貝加萊船舶解決方案 ——軸帶發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)

　　1 軸帶發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)介紹

　　隨著目前IMO(國(guó)際海事組織)引入了能源效率設(shè)計(jì) 指數(shù)(EEDI)，現(xiàn)有船舶能效指數(shù)(EEXI)和碳強(qiáng)度指標(biāo) (CII)的概念，旨在推動(dòng)新建船舶使用節(jié)能設(shè)備。而對(duì)于已 經(jīng)投入運(yùn)營(yíng)的船舶而言，增裝軸帶發(fā)電機(jī)同樣可以改進(jìn)其能 源效率，并有效降低船舶碳排放，提升能效評(píng)級(jí)。

　　軸帶發(fā)電機(jī)是船舶沿著主發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)輸出軸配置的發(fā)電 機(jī)組，船舶為了能夠更大的發(fā)揮主軸的動(dòng)力利用率，在船舶 處于低速的情況下，啟動(dòng)軸帶發(fā)電機(jī)將主機(jī)的剩余動(dòng)能轉(zhuǎn)化 為發(fā)電機(jī)的電力，并供給給其他船電系統(tǒng)作為應(yīng)用。另外， 在PTI(Power Take In)模式下也可以為螺旋槳提供額外動(dòng) 力，同時(shí)降低主發(fā)動(dòng)機(jī)的功率選型。它降低了輔助發(fā)電機(jī)組 的需求，減少維護(hù)成本。因此，它成為一種有效改善EEXI 和 CII的解決方案，成為了船舶升級(jí)改造的重要方向。

　　船舶動(dòng)力及軸發(fā)所處的位置如圖1所示，軸帶發(fā)電機(jī)通 ?？梢砸员лS式、齒輪箱式、自由端多種方式安裝于主軸 上，圖1為齒輪箱式，比較適合于后增安裝方式。通過(guò)齒輪 箱連接，將主發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)組，并經(jīng)由整流/逆 變單元、變壓器，既可以儲(chǔ)能形式，也可以以電驅(qū)輔助引擎 方式驅(qū)動(dòng)，也可以作為船用電力來(lái)源。

　　整流/逆變系統(tǒng)使得機(jī)組可以提供恒壓恒頻電能輸出， 當(dāng)然，軸帶發(fā)電機(jī)也可以作為電動(dòng)機(jī)輸出——這由整個(gè)電力 系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　2 貝加萊船舶軸帶發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)解決方案

　　貝加萊的控制系統(tǒng)可提供針對(duì)機(jī)組的發(fā)電轉(zhuǎn)速采樣、機(jī) 組電流/電壓、頻率的高精度采樣，以及電機(jī)功率控制，整 流與逆變中的控制功能。

　　圖2為控制系統(tǒng)配置，在這個(gè)解決方案中，貝加萊X20 系列PLC具有的強(qiáng)算力設(shè)計(jì)，以及X20CM0985模塊的能源測(cè)量與并網(wǎng)同步能力，使得針對(duì)發(fā)電機(jī)組的控制算法可以更為 便利。

圖 1 船舶推進(jìn)與軸帶發(fā)電機(jī)組布局

圖 2 控制系統(tǒng)構(gòu)成

　　貝加萊的控制系統(tǒng)之所以可以勝任船舶領(lǐng)域，主要在于 以下幾個(gè)方面：

　　(1)涂層設(shè)計(jì)的控制器

　　貝加萊的X20 PLC、工業(yè)PC系列產(chǎn)品電路板均采用了特 殊涂層處理，它使得這些控制器、I/O均可在防潮、抗腐蝕 氣體保護(hù)需求的環(huán)境下工作(如圖3)。

　　帶有涂層版本的X20組件，它可以在-40℃下啟動(dòng)。并且考慮長(zhǎng)距離輸電的壓降，它也可以容忍24VDC電源在-25%- +30%范圍的偏差。

