船舶智能控制系統(tǒng)技術運用

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摘要：隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等前沿科技與船舶制造的深度融合，船舶控制系統(tǒng)也逐步實現(xiàn)從自動控制到智能控制的轉變。智能控制系統(tǒng)是未來數(shù)字船舶運營的重要技術支撐，是下一代數(shù)字船舶必不可少的核心系統(tǒng)。要保證船舶智能控制系統(tǒng)工作的可靠性，要做好對系統(tǒng)的設計、生產以及運行維護工作。如何在船舶智能控制系統(tǒng)應用的設計出發(fā)，提升系統(tǒng)性能，保障系統(tǒng)的良好運行，有著十分重要的意義。本文簡要闡述船舶智能控制系統(tǒng)的特點，分析了系統(tǒng)設計架構、系統(tǒng)冗余設計、遠程維保、電磁兼容等問題，以供參考。

關鍵詞：船舶智能控制系統(tǒng)；相關技術；數(shù)字船舶

0引言

船舶智能控制系統(tǒng)是下一代智能船舶的重要系統(tǒng)，該系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性直接影響著船舶航行的可靠性與安全性。為此重點研究相關技術的具體應用，讓船舶智能控制系統(tǒng)集成化、數(shù)字化、信息化，更好地實現(xiàn)船舶制造、船舶運營的低成本、高效率，這對我國船舶業(yè)發(fā)展有著十分重要的意義[1]。

1船舶智能控制系統(tǒng)的主要特點

船舶智能控制系統(tǒng)是在船舶自動化系統(tǒng)基礎上發(fā)展的一門新興交叉技術，其充分借鑒了自動化控制的應用經驗，呈現(xiàn)出獨特的技術優(yōu)勢，是對傳統(tǒng)電氣自動化技術的融合與顛覆。隨著現(xiàn)代船舶內部數(shù)字化、智能化設備數(shù)量的不斷增加，現(xiàn)代船舶的整體操縱性能得到了提升。傳統(tǒng)的自動化系統(tǒng)是在船員的監(jiān)管操作下，實現(xiàn)對船舶的控制和管理。而智能控制系統(tǒng)的最大特點是接入人工智能，依靠其學習能力，結合外部輸入條件及系統(tǒng)運行采樣數(shù)據(jù)，生成相應的操作指令，保證船舶內部各類設備的操作穩(wěn)定性，實現(xiàn)對船舶內部關鍵重點設備的全面在線監(jiān)測與自動控制。船舶智能控制系統(tǒng)的構建更高效地響應船舶運行時發(fā)生的突發(fā)事件或誤操作行為，并根據(jù)具體問題給予妥善的應對措施，進而保證船舶行駛過程中通導設備、航行設備、推進裝置的安全性與穩(wěn)定性。船舶智能控制系統(tǒng)具有網(wǎng)絡可控化與遠程監(jiān)控的技術特點，其通過數(shù)字技術、網(wǎng)絡技術的應用，能夠為船舶智能控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡化控制提供良好基礎。在此基礎上，船舶智能控制系統(tǒng)還應用了現(xiàn)場總線技術，為船舶與岸上、船舶內部各設備模塊之間提供了可靠的信息傳輸通道，實現(xiàn)對各種信號的有效集合，提升系統(tǒng)組態(tài)的靈活性，進而讓船舶智能控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性得到了保障。在數(shù)字化信息技術的支持下，船舶智能控制系統(tǒng)所具備的功能更加豐富，再融合不斷發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)技術，船舶控制系統(tǒng)操作將更便捷，降低對操作者的專業(yè)水平要求[2]。

2船舶智能控制系統(tǒng)應用的思考

2.1船舶智能控制系統(tǒng)設計

船舶智能控制系統(tǒng)，其應用范圍已經從原來單一的船舶設備自動化管理功能，提升為包含船舶遠程視頻監(jiān)督、航行動態(tài)能效、船舶油耗、排放監(jiān)控平臺的物聯(lián)網(wǎng)場景，包含航運物流、碼頭、生活補給以及船員調配在內的供應管理系統(tǒng)，是典型的船-岸互動應用場景。為實現(xiàn)這些功能，船舶系統(tǒng)將大量采用數(shù)字傳感器技術、狀態(tài)監(jiān)測技術與故障診斷技術(AMS)、預警并自動修復技術、以及自動駕駛（AUTO-PILOT）和自主航行線路規(guī)劃(ECDIS)技術、高帶寬衛(wèi)星通信技術。船舶智能控制系統(tǒng)的設計不要求大求全，但兼顧未來發(fā)展與實際需要。近年為減少發(fā)電機組在船舶靠岸后的排放，很多船舶配置了高壓岸電系統(tǒng)，但實際上很多港口沒有對應接口，反而造成浪費。目前相關國際機構雖然完成了智能船舶的初步分級，但對于智能船舶及其系統(tǒng)的技術難度等級劃分、量化評價尚未完全達成共識。如羅-羅分級方案，LR分級方案及BV分級方案就存在標準不同的情況。但不可忽略的是，無論哪種分級方式，都把遙控操作和船舶自主航行作為了重點研究方向。而要實現(xiàn)這兩大功能，充分考慮電磁兼容，確保船舶內部設備運行平穩(wěn)，外部通訊穩(wěn)定顯得十分重要[3]。

