工业以太网在船舶电力推进监控系统中的应用

作者:查重猫     发表时间:2021-06-30 07:25:10   浏览次数:23



  摘要:为了优化船舶电力推进监控系统,对工业以太网在船舶电力推进监控系统中的应用展开研究。利用采集船舶电力推进设备信号,设计控制执行程序,完成基于工业以太网的船舶电力推进系统信号处理。在此基础上,连接变频装置,借助监控电路对异步电动机进行实时调试,完成船舶电力推进监控系统的搭建。实验结果表明,与集散型电力推进监控系统相比,基于工业以太网的监控系统可对船舶电力进行及时协调与调度,体现出了工业以太网在船舶电力推进监控系统中的应用价值。

  关键词:工业以太网;船舶电力;监控系统;检测信号;控制程序;变频装置;异步电动机

  0引 言

  船舶电力推进系统可为港口船运设备提供所需的电力能源,且随着货运量的增大,系统的运载量也会不断提高[1]。利用工业以太网可在掌握船舶电力推进系统运行能力的同时,对船舶电力推进状况进行实时监管,具有较强的应用性价值。在传统集散型电力推进监控系统中,由于货物负载量过大,易导致电力利用效率的持续下降,从而影响监控系统的实际作用能力。为解决此问题,在工业以太网支持下,设计一种新型的船舶电力推进监控系统,分别从检测信号采集、变频装置连接两方面阐述船舶电力推进监控体系的实际运行价值,再通过对比实验的方式,突出其应用可行性。

  1基于工业以太网的船舶电力推进设备信号处理

  基于工业以太网的船舶电力推进设备信号处理包含信号采集、控制程序设计2个执行步骤。

  1.1信号采集

  信号采集是利用传感器设备,对船舶电力推进设备信号进行处理的实践过程,能够同时分辨船舶电力推进设备所处的开/停状态,并可联合压力、温度等感知元件,将待传输信号文件聚合成全新的数据包形式。一般情况下,已集合成数据包形式的船舶电力推进设备信号不再具备数字量执行的能力,且由于系统存储、处理、传输等指令的存在,这些文件参量可被监控主机默认为模拟信号的应用形式。在信号采集过程中,工业以太网开关量输入信号可借助光电耦合器实现对船舶电力推进指令的分析,并将其记录成“0”或“1”的数值存储形式。

  1.2控制程序设计

  在船舶电力推进监控系统中,控制程序主要由MillenniumEdition,STEP7-Micro,IntegralDerivative等3种形式组成。其中,MillenniumEdition控制程序主要作用于船舶电力推进设备,可通过数据信息记录的方式,向核心监控主机反应底层设备的实际执行情况,并借助数据库设备对这些信息参量进行实时存储[2]。STEP7-Micro控制程序主要作用于工业以太网组织,能够记录其中的信息传输形式,并可在异步电动机的作用下,将这些文件信息直接反馈至船舶电力推进设备之中。IntegralDerivative控制程序的作用范围相对较为广泛,可在整个船舶电力推进监控空间内,对以太网信息进行筛查,并从中剔除不符合工业以太网连接需求的应用数据参量。

  2船舶电力推进监控系统

  在工业以太网环境的作用下,按照变频装置连接、监控电路设计、异步电动机驱动的处理流程,实现船舶电力推进监控系统的设计。

  2.1变频装置

  β|T|W˙变频装置存在于船舶电力推进监控系统的顶层执行单元中,可在不违背工业以太网连接需求的前提下,控制船舶电力推进设备的实际工作强度,从而使得系统核心监控主机可在最短时间内做出详细的规划指令。通常情况下,船舶电力推进设备作用强度可直接影响变频装置的实际连接能力[3]。规定代表船舶电力推进设备工作强度,随着船舶航行时间的延长,待运输的货物总量也会逐渐增大,且由于运输等待间隙的影响,该项物理量的实际使用值始终不会超过自然数1。

  2.2监控电路

  监控电路可提供船舶电力推进监控系统所需的一切电力,并可借助工业以太网,将这些电力信息反馈至船舶电力推进设备之中,从而使得核心监控主机能够准确记录系统各元件结构体的实际运行情况。整个电路结构由上部连接电阻和下部主机接入端口共同组成。其中,所有连接电阻均保持并列相连的接入形式,且它们的物理阻值完全相等,当系统监控电路两端的电压输入值不断增大时,每一个电阻设备所分的次级电压数值也会随之增大,但由于平均阻值水平较低,船舶电力推进监控系统始终具备较强的电子干扰能力[4]。主机接入端口受到合电阻R的直接控制,当R物理阻值增大时,接入端口中收集的船舶电力推进设备运行信息数值量也会随之增大,反之则会一起减小。

  2.3异步电动机

  异步电动机是船舶电力推进监控系统设计的末尾环节,通常情况下,该元件直接影响船舶电力推进设备的实际运行情况,且随着工业以太网覆盖面积的增大,异步电动机两端所负载的物理电压数值也会逐渐增大。在不考虑其他干扰条件的情况下,异步电动机连接能力只受船舶电力推进监控系统电阻、系统高压值2项物理量的直接影响。船舶电力推进监控系统电阻可表示为,在整个系统运行过程中,该项物理量的数值水平始终保持相对稳定的存在状态。

  3应用能力分析

  为验证新型船舶电力推进监控系统的实际应用价值,设计如下对比实验。将图3所示电力驱动设备与实验船舶主机相连,并利用该组合装置对船舶电力推进设备进行监控与控制,在整个实验过程中,实验组主机搭载新型船舶电力推进监控系统,对照组主机搭载集散型电力推进监控系统。

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  UTS指标能够反映船舶电力的实际调度协调性,一般情况下,UTS指标数值越大,船舶电力的实际调度协调性也就越强,反之则越弱。表2记录了实验组、对照组UTS指标数值的具体变化情况。

  分析可知,随着实验时间的增加,实验组UTS指标始终保持下降与上升交替出现的数值变化趋势,整个实验过程中的最大数值达到了0.78。对照组UTS指标则保持先上升,再稳定,最后下降的数值变化趋势,整个实验过程中的最大数值结果仅为0.52,与实验组最大值相比,下降了0.26。综上可知,随着新型船舶电力推进监控系统的应用,船舶电力推进设备UTS指标数值结果得到了有效提升,可实现船舶电力推进设备进行监控与控制。

  4结 语

  在工业以太网的支持下,构建了一种新型的船舶电力推进监控系统,联合变频装置与监控电路,对异步电动机的连接能力进行规划,不仅提升了船舶电力推进监控系统的调度协调能力,也突出了以工业以太网为核心的船舶电力推进监控系统的实际应用价值,说明了该系统具备较强的实践可行性。——论文作者:杨章勇

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