自动化设备技术管理

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第十一章 动力装置自动化设备的技术管理,第一节 船舶动力装置自动化的发展趋势,一、船舶自动化的发展阶段,1、单个系统的自动化,50年代后期陆用的自动控制系统开始应用于船舶动力装置，实现了某些单个系统的自动化，如自动舵、自动锅炉、柴油机装置的压力、温度和液位的自动调节等。,2、一般自动化船舶,60年代初实现了集中控制室控制的一般一般自动化船舶，对机舱机器实行集中控制、集中监视及摇控，在机舱中设置具有隔音和空调设备的集中控制室，整个机舱的动力装置只需1人值班，主机还可由驾驶台摇控。,3、机舱无人操作船,从1964年开始发展机舱无人操作船，其特点是把机舱作为一个整体实现自动化。,航行时主机由驾驶室摇控，取消轮机员液班及节假日值班，至少能实现24h机舱无人值班。轮机人员主要是进行日常的维修工作，劳动条件及劳动强度大为改善，经济性、安全性都有很大提高，人员编制进一步缩减。,4、超自动化船,1969年以后，电子计算机的应用使船舶自动化程度进一步提高。电子计算机的应用已经不只局限于机舱自动化的范畴，而是在导航、机舱、装卸、技术管理等各方面实现了综合自动化。在机舱方面，主要是用计算机进行控制、巡回检测、记录轮机日志、故障诊断、管理系统等。在采用电子计算机的超自动化船上，安全性提高38.25%，经济性提高26.98%，而劳动强度下降34.36%。,5、未来船舶：1985年10月德国建造了两艘“未来船舶”。日本、英国等也着手研制自动化程度更高的“智能船舶”，其主要特点是船员减少到1214名，船员不分部门编制，实现机驾合一；,采用新材料和航天技术，包括先进的信息处理、先进的软件和摇控设备，实现全船综合自动化；采用综合节能措施；设有豪华的船员休息娱乐中心；采用抛落式救生艇和其它提高安全性措施。展望未来，可能在今后不多年内出现无人操作的船舶。,二、自动化型式及其特点,目前在机舱自动化中，对机械设备的控制，主要有电动自动控制、气动自动控制和液压自动控制。,1、电动式：利用电控制的电机、电磁离合器等来推动机械操纵手柄的电动远距离控制方式。在控制回路的信号传递、调节作用的运算功能等方面有突出优点，易于实现计算机控制。但在驱动功率方面不如气动和液压，管理上较麻烦。,2、气动式：通过电气控制装置和气压驱动机械来实现远距离操纵。,其驱动功率大，安装方便，气动执行部件与机器操纵系统密切结合，动作平稳可靠。但由于空气的可压缩性，其追随性能较差。过去在主机燃控系统中，曾认为电气混合式比较理想，因电子程序控制器灵活、可靠，且功能强，而气动驱动机构又与主机起动空气系统密切结合，动作平稳可靠。但近来一些厂家，如Sulzer公司重新采用全气动的主机摇控系统，其原因仍是气动元件的集成化，在功能上的大为改善，本来就有较高的可靠性。,3、液压式：通过电的控制装置和油压驱动机构，来实现远距离控制操纵。其驱动功率大、控制性能好。但它要求有独立的动力源，液压元件的控制精度高，造价较贵。,三、发展趋势,1、在系统设计方面向微机网络化方向发展,过去以大型计算机为中心的综合系统，由于每一系统只适用于某一船型、机型，难以实现标准化、通用化，经济性和可靠性都较差。采用微机网络不但可以解决这些问题，而且便于建立船舶管理中心，监视和贮存全船运行参数，从而便于进行故障预测和诊断，便于实现船队控制管理一体化。,2、船舶定员人数将进一步减少：为了节约船员工资费用，有的公司提出船舶定员目标是11人。传统的驾驶员、轮机员将由统一技术的“船舶操纵员”所取代。,3、在自动化设备功能上发展专家智能控制系统：专家智能控制系统是用计算机的智能程序专家系统，来代替人的部分智能活动的一种人机知识处理系统。由于船上定员减少、轮换周期缩短，使船员对气象、海况、机器工况和系统的熟悉程度降低，为了确保航行安全，由具有高功能、高精度、高可靠性的传感器采集有关船舶运行、外界环境的全面信息，经专家系统协助人们进行船舶的操纵和管理。