1 轴带发电机控制系统介绍

　　随着目前IMO(国际海事组织)引入了能源效率设计 指数(EEDI)，现有船舶能效指数(EEXI)和碳强度指标 (CII)的概念，旨在推动新建船舶使用节能设备。而对于已 经投入运营的船舶而言，增装轴带发电机同样可以改进其能 源效率，并有效降低船舶碳排放，提升能效评级。

　　轴带发电机是船舶沿着主发动机系统输出轴配置的发电 机组，船舶为了能够更大的发挥主轴的动力利用率，在船舶 处于低速的情况下，启动轴带发电机将主机的剩余动能转化 为发电机的电力，并供给给其他船电系统作为应用。另外， 在PTI(Power Take In)模式下也可以为螺旋桨提供额外动 力，同时降低主发动机的功率选型。它降低了辅助发电机组 的需求，减少维护成本。因此，它成为一种有效改善EEXI 和 CII的解决方案，成为了船舶升级改造的重要方向。

　　船舶动力及轴发所处的位置如图1所示，轴带发电机通 常可以以抱轴式、齿轮箱式、自由端多种方式安装于主轴 上，图1为齿轮箱式，比较适合于后增安装方式。通过齿轮 箱连接，将主发动机的动力驱动发电机组，并经由整流/逆 变单元、变压器，既可以储能形式，也可以以电驱辅助引擎 方式驱动，也可以作为船用电力来源。

　　整流/逆变系统使得机组可以提供恒压恒频电能输出， 当然，轴带发电机也可以作为电动机输出——这由整个电力 系统的转换来实现。

　　2 贝加莱船舶轴带发电机控制系统解决方案

　　贝加莱的控制系统可提供针对机组的发电转速采样、机 组电流/电压、频率的高精度采样，以及电机功率控制，整 流与逆变中的控制功能。

　　图2为控制系统配置，在这个解决方案中，贝加莱X20 系列PLC具有的强算力设计，以及X20CM0985模块的能源测量与并网同步能力，使得针对发电机组的控制算法可以更为 便利。

图 1 船舶推进与轴带发电机组布局

图 2 控制系统构成

　　贝加莱的控制系统之所以可以胜任船舶领域，主要在于 以下几个方面：

　　(1)涂层设计的控制器

　　贝加莱的X20 PLC、工业PC系列产品电路板均采用了特 殊涂层处理，它使得这些控制器、I/O均可在防潮、抗腐蚀 气体保护需求的环境下工作(如图3)。

　　带有涂层版本的X20组件，它可以在-40℃下启动。并且考虑长距离输电的压降，它也可以容忍24VDC电源在-25%- +30%范围的偏差。

　　(2)完善的船级社认证

　　船级社的需求是船舶行业的特殊要求，它需要在海洋、 海岸线工作的船舶、设备需要经过特船级社认证，以确保其 能承受海洋的特殊工作环境需求。在目前的贝加莱控制系统 中，已经在挪威船级社DNV、德国船级社 GL、劳氏船级社 LR、中国船级社CCS、美国船级社ABS、法国船级社BV、韩 国船级社KR、意大利船级社RINA认证。

　　(3)能源监测模块(如图4)

　　在多个方面，贝加莱的X20CM能源监测模块都发挥着关 键作用：

　　①船用关键设备的能源监测与集中管理;

　　②船用内燃机组控制系统，如燃气轮机、甲醇/绿氨机 组等;

　　③船用氢燃料电堆的管理。

　　贝加莱X20能源模块可以高频、高精度检测电力系统的 电压、电流、频率、相位、谐波等，并可作为电力控制和能 源效率监测的数据采集源。

　　除此之外，遵循ISO50001能源管理系统需求，贝加莱 X20丰富的I/O模块还能支持船舶上各类能源的监测，包括温 度、压缩气体、蒸汽、热力供应等的计量、传输、计算、报 表、分析等能力，并可进行甩负荷管理。

　　3 建模仿真与自动代码生成

　　发电系统的高速采样以及功率控制的算法复杂性，以 及它的方式的灵活多变，这使得采用建模仿真的方式进行 机组的开发变得更为有效。贝加莱的Automation Studio可 以通过FMU/FMI、OPC UA的方式与MATLAB/Simulink这样 的控制算法设计软件接口。经由建模仿真的方案可以自动 代码生成的方式，经过导入至Automation Studio与其他任 务相耦合，并可直接下载到硬件测试，实现硬件在环测试 (HIL)，这个方式的好处在于可以根据机组的容量、运行 模式、设备逻辑等变化，而形成快速的机组应用重组(如 图5)。

　　这种开发模式在贝加莱的风力发电机器控制、燃气轮机 机组、双燃料发动机组的控制方面，均被采用，作为一种高 效的机器控制研发方式被广泛应用。

图 3 采用涂层处理的控制器可以在海洋环境工作

图 4 贝加莱 X20 系列的能源监测模块

图 5 Automation Studio 的建模仿真导入能力

　　作为 ABB 集团旗下的业务部，贝加莱是总部位于奥地 利的工业自动化领域的全球领导者。贝加莱将先进技术与工 程设计相结合，为各行各业的客户提供机器和工厂自动化、 运动控制、HMI 和集成安全技术的完整解决方案。凭借包括 OPC UA、POWERLINK 和 openSAFETY 在内的工业物联网 通信标准以及 Automation Studio 软件，贝加莱不断重新定 义自动化工程的未来，推动贝加莱始终走在工业自动化领域 前沿的创新精神，源于对简化流程和超越客户期望的承诺。