CN116552769A - 船舶动力控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种船舶动力控制系统及其控制方法，船舶动力控制包括：指令获取模块，指令获取模块用于获取控制指令并生成动力控制信号；互锁信号采集模块，互锁信号采集模块包括第一转速传感器和第一扭矩传感器中的至少一个；变频控制模块，推进电机电连接；控制面板，包括可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器和互锁信号采集模块、指令获取模块、变频控制模块分别通信连接。通过互锁信号采集模块采集柴推主机的艉轴转速和艉轴扭矩中的至少一个，当艉轴转速或艉轴扭矩低于对应的预设阈值时，再根据动力控制信号改变变频控制模块和柴推主机的工况，防止柴推主机和推进电机输出功率差距过大造成齿轮箱故障，避免船舶航行速度骤变所造成的安全隐患。

Description

船舶动力控制系统及其控制方法

技术领域

本申请实施例涉及船舶控制技术领域，具体涉及一种船舶动力控制系统及其控制方法。

背景技术

现有船舶一般采用柴油推进主机作为动力装置，然而，使用柴油推进主机作为动力装置驱动船舶航行时，由于柴油推进主机输出功率较大，在船舶低速航行的状态下，柴油推进主机所产生的动力往往无法被完全利用，造成严重的能源浪费，同时，柴油推进主机运行时所产生的噪声较大，这就导致船舶需靠岸时，使用柴油推进主机作为动力源不仅会造成严重的能源浪费，还会给码头带来严重的噪声污染，基于此，目前出现部分船舶使用柴油推进主机和推进电机作为混合动力源的情况，然而，在使用柴推主机和推进电机混合驱动船舶时，柴推主机的控制装置和推进电机的控制装置往往是相互独立的，一方面，两个控制装置相互独立会给驾驶员的操作带来不便，另一方面，两个控制装置相互独立这就使得柴推主机和推进电机也是独立运行的，由于柴推主机输出功率较高，而推进电机输出功率较低，在切换船舶动力源时，容易由于二者输出功率差距较大，造成齿轮箱和螺旋桨等推进装置故障，此外，切换动力源的瞬间船舶的螺旋桨的转速变化较大，船舶航行速度会发生骤变，容易形成安全隐患。

发明内容

本申请实施例的主要目的在于提出一种船舶动力控制系统及其控制方法，通过将柴推主机的控制装置和推进电机的控制装置集成在一起，并通过可编程逻辑控制器进行互锁，实现在柴推主机输出功率降至与推进电机输出功率匹配后再进行动力源切换，有效防止由于柴推主机和推进电机输出功率差距过大导致的齿轮箱故障，同时避免船舶航行速度骤变所造成的安全隐患。

本申请实施例的第一方面提出一种船舶动力控制系统，应用于船舶，所述船舶设置有柴推主机和推进电机，所述柴推主机和所述推进电机均用于驱动所述船舶的齿轮箱以驱动螺旋桨，所述船舶电力推进控制系统包括：

指令获取模块，所述指令获取模块用于获取控制指令，并根据所述控制指令生成动力控制信号；

互锁信号采集模块，所述互锁信号采集模块包括第一转速传感器和第一扭矩传感器中的至少一个，所述第一转速传感器用于采集所述柴推主机的艉轴转速，所述第一扭矩传感器用于采集所述柴推主机的艉轴扭矩；

变频控制模块，所述变频控制模块和所述推进电机电连接，所述变频控制模块用于根据所述动力控制信号确定对所述推进电机供电的状态；

控制面板，所述控制面板包括可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器和所述互锁信号采集模块通信连接，所述可编程逻辑控制器和所述指令获取模块通信连接，所述可编程逻辑控制器和所述变频控制模块通信连接，其中，所述可编程逻辑控制器用于在所述艉轴转速低于第一预设阈值或所述艉轴扭矩低于第二预设阈值的情况下，根据所述动力控制信号控制所述变频控制模块和所述柴推主机的工况。

在一些实施例中，所述系统还包括机旁控制箱，所述机旁控制箱和所述变频控制模块通信连接或电连接，所述机旁控制箱和所述可编程逻辑控制器通信连接，所述机旁控制箱用于获取所述控制指令。

在一些实施例中，所述变频控制模块包括轴带发电机和推进逆变器，所述轴带发电机和所述推进电机电性连接，所述推进逆变器用于根据所述动力控制信号调节所述轴带发电机输出电压的频率和幅值，以控制所述推进电机的运行速度和输出功率。

