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船舶自动化论文

摘要

本论文结合电站自动化系统和主机遥控系统应用实例，依据船舶自动化系统设计经验以及沪东厂成功建造的各型船舶，就船舶机舱自动化现状、功能和特性、现行规范对自动化船舶分级及入级设计要求、主要配置的监测、报警、辅机的遥控操作和自动切换以及自动化系统的试验、验收等进行了综述；较好地总结了船舶自动化系统的设计规律，基本理顺了船舶自动化系统设计思路，可以指导今后的船舶自动化造船设计工作。

并以此为基础，关注船舶电气自动化的新技术及发展方向。

并进而展望未来船舶自动化发展趋势，紧跟电气自动化的发展潮流，以适应现代的船舶造船设计之需要。

使我们的造船设计水平再上新台阶，并为我国建造高水平的船舶作出贡献。

关键词:

电站自动化系统电站监控主机遥控系统监测报警

目录

摘要I

第一章绪论1

1.1机舱自动化发展历史及现状1

1.2机舱自动化配置及其主要系统1

第二章电站自动化系统6

2.1电站自动化系统的历史与发展6

2.2电站自动化系统的一般介绍6

2.2.1安全保护系统7

2.2.2自动控制系统7

2.2.3自动监测报警记录系统9

第三章主机遥控系统16

3.1主机遥控系统的历史与发展概况16

3.2主机遥控系统的基本形式16

3.2.1机械遥控系统16

3.2.2液压控制系统16

3.2.3气动遥控系统17

3.2.4电动遥控17

3.2.5气电遥控系统17

第四章自动化船舶发展趋势展望45

结论46

第一章绪论

1.1机舱自动化发展历史及现状

舰艇装备武器、观导、通信系统的自动化、电子程控化是衡量舰艇现代化程度的主要尺度，而机舱自动化是当代舰船共同研发的课题。

然而，由于舰船使用任务的差异，受其战术技术要求或和技术经济指标的制约，在船舶自动化设计上也会有不同的定位和取向。

舰艇机舱自动化设置的目的在于避免和防止船员判断和操作失当，贻误战机，其次为减轻船员大量重复体力消耗，进而提高其战斗力和生命力。

民用船舶机舱自动化除安全可靠因素外，尤以追求船舶运行的经济性为目的。

从本世纪50年代机电设备单元（或单机）自动化在舰船上大量采用，1961年日本建成“金华山丸”号，实现机舱集中控制和驾驶室遥控主机，成为世界上第一艘自动化船。

60年代中期发展无人值班机舱，出现了第二代自动化船，如1964年日本为丹麦建造的“赛灵月”号（SELEMDAM）65型油船。

该船除了机舱集中控制和驾驶室遥控主机外，还有火灾探测及自动灭火装置。

在机舱、驾驶室和船员居住区之间设有通信和报警装置。

其后，各国船级社陆续出台了满足不同程度自动化分级的一人或无人值班机舱船舶的技术标准，从而使舰船机舱自动化纳入规范化。

1.2机舱自动化配置及其主要系统

分析研究沪东设计建造的自动化舰船，机舱自动化的配置和主要系统大致如下:

