專利名稱：一種船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)控制與研發(fā)平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及船舶電力推進(jìn)電機(jī)及其系統(tǒng)控制技術(shù)，特別涉及適合船舶電力推進(jìn)系
統(tǒng)的控制與研發(fā)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
背景技術(shù)：
我國(guó)是世界航運(yùn)大國(guó)和造船大國(guó)，目前船舶工業(yè)產(chǎn)量規(guī)模已穩(wěn)居世界第三，并呈 現(xiàn)出加速趕超韓、日之勢(shì)，科技實(shí)力和創(chuàng)新能力將是今后船舶工業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的決定性因 素，要完成從世界造船大國(guó)/航運(yùn)大國(guó)到世界造船強(qiáng)國(guó)/航運(yùn)強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變，在船舶工程領(lǐng)域 的研究必須進(jìn)行創(chuàng)新。船舶電力推進(jìn)作為新形式的船舶推進(jìn)形式的出現(xiàn)，受到個(gè)造船與航 運(yùn)國(guó)家的高度重視，船舶電力推進(jìn)控制形式的出現(xiàn)為我國(guó)船舶設(shè)計(jì)與制造實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展 帶來(lái)了機(jī)遇與挑戰(zhàn)；在海洋上，船舶在風(fēng)/水流的不確定環(huán)境下要求定向與定速航行；在天 氣惡劣的情況下，船舶搖擺劇烈，推進(jìn)螺旋槳的水動(dòng)力負(fù)荷變化大；船舶在進(jìn)出港/靠離碼 頭時(shí)，大功率推進(jìn)電機(jī)的操控與負(fù)載變化頻繁發(fā)生，這些工況都使電力推進(jìn)系統(tǒng)受到大的 不確定負(fù)荷作用，使系統(tǒng)進(jìn)入了嚴(yán)重的非線性與飽和狀態(tài)，參數(shù)的變化范圍大，暫態(tài)過(guò)程呈 現(xiàn)明顯的非線性與不穩(wěn)定特性。因此，對(duì)船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)分析、控制方 式與技術(shù)進(jìn)行研究具有深刻的意義。 船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的控制方法與結(jié)構(gòu)形式多樣，目前基于現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)集 成技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，為船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)高效、可靠、安全運(yùn)行提供了有效手段與方 法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明根據(jù)船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析與控制原理，針對(duì)船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)需要 分析和解決的問(wèn)題，構(gòu)建了適合于船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)分析與功能研究開(kāi)發(fā)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。系 統(tǒng)將推進(jìn)電機(jī)、加載機(jī)與制動(dòng)器作為被控對(duì)象，以現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)為控制基礎(chǔ)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 的構(gòu)建，做到集中監(jiān)測(cè)與分散控制互補(bǔ)，檢測(cè)數(shù)據(jù)集中記錄與分析，數(shù)據(jù)具有共享功能，控 制器與監(jiān)測(cè)儀表配置靈活方便，推進(jìn)電機(jī)控制單元分散獨(dú)立配置；對(duì)于船舶推進(jìn)電機(jī)的控 制采用智能控制方法，完成電力推進(jìn)控制功能；研發(fā)系統(tǒng)依靠支撐軟件、通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行電 力控制軟件的開(kāi)發(fā)。系統(tǒng)適合于船舶電力推進(jìn)控制的高效、安全、節(jié)能運(yùn)行與控制方法研 究，方便船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的深入研究與功能開(kāi)發(fā)。