清风徐来 | WAGO-I/O-SYSTEM 750 成就绿色船舶“水波不兴”

美丽动人的Lucerne湖凭借峡湾状直道和蜿蜒的入口营造出传统静谧氛围。这幅美景的中心则为一条航线，每日承载来自Lucerne及Weggis和Bürgenstock等其他著名景点的游客。

SGV公司的电动船只MS Bürgenstock，可实现无噪音、低油耗混合驱动。总部位于拉岑的船舶混合驱动专家Aventics公司可确保电机和柴油机之间实现最佳控制。

而早在几年之前，Aventics就凭借WAGO-I/O-SYSTEM 750使其解决方案更加完善。

两年的设计及建造终于迎来了收获：SGV的最新船舶MS  Bürgenstock迎来了她的处女秀，从清晨到午夜，每日沿着Lucerne-Kehrsiten-Bürgenstock航线航行。

首批乘坐的游客本以为会听到柴油机的噪声，而结果却让他们大吃一惊。由Shiptec AG设计的双体船专门以电动模式航行于Lucerne湾，通过电池进行供电，船长决议柴油机驱动仅占行程的一半。

据Shiptec的CEO Rudolf Stadelmann称，”MS  Bürgenstock极具现代化与创新性，在Lucerne与Bürgenstock间架起了生态友好之桥。”同时，这座桥也极为快速，船舶行驶速度为35千米/小时，仅需23分钟即可到达终点。

设计驱动技术时，Shiptec选定了最经济有利的变量。通过应用相似尺寸的船只，可得出相似的行程，并对推进系统的需求和耗量以及船载电网进行记录。以该数据为基础，形成了并联混合电力及推进系统。

Shiptec的船舶设计及工程负责人Martin Einsiedler解释称，推进系统包括两个输出各为552kW的SCANIA斯堪尼亚柴油发动机，以及两个输出各为180kW的西门子永磁同步电动机。“基本来说，我们在港口外部海域航行时会使用柴油发动机，”Einsiedler说道。

而电动机可作为发电机来为船舶及系统电池进行供电。反过来，电池可为电力驱动及Lucerne湾的船载电网供电。整个行程中全电动系统的应用约占50%。

复杂系统，可靠解决方案

为使复杂的柴油推进及能源管理系统实现良好运行，并保证两电源间的快速、可靠转换，我们对驱动控制提出了极高的要求。

正如来自Aventics的Marius Mudroch解释的那样，“混合技术的复杂之处在于我们拥有两种不同动力学及运转方式的驱动装置。船长总是需要根据行程选择驱动以混合动力航行，”Mudroch说道，在他任职Aventics的十年间，专门负责船舶自动化混合控制器的研发工作，他对瑞士项目感到吃惊。

控制器中存储了不同的行程，在Bürgenstock的案例中，采用了WAGO-I/O-SYSTEM 750的CAN控制器。

“我们自身的控制器数字量及模拟量输入和输出数量有限。因此，在混合推进系统等带众多接口的大型项目中——我们多年前便开始采用了万可750系统，”Mudroch说道。这些控制器专为Aventics设备而设计，同时经过编程后可使模块灵活组合。

“750系统真正的实用性在于我们可以独立确定模块数量，在混合电机中总共有10个模块。

万可CANopen控制器（750-837）作为主导，可实现CODESYS编程。”

另一大优势为极短的启动时间：系统开启后，控制器几秒钟之内便可实现运行。

“通过使用CAN总线，我们将自身控制器与万可控制器相连，一切运转正常。”

通过使用万可控制器的WAGO-I/O-PRO软件工具对混合系统中的功能进行编程，该软件工具基于CODESYS 2.3。

“我们的控制器如同一台正常远程控制设备一样实现与万可系统的信息交换，”Mudroch解释道。

所有特性曲线转换操作都在750系列I/O系统中进行编程，数据也于其中进行评估及传输。

例如，选择电机后，控制器将混合推进系统调整为电动模式。根据需要，电机可在启动操作中作为额外的推进器或波浪发生器。

此外，控制器还可提供柴油机扭矩或杠杆位等模拟量数值。通过存储器中的变量，既可实现编程也可实现参数化设置。“我们的控制器与万可控制器可实现良好交互，”Mudroch强调。

混合动力更具创新性

两种不同的动力来源，更多的信号，意味着潜在故障数量也相应增加，Marius  Mudroch指出。由于船长无法立即判断混合驱动哪一部分生成故障信息，因此需通过控制器进行故障处理，以使船舶根据要求作出反馈。针对每次模式更改都会生成步骤链，每一步骤后控制器都会检验是否已得到充分执行。

“船级社规范决定了故障发生时船舶将如何应对，”Mudroch解释道。对于一艘远洋船而言，故障时的最后一次航行状态应得到良好保存，这样船长可决定应继续行驶还是将紧急止动。“像Bürgenstock等内陆水运船舶可在故障发生时迅速熄灭引擎，这是由于这些船只可相对快速驶向岸边，” Mudroch继续道。

Mudroch估计研发控制器大约花费一周时间，“我将自身知识及先前经验运用到特性曲线转换操作中。然而，近年来对于船舶混合推进系统的要求已发生了改变。”混合驱动早期作为冗余操作用以避免故障，而今天的电力驱动则在系统中扮演了更加积极的角色。

Bürgenstock并不是第一艘航行在Lucerne湖上的电动船舶。2017年，SGV将前一代型号MS  Diamant投入运行。由于重量较轻、船体良好，且具备混合驱动，这艘客商两用船与传统柴油驱动船只相比可节省约20%能源。“虽然MS  Bürgenstock与前一代相比配备了相似的组件，但却具备了更多的创新性，”Mudroch强调。

Diamant配有一台辅助柴油机，可承受极高的船载电网负载，特别是在大型活动中，而在Bürgenstock上却省却了这一配置，以降低噪音和排放，并节约空间。

驱动控制器原理也代表了另一项研发，正如Aventics工程师强调的那样，“前一代船只的引擎在切换推进系统之前必须首先转换到中间状态。切换仅需几秒钟时间。”对于Bürgenstock，船长一旦下达命令，在行驶过程中即可从柴油驱动转换为电力驱动。“乘客感受不到丝毫的转换、机械闭合开断影响或晃动——一切都可在驱动侧抵消。”

对于Mudroch来说，还有大量研发创新空间。“只要我们能在万可控制器上通过编程、输入和输出实现自身控制器的扩展，那么仍然存在无限可能。”这同样适用于未来的控制器与云端间的数字化数据转移，“我们尚未实现对系统的远程访问，这可能是由于当前所用控制器无法实现云端通信。当然，如果客户提出这个需求时，万可IoT控制器不失为一个理想选择。”

MS Bürgenstock应用多种万可产品

除Aventics在Bürgenstock的混合控制中应用的控制器元件外，这家来自Laatzen的公司还采用许多万可产品。

“例如，我们当前使用的是870系列轨装接线端子，在未来的项目中，我们打算安装TOPJOB®S产品，”Mudroch说道。

857系列转换模块可将输入信号转换成合适的频率信号。“万可可独立迅速地处理我们的特殊需求，我们收到的固件形式独一无二。”

例如，对于螺旋桨螺距不同的船只来说，不仅需要线性特征曲线，也需要有一个或更多支撑点的屈曲曲线。这一需求已编程到转换模块中。WAGO-I/O-SYSTEM 750接口相同，这一点极其实用。

“我们与万可的伙伴关系随着时间的推移而不断深入。 对于我们来说，快速灵活的支持是一个积极信号，使用单一来源组件我们可从中获益，” Mudroch解释道。