1.主推进装置自动化系统；

2.主柴油发电机组及电站自动化系统；

3.应急柴油发电机组自动化系统；

4.艏侧向推进装置遥控系统；

5.舰船自动减摇鳍/减摇水舱系统；

6.探火、易燃易爆气体探测、浸水报警、消防灭火等损害管制系统；

7.甲板机械自动化系统；

8.冷藏、空调、通风、辅锅炉或废气热油锅炉自动化系统；

9.焚烧炉、舱底水、生活污水、油净化器等环保设备自动化系统；

10.CO2/N2气等、惰性保护气体发生器系统；

11.离子膜海水制淡系统；

12.液货/干货（横向、纵向、垂直）补给系统；

13.直升飞机支援系统；

14.燃油/滑油输送阀控系统；

15.疏水/压载阀控系统；

16.液货阀控系统；

17.全船监测报警、打印系统；

18.冷藏集装箱控制监测系统；

19.其它辅助系统-传令、呼叫、时钟、监护等。

以上，各系统在舰船上的配置、在船东订货技术规格书有不同约定，每一系统一经设置，就必须满足有关船级社的规范。

第二章电站自动化系统

2.1电站自动化系统的历史与发展

船舶电站是船舶的重要组成部分，而电站自动化是船舶自动化的主要内容之一。

电站运行的可靠性、经济性及自动化程度对保证船舶安全、经济航行具有重要意义。

随着船舶向大型化和多功能化发展，对船舶电站提出的要求也越来越高，因而船舶电站在近几十年中有了很大的发展，其发展的突出标志是自动化。

国外船舶自动化一开始大多是从电气部分着手，从最原始的手动本地操纵进化成手动遥控操纵，再进一步发展成半自动控制，最后发展到目前的最高水平的电站全自动控制的无人值班机舱。

早在60年代初期，日本、德国、英国等国就有电站单元自动化装置，如:

英国的MMF自并车装置，日本的XET自动并车装置和XPT自动负荷分配装置。

到70年代中后期，人们在单元自动化装置的基础上，把它们系统地组合成成套电站自动化设备，系统可在集控室进行集中控制，如:

“里言斯顿”号船上的SEPA电站自动化控制系统，日本“星光”号船上电站自动化系统。

随着微型计算机的发展和推广应用，在80年代初期国外研制成功了微型计算机单机控制系统，如:

用在我国“德大”轮上的日本大发公司配套的电站自动化控制系统，广州远洋公司15000吨上使用的丹麦SEMCO公司的APM电动自动化系统。

到80年代中后期，随着微机网络技术的日趋成熟，国外众多国家相继开发研制多微机分布式网络型自动化控制系统，如:

西门子、AEG等国际著名的大公司近期的产品，是目前国际上最新技术产品。

我国在船舶电站自动化方面起步较晚，而且计算机技术发展和应用落后于国际水平。

因此，在电站自动化技术方面存在很大差距。

前儿年，国内研制生产并投入使用的电站自动化产品，在技术上大都相当于国外六七十年代的产品，是分立元件单元化控制装置，在测量、控制精度及性能稳定性和可靠性方面均不太理想。

近几年，也有不少单微机电站自动化系统，但由于其存在着一旦微机出现故障则整个电站自动化功能将全部失效等这一系统性先天不足问题，因此这一产品的推广应用也受到限制。

随着船舶向大型化、自动化方向发展，对船舶电站提出了更高的要求，因此，一个高可靠性、功能齐全的网络型多微机分布式电站自动化控制系统将是未来船舶电站自动化的发展趋势。

2.2电站自动化系统的一般介绍

电站自动化系统，它应包含三大部分，即安全保护系统、自动控制系统和自动监测报警记录系统。

下面对以上三个子系统作一般介绍。

2.2.1安全保护系统

对于船舶电站安全保护系统又可分为原动机安全保护和电力系统安全保护。

1.原动机为柴油机的安全保护，主要包括:

（1）滑油压力过低应急停机；

（2）机组超速应急停机；

（3）机组冷却水温度过高应急停机等。

2.原动机为汽轮机的安全保护，主要包括:

（1）滑油压力过低应急停机；

（2）机组超速应急停机；

（3）机组轴向位移过大停机；

（4）机组冷凝器内真空度过低停机。

3.电力系统安全保护一般来说主要包括如下几种:

（1）过载保护，当运行发电机的输出功率或电流超过其额定值时，过载保护起作用。

一般情况下，当过载达101%-120%额定值时，延时5-10s，自动卸掉部分次要负载；当过载达150%额定值时，延时10-20s，使发电机自动跳闸；

（2）定子绕组内部短路保护，对于额定功率大于1000kW的发电机组，当发电机运行主开关未合闸时，发电机电流I≥30%额定电流，则发电机自动消磁保护；

（3）发电机外部短路保护，当发电机电流为3-5倍额定电流时，延时0.2-0.6s使发电机跳闸；当发电机电流为5-10倍额定电流时，瞬时动作时发电机跳闸；

（4）欠压保护，对带时限的发电机欠压保护，当发电机电压少低于其额定电压70%-80%时，延时1.5-3s跳闸；对不带时限的发电机欠压保护，当发电机电压低于其额定电压40%-57%时发电机跳闸；