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下 系統(tǒng)以船舶推進(jìn)電機(jī)、加載機(jī)與制動(dòng)器作為控制對(duì)象；控制系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng) 和以太網(wǎng)構(gòu)成的兩層網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行構(gòu)架，監(jiān)測(cè)PC機(jī)、開(kāi)發(fā)PC機(jī)之間組成以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的控制與 管理上位機(jī)系統(tǒng)；操控與監(jiān)視單元、變頻控制單元、數(shù)據(jù)采集控制、傳感器、推進(jìn)電機(jī)測(cè)量?jī)x 表等組成現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)。 整個(gè)平臺(tái)系統(tǒng)由五個(gè)子系統(tǒng)組成，分別是推進(jìn)電機(jī)及其控制系統(tǒng)、加載控制系 統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)記錄與分析系統(tǒng)、基于以太網(wǎng)的控制軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)組
3成，形成完整的船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)研發(fā)平臺(tái)。各系統(tǒng)的組成與基本工作方式如下
1.推進(jìn)電機(jī)及其控制系統(tǒng)組成與控制方式 [OOO9] (1)系統(tǒng)組成 推進(jìn)電機(jī)及其控制系統(tǒng)包括操控與監(jiān)視單元、變頻控制單元及其制動(dòng)電阻、大功 率船舶推進(jìn)電機(jī)。操控與監(jiān)視單元發(fā)出推進(jìn)電機(jī)控制指令，由變頻控制單元執(zhí)行，控制推進(jìn) 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。 (2)控制方式 船舶推進(jìn)電機(jī)的控制包括轉(zhuǎn)速控制方式和負(fù)荷控制方式兩個(gè)回路，由選擇開(kāi)關(guān)切 換決定。 ①轉(zhuǎn)速控制方式控制過(guò)程當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)選擇該控制方式時(shí)進(jìn)入工作過(guò)程，此時(shí)，轉(zhuǎn) 速傳感器檢測(cè)到推進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，反饋到轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制回路，在控制系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)的作 用下，形成轉(zhuǎn)速偏差閉環(huán)回路，控制方法采用智能方法。 ②負(fù)荷控制方式控制過(guò)程當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)選擇該控制方式時(shí)進(jìn)入工作過(guò)程，此時(shí)，轉(zhuǎn)
速/轉(zhuǎn)矩傳感器檢測(cè)到推進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩，反饋到變頻器及其控制單元，對(duì)推進(jìn)電機(jī)實(shí)
施控制，控制方法采用智能方法。
2.加載機(jī)及其控制系統(tǒng)的控制方式 (1)系統(tǒng)組成 系統(tǒng)組成包括加載機(jī)、加載控制單元、制動(dòng)器、船槳模型模擬PC機(jī)、冷卻水箱與 水泵。船槳模型模擬PC機(jī)建立在以太網(wǎng)基礎(chǔ)之上，與其它微機(jī)可以實(shí)現(xiàn)通訊，系統(tǒng)運(yùn)行中， 船槳模型由PC機(jī)發(fā)生，通過(guò)加載控制單元控制加載機(jī)，模擬螺旋槳負(fù)載特性。
(2)控制方式 加載機(jī)的負(fù)載通過(guò)控制其勵(lì)磁電流大小進(jìn)行；船槳模型模擬PC機(jī)發(fā)出模擬信號(hào) 給加載控制單元，控制加載機(jī)的勵(lì)磁電流，勵(lì)磁電流改變使加載機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化，實(shí) 現(xiàn)對(duì)船槳的模擬；對(duì)于各種船舶，船槳模型有所不同。
3.檢測(cè)傳感器及其數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
(1)系統(tǒng)組成 系統(tǒng)組成包括檢測(cè)傳感器及其儀表系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)總線。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由檢測(cè)傳感器、儀器儀表、現(xiàn)場(chǎng)總線和工控PC機(jī)組成，產(chǎn)生開(kāi)放式
