学技术，2007（2）：5-6

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