海洋，充满着挑战，也是国际贸易物流、石油天然气开采、海洋勘探等重要的场所。海事装备也成为了这个领域的关键。
在过去的数百年里，这些游弋在广阔海洋的装备，都一直在不断走向更为自动化与智能。
在2024年，中国在全球船舶市场的份额超过50%，连续15年稳居世界第一。船舶是我们海洋贸易的关键领域，也是国家全球竞争走出去的关键一环。贝加莱一直为海事装备领域提供解决方案，作为一个幕后的力量，支撑着船舶自动化技术的进步。
严苛的挑战-船舶自动化的需求演进
海洋船舶总给人动力强劲，但粗犷轮廓，其实，船舶的自动化水平是不断在进步的。大型的船舶不仅需要强劲的动力，也需要在巨浪迭起的海洋中保持稳定，船上的设备精准运营，且需要为船员们提供舒适、安全的工作环境。另外，对于绿色环保的需求，也产生了对混合动力、纯电、氢能的推进系统的需求。包括船舶更为智能的管理，降低人们的消耗等迫切的需求。
图1-船舶行业的发展大趋势
1 环境与法规
大型的船舶能够装载上万个集装箱，数以百万吨的矿石、亿计的天然气，他们的装载能力，以及远洋运输能力，使得他们成为了全球贸易中物流的主角。但是，这同时意味着巨大的燃料消耗，并且，随着全球环保的需求，也更多的要求降低排放。
今天，更多的清洁能源驱动正在进入船舶领域，包括甲醇、绿氨、电力推进器，这些都改变了原来的机械结构，以及控制方式。
2 更为自动化与智能的装备
海洋的恶劣作业条件，以及长期远离大陆造成的心里挑战，使得在船舶等海洋工作的人工成本一直是远高于其他领域。在远洋船舶上普通的海员也是数万美元的人工成本。
因此，能够提高自动化水平，降低人员消耗，对于船舶同样是一种迫切的需求。
3 高可用性设计
远离大陆的海洋，充满着盐雾腐蚀，工作环境充满着摇摆和振动，这些对于船用电气控制系统也是有着更高的可用性要求。由于维修的不便，因此，这些设备通常需要具有高可靠性设计，以及冗余方面的支持。
贝加莱在船舶行业的解决方案
船舶对于自动化的一些特殊需求，贝加莱一直为此而特殊开发了控制系统。船用自动化涉及到船用设备如发电系统、推进系统、动态定位系统、机舱监控系统、各种泵类、船用起重设备、岸电系统、压舱水管理系统、废气/废水处理系统、等。贝加莱在船舶的业务涵盖了船用设备本身的控制，以及整个船的综合监控系统。
图2-典型的船用系统
图2以较为典型的邮轮作为参考描述了基本的船用系统的内部构造。
贝加莱在船舶自动化方面，包括了以下一些产品、技术与系统，仅做简单介绍：
1.涂层设计的控制器速：
船用设备通常会工作在盐雾腐蚀、湿度较大、冷凝等恶劣环境中，因此，它需要对其进行特殊的涂层处理，以保护其稳定运行。贝加莱的X20 PLC、工业PC系列产品电路板均采用了特殊涂层处理，它使得这些控制器、I/O均可在防潮、抗腐蚀气体保护需求的环境下工作。
图3-采用涂层处理的控制器可以在海洋环境工作
带有涂层版本的X20组件，它可以在-40℃下启动。并且考虑长距离输电的压降，它也可以容忍24VDC电源在-25%-+30%范围的偏差。
2.完善的船级社认证：
船级社的需求是船舶行业的特殊要求，它需要在海洋、海岸线工作的船舶、设备需要经过特船级社认证，以确保其能承受海洋的特殊工作环境需求。在目前的贝加莱控制系统中，已经在挪威船级社DNV、德国船级社 GL、劳氏船级社LR、中国船级社CCS、美国船级社ABS、法国船级社BV、韩国船级社KR、意大利船级社RINA认证。
3.能源监测技术
图4-X20系列的能源监测模块
在多个方面，贝加莱的X20CM能源监测模块都发挥着关键作用：
1) 船用关键设备的能源监测与集中管理；
2) 船用内燃机组控制系统，如燃气轮机、甲醇/绿氨机组等；
3) 船用氢燃料电堆的管理。
X20的能源模块可以高频、高精度检测电力系统的电压、电流、频率、相位、谐波等，并可作为电力控制和能源效率监测的数据采集源。
除此之外，遵循ISO50001能源管理系统需求，贝加莱X20丰富的I/O模块还能支持船舶上各类能源的监测，包括温度、压缩气体、蒸汽、热力供应等的计量、传输、计算、报表、分析等能力，并可进行甩负荷管理。
4.振动监测技术
