嚴(yán)成麟（金海重工股份有限公司,浙江 舟山 316200）

探析數(shù)字控制技術(shù)在船舶電氣系統(tǒng)的應(yīng)用

嚴(yán)成麟
（金海重工股份有限公司,浙江 舟山 316200）

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，在船舶電氣系統(tǒng)中，自動化程度越來越高，數(shù)字控制技術(shù)的引入滿足了這種要求。數(shù)字技術(shù)取代了傳統(tǒng)的經(jīng)典控制技術(shù)，并因為電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字電子技術(shù)的跨越式的發(fā)展，提高了電氣系統(tǒng)的整體性能，從而提升船舶整體的自動化水平。本文主要介紹了數(shù)字控制技術(shù)在船舶電氣系統(tǒng)中具體應(yīng)用和優(yōu)點(diǎn)，希望能夠推動數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：數(shù)字控制技術(shù);船舶電氣;電子技術(shù)

1 數(shù)字控制技術(shù)簡介

數(shù)字控制技術(shù)簡單來說就是利用數(shù)字信息化系統(tǒng)對外界機(jī)械等設(shè)備實(shí)行控制，主要有4部分組成，分別是監(jiān)控部分、控制部分、中央處理部分以及執(zhí)行部位。中央處理部分是整個設(shè)備的核心，是系統(tǒng)的大腦，對輸入端以及檢測端傳來的信息進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)對執(zhí)行部位的控制。整個系統(tǒng)可以自動化運(yùn)行，也可以手動進(jìn)行，方便操控的同時，提高安全指數(shù)。數(shù)字控制技術(shù)是控制理論及電子技術(shù)緊密結(jié)合而出現(xiàn)的新型控制技術(shù)，這種技術(shù)代替了人工控制，實(shí)現(xiàn)了電腦控制機(jī)械工作。一方面電腦控制能夠進(jìn)行精密加工，誤差較小，另一方面，電腦控制可以節(jié)約大量的人力資源，從而降低成本。

2 船舶電氣系統(tǒng)的組成

船舶電氣系統(tǒng)主要由如下部分構(gòu)成，船舶電源裝置，船舶配電裝置，船舶電力網(wǎng)，負(fù)載等。船舶電源裝置是將機(jī)械能電能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，船舶的電源裝置主要指發(fā)電機(jī)、蓄電池。

船舶配電裝置，對電源即發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能、電力網(wǎng)和電力負(fù)載進(jìn)行保護(hù)，分配，轉(zhuǎn)換，控制和檢測的裝置。根據(jù)供電范圍和對象的不同可分為主配電板、應(yīng)急配電板、動力分配電板、照明分配電板和蓄電池充放電板等。船舶電力網(wǎng)，是全船電纜電線的總稱 ，作用是將各種電源與負(fù)載按一定關(guān)系連接起來。根據(jù)其所接負(fù)載的性質(zhì)，可分為動力電網(wǎng)、低壓電網(wǎng)、照明電網(wǎng)、應(yīng)急電網(wǎng)和小應(yīng)急電網(wǎng)等。 負(fù)載 :用電設(shè)備， 按系統(tǒng)可分為以下幾類：（1）動力裝置用輔機(jī)如滑油泵、海水冷卻泵、淡水泵、鼓風(fēng)機(jī)等；（2）甲板機(jī)械錨機(jī)、絞纜機(jī)、舵機(jī)、起貨機(jī)、舷梯機(jī)和起艇機(jī)等；（3）艙室輔機(jī)生活用水泵、消防泵、艙底泵以及為輔鍋爐服務(wù)的輔機(jī)等；（4）機(jī)修機(jī)械 車床、鉆床、電焊機(jī)和盤車機(jī)等。

3 數(shù)字控制技術(shù)在船舶電氣系統(tǒng)的具體應(yīng)用分析

3.1 一次電源應(yīng)用分析

一次電源，顧名思義就是能量轉(zhuǎn)換裝置，將其他形式的能量轉(zhuǎn)換成電能，指原動機(jī)和發(fā)電機(jī)等。一次電源通常比較不穩(wěn)定，可通過一個閉環(huán)自動控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，能夠降低電壓和電流的波動造成的影響。在經(jīng)典的模擬控制技術(shù)中，主要是利用反饋技術(shù)，通過反饋的信息來調(diào)節(jié)電流以及電壓，這種技術(shù)中需要電壓、頻率等參數(shù)進(jìn)行采樣，由于采樣信息變化速度快，而且因周圍環(huán)境的干擾能力等因素，受到很大的制約。數(shù)字控制技術(shù)的引入解決了這一難題，數(shù)字控制技術(shù)對電氣參數(shù)及時通過傳感器輸送到中央處理器，經(jīng)過處理并實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，這樣避免了干擾和時間延遲。傳統(tǒng)的技術(shù)是基于線性控制理論基礎(chǔ)上的，但一次電源工作不穩(wěn)定常常會出現(xiàn)其他的非線性的情況而基于數(shù)字控制技術(shù)的處理器能夠?qū)Σ煌那闆r做出精確的判斷，從而提高了一次電源的穩(wěn)定性，保證了船舶電網(wǎng)和設(shè)備的安全性。