標(biāo)準(zhǔn)連接系統(tǒng)。檢測(cè)傳感器配置分為兩個(gè)部分對(duì)推進(jìn)電機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，配置轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩、電
壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)、絕緣、溫度等傳感器。
(2)數(shù)據(jù)采集過(guò)程 數(shù)據(jù)采集工作過(guò)程這樣進(jìn)行傳感器檢測(cè)推進(jìn)電機(jī)的電氣等物理參數(shù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù) 采集控制單元，再傳輸給檢測(cè)儀器儀表，檢測(cè)儀器儀表與報(bào)警單元對(duì)參數(shù)進(jìn)行預(yù)處理、顯示 與報(bào)警，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡渌刂茊卧糜谙到y(tǒng)控制，同時(shí)傳輸 到監(jiān)視PC機(jī)用于記錄、分析與報(bào)警處理，監(jiān)視PC機(jī)上的數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)供開(kāi)發(fā)PC機(jī)等設(shè)
備共享。 4.數(shù)據(jù)記錄、分析與監(jiān)視系統(tǒng)組成與功能
系統(tǒng)組成包括監(jiān)視工業(yè)PC機(jī)及其分析軟件。 分析軟件在監(jiān)視工業(yè)PC機(jī)操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上運(yùn)行，分析軟件可以根據(jù)需要選用系統(tǒng)專用設(shè)計(jì)與分析軟件、工程分析軟件和數(shù)學(xué)計(jì)算軟件，不同軟件的功能、作用與分析精
度有不同，按分析要求進(jìn)行選擇，形成完整的船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)分析環(huán)境。 數(shù)據(jù)記錄與分析系統(tǒng)同時(shí)是船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的集中監(jiān)視單元，配置集中監(jiān)視軟
件，對(duì)系統(tǒng)的工況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視與報(bào)警。 5.基于以太網(wǎng)的控制軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng) 系統(tǒng)組成包括以太網(wǎng)、PC機(jī)及其開(kāi)發(fā)軟件。開(kāi)發(fā)軟件包括控制單元微控制器開(kāi)發(fā) 軟件、管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)軟件、工業(yè)PC機(jī)集中監(jiān)視開(kāi)發(fā)軟件。 軟件開(kāi)發(fā)在以太網(wǎng)的開(kāi)發(fā)PC機(jī)上進(jìn)行，控制運(yùn)行時(shí)通過(guò)以太網(wǎng)下載到目標(biāo)單元 (推進(jìn)電機(jī)操控單元、微控制器、監(jiān)視PC機(jī))實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的軟件功能。
有益效果 本發(fā)明針對(duì)船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的分析、應(yīng)用與功能開(kāi)發(fā)，設(shè)計(jì)了一種船舶電力推 進(jìn)系統(tǒng)控制與研發(fā)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)于船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的研究具有支撐作用。系統(tǒng)以現(xiàn)場(chǎng) 總線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架為基礎(chǔ)，運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)路技術(shù)、系統(tǒng)集中監(jiān)視與分散控制技術(shù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技 術(shù)、電力推進(jìn)系統(tǒng)控制技術(shù)、系統(tǒng)計(jì)算機(jī)分析技術(shù)等構(gòu)成研發(fā)平臺(tái)，具備對(duì)船舶電力推進(jìn)系 統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析與控制功能開(kāi)發(fā)的條件；可以完成船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)應(yīng)用、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性 /特征分析、自動(dòng)控制功能開(kāi)發(fā)等研究?jī)?nèi)容，是一種適合船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)及其相關(guān)學(xué)科教 學(xué)與科研工作的研發(fā)平臺(tái)。


