基于三菱产品的海况实时分布式仿真系统的研制

摘要:本文详尽介绍了利用菱电公司的经济大型AnSHPLC以及经济紧凑型FX2NPLC及其相应的出功能模块、FR-540变频器,并采用传输速率较高、可靠性好的现场总线CC-Link,架构了一套实时性较强、可靠性良好的海况实时分布式仿真系统。该系统的研制为海洋船舶研制提供了一种实用型的半实物仿真平台,节省了大量的试验测试经费,降低了试验所需的物力和人力,同时在一定程度上,还可以进行海洋能量开发的仿真试验,填补了行业空白。

关键词:PLC半实物仿真CC-Link

一、设计背景

船舶在海洋中的摇摆姿态、船体的抗风浪性能对船舶的航行的稳定性、安全性具有巨大的意义。船体在海洋中的不同运动姿态:横倾、纵倾、上下代表不同的海况等级,船舶的适航等级适海洋船舶的一个重要指标。因此,在设计船舶时,尤其是远洋船舶、海洋船舶的设计,必须要经过科学计算其船体的抗风浪等级。但计算仅仅是理论值,必须要经过多次的海风浪试验加以修正。这样的试验不仅费时、费力,还浪费了大量的财力。有些单位为了减少开支,将海风浪试验降低到最低的次数,不仅影响了测试数据的完整性,而且有些数据不一定完整。为了避免这种现象发生,使远洋和海洋船舶设计的更为科学、省时、省力、省经费,我们利用了菱电自动化的大型实用型PLCAnSH以及经济紧凑型FX2NPLC,FR-E540变频器,并采用CC-Link现场总线,开发了一套长50米、宽30米、深6米的水池造波系统,可以模拟实时海况的风浪,实现了船舶设计的半实物仿真系统平台,不仅可以提供给船舶设计单位以及船舶认证单位进行半实物的实时仿真试验,为船舶设计提供接近实际海况的测试现场数据,还可以为海洋开发单元进行波能发电装置的开发研究。这样的半实物分布式仿真平台系统在国外90年代就已成型,在我国船舶设计单位目前正在展开试制工作。

二、系统组成与设计

1、系统组成

为了实时模拟海况的风浪,水流、浪程和浪高等,本造波系统有如下分系统组成

1)造波分系统:水池配有三套双推板大功率的造波机和小功率的造波机,大、小造波机不同的组合能产生纵向传播的长峰波,最大波高可达0.3米,由计算机进行程序控制,可以产生模型试验所需要的规则波或不规则波。

2)造流系统:水池配有一套高压喷水造流系统,在池墙两侧均匀密布喷水管,水泵从粗管吸水加压后从密布的喷水管中喷出,在水池中造成均匀的水流。该系统能产生纵向流和横向流,最大流速为0.1米/秒。此外,还配置了局部造流系统,以适应高速水流以及不同流向试验的需要。

3)造风系统:配置一套可移动式鼓风机造风系统。最大风速可达5米/秒,通过计算机控制系统可进行风谱的模拟。