　　(2)完善的船級(jí)社認(rèn)證

　　船級(jí)社的需求是船舶行業(yè)的特殊要求，它需要在海洋、 海岸線工作的船舶、設(shè)備需要經(jīng)過(guò)特船級(jí)社認(rèn)證，以確保其 能承受海洋的特殊工作環(huán)境需求。在目前的貝加萊控制系統(tǒng) 中，已經(jīng)在挪威船級(jí)社DNV、德國(guó)船級(jí)社 GL、勞氏船級(jí)社 LR、中國(guó)船級(jí)社CCS、美國(guó)船級(jí)社ABS、法國(guó)船級(jí)社BV、韓 國(guó)船級(jí)社KR、意大利船級(jí)社RINA認(rèn)證。

　　(3)能源監(jiān)測(cè)模塊(如圖4)

　　在多個(gè)方面，貝加萊的X20CM能源監(jiān)測(cè)模塊都發(fā)揮著關(guān) 鍵作用：

　?、俅藐P(guān)鍵設(shè)備的能源監(jiān)測(cè)與集中管理;

　?、诖脙?nèi)燃機(jī)組控制系統(tǒng)，如燃?xì)廨啓C(jī)、甲醇/綠氨機(jī) 組等;

　?、鄞脷淙剂想姸训墓芾?。

　　貝加萊X20能源模塊可以高頻、高精度檢測(cè)電力系統(tǒng)的 電壓、電流、頻率、相位、諧波等，并可作為電力控制和能 源效率監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)采集源。

　　除此之外，遵循ISO50001能源管理系統(tǒng)需求，貝加萊 X20豐富的I/O模塊還能支持船舶上各類能源的監(jiān)測(cè)，包括溫 度、壓縮氣體、蒸汽、熱力供應(yīng)等的計(jì)量、傳輸、計(jì)算、報(bào) 表、分析等能力，并可進(jìn)行甩負(fù)荷管理。

　　3 建模仿真與自動(dòng)代碼生成

　　發(fā)電系統(tǒng)的高速采樣以及功率控制的算法復(fù)雜性，以 及它的方式的靈活多變，這使得采用建模仿真的方式進(jìn)行 機(jī)組的開(kāi)發(fā)變得更為有效。貝加萊的Automation Studio可 以通過(guò)FMU/FMI、OPC UA的方式與MATLAB/Simulink這樣 的控制算法設(shè)計(jì)軟件接口。經(jīng)由建模仿真的方案可以自動(dòng) 代碼生成的方式，經(jīng)過(guò)導(dǎo)入至Automation Studio與其他任 務(wù)相耦合，并可直接下載到硬件測(cè)試，實(shí)現(xiàn)硬件在環(huán)測(cè)試 (HIL)，這個(gè)方式的好處在于可以根據(jù)機(jī)組的容量、運(yùn)行 模式、設(shè)備邏輯等變化，而形成快速的機(jī)組應(yīng)用重組(如 圖5)。

　　這種開(kāi)發(fā)模式在貝加萊的風(fēng)力發(fā)電機(jī)器控制、燃?xì)廨啓C(jī) 機(jī)組、雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)組的控制方面，均被采用，作為一種高 效的機(jī)器控制研發(fā)方式被廣泛應(yīng)用。

圖 3 采用涂層處理的控制器可以在海洋環(huán)境工作

圖 4 貝加萊 X20 系列的能源監(jiān)測(cè)模塊

圖 5 Automation Studio 的建模仿真導(dǎo)入能力

　　作為 ABB 集團(tuán)旗下的業(yè)務(wù)部，貝加萊是總部位于奧地 利的工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)者。貝加萊將先進(jìn)技術(shù)與工 程設(shè)計(jì)相結(jié)合，為各行各業(yè)的客戶提供機(jī)器和工廠自動(dòng)化、 運(yùn)動(dòng)控制、HMI 和集成安全技術(shù)的完整解決方案。憑借包括 OPC UA、POWERLINK 和 openSAFETY 在內(nèi)的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) 通信標(biāo)準(zhǔn)以及 Automation Studio 軟件，貝加萊不斷重新定 義自動(dòng)化工程的未來(lái)，推動(dòng)貝加萊始終走在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域 前沿的創(chuàng)新精神，源于對(duì)簡(jiǎn)化流程和超越客戶期望的承諾。