（5）逆功率保护，当发电机出现逆功时，其逆功为8%额定功率，延时5-8s使发电机跳闸；

以上为一般船舶电站安全保护系统应考虑的功能，在特殊情况下还应考虑过压、过频和欠频保护。

2.2.2自动控制系统

船舶电站自动控制系统是电站自动化的核心，它所包含的内容繁多，下面就各个功能逐个介绍。

1.电压自动调整。

电压自动调整就是对发电机磁场的自动调节，从而达到发电机输出电压的稳定。

衡量自动电压调节器的性能指标有二个，即静态特性和动态特性。

一般情况下，静态电压调整率应不超过额定电压的±2.5%；动态电压调整率不超过额定电压的±15%，恢复时间不超过1.5s（电压波动≤3%额定电压）；

2.机组自动起动。

机组自动起动时应具有三次起动功能，若三次起动失败则应给出指示及报警。

一般出现以下情况时，备用机组应自动起动:

（1）电网失电；

（2）在网运行机组的平均功率大于85%Pe；

（3）在网运行机组发生故障需要换机或停机；

（4）机组接到人工起动指令时。

3.首机自动投入。

在电站电网失电时，备用机组自动起动，最先起动成功的备用机组投入电网供用；

4.自动准同步并车。

电站系统需要自动增加机组时，在备用机组起动成功后，自动进入准同步并车程序，根据并车三个条件:

相电压相等、频率相同及相位差为零，自动测量和调整发电机电压、频率及相位，使并车三个条件满足并发合闸信号，一般合闸信号要提前几十毫秒发出，并且待并发电机的频率要略大于电网频率；

5.自动调频调载。

对已投入电网运行的发电机组自动实现频率及有功负荷分配制度，使各运行机组负载按比例分配，一般负载分配差度小于±5%Pe，频率调节精度为50±0.25Hz；

6.自动转移负荷及分闸（或称解列）。

对已投入电网运行的机组出现以下情况时，则按顺序运行机组逐个解列:

（1）在网运行机组平均功率小于30%Pe；

（2）机组有冷却水高温、滑油压力低等二级故障；

（3）有人工解列指令，且P=ΣPi/n-1≤85%Pe。

当解列机组的负载转移到小于10%Pe时，发分闸信号。

7.机组自动停机。

当投入电网运行的机组解列分闸后，则该机组就自动停机。

一般情况下，机组出现以下情况之一则自动停机；

（1）机组有严重故障（应急保护停机）或二类故障；

（2）机组平均负荷小于30%Pe，则先解列再自动停机；

（3）机组接到人工指令需要停机。

8.大负荷起动询问控制。

大负荷设备起动前发询问信号，电站自动控制系统接到信号后进行储备功率计算，若储备功率大于大负荷设备的额定功率，则大负荷即可起动；若储备功率小于大负荷设备的额定功率，则首先起动备用机组投入使储备功率满足条件后，大负荷设备才可投入运行；

9.原动机预润滑预热控制。

电站机组在长期不用或环境温度较低的条件下，机组自动起动前首先要进行原动机的预润滑，主要是控制机组预供油泵投入运行一段时间，待机组起动成功后再停止，此后机组的润滑工作由机带润滑泵承担；其次，是对机组冷却水的预热，自动起动冷却水加热装置给冷却水预热。

一般冷却水预热装置有电预热和蒸汽预热二种。

2.2.3自动监测报警记录系统

1.显示和打印：

（1）动态显示被测参数；

（2）动态实时显示电站系统各种状态图；

（3）可进行运行参数全段、分页、故障、故障恢复及召唤等各种打印。

2.报警同时发出声光信号。

声响报警信号应有信号收悉后的消声装置，但消声后不得影响后来报警信号的收悉。

光报警信号应为闪光信号，当声响信号被消声时，闪光信号应同时转为平光信号，并一直保留到故障消除为止；

3.有关机器正常的停机和启动过程中，必然会引起某些控制参数过多地偏离整定值，此时考虑能自动联锁报警屏蔽线路，以防报警器误报警；

4.报警系统线路独立于安全系统，并尽量独立于控制系统线路。

同时应能对报警系统的所有声光报警和指示灯工作状况进行试验；

5.所有测点均可以进行整点自动记录、报警和消警记录及应急自动记录功能。

第三章主机遥控系统

3.1主机遥控系统的历史与发展概况

舰船机舱主机遥控系统是舰船机舱自动化的重要组成部分。

在本世