在一些实施例中，所述可编程逻辑控制器还用于将所述动力控制信号从电压信号转变为对应的电流信号。

在一些实施例中，所述控制面板还包括第一显示模块和第二显示模块，所述第一显示模块用于显示所述柴推主机的运行参数，所述第二显示模块用于显示所述推进电机的运行参数。

一种船舶动力控制方法，应用于如第一方面实施例中任一项所述的船舶动力控制系统，所述方法包括：

获取控制指令，并根据所述控制指令生成对应的所述动力控制信号；

检测柴推主机的艉轴转速和艉轴扭矩中的至少一个；

在所述艉轴转速低于第一预设阈值或所述艉轴扭矩低于第二预设阈值的情况下，根据所述动力控制信号控制变频控制模块和柴推主机的工况，以控制船舶的动力模式。

在一些实施例中，所述方法还包括以下至少一个：

在成功获取所述控制指令且所述艉轴转速不低于第一预设阈值的情况下，降低所述柴推主机的运行功率直至所述艉轴转速低于第一预设阈值；

在成功获取所述控制指令且所述艉轴扭矩不低于第二预设阈值的情况下，降低所述柴推主机的运行功率直至所述艉轴扭矩低于第二预设阈值。

在一些实施例中，所述根据所述动力控制信号控制变频控制模块和柴推主机工况，以控制船舶的动力模式，包括：

在所述动力控制信号是以混合动力模式驱动船舶的控制信号的情况下，启动所述柴推主机和齿轮箱的电动泵；

在所述电动泵启动完成的情况下，启动变频控制模块；

在所述变频控制模块启动完成的情况下，控制所述齿轮箱的离合器合排以通过所述电动泵驱动所述齿轮箱；

通过所述变频控制模块调整所述推进电机的转子转速至预设怠速转速；

控制所述柴推主机的离合器合排。

在一些实施例中，所述变频控制模块包括轴带发电机和推进逆变器，，所述根据所述动力控制信号控制变频控制模块和柴推主机的工况，以控制船舶的动力模式，包括：

在所述动力控制信号是从柴推主机驱动切换至推进电机驱动的控制信号的情况下，启动轴带发电机，并监控所述轴带发电机的第一转速，所述轴带发电机用于向所述推进电机供电；

降低所述柴推主机的第二转速至预设怠速转速区间；

在所述第一转速和所述第二转速相等的情况下，启动推进逆变器，并将所述推进电机的运行模式切换至功率模式，所述推进逆变器用于控制所述推进电机的功率和转速；

降低所述柴推主机的负载功率，并在所述柴推主机的负载功率低于第一预设阈值的情况下，控制所述柴推主机的离合器脱排。

在一些实施例中，所述变频控制模块包括轴带发电机和推进逆变器，，所述根据所述动力控制信号控制变频控制模块和柴推主机的工况，以控制船舶的动力模式，还包括：

在所述动力控制信号是从推进电机驱动切换至柴推主机驱动的控制信号的情况下，启动所述柴推主机并监控所述柴推主机的第二转速；

降低所述轴带发电机的的第一转速至预设怠速转速；

在所述第二转速和所述第一转速相等的情况下，控制所述柴推主机的离合器合排；

在所述柴推主机的离合器合排后，通过降低所述轴带发电机的第一转速以降低所述推进电机的输出功率；

在所述推进电机的输出功率小于第二预设阈值的情况下，控制所述推进逆变器停机。

本申请实施例提出一种船舶动力控制系统及其控制方法，船舶动力控制包括：指令获取模块，所述指令获取模块用于获取控制指令，并根据所述控制指令生成动力控制信号；互锁信号采集模块，所述互锁信号采集模块包括第一转速传感器和第一扭矩传感器中的至少一个，所述第一转速传感器用于采集所述柴推主机的艉轴转速，所述第一扭矩传感器用于采集所述柴推主机的艉轴扭矩；变频控制模块，所述变频控制模块和所述推进电机电连接，所述变频控制模块用于根据所述动力控制信号确定对所述推进电机供电的状态；控制面板，所述控制面板包括可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器和所述互锁信号采集模块通信连接，所述可编程逻辑控制器和所述指令获取模块通信连接，所述可编程逻辑控制器和所述变频控制模块通信连接，其中，所述可编程逻辑控制器用于在所述艉轴转速低于第一预设阈值或所述艉轴扭矩低于第二预设阈值的情况下，根据所述动力控制信号控制所述变频控制模块和所述柴推主机的工况。本申请通过设置互锁信号采集模块采集柴推主机的艉轴转速和艉轴扭矩中的至少一个，通过可编程逻辑控制器判断艉轴转速或艉轴扭矩是否低于对应的预设阈值，仅当其低于对应的预设阈值时，再根据动力控制信号改变变频控制模块和柴推主机的工况，切换船舶动力源，由此防止在切换动力源时由于柴推主机和推进电机输出功率差距过大导致的船舶齿轮箱故障，同时避免船舶航行速度骤变所造成的安全隐患。

