船舶智能控制系统技术运用

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摘要：随着人工智能、大数据、物联网等前沿科技与船舶制造的深度融合，船舶控制系统也逐步实现从自动控制到智能控制的转变。智能控制系统是未来数字船舶运营的重要技术支撑，是下一代数字船舶必不可少的核心系统。要保证船舶智能控制系统工作的可靠性，要做好对系统的设计、生产以及运行维护工作。如何在船舶智能控制系统应用的设计出发，提升系统性能，保障系统的良好运行，有着十分重要的意义。本文简要阐述船舶智能控制系统的特点，分析了系统设计架构、系统冗余设计、远程维保、电磁兼容等问题，以供参考。

关键词：船舶智能控制系统；相关技术；数字船舶

0引言

船舶智能控制系统是下一代智能船舶的重要系统，该系统的运行稳定性直接影响着船舶航行的可靠性与安全性。为此重点研究相关技术的具体应用，让船舶智能控制系统集成化、数字化、信息化，更好地实现船舶制造、船舶运营的低成本、高效率，这对我国船舶业发展有着十分重要的意义[1]。

1船舶智能控制系统的主要特点

船舶智能控制系统是在船舶自动化系统基础上发展的一门新兴交叉技术，其充分借鉴了自动化控制的应用经验，呈现出独特的技术优势，是对传统电气自动化技术的融合与颠覆。随着现代船舶内部数字化、智能化设备数量的不断增加，现代船舶的整体操纵性能得到了提升。传统的自动化系统是在船员的监管操作下，实现对船舶的控制和管理。而智能控制系统的最大特点是接入人工智能，依靠其学习能力，结合外部输入条件及系统运行采样数据，生成相应的操作指令，保证船舶内部各类设备的操作稳定性，实现对船舶内部关键重点设备的全面在线监测与自动控制。船舶智能控制系统的构建更高效地响应船舶运行时发生的突发事件或误操作行为，并根据具体问题给予妥善的应对措施，进而保证船舶行驶过程中通导设备、航行设备、推进装置的安全性与稳定性。船舶智能控制系统具有网络可控化与远程监控的技术特点，其通过数字技术、网络技术的应用，能够为船舶智能控制系统的网络化控制提供良好基础。在此基础上，船舶智能控制系统还应用了现场总线技术，为船舶与岸上、船舶内部各设备模块之间提供了可靠的信息传输通道，实现对各种信号的有效集合，提升系统组态的灵活性，进而让船舶智能控制系统的稳定性与可靠性得到了保障。在数字化信息技术的支持下，船舶智能控制系统所具备的功能更加丰富，再融合不断发展的物联网技术，船舶控制系统操作将更便捷，降低对操作者的专业水平要求[2]。

2船舶智能控制系统应用的思考

2.1船舶智能控制系统设计

船舶智能控制系统，其应用范围已经从原来单一的船舶设备自动化管理功能，提升为包含船舶远程视频监督、航行动态能效、船舶油耗、排放监控平台的物联网场景，包含航运物流、码头、生活补给以及船员调配在内的供应管理系统，是典型的船-岸互动应用场景。为实现这些功能，船舶系统将大量采用数字传感器技术、状态监测技术与故障诊断技术(AMS)、预警并自动修复技术、以及自动驾驶（AUTO-PILOT）和自主航行线路规划(ECDIS)技术、高带宽卫星通信技术。船舶智能控制系统的设计不要求大求全，但兼顾未来发展与实际需要。近年为减少发电机组在船舶靠岸后的排放，很多船舶配置了高压岸电系统，但实际上很多港口没有对应接口，反而造成浪费。目前相关国际机构虽然完成了智能船舶的初步分级，但对于智能船舶及其系统的技术难度等级划分、量化评价尚未完全达成共识。如罗-罗分级方案，LR分级方案及BV分级方案就存在标准不同的情况。但不可忽略的是，无论哪种分级方式，都把遥控操作和船舶自主航行作为了重点研究方向。而要实现这两大功能，充分考虑电磁兼容，确保船舶内部设备运行平稳，外部通讯稳定显得十分重要[3]。

