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自动化系统是混合推进的关键
时间:2012-04-28 15:54 来源:网络 点击:

    E-SHIP 2006年由风电设备制造商委托制造的“E-Ship 1”采用符合马格纳斯原理的辅助风力推进系统,该船符合环保、能效和可持续发展方面的新标准。无数创新之举在这艘船上得以实现,而智能的自动化解决方案就是最核心的部分。
    由位于Aurich的风电设备制造商Enercon 有限公司研发的“E-Ship 1”特种运输船配备了四个圆柱形叶轮,叶轮可以借助进风旋转并产生一个推进力,这种推进效率要比传统的风帆高出10倍。这艘特种运输船只需配备15名人员,其运输风电设备的能力比同样大小普通运输船高3倍。针对这种高成本的物流,必须采用一项成熟的船舶控制的自动化技术。

对自动化系统的要求
    对系统最主要的要求在于,它必须是一套采用冗余结构因而能在最大程度上确保可用性及可靠性飞系统。船舶在内河、港口地区或者风力特别小的情况下航行时,叶轮产生的可用推进力比较有限,因而要求系统能不受水域和风力的影响,确保在风力推进与传统推进之间进行顺利的转换。针对为期几个月的远洋航运,Enercon 公司还对系统的故障诊断及维护提出了特别要求。必须快速识别出故障原因,并且这些故障通常可以由船员以最低的成本自行解决。为了在最大程度上利用风能和燃料,并争取以最少的燃料消耗完成运输任务,所以,自动化系统必须符合总线要求、与现用标准兼容并拥有相应的放行证书。西门子公司提供的系统可以满足这些要求,而主要面临的挑战在于将这套自动化技术以最优的方式配置成符合远洋运输的特殊要求。

控制结构的构想
    西门子公司自动化解决方案基于单个系统组件的冗余结构,从总线层到控制层再到可视化层面。所以,系统采用两套Simatic  S7-414H 控制系统切换到第二套系统上,即冗余系统,从而可使船舶无故障地持续运行。另外,分别用于两套传统推进系统 的两套S7-414H冗余系统,当其中一套系统出现故障时,冗余系统也能够在不影响正常运行的情况下接受控制任务。针对四个叶轮的控制,分别使用一套高可用性 的Simatic  S7-414H 控制系统来控制一个叶轮。如果其中一个叶轮出现故障,那么风力推进系统可以通过其它三个叶轮继续常工作。其它用于连接推进系统和其它传感器和测量仪器等组件的外围设备,则使用20个高可用性的Simatic ET200M系统进行控制。

流程可视化
    除此之外,使用四台Win CC服务器完成服务流程并实现流程可视化,其中有些部分同样采用了冗余结结构。这套系统可以显示船舶所有相关的自动化组件信息。控制舱内、机舱内控制区或者变频区内的每个操作人员,都能以直观的图像显示的方式看到系统的运行状态,并能自动显示组件故障及系统故障。

诊断及维修
    利用西门子公司的Simatic维修站,操作人员可以了解到系统的实时状态。该维修站是用于故障诊断和维修飞中央信息圆盘,能对所有重要的系统组件进行持续的远程询问及分析。这样,就能提早了解到危险的情况,并能在出现故障时第一时间掌握所有重要信息,以识别故障原因并有针对性地解决问题。装有Win CC及维修站的系统的灵活性还能实现这种情况,即根据使用者的愿望来调整运行状态,例如一些需要立即关注的情况,用一种信号的颜色进行显示。这样,轻点几下鼠标就能调出所需要的相关测试数据,并能准确识别出引发故障的组件是哪一个。有了这套系统,就能节省现场照、找故障的昂贵成本,并能在最短时间内找到问题的解决方案。
    借助“解决故障记录”功能,可以再特种运输船“E-Ship 1”每次出现故障时,标记出故障原因以及解决方案。这样一来,就能收集所需的经验,以便未来出现故障时快速、有针对性地找出问题解决方案。

通过以太网环联接组件
    这种网络的一个优点在于,可以讲船舶上所有自动化系统组件联接起来。
    为了获得最大的系统可靠性,使用了Simatic Net系列的3个以太网环。其中两个以太网环构成冗余网络,以连接各个自动化系统组件。第三个以太网环用于联接控制舱内、机舱内、机舱控制区或者变频区内的操作站。此外,通过该以太网环,每个机柜内还以现场连接一台笔记本电脑,用于系统操作并实现信息可视化。
    为了消除电磁干扰,所有三个以太网环都使用了光纤线缆。这种光纤网络结构尤其适用于延伸距离较长的网络。覆盖了整个船体的环形拓扑结构能够提供最大程度的运行可靠性,因为结构中出现一个中断情况并不会导致整个通信网络的瘫痪。
    由西门子公司提供的FastConnect系统的可以快速装配线缆、连接器和组件工具,用于快速、准确地搭建网络或进行现场修改。仅仅使用一件工具就能进行简单而灵活的安装。与终端配件相配的接口可以立即与所需长度导线组装连接。
    使用27台Scalance X204-2作为工业交换机,因为这种交换机是光纤和电子环形结构的最佳选择,在理想情况下可用于高可用性的网络。交换机这一网络组件可以主动地将所需的数据转达到相应的目的地址。
    主要的控制系统和WinCC-服务器分别通过一个光纤适配器;来联接,这种适配器可用作短距离光纤导体(由塑料光纤(POF)或光子晶体光纤(PCF)制成)。控制系统与服务器相互间不断通信,这样两段的数据状态就能保持一致。如果系统出现故障,第二套系统就能在不影响运行的情况下自动接收任务。两套传统船用螺旋桨的电推动系统也是一样。这里使用的系统采用冗余设计,并通过自有的Profobus总线连接保持对话连接。

无故障的船舶运行
   
在日常的航运业务中通常需要提供一份特殊的清单,罗列出紧急情况时解决问题的方法,从而保证系统不间断地正常工作。所以,“E-Ship 1”项目中还包括了船员的培训,以保证船舶控制吸烟24小时可用,从而确保船舶运行无故障。对此Enercon公司希望能在自己的公司认识并了解正套自动化系统的细节。通过实现流程可视化和基于WinCC的故障诊断系统,就能将操作人员的训练时间减到最小。

来源:网络

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