以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。 圖1本發(fā)明的系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)圖(船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)控制與研發(fā)平臺(tái)構(gòu)建)； 圖2本發(fā)明的船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)控制模塊框圖(船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)控制方法)。 圖中標(biāo)號(hào) 1、制動(dòng)電阻2、負(fù)載開(kāi)關(guān)4、變頻控制單元5、操控與監(jiān)視單元 6、船槳模型模擬PC機(jī)7、加載控制單元9、推進(jìn)電機(jī)10、電機(jī)傳感器 11、轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩傳感器12、數(shù)據(jù)采集控制單元13、顯示儀表與報(bào)警單元14、冷卻水
箱 15、水泵16、加載機(jī)17、監(jiān)視PC機(jī)18、制動(dòng)器19、現(xiàn)場(chǎng)總線20、以太網(wǎng) 21、系統(tǒng)分析開(kāi)發(fā)PC機(jī)22、主電網(wǎng)3、8傳感器(位置) 01、船舶特性限制單元02、螺旋槳特性限制單元03、轉(zhuǎn)矩限制單元04、指令發(fā)訊單 元 05、指令預(yù)處理單元06、選擇開(kāi)關(guān)07、負(fù)荷控制器08、加減速限制單元 09、臨界轉(zhuǎn)速限制單元010、最大/最小轉(zhuǎn)速限制單元011、比較單元 012、死區(qū)控制單元013、轉(zhuǎn)速控制器014、選小器015、轉(zhuǎn)速變送單元 016、監(jiān)視與保護(hù)單元017、變頻器控制單元018、推進(jìn)電機(jī) 019、轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩傳感器020、制動(dòng)電阻
具體實(shí)施例方式
為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明的實(shí)施方式。 系統(tǒng)在附圖1的結(jié)構(gòu)與組成的支持下，運(yùn)用附圖2所示方法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。
1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作過(guò)程 結(jié)合附圖l，對(duì)本發(fā)明的具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步詳細(xì)描述。 根據(jù)船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)控制與研發(fā)平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖(圖1)，系統(tǒng)的工作過(guò)程如下
船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)控制與研發(fā)平臺(tái)針對(duì)推進(jìn)電機(jī)與加載機(jī)被控對(duì)象進(jìn)行數(shù)據(jù)檢 測(cè)、控制、功能開(kāi)發(fā)；推進(jìn)電機(jī)的控制與功能開(kāi)發(fā)是研發(fā)的主體，加載機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)船舶 推進(jìn)特性模擬。
(1)推進(jìn)電機(jī)及其控制系統(tǒng)工作過(guò)程 系統(tǒng)由操控與監(jiān)視單元(內(nèi)含微控制器)5根據(jù)船舶情況發(fā)出操作指令，傳輸給變 頻控制單元4，變頻控制單元4從主電網(wǎng)22獲取電能，按操作指令進(jìn)行電能變換輸出用于控 制推進(jìn)電機(jī)9，使電機(jī)9按操控指令進(jìn)行運(yùn)行，推進(jìn)電機(jī)9輸出轉(zhuǎn)矩功率驅(qū)動(dòng)加載機(jī)16運(yùn) 行。當(dāng)推進(jìn)電機(jī)9工作在制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，部分電能將回饋給變頻控制單元4，由制動(dòng)電阻1消 耗掉。
