清風徐來(lái) | WAGO-I/O-SYSTEM 750 成就綠色船舶“水(shuǐ)波不興”
2019-8-1新聞
美(měi)麗動人(rén)的(de)Lucerne湖憑借峽灣狀直道和(hé)蜿蜒的(de)入口營造出傳統靜谧氛圍。這(zhè)幅美(měi)景的(de)中心則爲一條航線，每日承載來(lái)自Lucerne及Weggis和(hé)Bürgenstock等其他(tā)著名景點的(de)遊客。
SGV公司的(de)電動船隻MS Bürgenstock，可(kě)實現無噪音(yīn)、低油耗混合驅動。總部位于拉岑的(de)船舶混合驅動專家Aventics公司可(kě)确保電機和(hé)柴油機之間實現最佳控制。
而早在幾年之前，Aventics就憑借WAGO-I/O-SYSTEM 750使其解決方案更加完善。
兩年的(de)設計及建造終于迎來(lái)了(le)收獲：SGV的(de)最新船舶MS Bürgenstock迎來(lái)了(le)她的(de)處女(nǚ)秀，從清晨到午夜，每日沿著(zhe)Lucerne-Kehrsiten-Bürgenstock航線航行。
首批乘坐(zuò)的(de)遊客本以爲會聽(tīng)到柴油機的(de)噪聲，而結果卻讓他(tā)們大(dà)吃(chī)一驚。由Shiptec AG設計的(de)雙體船專門以電動模式航行于Lucerne灣，通(tōng)過電池進行供電，船長(cháng)決議(yì)柴油機驅動僅占行程的(de)一半。
據Shiptec的(de)CEO Rudolf Stadelmann稱，”MS Bürgenstock極具現代化(huà)與創新性，在Lucerne與Bürgenstock間架起了(le)生态友好之橋。”同時(shí)，這(zhè)座橋也(yě)極爲快(kuài)速，船舶行駛速度爲35千米/小時(shí)，僅需23分(fēn)鐘(zhōng)即可(kě)到達終點。
設計驅動技術時(shí)，Shiptec選定了(le)最經濟有利的(de)變量。通(tōng)過應用(yòng)相似尺寸的(de)船隻，可(kě)得(de)出相似的(de)行程，并對(duì)推進系統的(de)需求和(hé)耗量以及船載電網進行記錄。以該數據爲基礎，形成了(le)并聯混合電力及推進系統。
Shiptec的(de)船舶設計及工程負責人(rén)Martin Einsiedler解釋稱，推進系統包括兩個(gè)輸出各爲552kW的(de)SCANIA斯堪尼亞柴油發動機，以及兩個(gè)輸出各爲180kW的(de)西門子永磁同步電動機。“基本來(lái)說，我們在港口外部海域航行時(shí)會使用(yòng)柴油發動機，”Einsiedler說道。
而電動機可(kě)作爲發電機來(lái)爲船舶及系統電池進行供電。反過來(lái)，電池可(kě)爲電力驅動及Lucerne灣的(de)船載電網供電。整個(gè)行程中全電動系統的(de)應用(yòng)約占50%。
複雜(zá)系統，可(kě)靠解決方案
爲使複雜(zá)的(de)柴油推進及能源管理(lǐ)系統實現良好運行，并保證兩電源間的(de)快(kuài)速、可(kě)靠轉換，我們對(duì)驅動控制提出了(le)極高(gāo)的(de)要求。
正如來(lái)自Aventics的(de)Marius Mudroch解釋的(de)那樣，“混合技術的(de)複雜(zá)之處在于我們擁有兩種不同動力學及運轉方式的(de)驅動裝置。船長(cháng)總是需要根據行程選擇驅動以混合動力航行，”Mudroch說道，在他(tā)任職Aventics的(de)十年間，專門負責船舶自動化(huà)混合控制器的(de)研發工作，他(tā)對(duì)瑞士項目感到吃(chī)驚。
控制器中存儲了(le)不同的(de)行程，在Bürgenstock的(de)案例中，采用(yòng)了(le)WAGO-I/O-SYSTEM 750的(de)CAN控制器。
“我們自身的(de)控制器數字量及模拟量輸入和(hé)輸出數量有限。因此，在混合推進系統等帶衆多(duō)接口的(de)大(dà)型項目中——我們多(duō)年前便開始采用(yòng)了(le)萬可(kě)750系統，”Mudroch說道。這(zhè)些控制器專爲Aventics設備而設計，同時(shí)經過編程後可(kě)使模塊靈活組合。
750系統真正的(de)實用(yòng)性在于我們可(kě)以獨立确定模塊數量，在混合電機中總共有10個(gè)模塊。
萬可(kě)CANopen控制器（750-837）作爲主導，可(kě)實現CODESYS編程。
另一大(dà)優勢爲極短的(de)啓動時(shí)間：系統開啓後，控制器幾秒鐘(zhōng)之内便可(kě)實現運行。
“通(tōng)過使用(yòng)CAN總線，我們将自身控制器與萬可(kě)控制器相連，一切運轉正常。”
通(tōng)過使用(yòng)萬可(kě)控制器的(de)WAGO-I/O-PRO軟件工具對(duì)混合系統中的(de)功能進行編程，該軟件工具基于CODESYS 2.3。
“我們的(de)控制器如同一台正常遠(yuǎn)程控制設備一樣實現與萬可(kě)系統的(de)信息交換，”Mudroch解釋道。
所有特性曲線轉換操作都在750系列I/O系統中進行編程，數據也(yě)于其中進行評估及傳輸。