在船舶这种处于风浪之中的环境下，船用设备的运行会受到影响而产生故障，尤其是关键的发电机组、推进系统等，因此，基于振动分析的预测性维护技术，将为机组的运行故障预测、计划停机等工作带来便利。
图5-振动监测模块X20CM4810
X20的振动监测可以对设备的频率进行高速采样，并进行快速傅里叶变换等处理，并提供给监测系统，包括基于机理模型和数据驱动模型的预测性维护分析系统。并能够对设备进行早期故障预测。
5.冗余技术支持
考虑船用设备的可用性要求，需要控制系统能够支持冗余技术，而贝加莱的控制系统，包括APROL的整个管理系统，支持以下冗余：
-服务器冗余 – 运行时、实时和历史数据库
-控制器冗余 – 速度快，无需额外工程设计
-网络冗余 – 环网和介质 – 铜缆和光纤
-电源冗余 – 两个或多个 24 V 电源
-可以组合所有冗余选项
图6-贝加莱的冗余方案
从以上几点可以看到，在产品技术层面，贝加莱已经有完整支撑船舶自动化应用的基础硬件架构。其它包括满足IEC61508的安全控制技术、高速采样的reACTION技术、OPC UA通信规范，以及满足氢能领域的UL6200安全认证，都使得贝加莱在船舶行业拥有较大的技术匹配性。
图7-整体的船舶控制系统
图7显示了贝加莱船舶整体控制的架构，能够满足从船用单机设备，到船舶的整体运行、监控及管理。
贝加莱船舶行业案例
贝加莱在全球包括欧洲、日本、韩国、大中华地区都有广泛的与船舶及海事装备领域的客户合作，范围包括几个大的领域：
1) 商用船舶：
这包括了豪华游轮、客滚船、散货船、集装箱、LNG运输船和油轮等。
2) 海工类：
深海/近海钻井平台、支持船、钻井船等。
3) 特殊类船：
重吊船、起重船、挖泥船、破冰船、风电安装、救助船等。
本次仅简单分享四个典型案例，后续将会进行更多的船舶海事领域的案例分享。
● 案例一：轴带发电机组控制
IMO（国际海事组织）引入了EEDI （能源效率设计指数）的概念，以推动新建船舶使用节能设备。为此，贝加莱与ABB船舶事业部共同为轴带发电机组控制提供了解决方案。
该系统采用了X20控制器，并采用X20CM0985的电力监测模块，对整个轴带发电机进行整机控制，并确保其高能效满足IMO的节能需求。
图8-轴带发电机组的控制
● 案例二：内陆河道纯电动游轮
内陆河运同样是未来考虑绿色清洁的领域—长江三峡1号游轮是国内最大的纯电动船，它电池容量达到7MW+，3组250kW推进系统。由贝加莱合作伙伴基于贝加莱系统提供了解决方案，它包括了以下几个单元的整体控制：
▪ 电力推进控制系统
▪ 变频器控制系统
▪ 功率管理系统
▪ 机舱控制系统
▪ 电池管理系统
在这个系统中，采用了贝加莱APC，以及X20控制系统作为硬件架构，以Automation Studio开发了控制与管理系统。
● 案例三：商船控制系统
Alfa Laval是全球知名的船用设备及商用船舶控制系统的提供商，在其所提供的船用设备及控制中，均采用了来自贝加莱的控制系统。
图9-Alfa Laval船用系统设备
应用领域包括以下几个方面：
▪ 压载水和舱底水处理
▪ 海水泵系统
▪ 污泥及废物处理
▪ 油水预处理
▪ 分离器燃料调节
▪ 自动过滤
▪ 油舱清洗
▪ 淡水发电机
▪ 废气净化系统
▪ 惰性气体系统
● 案例四：混合动力推进系统
混合动力推进控制系统（HPCS）是将两个或多个推进装置集成和控制到一个系统。它通常与柴油发动机和电动机结合使用。通过优化组合每个源的输出来提高效率和性能。如图11，由贝加莱控制和ABB的电力推进系统共同构成。提供了PCS推进系统、EMS能源管理、PCS电源管理系统、ECS引擎控制、BMS舰桥管理系统的整体协作控制与运营。
图11-混合动力船推进控制系统
应用领域包括以下几个方面：
▪ 压载水和舱底水处理
▪ 海水泵系统
▪ 污泥及废物处理
▪ 油水预处理
▪ 分离器燃料调节
▪ 自动过滤
▪ 油舱清洗
▪ 淡水发电机
▪ 废气净化系统
▪ 惰性气体系统
贝加莱的高性能APC，配合高速的I/O采样，确保了系统的高性能、可靠运行。
不止于此，贝加莱在船舶的各种机器、整船、海洋装备领域，都有广泛应用，敬请关注后续技术与案例分享。