摘要：本文詳盡介紹了利用菱電公司的經(jīng)濟大型AnSH PLC以及經(jīng)濟緊湊型FX2N PLC及其相應(yīng)的出功能模塊、FR－540變頻器，并采用傳輸速率較高、可靠性好的現(xiàn)場總線CC－bbbb，架構(gòu)了一套實時性較強、可靠性良好的海況實時分布式仿真系統(tǒng)。該系統(tǒng)的研制為海洋船舶研制提供了一種實用型的半實物仿真平臺，節(jié)省了大量的試驗測試經(jīng)費，降低了試驗所需的物力和人力，同時在一定程度上，還可以進行海洋能量開發(fā)的仿真試驗，填補了行業(yè)空白。
關(guān)鍵詞：PLC 半實物仿真 CC－bbbb
1 設(shè)計背景
船舶在海洋中的搖擺姿態(tài)、船體的抗風浪性能對船舶的航行的穩(wěn)定性、安全性具有巨大的意義。船體在海洋中的不同運動姿態(tài)：橫傾、縱傾、上下代表不同的海況等級，船舶的適航等級適海洋船舶的一個重要指標。因此，在設(shè)計船舶時，尤其是遠洋船舶、海洋船舶的設(shè)計，必須要經(jīng)過科學計算其船體的抗風浪等級。但計算僅僅是理論值，必須要經(jīng)過多次的海風浪試驗加以修正。這樣的試驗不僅費時、費力，還浪費了大量的財力。有些單位為了減少開支，將海風浪試驗降低到最低的次數(shù)，不僅影響了測試數(shù)據(jù)的完整性，而且有些數(shù)據(jù)不一定完整。為了避免這種現(xiàn)象發(fā)生，使遠洋和海洋船舶設(shè)計的更為科學、省時、省力、省經(jīng)費，我們利用了菱電自動化的大型實用型PLC AnSH以及經(jīng)濟緊湊型FX2NPLC，F(xiàn)R－E540變頻器，并采用CC－bbbb現(xiàn)場總線，開發(fā)了一套長50米、寬30米、深6米的水池造波系統(tǒng)，可以模擬實時海況的風浪，實現(xiàn)了船舶設(shè)計的半實物仿真系統(tǒng)平臺，不僅可以提供給船舶設(shè)計單位以及船舶認證單位進行半實物的實時仿真試驗，為船舶設(shè)計提供接近實際海況的測試現(xiàn)場數(shù)據(jù)，還可以為海洋開發(fā)單元進行波能發(fā)電裝置的開發(fā)研究。這樣的半實物分布式仿真平臺系統(tǒng)在國外90年代就已成型，在我國船舶設(shè)計單位目前正在展開試制工作。
2 系統(tǒng)組成與設(shè)計
2．1 系統(tǒng)組成
為了實時模擬海況的風浪，水流、浪程和浪高等，本造波系統(tǒng)有如下分系統(tǒng)組成
1） 造波分系統(tǒng)：水池配有三套雙推板大功率的造波機和小功率的造波機，大、小造波機不同的組合能產(chǎn)生縱向傳播的長峰波，最大波高可達0.3米，由計算機進行程序控制，可以產(chǎn)生模型試驗所需要的規(guī)則波或不規(guī)則波。
2） 造流系統(tǒng)：水池配有一套高壓噴水造流系統(tǒng)，在池墻兩側(cè)均勻密布噴水管，水泵從粗管吸水加壓后從密布的噴水管中噴出，在水池中造成均勻的水流。該系統(tǒng)能產(chǎn)生縱向流和橫向流，最大流速為0.1米/秒。此外，還配置了局部造流系統(tǒng)，以適應(yīng)高速水流以及不同流向試驗的需要?！?BR>3） 造風系統(tǒng)：配置一套可移動式鼓風機造風系統(tǒng)。最大風速可達5米/秒，通過計算機控制系統(tǒng)可進行風譜的模擬?！?BR>4） 拖車系統(tǒng)：在拖曳試驗時可以進行迎浪、順浪和橫浪的拖曳試驗，也可對x、y方向調(diào)節(jié)進行斜浪的拖曳試驗?！?BR>5） 水池過濾系統(tǒng)：水池配有機械過濾系統(tǒng)。
6） 消波系統(tǒng)：在造波機對岸設(shè)有一定傾斜度的格柵式消波灘，借以吸收波能防止產(chǎn)生反射波?！?BR>2．2 系統(tǒng)設(shè)計
為了實現(xiàn)上述功能，系統(tǒng)采用分層、分單元的概念，將系統(tǒng)實現(xiàn)真正的分布式控制。其中，造波分系統(tǒng)、造流分系統(tǒng)以及造風分系統(tǒng)分別可由兩臺PLC控制，海況的波浪有大海浪、小海浪、紋波海浪，為了真實模擬海況的特性，高頭較大的海浪由AnS PLC控制，小海浪、紋波海浪由FX2N PLC控制。造流分系統(tǒng)與之類似。只有這樣，才能模擬海況中的兩個大浪潮中含有許多的小高頭的浪潮。浪潮產(chǎn)生的過程為：由PLC的模擬輸出功能模塊輸出0～10V的控制信號控制FR－E540型變頻器的輸出頻率，變頻器實時控制三相異步電機的轉(zhuǎn)速，電機帶動造波器的漿液片打擊水面，電機的轉(zhuǎn)速不同，造成兩個波頭之間的波程和波峰的不同，這樣，三相異步電機不同的轉(zhuǎn)速與不同的波頭、波程、波峰相對應(yīng)，因此，兩個三相異步電機不同的轉(zhuǎn)速組合便可實時再現(xiàn)模擬不同的海況。造流系統(tǒng)同樣由AnSH PLC和FX2N PLC組合控制各自的動力水泵，形成不同的水流能量。造風系統(tǒng)由AnSH PLC控制大功率的風機實現(xiàn)。
為了提高可靠性，本控制系統(tǒng)中還設(shè)計了手動備用調(diào)速系統(tǒng)，以保證在計算機故障時不影響造波。當計算機故障時，切換裝置不需人工干預(yù)，自行切換到手動備用調(diào)速系統(tǒng)，操作人員可以通過電位器調(diào)節(jié)變頻器轉(zhuǎn)速來維持正常的造波過程。三個由AnSH PLC、FX2N PLC以及FR－E540變頻器和三相異步電機組成的三個現(xiàn)地控制單元和由PC組成的服務(wù)器、人機交互服務(wù)器架構(gòu)的系統(tǒng)配置見圖1所示。AnSH PLC、FX2N PLC配置圖見圖2、圖3所示。
圖1：仿真平臺架構(gòu)圖
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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