摘要：近年来，随着我国经济的飞速发展，船舶行业的发展也突飞猛进，人们也越来越重视船舶的自动化水平，由于自动化技术覆盖了船舶的大部分机构，一旦自动化技术出现故障，船舶就会发生故障，不能正常运行，因此，船舶自动化技术要朝着综合化、智能化和网络化的方向发展，才是保证船舶能够安全行驶的关键。本文主要对船舶电气自动化技术进行了研究。
关键词：船舶电气；自动化技术；应用；发展趋势
引言
伴随着船舶行业的高速发展，电气自动化发展进程受到了社会各界广泛的关注，相关部门要对技术的应用机制和发展结构予以全过程管理，从而提升行业竞争力，为我国国民经济建设水平优化提供保障。在船舶行业发展进程中，电气自动化项目的应用范围逐渐扩大，不仅仅能有效增加航运的经济效益，也能从根本上维护航运的安全性，改善劳动环境的整体水平。为了有效提高劳动生产率，要对相关问题进行集中分析和管控。综合科学技术、信息网络化技术以及通信技术，确保自动化项目运行效果的最优化。
1船舶电力系统的组成及主要特征
1.1船舶电力系统的特征
船舶电力技术与普通电力系统是不一样的，我们从以下方面分析：首先，由于船舶空间有限，电站容量相对较小，很容易导致电压不稳和电网频率产生波动，电网局部出现故障或操作错误导致全船停电，迫使船舶不能安全行驶；其次，电气设备比较集中，船舶电气设备作业环境差，电能损失小，因为船舶长时间在江河、海洋中行驶，所以，潮湿的环境会使船舶电网线很容易发生短路及电气设备变形、绝缘性降低等故障；最后，船舶在航行中会受到振荡或礁石、鱼类的冲击等问题，会导致使电气设备发生损毁、故障、或误动作。
1.2船舶电力系统的组成
电源、负荷、电力网及配电设备是船舶电力系统的组成部分。首先，电源的功能尤为重要，为船舶提供其所需的电能。其次，负荷包括通讯、动力负荷、导航设备及指照明负荷等。再次，配电设备是电源和用电设备的联络纽带，其作用是将电源产生的电能输送给其他设备。最后，配电设备的功能是分配电能，对电源、电网及负荷等进行指挥操控、调理、维护。
2船舶电气自动化技术应用
2.1电力电子技术
（1）轴带发电。在船舶航运的过程中，船舶整体的消耗有一半以上都用在了燃料费上，因此开发不同类型的船舶节能装置就显得尤为关键。轴带发电技术是目前我国船舶领域节能的重要手段，轴带发电技术是由发电机中的主轴进行驱动，根据主机状态来对轴带发电机进行控制，而后随着电力电子元器件的不断更新换代，轴带发电系统基本上都采用了晶闸管逆变方式。为进一步增加船舶航运的节能效果，根据船舶的实际运行，开发了废气透平发电机与S/G组合的SSG系统。而在S/G系统中，由于发电机的所有输出工作都是通过变频器进行输出的，因此要求发电机上要安装大功率的电力电子元器件来满足船舶运行的要求。由于变频器的成本高、体积大，再加上变频器的功率因数非常低，研究人员根据这些问题提出了异步轴带发电机系统。这一系统主要是利用双馈异步电机转子频率补偿的原理来保持恒频稳压，从而达到节能的目的。（2）电力推进在船舶航运中，使用电力推进技术已经有很多年头了，但是之前的电力推进技术只是局限于一些小型的船舶，而随着电力电子技术的不断发展，电力推进技术的应用范围也越来越广泛，我们将电力推进系统分为直流传动和交流传动两大类。随着近几年船舶领域技术的发展，交流传动发展速度非常快，交流电力推进技术隐隐有替代直流推进技术的趋势。在交流电力的推进方式中，较为常见的电力推进有直流和交流两种无换向电动机推进系统。直流无换向电动机推进系统实质上是一个由交流———直流———交流变频器供电的同步电动机调速系统。而交流无换向电动机推进系统是由交流———交流变频器与同步电动机组成交流调速系统，虽然交流———交流变频器的输出频率会受到船舶整体运行的影响，但是大容量的船舶推进机是与驱动轴直接连接的，最重要的是船舶推进电机还是在低速的状态下运行的。因此，低频的交流———交流变频器是非常适用的。