(2)加載機(jī)及其控制系統(tǒng)工作過(guò)程 系統(tǒng)由船槳模型模擬PC機(jī)6根據(jù)監(jiān)視PC機(jī)17的信息發(fā)出控制指令給加載控制 單元7，加載控制單元7根據(jù)指令產(chǎn)生加載機(jī)的勵(lì)磁控制信號(hào)，對(duì)加載機(jī)16的直流勵(lì)磁進(jìn)行 控制，改變加載機(jī)16產(chǎn)生的負(fù)載力矩，使之按船槳模型模擬PC機(jī)6發(fā)出的船舶與螺旋槳的 特性進(jìn)行工作，對(duì)推進(jìn)電機(jī)9施加符合螺旋槳的負(fù)載。在加載過(guò)程中，加載機(jī)16會(huì)發(fā)熱，因 此，需要水泵15用水對(duì)加載機(jī)16進(jìn)行冷卻，冷卻水儲(chǔ)存在冷卻水箱14中，冷卻水箱14中 的水由其它設(shè)備進(jìn)行冷卻。制動(dòng)器18由加載控制單元7控制，用于對(duì)轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生機(jī)械制動(dòng)力 矩，可以模擬螺旋槳軸的堵轉(zhuǎn)與安全制動(dòng)工況。
(3)檢測(cè)傳感器及其數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工作過(guò)程 系統(tǒng)配置轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩、電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)、絕緣、溫度等傳感器，分 別置于11、8、3、10的位置；在數(shù)據(jù)采集控制單元12的作用下，對(duì)于推進(jìn)電機(jī)的工況進(jìn)行全 面的檢測(cè)；檢測(cè)的信息傳輸給顯示儀表與報(bào)警單元13進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，處理后進(jìn)行故障工況 報(bào)警；檢測(cè)的信息傳輸給監(jiān)視PC機(jī)17，用于系統(tǒng)監(jiān)視與數(shù)據(jù)記錄、分析；全部數(shù)據(jù)可以在現(xiàn) 場(chǎng)總線19和以太網(wǎng)20上實(shí)現(xiàn)共享。
(4)數(shù)據(jù)記錄、分析與監(jiān)視系統(tǒng)工作過(guò)程 數(shù)據(jù)記錄、分析與監(jiān)視由監(jiān)視PC機(jī)17、系統(tǒng)分析開(kāi)發(fā)PC機(jī)21配置相應(yīng)的軟件來(lái) 完成。信息的交換通過(guò)以太網(wǎng)20進(jìn)行，結(jié)果可以實(shí)現(xiàn)共享。全部數(shù)據(jù)在監(jiān)視PC機(jī)17、系統(tǒng) 分析開(kāi)發(fā)PC機(jī)21上進(jìn)行雙份備份。
(5)基于以太網(wǎng)的控制軟件開(kāi)發(fā)工作過(guò)程 控制軟件開(kāi)發(fā)由系統(tǒng)分析開(kāi)發(fā)PC機(jī)21配置開(kāi)發(fā)軟件來(lái)完成。開(kāi)發(fā)完成的控制軟 件，通過(guò)以太網(wǎng)20，下載到操控與監(jiān)視單元5 ;開(kāi)發(fā)完成的報(bào)警處理軟件，通過(guò)以太網(wǎng)20，下 載到顯示與報(bào)警單元13 ;集中監(jiān)視軟件在監(jiān)視PC機(jī)17上進(jìn)行開(kāi)發(fā)，在監(jiān)視PC機(jī)17上運(yùn) 行。 2.系統(tǒng)的控制方法 結(jié)合附圖2，對(duì)本發(fā)明的具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步詳細(xì)描述。附圖2所示的控制方法用于附圖1中的控制單元的控制程序。 船舶電力推進(jìn)控制采用轉(zhuǎn)速控制、負(fù)荷控制的控制方式可選控制結(jié)構(gòu)，根據(jù)模擬 的船舶海況情況進(jìn)行選擇；為保護(hù)推進(jìn)電機(jī)，海況良好時(shí)選擇轉(zhuǎn)速控制，海況差時(shí)選擇負(fù)荷 控制。
(1)轉(zhuǎn)速控制工作過(guò)程 附圖2中，當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)06置于下位時(shí)，轉(zhuǎn)速控制回路投入工作。這時(shí)，指令發(fā)訊單 元04設(shè)置轉(zhuǎn)速給定值，然后輸出給指令預(yù)處理單元05，對(duì)設(shè)定的指令進(jìn)行預(yù)處理；處理后 的指令通過(guò)選擇開(kāi)關(guān)06，傳輸?shù)郊訙p速限制單元08，根據(jù)設(shè)定的電機(jī)推進(jìn)特性，對(duì)指令的 變化率進(jìn)行限制；限制后的指令傳輸給臨界轉(zhuǎn)速限制單元09，單元09根據(jù)實(shí)際船舶推進(jìn)軸 系共振的數(shù)據(jù)設(shè)定臨界轉(zhuǎn)速范圍，濾除處于共振范圍內(nèi)的設(shè)定信號(hào)；指令然后傳輸給最大 /最小轉(zhuǎn)速限制單元010，單元010去除指令的最大/最小值范圍以外的設(shè)定信號(hào)；在比較 單元011與反饋的實(shí)際轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行減法運(yùn)算；反饋的實(shí)際轉(zhuǎn)速信號(hào)依靠轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩傳感 