美麗動人的Lucerne湖憑借峽灣狀直道和蜿蜒的入口營造出傳統(tǒng)靜謐氛圍。這幅美景的中心則為一條航線，每日承載來自Lucerne及Weggis和Bürgenstock等其他著名景點的游客。

SGV公司的電動船只MS Bürgenstock，可實現(xiàn)無噪音、低油耗混合驅(qū)動。總部位于拉岑的船舶混合驅(qū)動專家Aventics公司可確保電機和柴油機之間實現(xiàn)最佳控制。

而早在幾年之前，Aventics就憑借WAGO-I/O-SYSTEM 750使其解決方案更加完善。

兩年的設(shè)計及建造終于迎來了收獲：SGV的最新船舶MS? Bürgenstock迎來了她的處女秀，從清晨到午夜，每日沿著Lucerne-Kehrsiten-Bürgenstock航線航行。

首批乘坐的游客本以為會聽到柴油機的噪聲，而結(jié)果卻讓他們大吃一驚。由Shiptec?AG設(shè)計的雙體船專門以電動模式航行于Lucerne灣，通過電池進行供電，船長決議柴油機驅(qū)動僅占行程的一半。

據(jù)Shiptec的CEO Rudolf Stadelmann稱，”MS? Bürgenstock極具現(xiàn)代化與創(chuàng)新性，在Lucerne與Bürgenstock間架起了生態(tài)友好之橋。”同時，這座橋也極為快速，船舶行駛速度為35千米/小時，僅需23分鐘即可到達終點。

設(shè)計驅(qū)動技術(shù)時，Shiptec選定了最經(jīng)濟有利的變量。通過應(yīng)用相似尺寸的船只，可得出相似的行程，并對推進系統(tǒng)的需求和耗量以及船載電網(wǎng)進行記錄。以該數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，形成了并聯(lián)混合電力及推進系統(tǒng)。

Shiptec的船舶設(shè)計及工程負(fù)責(zé)人Martin Einsiedler解釋稱，推進系統(tǒng)包括兩個輸出各為552kW的SCANIA斯堪尼亞柴油發(fā)動機，以及兩個輸出各為180kW的西門子永磁同步電動機。“基本來說，我們在港口外部海域航行時會使用柴油發(fā)動機，”Einsiedler說道。

而電動機可作為發(fā)電機來為船舶及系統(tǒng)電池進行供電。反過來，電池可為電力驅(qū)動及Lucerne灣的船載電網(wǎng)供電。整個行程中全電動系統(tǒng)的應(yīng)用約占50%。

復(fù)雜系統(tǒng)，可靠解決方案

為使復(fù)雜的柴油推進及能源管理系統(tǒng)實現(xiàn)良好運行，并保證兩電源間的快速、可靠轉(zhuǎn)換，我們對驅(qū)動控制提出了極高的要求。

正如來自Aventics的Marius?Mudroch解釋的那樣，“混合技術(shù)的復(fù)雜之處在于我們擁有兩種不同動力學(xué)及運轉(zhuǎn)方式的驅(qū)動裝置。船長總是需要根據(jù)行程選擇驅(qū)動以混合動力航行，”Mudroch說道，在他任職Aventics的十年間，專門負(fù)責(zé)船舶自動化混合控制器的研發(fā)工作，他對瑞士項目感到吃驚。

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

“我們自身的控制器數(shù)字量及模擬量輸入和輸出數(shù)量有限。因此，在混合推進系統(tǒng)等帶眾多接口的大型項目中——我們多年前便開始采用了萬可750系統(tǒng)，”Mudroch說道。這些控制器專為Aventics設(shè)備而設(shè)計，同時經(jīng)過編程后可使模塊靈活組合。

“750系統(tǒng)真正的實用性在于我們可以獨立確定模塊數(shù)量，在混合電機中總共有10個模塊。

萬可CANopen控制器（750-837）作為主導(dǎo)，可實現(xiàn)CODESYS編程。

”另一大優(yōu)勢為極短的啟動時間：系統(tǒng)開啟后，控制器幾秒鐘之內(nèi)便可實現(xiàn)運行。

“通過使用CAN總線，我們將自身控制器與萬可控制器相連，一切運轉(zhuǎn)正常。”

通過使用萬可控制器的WAGO-I/O-PRO軟件工具對混合系統(tǒng)中的功能進行編程，該軟件工具基于CODESYS 2.3。

“我們的控制器如同一臺正常遠(yuǎn)程控制設(shè)備一樣實現(xiàn)與萬可系統(tǒng)的信息交換，”Mudroch解釋道。

所有特性曲線轉(zhuǎn)換操作都在750系列I/O系統(tǒng)中進行編程，數(shù)據(jù)也于其中進行評估及傳輸。

例如，選擇電機后，控制器將混合推進系統(tǒng)調(diào)整為電動模式。根據(jù)需要，電機可在啟動操作中作為額外的推進器或波浪發(fā)生器。

此外，控制器還可提供柴油機扭矩或杠桿位等模擬量數(shù)值。通過存儲器中的變量，既可實現(xiàn)編程也可實現(xiàn)參數(shù)化設(shè)置。“我們的控制器與萬可控制器可實現(xiàn)良好交互，”Mudroch強調(diào)。