例如，選擇電機後，控制器将混合推進系統調整爲電動模式。根據需要，電機可(kě)在啓動操作中作爲額外的(de)推進器或波浪發生器。
此外，控制器還(hái)可(kě)提供柴油機扭矩或杠杆位等模拟量數值。通(tōng)過存儲器中的(de)變量，既可(kě)實現編程也(yě)可(kě)實現參數化(huà)設置。“我們的(de)控制器與萬可(kě)控制器可(kě)實現良好交互，”Mudroch強調。
混合動力更具創新性
兩種不同的(de)動力來(lái)源，更多(duō)的(de)信号，意味著(zhe)潛在故障數量也(yě)相應增加，Marius Mudroch指出。由于船長(cháng)無法立即判斷混合驅動哪一部分(fēn)生成故障信息，因此需通(tōng)過控制器進行故障處理(lǐ)，以使船舶根據要求作出反饋。針對(duì)每次模式更改都會生成步驟鏈，每一步驟後控制器都會檢驗是否已得(de)到充分(fēn)執行。
“船級社規範決定了(le)故障發生時(shí)船舶将如何應對(duì)，”Mudroch解釋道。對(duì)于一艘遠(yuǎn)洋船而言，故障時(shí)的(de)最後一次航行狀态應得(de)到良好保存，這(zhè)樣船長(cháng)可(kě)決定應繼續行駛還(hái)是将緊急止動。“像Bürgenstock等内陸水(shuǐ)運船舶可(kě)在故障發生時(shí)迅速熄滅引擎，這(zhè)是由于這(zhè)些船隻可(kě)相對(duì)快(kuài)速駛向岸邊，” Mudroch繼續道。
Mudroch估計研發控制器大(dà)約花費一周時(shí)間，“我将自身知識及先前經驗運用(yòng)到特性曲線轉換操作中。然而，近年來(lái)對(duì)于船舶混合推進系統的(de)要求已發生了(le)改變。”混合驅動早期作爲冗餘操作用(yòng)以避免故障，而今天的(de)電力驅動則在系統中扮演了(le)更加積極的(de)角色。
Bürgenstock并不是第一艘航行在Lucerne湖上的(de)電動船舶。2017年，SGV将前一代型号MS Diamant投入運行。由于重量較輕、船體良好，且具備混合驅動，這(zhè)艘客商兩用(yòng)船與傳統柴油驅動船隻相比可(kě)節省約20%能源。“雖然MS Bürgenstock與前一代相比配備了(le)相似的(de)組件，但卻具備了(le)更多(duō)的(de)創新性，”Mudroch強調。
Diamant配有一台輔助柴油機，可(kě)承受極高(gāo)的(de)船載電網負載，特别是在大(dà)型活動中，而在Bürgenstock上卻省卻了(le)這(zhè)一配置，以降低噪音(yīn)和(hé)排放，并節約空間。
驅動控制器原理(lǐ)也(yě)代表了(le)另一項研發，正如Aventics工程師強調的(de)那樣，“前一代船隻的(de)引擎在切換推進系統之前必須首先轉換到中間狀态。切換僅需幾秒鐘(zhōng)時(shí)間。”對(duì)于Bürgenstock，船長(cháng)一旦下(xià)達命令，在行駛過程中即可(kě)從柴油驅動轉換爲電力驅動。“乘客感受不到絲毫的(de)轉換、機械閉合開斷影(yǐng)響或晃動——一切都可(kě)在驅動側抵消。”
對(duì)于Mudroch來(lái)說，還(hái)有大(dà)量研發創新空間。“隻要我們能在萬可(kě)控制器上通(tōng)過編程、輸入和(hé)輸出實現自身控制器的(de)擴展，那麽仍然存在無限可(kě)能。”這(zhè)同樣适用(yòng)于未來(lái)的(de)控制器與雲端間的(de)數字化(huà)數據轉移，“我們尚未實現對(duì)系統的(de)遠(yuǎn)程訪問，這(zhè)可(kě)能是由于當前所用(yòng)控制器無法實現雲端通(tōng)信。當然，如果客戶提出這(zhè)個(gè)需求時(shí)，萬可(kě)IoT控制器不失爲一個(gè)理(lǐ)想選擇。”
MS Bürgenstock應用(yòng)多(duō)種萬可(kě)産品
除Aventics在Bürgenstock的(de)混合控制中應用(yòng)的(de)控制器元件外，這(zhè)家來(lái)自Laatzen的(de)公司還(hái)采用(yòng)許多(duō)萬可(kě)産品。
“例如，我們當前使用(yòng)的(de)是870系列軌裝接線端子，在未來(lái)的(de)項目中，我們打算(suàn)安裝TOPJOB®S産品，”Mudroch說道。
857系列轉換模塊可(kě)将輸入信号轉換成合适的(de)頻(pín)率信号。“萬可(kě)可(kě)獨立迅速地處理(lǐ)我們的(de)特殊需求，我們收到的(de)固件形式獨一無二。”
例如，對(duì)于螺旋槳螺距不同的(de)船隻來(lái)說，不僅需要線性特征曲線，也(yě)需要有一個(gè)或更多(duō)支撐點的(de)屈曲曲線。這(zhè)一需求已編程到轉換模塊中。WAGO-I/O-SYSTEM 750接口相同，這(zhè)一點極其實用(yòng)。
“我們與萬可(kě)的(de)夥伴關系随著(zhe)時(shí)間的(de)推移而不斷深入。 對(duì)于我們來(lái)說，快(kuài)速靈活的(de)支持是一個(gè)積極信号，使用(yòng)單一來(lái)源組件我們可(kě)從中獲益，” Mudroch解釋道。
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