器010檢測(cè)推進(jìn)螺旋槳的實(shí)際轉(zhuǎn)速，由轉(zhuǎn)速變送單元015對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理形成；比較單元 011輸出轉(zhuǎn)速偏差量給死區(qū)控制單元012，單元012根據(jù)海況的不平穩(wěn)情況，選擇死區(qū)范圍 的不同大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)推進(jìn)電機(jī)的過(guò)載保護(hù)；死區(qū)控制單元012的輸出信號(hào)傳輸給轉(zhuǎn)速控制 器013進(jìn)行控制運(yùn)算，控制器013配置運(yùn)算速度快的微控制器，其運(yùn)算規(guī)律選用智能控制的 方法，運(yùn)算后的信號(hào)進(jìn)入選小器單元014與其它限制信號(hào)比較，選最小值輸出；船舶特性限 制單元01的特性規(guī)律是根據(jù)船舶設(shè)計(jì)參數(shù)決定的船舶在水中航行的阻力與螺旋槳轉(zhuǎn)速之 間的關(guān)系，為使船舶航行的效率最高，螺旋槳的轉(zhuǎn)速變化在該特性的限制下運(yùn)轉(zhuǎn)；螺旋槳特 性限制單元02的特性規(guī)律是根據(jù)螺旋槳推力與轉(zhuǎn)速的關(guān)系使螺旋槳發(fā)揮理想推力的特性 規(guī)律，為使螺旋槳的運(yùn)行效率最高，螺旋槳的轉(zhuǎn)速變化在該特性的限制下運(yùn)轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)矩限制單 元03的作用是限制轉(zhuǎn)速變化過(guò)程中避免推進(jìn)軸系受到過(guò)大轉(zhuǎn)矩?fù)p害的一種限制；選小器 014選擇上述信號(hào)的最小值輸出；輸出信號(hào)給變頻器及其控制單元017,017將電網(wǎng)的電能 進(jìn)行變換，輸出滿足上述要求的交流電能，控制推進(jìn)電機(jī)018運(yùn)轉(zhuǎn)；變頻器工作過(guò)程中，推 進(jìn)電機(jī)反饋的一些能量傳輸?shù)街苿?dòng)電阻020消耗掉；研究中，單元017的變頻器在不同的 工作方式下，需要推進(jìn)軸的轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩信號(hào)，因此通過(guò)傳感器019獲取該信號(hào)；推進(jìn)電機(jī)與 變頻器的工作過(guò)程受到監(jiān)視與保護(hù)單元016的監(jiān)控，單元016將檢測(cè)到的推進(jìn)電機(jī)與變頻 器的工況參數(shù)進(jìn)行顯示與處理，產(chǎn)生故障情況下的報(bào)警；對(duì)于一些重要參數(shù)，當(dāng)達(dá)到極限時(shí) 輸出保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，限制推進(jìn)電機(jī)018與變頻器017的危險(xiǎn)動(dòng)作，起到對(duì)設(shè)備的安全保護(hù)作 用。 (2)負(fù)荷控制工作過(guò)程 附圖2中，當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)06置于上位時(shí)，負(fù)荷控制器07及其負(fù)荷控制回路投入工 作。與"轉(zhuǎn)速控制"不同之處在于由負(fù)荷控制器07的通路取代了轉(zhuǎn)速處理與控制器013的 通路，同時(shí)這時(shí)的指令發(fā)訊單元04的設(shè)定值的含義轉(zhuǎn)換成推進(jìn)電機(jī)的功率負(fù)荷值，控制回 路中的量是功率負(fù)荷量；控制器配置運(yùn)算速度快的微控制器，負(fù)荷控制的控制方法也采用 智能方法。這時(shí)，指令發(fā)訊單元04設(shè)置負(fù)荷給定值，然后輸出給指令預(yù)處理單元05，對(duì)設(shè)定 的指令進(jìn)行預(yù)處理；處理后的指令通過(guò)開(kāi)關(guān)06，傳輸?shù)截?fù)荷控制器07進(jìn)行運(yùn)算，其它控制 過(guò)程與"轉(zhuǎn)速控制"過(guò)程類似。 以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不僅僅受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō) 明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這 些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū) 及其等效物界定。
權(quán)利要求
