[发明专利]基于OPC通讯技术的船舶螺旋桨负载模拟装置及其控制方法

说明书

本发明公开了一种船舶螺旋桨负载特性的模拟装置及其控制方法，电机负载模拟技术领域，该装置包括推进电机、推进电机变频器、负载电机、负载电机变频器、速度传感器、扭矩传感器、PLC可编程控制器、上位机控制系统和MATLAB/Simulink仿真器；上位机控制系统包括螺旋桨模拟模块、与螺旋桨模拟模块相连接的海况模拟模块和与螺旋桨模拟模块相连接负载电机扭矩计算模块。本发明利用OPC通讯技术，将推进电机运转状态实时的上传到MATLAB/Simulink仿真器，将船舶的参数、实时海况条件以及船舶的其他影响因素结合起来，模拟出负载电机的扭矩，使其扭矩特性与真实船舶的负载情况十分接近。

技术领域

本发明涉及电机负载模拟技术领域，特别是涉及一种船舶螺旋桨负载模拟装置。

背景技术

船舶电力推进领域技术的不断发展，但在船舶实际航行过程中，螺旋桨的安装位置、伴流以及螺旋桨的吸水作用，都会影响电机的运转情况，其推进电机实际工作状况比普通电机复杂，为了保证安全性、可靠性，船舶电力推进电机控制性能测试就成了一个重点问题，同时，船舶推进电机在普通测试条件下的结果，不能作为评价船舶推进电机控制性能好坏的依据，所以我们需要模拟螺旋桨负载特性，对推进电机进行测试。

工程上对交流电机进行运转试验时，由于客观条件限制，不可能让电机直接带上真正的负载，于是电机试验平台应运而生。船舶的螺旋桨负载与海况和船舶参数有关，但又无法真的在海上对电机进行推进性能测试，因此借助 MATLAB/Simulink仿真器，来模拟出这些海况下的负载状态。

目前在现有的文献和资料中，还没有公开的考虑到不同海况下、船桨互相影响的螺旋桨负载模拟同时又可以测试三相和六相推进电机性能的装置。

发明内容

根据现有技术存在还没有公开的考虑到不同海况下、船桨互相影响的螺旋桨负载模拟同时又可以测试三相和六相推进电机性能的装置，本发明公开一种基于OPC通讯技术的船舶螺旋桨负载模拟装置，包括推进电机、推进电机变频器、负载电机、负载电机变频器、速度传感器、扭矩传感器、PLC可编程控制器、上位机控制系统、MATLAB/Simulink仿真器，所述推进电机变频器控制所述推进电机的转速，所述推进电机和所述负载电机通过联轴器相连接，所述速度传感器检测所述负载电机输出的转速信号，所述扭矩传感器安装在负载电机的轴部用于检测负载电机输出的扭矩信号，所述负载电机变频器接收速度传感器传送的速度信号和扭矩传感器传送的扭矩信号、控制负载电机的转速，所述PLC可编程控制器通过Profibus通信协议的DP线与所述负载电机变频器进行信号通信，所述PLC可编程控制器通过IP/TCP协议的以太网接口与所述上位机控制系统进行信号传输，所述上位机控制系统通过OPC通讯协议与所述 MATLAB/Simulink仿真器进行信号传输；所述MATLAB/Simulink仿真器包括螺旋桨模拟模块，与所述螺旋桨模拟模块相连接的海况模拟模块和与所述螺旋桨模拟模块相连接负载电机扭矩计算模块，所述海况模拟模块和所述负载电机扭矩计算模块通过对船舶螺旋桨进行数学建模进行负载电机转速和扭矩的计算。

进一步地，所述推进电机采用三相和六相切换的永磁同步电机，所述负载电机采用三相异步电机。

进一步地，所述螺旋桨模拟模块设置参数有螺旋桨直径系数、伴流系数、船体质量系数、海水密度系数、螺旋桨推力无因次系数、阻力矩的无因次系数推力系数、船舶阻力以及附水系数，负载电机扭矩计算模块控制参数有扭矩设定值、扭矩反馈值、速度反馈值以及负载电机变频器的控制参数。

进一步地，基于OPC通讯技术的船舶螺旋桨负载模拟装置的控制方法，包括以下步骤：

S1:推进电机变频器内部接收用户发送的启动推进电机的信号，推进电机轴旋转并通过连轴器带动负载电机轴以相同转速旋转；

S2:转速传感器将负载电机的转速，通过负载电机变频器、PLC可编程控制器、上位机传输到MATLAB/Simulink仿真器；