关于船舶电力推进自动控制系统设计与研究

关键词：船舶；电力推进；自动控制系统；设计；研究

上世纪八十年代以来，随着我国电子科学技术的不断发展，各种调速变换器技术以及电子电力器件的研究不断取得新的技术突破，使兆瓦级以上的交流电机调速变换器广泛应用于我国大型的航海船舶系统中，从而为船舶电力推进自动化控制系统的设计与研发奠定了积极的技术基础。船舶电力推进自动化控制系统具有运行效率高及运行经济环保、推进功率大、机舱布置更加紧凑灵活、船舶操纵性及舒适性较好等众多应用优点，因此近些年来在我国的航海事业中的得到了广泛的应用。

1 船舶电力推进自动控制系统设计与研究的重要性

近年来，随着我国微机控制技术与交流变频技术和电力电子技术的不断发展，交流电机的应用技术得到推广。在此发展背景下，我国的船舶电力推进自动化控制系统在推进功率以及实际的运行效率和运行系统稳定性、可靠性等方面都发挥了重要作用。其应用范围在不断扩大的同时，我国船舶电力自动化控制系统也从传统的军用系统逐渐扩展到民用系统及河运和海运系统中，从而展示了其巨大的市场发展前景。

在我国大型的船舶控制自动化系统中经常采用永磁式同步电动机作为其推进器的推进电动机，但与中小功率电力推进系统相比，船舶电力自动化控制系统需要综合考虑其性能的优越性以及性价比等相关影响因素。就我国目前的实践应用情况看，采用较多的电力推进系统是专用型的变频异步电动机。这类中小型的电力推进自动化控制系统一般主要由配电装置系统以及柴油系统和含滤波器的变频控制系统及异步电动机等不同运行装置组成；其中还包括了其它相关的负载系统以及操作控制系统单元。本文重点研究设计的船舶电力推进自动化控制系统中还包括了模拟负载系统。

2 船舶电力推进自动控制系统推进设计要求

2.1 船舶电力推进自动控制系统推进功能要求

由于船舶电力推进自动化控制系统直接面向电力主推进变频控制器装置，因此在设计过程中主要实现的自动化控制功能如下所示：

2.1.1 船舶电力推进自动控制系统操作指示功能

启、停控制系统：船舶电力推进自动化控制推进系统既可以在驾驶室进行遥控操作控制，也可以在变频器柜展开就地操作控制。

船舶电力推进工作模式选择：船舶电力推进控制输出信号的变频器工作模式选择主要包括功率模式、转矩模式以及速度模式三种。为了确保船舶电力推进控制器在同一时刻只能输出一种模式选择信号，该系统中可以通过转速连续调节推进控制器，就能够根据车钟的实际运行转速指令，对螺旋桨转速进行连续调节，在这一控制过程中还包含了临界转速避让功能。因此，船舶电力推进自动化控制系统的实际工作状态指示、变频器、电动机还有控制系统的工作状态检测及显示都能够实现自动化推进控制。除此之外，系统还可以对各种故障状态进行实时显示及报警等。

2.1.2 船舶电力推进系统的连锁控制功能

船舶电力推进系统的联锁控制：船舶电力推进系统可以实现变频器的启、停控制，但是在此运行过程中必须与车钟“手柄不在零位”的信号进行联锁控制，因此船舶电力推进系统能对实际的运行错误操作流程发出声光报警信号。

船舶电力推进系统的安全保护功能：船舶电力推进系统在驾控台可以设置相应的紧急停车按钮，当系统运行时一旦出现危险，可立刻强制停机。

2.2 船舶电力推进自动控制系统推进性能设计要求

推进船舶自动化控制系统运行和工作的重要组件是螺旋桨，因此在设计时要确保螺旋桨的运行工作特性与船舶电动机的运行工作特性频率一致，从而提升整个船舶电力推进自动化控制系统的运行性能。但通过设计研究发现，电动机的机械特性以及螺旋桨的运行特性存在很大差异，因此在设计过程中应该重点满足螺旋桨反转性特征以及系缆性特征和自由航行特征等三大设计要求，从而结合螺旋桨的不同设计性能参数要求进行空载设计。

3 船舶电力推进自动控制系统设计与研究过程

结合上述两种系统设计性能要求和系统推进功能要求，本文设计研究中采用一种的ACS-800矢量自动控制变频器，通过对船舶中的异步电动机定子中的电流矢量进行科学控制和测量，利用电磁原理分别对船舶电力推进自动化控制系统中的转矩电流以及异步电动机的励磁电流进行有效控制，最终达到对电动机转矩进行自动化控制的设计目的。因此，从其设计以及应用原理分析，这种自动化控制系统能够对船舶电力推进异步自动化控制系统进行参数监测以及动适应、识别等，该设计系统在对自动异步电动机系统运行参数进行辨识之前能够对系统中的有效矢量以及系统运行组件进行算法控制及转矩切换控制、运行功率控制等。

从总体的设计思路中可以看出，船舶电力自动控制系统中的变频器是通过系统中相关的模拟量输入板块进行有效控制，而该系统结构中的设计经过实践表明，模拟量板块中的标准信号输入是通过PLC自动化控制系统来实现的，首先系统中的模拟量通过网络输入到系统的端子中，经过自动化控制系统的数据信息采集以及控制实时传输通信，使PLC中的信号经过系统传输发送至上位机中，由此通过上位机的信号传输，经过PLC电力推进自动控制系统实现变频器信号的传输和控制，从而使我国船舶电力推进自动控制系统高效安全运行。

4 结束语

综上所述，随着我国经济水平的不断发展以及航海技术的进一步提升，人们对于船舶的舒适性以及操纵性和推进功率等相关的要求在不断提高，特别是对于一些特大型的邮轮以及工作船舶等，传统的柴油动力系统已经难以满足当前船舶运输事业的发展，因此需要通过对船舶电力推进自动控制系统进行研究，从而促进我国航海事业的不断发展。

參考文献：

[1] 郑元璋，冯宁，李海量.全电力推进船舶推进控制技术研究[J].中国航海，2007（04）：92-95.

[2] 俞万能，李素文，马昭胜.小型船舶电力推进控制系统的研发[J].中国航海，2011（03）：18-23+48.

[3] 林治国，高孝洪，高海波.舰船电力推进变频调速实验系统[J].船舶工程，2010（04）：38-40+48.

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