船舶自动化技术的过 去、现在和将来
何谓自动化
所谓自动化就是通过采用自动控制装置 （或设备），来解决人工或者手动不能达 到的高精度的控制，解决人工或者手动难 以达到的频繁检测，并且早期发现故障。
目前船舶自动化的特点
自动控制技术，微电子技术、信号处理技术， 计算机技术等用于机舱自动化和导航自动化。
对船厂而言在广义上有两个自动化
所需的时间为42小时。
• 自动舵操舵时，由于“S”型曲线较小，直线距离变成了560海里，航
行所需的时间为40小时。两者差值为2个小时。
• 如果主机马力是3000HP，每匹每小时耗油180克，每小时耗油540公
斤，多航行两个小时，就是多消耗900公斤油。
• 每个月走4个航次，一年是48个航次，如果船的寿命是15年，共计航
而且美国BASLER公司已经设计和制造出数字式自动电压调节器， 对用户大大提供调整和使用的方便。
发电机机端电压自动调节的框图
给定值 给定单元
偏差量 放大单元
调节单元
干扰
发电机
机端电压
测量单元
按发电机机端电压偏差调节的原理框图 图1
电流和相位 测量单元
信号变换单元
电流骚动
控制信号
发电机
机端电压
按发电机机负载电流和相位调节的原理框图 图2
• 一般以柴油机作为主推进动力的船舶都配置废气锅炉，在航行时利用主
柴油机的高温排气作为废气锅炉的能源，燃油锅炉处于“备用”状态。 一旦主机工况改变后，废气锅炉不能产生足够的蒸汽压力时，燃油锅炉 立即自动投入工作。大大的节约能源。
• 用小火燃烧（只使用一个燃烧器，或者降低燃烧器的燃油压力）维持锅
炉蒸汽压力在一定的范围内，总是比锅炉蒸汽压力上升到上限值，然后 停炉，待蒸汽压力下降后锅炉再重新燃烧更省油。
船舶自动化应用实例1
自动舵：自动舵是船舶进入海上航行后，由驾驶员设定航向，然后根据电罗 径实际指示的航向，比较后，得出的差值大小和方向，来控制和调节舵杆的 舵角，使得船舶实际航行的航向始终保持在设定航向的一定范围之内。它是 一个典型的自动调节系统，框图如下。
自整角机 自整角机
给定值 相敏整流
偏差值
• 频繁的启动和停止不利于锅炉的工作。 • 自动控制系统的保护极为重要。
应用实例之3 交流发电机的调压器
交流电和直流电相比较有着无以伦比的优越性，包括在输配电 、 升降压、电动机等诸多方面。但是交流发电机和直流发电机相比较却 有着一个难度较大的问题—保持发电机端电压的恒定。直流发电机依 靠它本身的并激绕组和串激绕组解决了这个问题。而交流发电机由于 他的结构和负载的性质不同，必须配以电压调节器才能解决保持端电 压恒定的问题。随着自动化技术的不断发展，从早期的炭阻调压器、 磁放大器调压器、相复励调压器、可控硅调压器、一直发展到现代的 交流无刷发电机配以AVR。（自动电压调节器）使得电压调节精度能 够达到1％。充分满足电网对发电机电压恒定的要求。
行720个航次。
• 人工操舵比自动舵操舵多消耗的燃油是： 4×2×48×15×540＝3110.4吨
• 还有一个是不能直接以经济价值计算的，就是解放了操舵人员。增加
了安全了望人员。
• 节省了旅客的时间。
应用实例之二：锅炉蒸汽压力的三位控制
大
压
点
火
力
火
燃
上
烧
升
否
至
小
上
火
限 值
是
燃 烧
否
至
下
限 值
是
否
10
在自动舵操舵的状态下，船舶同样受风、浪、潮等 影响，也会偏离设定航向。但是，当设定航向和实际
航向的偏差超过比较小的值时，自动舵立刻进行纠正。
自动舵操舵和人工操舵虽然都走的“S”型，但是， 累计直线距离，自动舵操舵肯定小于人工操舵。
上海
两种操舵方式的经济比较
• 人工操舵时，由于“S”型曲线较大，直线距离变成了588海里，航行
给定单元
放大单元
控制信号 调节单元
电流和相位 测量单元
电流骚动
信号变换单元
控制信号
发电机
机端电压
测量单元
按发电机负载电流和相位以及端电压偏差综合调节原理框图 图3
图1、2、3是交流发电机电压自动调节的框图，图1是按发电机机端 电压偏差进行调节的。被测量是机端电压，调节对象也是机端电压。给 定单元的给定值u1和测量单元的反馈值u2相比较，得出偏差值u3，经放 大后输入给调节单元处理，然后输出合适的控制信号， 使发电机的电压 一直维持在一定的范围内。这一种输入值和输出值通过反馈构成“闭环” 系统，是典型的自动调节系统。以前使用的可控硅调压器就是属于这一 种。现在的”AVR”电压调节器也是这一种。按偏差电压调节的系统，调 节作用只与电压偏差有关，而以产生偏差的原因无关。所以静态的特性 也就是调节精度较高。而动态的调节过程是一个振荡过程，所以动态特 性不太好。
至
压
高
熄
力
限 是火
值
下 降
否
至
下
限 值
是
锅炉蒸汽压力自动控制的分析
• 锅炉作为船舶的一个主要设备。例如8530TEU船，蒸汽主要作为燃油的
加热。5.4公斤大火燃烧，6.9公斤转为小火燃烧，7.5公斤熄火。LNG船 蒸汽用于主机的动力，蒸汽压力保持在60公斤，当压力降到54公斤主 机就要SLOW DOWN, 47公斤则SHUT DOWN。因此，保证锅炉蒸汽压 力的恒定是自动控制系统的主要任务。
• 1：造船自动化：船厂为了自己的需要，缩短造船周期、
减少能源消耗、减轻劳动强度、以赢得较多的利润。企业 必定会在造船的各工艺流程上进行自动化、机械化的改造， 例如：钢板预处理流水线；平面分段流水线等。我们称之 为造船自动化。
• 2：船舶自动化：船东为了自己的需要，保证航行的安全，
减少能源的消耗，延长设备的寿命，赢得较多的利润，船 东要求把船舶建成较高程度的集中控制的自动化船舶。例 如：无人机舱的船舶或者一人驾驶的未来型船舶。这就是 船舶自动化。
放大器－ 反馈值来自脉冲发生器可控硅
相敏整流
自整角机
干扰
电磁阀
舵叶
上海到大连航程的分析
大连
310
上海至大连的直线距离为522海里 ，1022公里 。
如果船以 每小时14海里的速度航行，忽略所有的其它
因数，那么航行所需要时间为37.2小时。
在人工操舵的状态下，由于受风、浪、潮等影响，
船舶必然会偏离设定航向，当操舵工根据罗径上的指 示，知道船舶已经偏离原定航向。然后操作舵轮，改 变舵角，调整航向，回到原来的航向。偏离设定的航 向的数值由操舵工掌握。