混合動力更具創(chuàng)新性

兩種不同的動力來源，更多的信號，意味著潛在故障數(shù)量也相應(yīng)增加，Marius? Mudroch指出。由于船長無法立即判斷混合驅(qū)動哪一部分生成故障信息，因此需通過控制器進行故障處理，以使船舶根據(jù)要求作出反饋。針對每次模式更改都會生成步驟鏈，每一步驟后控制器都會檢驗是否已得到充分執(zhí)行。

“船級社規(guī)范決定了故障發(fā)生時船舶將如何應(yīng)對，”Mudroch解釋道。對于一艘遠(yuǎn)洋船而言，故障時的最后一次航行狀態(tài)應(yīng)得到良好保存，這樣船長可決定應(yīng)繼續(xù)行駛還是將緊急止動。“像Bürgenstock等內(nèi)陸水運船舶可在故障發(fā)生時迅速熄滅引擎，這是由于這些船只可相對快速駛向岸邊，”?Mudroch繼續(xù)道。

Mudroch估計研發(fā)控制器大約花費一周時間，“我將自身知識及先前經(jīng)驗運用到特性曲線轉(zhuǎn)換操作中。然而，近年來對于船舶混合推進系統(tǒng)的要求已發(fā)生了改變。”混合驅(qū)動早期作為冗余操作用以避免故障，而今天的電力驅(qū)動則在系統(tǒng)中扮演了更加積極的角色。

Bürgenstock并不是第一艘航行在Lucerne湖上的電動船舶。2017年，SGV將前一代型號MS? Diamant投入運行。由于重量較輕、船體良好，且具備混合驅(qū)動，這艘客商兩用船與傳統(tǒng)柴油驅(qū)動船只相比可節(jié)省約20%能源。“雖然MS? Bürgenstock與前一代相比配備了相似的組件，但卻具備了更多的創(chuàng)新性，”Mudroch強調(diào)。

Diamant配有一臺輔助柴油機，可承受極高的船載電網(wǎng)負(fù)載，特別是在大型活動中，而在Bürgenstock上卻省卻了這一配置，以降低噪音和排放，并節(jié)約空間。

驅(qū)動控制器原理也代表了另一項研發(fā)，正如Aventics工程師強調(diào)的那樣，“前一代船只的引擎在切換推進系統(tǒng)之前必須首先轉(zhuǎn)換到中間狀態(tài)。切換僅需幾秒鐘時間。”對于Bürgenstock，船長一旦下達命令，在行駛過程中即可從柴油驅(qū)動轉(zhuǎn)換為電力驅(qū)動。“乘客感受不到絲毫的轉(zhuǎn)換、機械閉合開斷影響或晃動——一切都可在驅(qū)動側(cè)抵消。”

對于Mudroch來說，還有大量研發(fā)創(chuàng)新空間。“只要我們能在萬可控制器上通過編程、輸入和輸出實現(xiàn)自身控制器的擴展，那么仍然存在無限可能。”這同樣適用于未來的控制器與云端間的數(shù)字化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移，“我們尚未實現(xiàn)對系統(tǒng)的遠(yuǎn)程訪問，這可能是由于當(dāng)前所用控制器無法實現(xiàn)云端通信。當(dāng)然，如果客戶提出這個需求時，萬可IoT控制器不失為一個理想選擇。”

MS Bürgenstock應(yīng)用多種萬可產(chǎn)品

除Aventics在Bürgenstock的混合控制中應(yīng)用的控制器元件外，這家來自Laatzen的公司還采用許多萬可產(chǎn)品。

“例如，我們當(dāng)前使用的是870系列軌裝接線端子，在未來的項目中，我們打算安裝TOPJOB?S產(chǎn)品，”Mudroch說道。

857系列轉(zhuǎn)換模塊可將輸入信號轉(zhuǎn)換成合適的頻率信號。“萬可可獨立迅速地處理我們的特殊需求，我們收到的固件形式獨一無二。”

例如，對于螺旋槳螺距不同的船只來說，不僅需要線性特征曲線，也需要有一個或更多支撐點的屈曲曲線。這一需求已編程到轉(zhuǎn)換模塊中。WAGO-I/O-SYSTEM 750接口相同，這一點極其實用。

“我們與萬可的伙伴關(guān)系隨著時間的推移而不斷深入。 對于我們來說，快速靈活的支持是一個積極信號，使用單一來源組件我們可從中獲益，”?Mudroch解釋道。