2.2智能控制系统冗余设计

冗余处理技术是通过在船舶智能控制系统中通过硬件冗余或者软件冗余的方式，让智能控制系统的安全性得到提升。如在化学品船液货系统中，可以采用多联驱动变频液货泵，实现各机组之间独立工作、交叉互补。当1个机组出现故障问题时，另外几个机组可以分担故障机组的工作任务，进而达到相互备用的效果。而对于自动化主系统等关键设备的供电，则可采用多联UPS不间断电源供电等方式，确保智能控制系统运行更加稳定，对系统故障的容错能力更强。而对于软件部分，可以通过采用不同的算法、不同的编程指令、增加数据位等方式，确保系统能够将损坏的文件或者数据恢复到故障之前的状态，整个智能控制系统在重启后能迅速正常工作[4]。

2.3船舶智能控制维护及远程管理系统

系统智能控制维护是为了系统在发生非致命故障时，能够自动发现故障的位置，确定故障的性质，自动采取隔离替换措施或者给出处理建议及方案，让系统的主要功能保持正常。而智能管理在船舶智能控制系统中的应用，可以不依赖于船员而发出合理的运行指令，如船舶NOx出现排放超标，系统会根据数据采样对故障位置及故障原因做出分析，给出针对性的处理措施。远程监控则是在采集导航助航数据（AIS，VDR，SSAS、计程仪、风速风向仪等），把机舱自动化数据（油耗、船体性能、能效、自动化控制、自动监测等）通过v-sat卫星传送至岸基公司安全监控平台，并实时分享给各终端部门，能将故障影响降至最低，为后续船舶运行提供建议方案[5]。

2.4智能控制系统与电磁兼容

船舶智能控制系统因其复杂的信号源、交叉的信号传输路径，大量低信号电压数字设备的同时使用，导致不同的设备在各种工况下都会受到传导干扰或辐射干扰，影响系统的正常运行。如果系统的运行自然环境较恶劣，需要通过电磁兼容保障技术来提高系统的抗干扰能力，确保系统的正常运行。智能控制系统的抗干扰主要通过隔离干扰、改变传输介质等方法实现，几种抗干扰方法技术特点如下：1）信号隔离，是指通过隔离干扰的方式实现电磁兼容。在船舶智能控制系统的交流电源出现电磁干扰时，系统的运行可靠性会受到影响。为了保证系统的正常运行，可在其交流电源输出线路上安装隔离变压器，实现独立供电，将存在电磁干扰的供电线路进行隔离。另外，通过将电力电路与通讯电路分开布置的方式，能实现对电磁干扰的有效隔离，进而降低电磁干扰对船舶智能控制系统的影响。为了加强船舶智能控制系统的抗干扰能力，除了加装隔离变压器以外，还可以在交流电源输出线路上加装电源滤波器，以此实现对高频信号的阻隔，让电磁干扰进一步降低。2）改变传输介质，在船舶智能控制系统中，可以通过改变其信号传输介质的方法来减少电磁干扰。如对于各类PT100传感器、压力变送器的模拟信号，可以通过信号转换器来实现干扰信号与控制系统的隔离。3）系统接地，通信电缆（CAN总线和RS485）要采用屏蔽电缆，并实施单端接地，距离较远时尽量采用光纤通讯。变频设备必须要使用变频专用电缆，末端屏蔽采用360度环绕接地，确保接地连续可靠[6-8]。

3结语

随着云计算、人工智能等科学技术的不断突破，人类对船舶航行安全性、生态友好性的需求不断加大。舶舶智能控制系统将在船舶运营管理、远程监测、自动控制中发挥作用，逐步减少船员配置，最终实现无人化运行、自动靠泊、离港也将变为现实。

作者:谢建宏 单位:中船澄西船舶修造有限公司