贝加莱应用于海上的自动化解决方案

前言

　　在被水覆盖的地球上，我们依靠船舶和海上设施完成各种艰巨的任务。在每艘船舶、每个石油钻井平台或海上风力发电站上执行的任务同样不同–需要在狭小的空间内运行，而且还要经受不断的冲击和振动。通过GL认证的贝加莱组件被证明能够很好地处理海上应用的特定需求。

　　应用在船舶上的自动化技术与运用在机械制造及楼宇方面的自动化技术有许多相似之处。船舶和海上平台使用驱动器和控制器操纵船体、电源、供暖、通风和温度控制以及通信网络和大量辅助系统。

恶劣环境中的多功能性

　　除了标准设备之外，还有无数系统需要被控制和监测以便船舶或海上平台执行特定任务。“海上”这个词涵盖了广泛的应用范围，包括游轮、货船、深海捕捞加工船、海上钻井平台和海上风电场。控制、驱动和安全技术的专业应用范围以及操作与显示要求与陆地应用有所不同。

　　尽管有很多相似之处，但是在陆地应用和海上应用之间仍然存在一些重要的差别。例如，它们的安装及操作环境与移动车辆及商用设备的环境更加相似。在大多数情况下，空间是非常有限的。推进力、波浪、风和结构动力构成了复杂的颠簸和振动叠加。硬件不仅需要提供应对这一切的完整功能设计，而且还要能够承受海上漂浮物以及汹涌的海浪带来的巨大冲击。

经认证的贝加莱自动化硬件
　　应用在海上的自动化组件和系统需要经过独立机构的专门认证。德国劳氏船级社是一家国际认可的认证机构。在2011年，德国劳氏船级社为贝加莱X20控制系统和APC系列工业PC颁发了质量证明书。为了达到认证要求，APC工控机和X20 CPU、I/O和总线控制器模块必须在共振频率下以4g加速度平稳可靠地完成120分钟的振动试验。针对陆地上固定应用的典型IEC测试仅仅是在整个频率范围内以1g加速度完成10次振动。

　　贝加莱自动化设备，包括操作和显示面板在内，都符合海上认证所需要的功能及操作安全方面的严格质量标准。组件已通过环境类别D和EMC1的GL认证，允许在甲板下、船桥中以及机房内实现操作。在这里，利用高鲁棒性的X20设备可以防振动，可扩展的温度范围从–25°C至+60°C。

　　“经GL认证的组件除了被赋予国际权威以及相关快速检验和批准程序之外，质量证书还提供了工业产品相关安全与质量方面的全面信息。因此，该证明书不仅对于海上应用相当重要，而且还受到非海上环境应用的重视，”贝加莱控制事业部经理Anton Meindl说道。“因此贝加莱决定为可能被用在海上应用的所有硬件获取GL认证。”为了加快这一进程，使产品在开发早期进行测试，贝加莱在位于奥地利Eggelsberg的公司总部建立了一个经GL认证的内部测试实验室。在2011年，贝加莱面板、Automation PC和X20系统收到了适用于海上应用的GL认证。

在2011年，贝加莱面板、Automation PC和X20系统收到了适用于海上应用的GL认证

紧凑化尺寸，分布式单元

　　可以广泛地选择经认证的自动化组件使贝加莱能够提供完整的海上应用自动化解决方案。完整的解决方案具有明显的优势。毕竟，海上应用本身在维护和备件存储方面存在众多局限性。这使得在尽可能多的系统中使用相同组件变得更有价值。Automation Studio可以提供统一的软件开发环境，通过使用通用的方法简化开发，并使其无缝适用于自动化解决方案的各个方面。海上应用的一项基本特征是必须应对有限的空间。然而，被控制的单元往往相隔很远。由于X20系统既是一个完整的控制解决方案，也是一个远程I/O系统，因此它非常适合应对这些挑战。其创新的模块化设计由三部分组成–总线模块、电气模块和端子排–一个平台实现多个组件装配。X20的紧凑型设计以及无需接线连接相邻模块的能力极大地简化了控制柜安装，并显著减少了所需空间。通过Ethernet POWERLINK总线连接模块为分布式自动化解决方案提供了完整的拓扑自由度。各种最常见的总线和网络接口确保第三方硬件访问不受限制。

每一层拥有最高可用性

　　可靠性是一个关键问题，尤其是在船舶上，这也必须由自动化解决方案来解决。这可以通过各种冗余系统和连接设计方法来实现。在使用X20系统的情况下，通过耦合两个相同的控制CPU实现CPU冗余。插入式接口模块可以实现主从CPU之间的数据同步，可以在三个处理周期内实现CPU切换。

　　在海上应用中，确保稳定的网络连接同样非常重要。各种冗余设计可以轻松地提供这种基于POWERLINK网络的稳定性。环网冗余弥补了连接性问题所带来的不良影响，因为所有网络组件都可以从两侧到达。线缆冗余通过使用两个独立的电缆沿不同路径传输，为防止电缆故障提供了额外保护。更何况冗余CPU还可以使POWERLINK主站实现冗余操作以防止通信管理故障。

环境监测更容易

　　并非所有系统都允许冗余设计，然而整个系统发生故障往往是最不能接受的。在这些情况下，环境监测就起到了决定性的作用。这种方法非常适合预防船舶上的计划外停机。X20模块提供了多种内置选项以监测相关数值。

　　专门的模块可以提供跟踪关键指标的其它方法以检测不规则行为。贝加莱最近推出的X20电能测量模块可以测量各个阶段的电压、电流、频率和电抗，还可以使用第四个通道来测量中性线上的泄漏电流。带振动分析功能的X20模块消除了通常需要的额外硬件和软件。此模块不仅可以从传感器中采集信号，还可以直接对70个输出参数如损坏频率、峰度或峰值因数进行处理。甚至可以在单个通道上监测复杂的振动模式。

包含安全

　　出于对工作场所的安全考虑，保护人员免于受到移动机器部件的伤害也非常重要。这是造船企业从网络集成安全技术如独立于硬件的openSAFETY协议获取明显优势的一方面。当有违规行为发生的时候，安全逻辑控制器和安全I/O模块会使用“黑色通道”原则在系统总线上传输信号，以使系统切换至安全状态，并防止设备受损或人员受伤。与非集成解决方案相比，它的接线量得到大幅减少。

　　专为海上设备和系统设计并通过认证的自动化硬件为船舶和海洋工程装备制造商带来了多方面的显著优势。他们可以选择广泛而先进的高性能系统，享受便捷的开发和测试环境，并且因采购量较大而能够从较低的单位成本中获益。