,4、大量船内作业转到岸上进行,随着船舶自动化程度的进一步提高和船员数量的减少，岸上支援的作用会更为重要。船岸一体花管理信息系统的实现，可提供广阔海域的气象和海况预报，可提供出入港航线情报，指导船舶运行，确保船舶航行安全。机器的检修和船舶进出港作业，不得不越来越多地依靠岸上支援体系。另外，光纤数字传输技术和多媒体技术在船舶自动化领域的应用也非常引人注目。,第二节 船舶动力装置自动化的管理,一、对自动化设备的要求,各国船级社规范对获得不同入级附加标志的自动化船舶虽有不同的要求，按基本内容是一致的。其主要要求是：,1、自动化系统的电气和电子设备应适应船舶的正常环境条件，如不受盐雾、温度、油雾和霉菌等的影响。,2、所有自动化系统的各种设备，应在下列环境条件下正常工作：,（1）环境温度：机舱及主控制站：055；驾驶室辅控制站及室内：-1055；安装在有发热部件的柜（箱、台）内的电子设备，在工作过程中应能承受最高温度70而不失效；在可能出现低温的地方，如露天甲板等，电子设备应能在低至-25的温度下正常工作。,（2）倾斜及摇摆角度：倾斜：各方位22.5,，横摇 22.5,，横摇周期为10s。,（3）湿度：T40时相对湿度为95100%；,T40时相对湿度为70%。另外对承受振动与冲击的能力也有明确规定。,3、主推进机械的驾驶室摇控系统的设计，应考虑到值班驾驶员不熟练掌握机器性能的情况，为此应设有使机器按正确顺序和时间运行的控制程序，以使其安全运行。,自动化机舱中，对主推进机械的控制，应使主控制站的控制比驾驶室辅控制站的控制优先，就地控制站的控制比主控制站的控制优先。主、辅控制站之间的控制转换应该只能在主控制站进行。就地手控转换成摇控或者转换成就地手控应该只能在就地控制站进行。,几个控制站均可对机构和附属设备进行控制时，在同一时间应该只能在一个站进行控制。各控制站都应设有表示某一控制站正在进行控制的指示。,5、控制系统及报警、安全系统应按“故障安全”（系指自动化系统中个别部件发生故障时，系统的其它性能不变，仍能可靠地进行工作）原则进行设计。“故障安全”的性能，应该不只限于控制系统及与其配合的机械，而应考虑整个装置。,6、烟控和自动控制系统控制的机、电设备，仍应设有手动控制或在系统内设冗余的控制设施，以便在摇控或自动系统失灵时能进行控制。,7、重要警报和非重要警报（如有时）的声响信号，建议采用不同声音。光报警信号建议按其所表示的故障性质分别采用不同颜色，但颜色种类要尽量少。一般红灯表示的为机、电设备故障必须立即停止或减载运行的情况，而黄灯则表示可稍缓采取措施的情况。,8、安全系统应设置手动复位，并且按安全系统起作用使某一设备停止运转时，在未进行手动复位前，该设备不应自动再起动。如设有越控设施以解除安全系统的某些保护动作时，此设施应能防止由于疏忽而触动。当安全系统的越控设施投入工作时，在有关控制站应有灯光显示。,9、报警、控制安全和监控系统的电缆和配线应为滞燃型。对于传输电平或信息电平信号的控制、报警、监视和安全电路的电缆应采取防干扰错似乎，例如对电缆加以屏蔽或采取适当的安装方法以使外来干扰信号减少到最小的程度。,10、液压控制系统中应设有备用液压泵。液压泵的出口端应装有释压保护装置，输出管路上应装有双联滤器，滤器的布置应保证当其进行清洁时不致妨碍系统的正常工作。泵应直接自液体贮存柜吸入液体，此贮存柜的容量要能容纳液压系统内所有液压液。泵吸口的布置应防止吸入空气。,11、气动控制系统的供气管上的减压阀和滤器并各并联设置两只。控制系统的空气应保持清洁、干燥和不含油分。,12、液压和气动控制管路安装或分组安装后，应以1.25倍工作压力进行密封性试验，试验时所使用的介质，液压控制管路应为工作液体，气动空气管路应为干燥空气或氮气。,二、自动化船舶故障统计,机舱自动化已从机舱夜间无人化、24h无人机舱等，不断向低定员的超自动化方向发展。