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摘要：隨著人工智能、大數據、物聯網等前沿科技與船舶制造的深度融合，船舶控制系統也逐步實現從自動控制到智能控制的轉變。智能控制系統是未來數字船舶運營的重要技術支撐，是下一代數字船舶必不可少的核心系統。要保證船舶智能控制系統工作的可靠性，要做好對系統的設計、生產以及運行維護工作。如何在船舶智能控制系統應用的設計出發，提升系統性能，保障系統的良好運行，有著十分重要的意義。本文簡要闡述船舶智能控制系統的特點，分析了系統設計架構、系統冗余設計、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；相關技術；數字船舶

0引言

船舶智能控制系統是下一代智能船舶的重要系統，該系統的運行穩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集成化、數字化、信息化，更好地實現船舶制造、船舶運營的低成本、高效率，這對我國船舶業發展有著十分重要的意義[1]。

1船舶智能控制系統的主要特點

船舶智能控制系統是在船舶自動化系統基礎上發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，呈現出獨特的技術優勢，是對傳統電氣自動化技術的融合與顛覆。隨著現代船舶內部數字化、智能化設備數量的不斷增加，現代船舶的整體操縱性能得到了提升。傳統的自動化系統是在船員的監管操作下，實現對船舶的控制和管理。而智能控制系統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運行采樣數據，生成相應的操作指令，保證船舶內部各類設備的操作穩定性，實現對船舶內部關鍵重點設備的全面在線監測與自動控制。船舶智能控制系統的構建更高效地響應船舶運行時發生的突發事件或誤操作行為，并根據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定性。船舶智能控制系統具有網絡可控化與遠程監控的技術特點，其通過數字技術、網絡技術的應用，能夠為船舶智能控制系統的網絡化控制提供良好基礎。在此基礎上，船舶智能控制系統還應用了現場總線技術，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，實現對各種信號的有效集合，提升系統組態的靈活性，進而讓船舶智能控制系統的穩定性與可靠性得到了保障。在數字化信息技術的支持下，船舶智能控制系統所具備的功能更加豐富，再融合不斷發展的物聯網技術，船舶控制系統操作將更便捷，降低對操作者的專業水平要求[2]。

2船舶智能控制系統應用的思考

2.1船舶智能控制系統設計

船舶智能控制系統，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督、航行動態能效、船舶油耗、排放監控平臺的物聯網場景，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，是典型的船-岸互動應用場景。為實現這些功能，船舶系統將大量采用數字傳感器技術、狀態監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）和自主航行線路規劃(ECDIS)技術、高帶寬衛星通信技術。船舶智能控制系統的設計不要求大求全，但兼顧未來發展與實際需要。近年為減少發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，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，外部通訊穩定顯得十分重要[3]。

2.2智能控制系統冗余設計

冗余處理技術是通過在船舶智能控制系統中通過硬件冗余或者軟件冗余的方式，讓智能控制系統的安全性得到提升。如在化學品船液貨系統中，可以采用多聯驅動變頻液貨泵，實現各機組之間獨立工作、交叉互補。當1個機組出現故障問題時，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等關鍵設備的供電，則可采用多聯UPS不間斷電源供電等方式，確保智能控制系統運行更加穩定，對系統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、增加數據位等方式，確保系統能夠將損壞的文件或者數據恢復到故障之前的狀態，整個智能控制系統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

系統智能控制維護是為了系統在發生非致命故障時，能夠自動發現故障的位置，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，讓系統的主要功能保持正常。而智能管理在船舶智能控制系統中的應用，可以不依賴于船員而發出合理的運行指令，如船舶NOx出現排放超標，系統會根據數據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。遠程監控則是在采集導航助航數據（AIS，VDR，SSAS、計程儀、風速風向儀等），把機艙自動化數據（油耗、船體性能、能效、自動化控制、自動監測等）通過v-sat衛星傳送至岸基公司安全監控平臺，并實時分享給各終端部門，能將故障影響降至最低，為后續船舶運行提供建議方案[5]。

2.4智能控制系統與電磁兼容

船舶智能控制系統因其復雜的信號源、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，影響系統的正常運行。如果系統的運行自然環境較惡劣，需要通過電磁兼容保障技術來提高系統的抗干擾能力，確保系統的正常運行。智能控制系統的抗干擾主要通過隔離干擾、改變傳輸介質等方法實現，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電磁兼容。在船舶智能控制系統的交流電源出現電磁干擾時，系統的運行可靠性會受到影響。為了保證系統的正常運行，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的影響。為了加強船舶智能控制系統的抗干擾能力，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干擾信號與控制系統的隔離。3）系統接地，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度環繞接地，確保接地連續可靠[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、生態友好性的需求不斷加大。舶舶智能控制系統將在船舶運營管理、遠程監測、自動控制中發揮作用，逐步減少船員配置，最終實現無人化運行、自動靠泊、離港也將變為現實。

作者:謝建宏 單位:中船澄西船舶修造有限公司