2.2CAN电站测控相关技术
在研究CAN电站测控技术的过程中，要将发电机组、控制台和检测微机作为重点，并且将三者集中在在CAN电站测控的总线结构中，能建构有效的自动控制网络体系，借助网络和船上其他部分建立控制网络，维护整体控制检测的结果，真正发挥子控制区的参与效果，真正落实更加有效的管理策略。需要注意的是，在CAN电站测控项目中，相关节点的集成能有效完成测量和控制功能，并且保证控制台能及时接收具体发电机节点传输的测量结果，为后续监视工作的开展提供保障，能针对异常情况和特殊情况建立健全及时性的处理机制，提高技术运行的实际效率。在CAN电站测控体系中，若是采用容错功能的双冗余CAN总线进行设计，功能和MIL-STD-1553总线结构较为相似，利用时空冗余技术对冗余资源进行整合，从而维持船舶自动化信息数据的稳定性。在FPGA内部模块M采取双模块冗余设计方案后，能在t时刻输入信号Input，并结合M输出R（t），而在Input进行编解码冗余信号R（t+d）后，能借助信号比较器C对其进行比较，经过时间d1后形成Input（t+d1）的信号，最后整合为输出信号Output，完成信号的传递工作，以保证自动化关系和结构顺利建立。
2.3可靠性保障技术
（1）电磁干扰技术。
电磁干扰是影响船舶航运的重要因素，尤其是一些导航仪器与强电设备在启停瞬间对电磁干扰十分敏感。电磁干扰的产生需要具备三个条件，一是干扰源，二是将电磁干扰导向电力系统的传输介质，三是对电磁敏感的接收元件，只要破坏上述条件中的任意一个，就可以有效屏蔽电磁干扰，具体的方法包括消除干扰信号、隔离干扰源、切断电磁传播路径等。例如，采用独立的供电设备，并设置相应的滤波装置，对高频干扰信号进行过滤，可以有效解决交流电源所带来的电磁干扰问题。再比如，通常电气自动化系统的信号输入部分设置在船舶驾驶室，而信号接收部分则设置在机舱中，两者之间的信号线路较长，容易受到电磁干扰，对此，建议采用电磁屏蔽性能较好的传输介质，也可以将遥控系统的输入、输出信号分开，均对解决电磁干扰有较好的效果。（2）储备冗余处理。储备冗余技术通过增设并联单元的方式来提高船舶电气自动化系统的可靠性与稳定性。在船舶电气自动化系统中，通常需要开设三台机组储备，且各机组储备的设计功能基本一致，以确保各机组既能够独立运作，又能够相互备用。正常情况下，船舶电气自动化系统中的工作与储备单元是彼此分开的，各单元既能够独立运作，也能够相互合作，若其中任一单元在运作期间发生故障，则储备单元可立即进入工作状态，从而大大提高了船舶电气自动化系统的安全性与稳定性。（3）容错技术容错保障技术容错保障技术通常有以下几点优点：能够用来检测并诊断出电气设备的故障；能够很好的控制船舶电气设备系统中出现的故障，并且能够有效采取应对措施处理这些故障。通常情况下，使用容错保障技术能够将船舶电气自动化技术进行分类，一般能够分为三类：启动备用机组，将运行电气机组中的负荷降到最低；启动备用机组，而后待机组运行持续一段时间后，再将运行过程中发生故障的机组停止运行；再一次重新停止电气机组，同时将备用的电气机组启用起来。所以，一旦船舶电气系统有前两种故障出现后，停止设备运行后，电气机组会产生一种信号对发生的障碍进行一定的阻塞，并能持续保持该状态，直到设备的故障消除为止。之后将阻塞按钮按下，这样生成了的阻塞信号才会被解除，以使得新发出的启动设备生效，如果不按照相应的顺序进行，将无法重新启动该机组，基于此，就能够避免不断扩大电气系统设备中出现的故障，最终确保船舶电气系统足够的可靠稳定。