,要求用保证机器的保养维修和可靠性来弥补由于削减定员而可能产生的不安全因素。因此，离开机器的可靠性就无法实现超自动化船舶。,为了掌握自动化船舶机器的可靠性，日本海事协会（NK）对其所属自动化船的机器故障做了统计分析。其主要结论是：,1、自动化设备的可靠性逐年提高；,2、对于自动化船的机器设备，如能进行适当的保养维修，则会维持比较稳定的故障率，如图可以看出其故障和报警发生率基本稳定。,3、机器故障发生率如表，分三种：H为故障率高，多于6次/万小时；M为中等，26次/万小时；L为故障率低，少 于2次/万小时。故障形式又分为初期故障型和偶发故障型。,4、在主机自动化设备中，电控制的故障率占第一位，其次是空气系统。在各种传感器中，温度传感器故障最多。,三、船舶自动化存在的问题,1、交船时间拖长：在交船阶段试航时，人们往往忙于主机动力系统的试验方面，而自动化系统可能被忽略，甚至被切除处于手动状态，所以往往遗留一系列问题，拖长交船时间。,2、无线电波的干扰：无线电波往往是引起许多计算机故障的原因，因为无线电波能把存储的程序搞乱，这时必须重新包程序输进去。,3、管理困难：由于自动化程度的提高与技术复杂，要求船员对操作相当内行。目前船员的技术水平还不能满足管理要求。北欧国家在这种超自动化船上一般设有一名电子员（Electronic Officer），负责有关控制设备的管理与维修。,4、无人机舱的防火问题：随着自动化程度的提高与船舶定员的减少，带来一些安全问题。据利浦保险商协会报告，机舱中发生的火灾多半在无人机舱或轮机人员数量有限的情况。火灾发生的方式常常是燃油管破裂使油气充满机舱或者是由于燃油溅到高温排烟管上，而无人及时发现。,四、自动化机舱的管理,自动化设备的功能发挥，既取决于产品本身的质量，也和管理人员的管理水平有关。自动化设备和系统类型很多，原理各异，结构复杂，管理中要针对不同装置的特点有目的地进行。,1、自动化仪表：要定期观察自动化仪表的工作状态，若有问题及时检修，使之符合规定的技术标准。对已整定好的参数，若有必要调整，应先做好标记，以便复原，一旦变动，必须进行重新检验。在拆开仪表后要仔细观察，有些故障如断线、脱焊、元器件烧坏等，通过观察就可查出。对于较深层次的故障，可采取以下方法查找：,（1）目测法：测某两点之间的电压、波形或气压等；,（2）替代法：用同型正常元件去替代有怀疑的元件，观察故障能否消失；,（3）比较法：用实际测出的数据与正常值进行比较。若不了解仪表各点的正常值，可用待修表与正常表进行比较，找出相异的地方，再进行深入分析；,（4）分割法：根据故障现象和工作原理，确定出正常部分和故障部分，缩小待查范围，以便集中力量重点解决。,2、气动控制系统,（1）定期放残：控制空气中含有的油分、水分能引起管路、阀件锈蚀，加速膜片、密封圈变质，导致出现控制故障，因此对气源空气常用干燥剂式除湿器或制冷式除湿装置进行处理。除湿装置处、空气滤器处、控制气瓶处及所有设有放残考克的地方都要定期放残。,（2）经常清洗空气滤器：防止铁锈等杂质进入气动仪表和控制阀件；,（3）定期查漏：严重漏泄可以听到，轻微漏泄可用肥皂水查找，发现漏泄及时排除；,（4）定期拆检有关阀件：拆检时发现阀件、活塞、气缸、销子、弹簧等有缺陷应消除，严重磨损件应换新。更换老化变质橡胶部件和密封圈。清洁技术部件要用合适的溶剂。清洗橡胶部件要用肥皂水，洗后用清水冲净，再用低压空气吹干。装复时在摩擦表面涂以油脂。装好后按要求进行调整。,（5）更换或拆装空气管时要有防污措施：拆下的管子两端要封好。新管最好要经过酸处理，若没酸洗条件可用木锤敲击管子，边敲边用压缩空气吹净。,3、液压控制系统,（1）液压油的粘度对液压系统的运转影响很大。当油的温度在3360以内时，粘度保持在50200cst范围内是比较适宜的；若工作温度超过70，粘度将下降很多，因此应设有冷却器；若工作温度甚低或在冬季作业，必须设有预热器。,根据液压机械的种类和性质以及船舶航行区域的不同，应选择不同型