2.2智能控制系統(tǒng)冗余設計

冗余處理技術是通過在船舶智能控制系統(tǒng)中通過硬件冗余或者軟件冗余的方式，讓智能控制系統(tǒng)的安全性得到提升。如在化學品船液貨系統(tǒng)中，可以采用多聯(lián)驅動變頻液貨泵，實現(xiàn)各機組之間獨立工作、交叉互補。當1個機組出現(xiàn)故障問題時，另外幾個機組可以分擔故障機組的工作任務，進而達到相互備用的效果。而對于自動化主系統(tǒng)等關鍵設備的供電，則可采用多聯(lián)UPS不間斷電源供電等方式，確保智能控制系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定，對系統(tǒng)故障的容錯能力更強。而對于軟件部分，可以通過采用不同的算法、不同的編程指令、增加數(shù)據(jù)位等方式，確保系統(tǒng)能夠將損壞的文件或者數(shù)據(jù)恢復到故障之前的狀態(tài)，整個智能控制系統(tǒng)在重啟后能迅速正常工作[4]。

2.3船舶智能控制維護及遠程管理系統(tǒng)

系統(tǒng)智能控制維護是為了系統(tǒng)在發(fā)生非致命故障時，能夠自動發(fā)現(xiàn)故障的位置，確定故障的性質，自動采取隔離替換措施或者給出處理建議及方案，讓系統(tǒng)的主要功能保持正常。而智能管理在船舶智能控制系統(tǒng)中的應用，可以不依賴于船員而發(fā)出合理的運行指令，如船舶NOx出現(xiàn)排放超標，系統(tǒng)會根據(jù)數(shù)據(jù)采樣對故障位置及故障原因做出分析，給出針對性的處理措施。遠程監(jiān)控則是在采集導航助航數(shù)據(jù)（AIS，VDR，SSAS、計程儀、風速風向儀等），把機艙自動化數(shù)據(jù)（油耗、船體性能、能效、自動化控制、自動監(jiān)測等）通過v-sat衛(wèi)星傳送至岸基公司安全監(jiān)控平臺，并實時分享給各終端部門，能將故障影響降至最低，為后續(xù)船舶運行提供建議方案[5]。

2.4智能控制系統(tǒng)與電磁兼容

船舶智能控制系統(tǒng)因其復雜的信號源、交叉的信號傳輸路徑，大量低信號電壓數(shù)字設備的同時使用，導致不同的設備在各種工況下都會受到傳導干擾或輻射干擾，影響系統(tǒng)的正常運行。如果系統(tǒng)的運行自然環(huán)境較惡劣，需要通過電磁兼容保障技術來提高系統(tǒng)的抗干擾能力，確保系統(tǒng)的正常運行。智能控制系統(tǒng)的抗干擾主要通過隔離干擾、改變傳輸介質等方法實現(xiàn)，幾種抗干擾方法技術特點如下：1）信號隔離，是指通過隔離干擾的方式實現(xiàn)電磁兼容。在船舶智能控制系統(tǒng)的交流電源出現(xiàn)電磁干擾時，系統(tǒng)的運行可靠性會受到影響。為了保證系統(tǒng)的正常運行，可在其交流電源輸出線路上安裝隔離變壓器，實現(xiàn)獨立供電，將存在電磁干擾的供電線路進行隔離。另外，通過將電力電路與通訊電路分開布置的方式，能實現(xiàn)對電磁干擾的有效隔離，進而降低電磁干擾對船舶智能控制系統(tǒng)的影響。為了加強船舶智能控制系統(tǒng)的抗干擾能力，除了加裝隔離變壓器以外，還可以在交流電源輸出線路上加裝電源濾波器，以此實現(xiàn)對高頻信號的阻隔，讓電磁干擾進一步降低。2）改變傳輸介質，在船舶智能控制系統(tǒng)中，可以通過改變其信號傳輸介質的方法來減少電磁干擾。如對于各類PT100傳感器、壓力變送器的模擬信號，可以通過信號轉換器來實現(xiàn)干擾信號與控制系統(tǒng)的隔離。3）系統(tǒng)接地，通信電纜（CAN總線和RS485）要采用屏蔽電纜，并實施單端接地，距離較遠時盡量采用光纖通訊。變頻設備必須要使用變頻專用電纜，末端屏蔽采用360度環(huán)繞接地，確保接地連續(xù)可靠[6-8]。

3結語

隨著云計算、人工智能等科學技術的不斷突破，人類對船舶航行安全性、生態(tài)友好性的需求不斷加大。舶舶智能控制系統(tǒng)將在船舶運營管理、遠程監(jiān)測、自動控制中發(fā)揮作用，逐步減少船員配置，最終實現(xiàn)無人化運行、自動靠泊、離港也將變?yōu)楝F(xiàn)實。

作者:謝建宏 單位:中船澄西船舶修造有限公司