3船舶电气自动化的发展趋势
3.1系统监控综合化
因为目前电气设备已经具备了较强的功能，同时在船舶中获得了大量的运用，能够实现更加灵活的资源配置。伴随计算机技术的不断发展，逐渐达到了人机接触外表的设计标准，操作相对灵活，主菜单创建、操作便利，分类图片的转型与运行是非常灵活的，能够通过相应的软件针对各种功能进行选择，经过屏幕按钮可以直接选择。然而，按照性能需求不同的船舶在新时期的先进程度要求，然而单一的运用程序必然会逐渐转向于综合监测系统，由于运用了整体监督的方式，能够形成双重又或是多重冗余，其对于加强整个系统又或是船舶自身的可靠性有着非常重要的促进作用。
3.2系统网络化
工业生产可以达到自动化生产目标最为重要的缘由之一便是总线技术与数字化技术的运用，然而总线技术的运用，达到了各种信号线间的集成，为模块与模块之间、设备与模块之间的通信创造了标准化的信号通道。现场总线技术是一类双向的数字通信技术，能够运用于现场设备连接、模块与控制装置连接。现阶段的现场总线技术大都运用双层网络架构，第一层大多运用于收集数据和传送网，而第二层则是控制网，控制网往往运用冗余结构，以加强整个系统的可靠性。为了提升其安全性，分散风险，系统能够划分成大量的子网，例如推进系统网、电力监控系统网以及消防系统网等等，系统的网络化设定，不但能够达到各个子系统间的功能集合，同时还能够使得分布式系统在数据收集与控制平台相互融合，并且还具备极强的主动性。如果系统控制平台当中的部分设备破损，必然会对其它设备的运行造成影响，设备冗余又或是网络冗余、不间断后备电源，在一定程度上加强了系统的生存能力。各个网络系统的整体优势便是运用高层次与数字化的自动化技术以代替最初的人工操作，推动船舶制造业又好又快的发展。
3.3智能化
航运作为运输系统的关键构成部分，其未来必然会有非常广阔的发展空间，伴随通信技术、电力电子技术以及自动控制技术等先进技术广泛运用于船舶制造领域，将会在较大程度上加强船舶制造行业的电气自动化水平。但是机电一体化逐渐渗透进各个学科中，造成电子与电力、弱电和强电间的界线并不是那么的清晰，并且模糊计算技术与人工智能技术的运用拓宽了船舶电气自动化的控制领域，此必定会船舶建造行业与航运事业的改革产生极其深远的影响。以中控系统为例进行分析，将会逐渐由基层电脑监控系统转向于零散型电脑监控系统，接着逐步发展到多级监控体系以及网络智能化监控系统。
结语
船舶电气自动化技术对于船舶行业相关项目的发展具有重要作用。电气自动化技术的应用涉及到船舶行业的很多方面，电力电子技术主要应用于轴带发电及电力进行推进管理相关项目中，电站测控相关技术的使用提高了工作效率，可靠性保障相关技术使船舶电气自动化相关设备运转更加安全可靠。船舶电气自动化技术发展趋势主要表现为电气自动化技术应用效率的提高、电气自动化技术相关设备的不断完善及电气自动化技术监管系统不断严密。
参考文献
[1]万曼影，杜家瑞，汤洁.CAN网络在机舱自动化系统中的应用研究［J］.交通部上海船舶运输科学研究所学报，2018，（02）：114-115.
[2]杜家瑞，万曼影，王俊雄.CAN网络在船舶电站自动化系统中的应用研究［J］.交通部上海船舶运输科学研究所学报，2018，（01）：122-123.
[3]汤旭晶，黎庶，陈汛平，等.轮机工程专业电气自动化综合实验设计［J］.航海教育研究，2019，（01）：67-68.