3.2 二次電源應(yīng)用分析

二次電源主要是針對于不同的電子設(shè)備，實(shí)現(xiàn)電壓的轉(zhuǎn)換，不同的設(shè)備工作電壓不同，相對于一次電源而言要復(fù)雜得多。電網(wǎng)的質(zhì)量直接決定了船舶的性能，在軍用艦船中，甚至直接決定了戰(zhàn)艦的生存能力，在民用船舶中先進(jìn)的電子設(shè)備能夠提高船舶的抗災(zāi)能力，導(dǎo)航系統(tǒng)、氣象檢測系統(tǒng)，都很大程度上減少了事故的發(fā)生。數(shù)字控制技術(shù)的應(yīng)用，為電子設(shè)備提供了穩(wěn)定可靠的電力支持。數(shù)控技術(shù)的高效性能夠短時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)電能變換，提高了能源了利用率，對于船舶這種獨(dú)立電源系統(tǒng)來說很重要。同時數(shù)字控制技術(shù)的引入提高了二次電源的穩(wěn)定性，將傳統(tǒng)的多單元控制轉(zhuǎn)換成單一單元控制，提高了集成度，提高了設(shè)備的穩(wěn)定性。數(shù)字控制技術(shù)能夠提高電氣系統(tǒng)的自動化程度，減少了人工環(huán)節(jié)，提高了工作效率和人員利用率，數(shù)字控制技術(shù)能夠提高船舶的智能化水平，還能夠降低電磁干擾，提高電磁兼容性。電磁兼容能力在電氣系統(tǒng)中占有重要地位，是衡量電氣系統(tǒng)先進(jìn)程度的指標(biāo)。電子設(shè)備如果受到很大的電磁干擾不僅會出現(xiàn)錯誤的判斷，對于設(shè)備的壽命也會產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，嚴(yán)重的還會導(dǎo)致設(shè)備損壞。電源開關(guān)是產(chǎn)生電磁干擾的主要原因，數(shù)字控制技術(shù)通過計算器控制，是在全程通電的過程中實(shí)現(xiàn)的控制，電路的開關(guān)并不是傳統(tǒng)的手動開關(guān)，而是模擬電路控制，不會產(chǎn)生電磁干擾，這就有效的緩解了電磁干擾帶來的弊端。

3.3 船舶輔助設(shè)備應(yīng)用分析

船舶的輔助設(shè)備主要是外部的設(shè)備，包括泵類，這種負(fù)載是通過電動機(jī)，將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。數(shù)字控制技術(shù)在這方面的應(yīng)用主要是控制變頻調(diào)節(jié)技術(shù)，既能節(jié)約能源，提高利用率，又能對設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，是這方面的主要研究點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷提高，變頻技術(shù)發(fā)展很快，變頻技術(shù)還能減輕電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)，對于電站的穩(wěn)定性有一定的積極作用。船舶輔助設(shè)備消耗的功率大，相應(yīng)的無用功率也比較多，這些功率的損耗主要是發(fā)熱，這大大降低了電能的傳輸效率，增加了電站的負(fù)荷，同時也使電網(wǎng)受損。變頻技術(shù)能夠通過控制器及時調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速，降低無用功率，從而實(shí)現(xiàn)整體的提升。同時變頻技術(shù)應(yīng)用于船舶電力推進(jìn)以及側(cè)推等推進(jìn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對船舶速度的精準(zhǔn)控制。

4 結(jié)語

科技的進(jìn)步帶來的是各個行業(yè)新的發(fā)展，數(shù)字控制技術(shù)應(yīng)用于船舶電氣系統(tǒng)后，解決了困擾電氣控制的諸多難題。在電氣系統(tǒng)的一次電源、二次電源和輔助設(shè)備中，數(shù)字控制系統(tǒng)起著十分重要的作用。數(shù)字控制技術(shù)作為信息時代的產(chǎn)物，是高科技的標(biāo)志，在船舶電氣系統(tǒng)中的發(fā)展前景十分廣闊，對這方面的研究符合時代的需求，對于船舶新技術(shù)的發(fā)展有重要意義。

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作者簡介：嚴(yán)成麟，男，上海人，研究方向：船舶電氣專業(yè)。