一種船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)控制與研發(fā)平臺(tái)，包括推進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)、加載機(jī)與制動(dòng)器、現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)，其特征在于，設(shè)置數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)記錄與分析系統(tǒng)，以形成完整的平臺(tái)，包括以下方法1)所述平臺(tái)以船舶推進(jìn)電機(jī)、加載機(jī)與制動(dòng)器作為控制對(duì)象；2)所述平臺(tái)采用現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)和以太網(wǎng)構(gòu)成的兩層網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行構(gòu)架，監(jiān)測(cè)PC機(jī)、開(kāi)發(fā)PC機(jī)之間組成以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的控制與管理上位機(jī)系統(tǒng)；3)操控與監(jiān)視單元、變頻控制單元、數(shù)據(jù)采集控制、傳感器、推進(jìn)電機(jī)測(cè)量?jī)x表等組成現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的平臺(tái)，其特征在于，所述方法l)的船舶推進(jìn)電機(jī)的操控與監(jiān) 視單元發(fā)出推進(jìn)電機(jī)控制指令，由變頻控制單元執(zhí)行，控制推進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；由選擇開(kāi)關(guān)切換 決定轉(zhuǎn)速控制方式和負(fù)荷控制方式兩個(gè)回路，控制方法采用智能方法。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的平臺(tái)，其特征在于，所述方法l)的加載機(jī)的負(fù)載通過(guò)控制其 勵(lì)磁電流大小進(jìn)行；船槳模型模擬PC機(jī)發(fā)出模擬信號(hào)給加載控制單元，控制加載機(jī)的勵(lì)磁 電流，勵(lì)磁電流改變使加載機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)船槳的模擬；對(duì)于各種船舶，船 槳模型有所不同。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的平臺(tái)，其特征在于，所述方法3)的傳感器檢測(cè)推進(jìn)電機(jī)的電 氣等物理參數(shù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集控制單元，再傳輸給檢測(cè)儀器儀表，檢測(cè)儀器儀表與報(bào)警單 元對(duì)參數(shù)進(jìn)行預(yù)處理、顯示與報(bào)警，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡渌刂茊?元用于系統(tǒng)控制，同時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)視PC機(jī)用于記錄、分析與報(bào)警處理，監(jiān)視PC機(jī)上的數(shù)據(jù)通 過(guò)以太網(wǎng)供開(kāi)發(fā)PC機(jī)等設(shè)備共享。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)控制與研發(fā)平臺(tái)。平臺(tái)的設(shè)計(jì)基于變頻控制、電機(jī)測(cè)試技術(shù)，配置系統(tǒng)開(kāi)發(fā)PC機(jī)，通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行控制軟件開(kāi)發(fā)；配置了適合電力推進(jìn)系統(tǒng)分析的各類檢測(cè)傳感器、顯示儀表、數(shù)據(jù)記錄微機(jī)設(shè)備，對(duì)發(fā)電機(jī)組的工況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；通過(guò)控制單元與測(cè)量顯示儀表、監(jiān)視PC機(jī)及其軟件系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄與分析，獲得電力推進(jìn)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析所需的各種數(shù)據(jù)與特征信息，各種功能可以在研發(fā)平臺(tái)的運(yùn)行中得到分析與檢驗(yàn)；系統(tǒng)可以支撐完成電力推進(jìn)系統(tǒng)的各種功能的開(kāi)發(fā)。在電力推進(jìn)大功率電機(jī)控制上，提出一種適合船舶電力推進(jìn)電機(jī)安全控制的控制方法。本發(fā)明設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可用于船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究、系統(tǒng)測(cè)試和功能研發(fā)。
文檔編號(hào)B63B9/00GK101704403SQ20091005634
公開(kāi)日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月13日
發(fā)明者丁立剛, 周左晗, 施偉鋒, 易曉蘭, 楊劍簫, 蔣曉峰 申請(qǐng)人:上海海事大學(xué)