附图说明

图1是本申请一个实施例提供的船舶动力控制系统的结构示意图；

图2是本申请一个实施例提供的船舶动力控制方法的流程图；

图3是本申请又一个实施例提供的船舶动力控制方法的流程图；

图4是图2中步骤S103中以混合动力驱动船舶的情况下的子流程图；

图5是图2中步骤S103中从柴推主机驱动切换至推进电机驱动的情况下的子流程图；

图6是图2中步骤S103中从推进电机驱动切换至柴推主机驱动的情况下的子流程图。

具体实施方式

下面详细描述本申请实施例的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请实施例，而不能理解为对本申请实施例的限制。

在本申请实施例的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。

在本申请实施例的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本申请实施例的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本申请实施例中的具体含义。

参照图1，本申请实施例首先提出一种船舶动力控制系统，应用于船舶，船舶设置有柴推主机和推进电机，柴推主机和推进电机均用于驱动船舶的齿轮箱以驱动螺旋桨，船舶动力控制系统包括：指令获取模块101、互锁信号采集模块102、变频控制模块103、控制面板104，其中控制面板104包括可编程逻辑控制器105，互锁信号采集模块102包括第一转速传感器和第一扭矩传感器中的至少一个，指令获取模块101、互锁信号采集模块102、变频控制模块103分别和可编程逻辑控制器105通信连接，指令获取模块101用于获取控制指令并根据控制指令生成动力控制信号，第一转速传感器用于采集柴推主机的艉轴转速，第一扭矩传感器用于采集柴推主机的艉轴扭矩，变频控制模块103和推进电机电连接，变频控制模块103用于根据动力控制信号确定对推进电机供电的状态，可编程逻辑控制器105在艉轴转速低于第一预设阈值或艉轴扭矩低于第二预设阈值的情况下根据动力控制信号控制变频控制模块103和柴推主机。

在一些实施例中，指令获取模块可以是安装在船舶驾驶室的遥控手柄，手柄设置有多个挡位，其中至少包括分别对应于柴推主机驱动、推进电机驱动和柴推主机和推进电机混合驱动的挡位，通过拨动手柄，即可使控制系统获取到对应的控制指令，并生成相应的动力控制信号，控制面板可以是与指令获取模块集成后安装于船舶驾驶室，此时可编程逻辑控制器会接收到来自指令获取模块的动力控制信号，此时，第一转速传感器会采集柴推主机的艉轴转速并将该艉轴转速传输至可编程逻辑控制器，或者，第一扭矩传感器会采集柴推主机的艉轴扭矩并将该艉轴扭矩传输至可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器将互锁信号采集模块传输的信号与对应的预设阈值进行比较，在一些实施例中，第一预设阈值可以是10RPM(Revolutions Per Minute，转每分钟)，第二预设阈值可以是600N m(牛顿米)，当艉轴转速高于第一预设阈值或艉轴扭矩高于第二预设阈值时，说明此时柴推主机输出功率较高，此时切换动力源则容易由于柴推主机和推进电机的输出功率差距较大，引起齿轮箱故障，造成安全隐患，由此，则会保持船舶动力源不变，暂不执行动力控制信号，仅当艉轴转速已降至低于第一预设阈值或者艉轴扭矩低于第二预设阈值后，才执行动力控制信号，改变变频控制模块和柴推主机的工况，实现船舶动力切换。

在本实施例中，通过第一转速传感器和第一扭矩传感器中的至少一个采集柴推主机的艉轴转速或艉轴扭矩以判断柴推主机的输出功率，若柴推主机输出功率过高则不执行动力控制信号，直至艉轴转速或艉轴扭矩降至低于对应的预设阈值，柴推主机的输出功率和推进电机的输出功率匹配后，再改变变频控制模块和柴推主机的工况，切换船舶动力源，由此避免在切换船舶动力源时由于柴推主机和推进电机输出功率差距过大导致齿轮箱故障。

在一些实施例中，船舶动力控制系统还包括机旁控制箱，机旁控制箱和变频模块之间通信连接或者电连接，机旁控制箱和可编程逻辑通信连接，机旁控制箱用于获取控制指令，可以理解的是，机旁控制箱可以设置在变频控制模块附近，在使用推进电机驱动船舶的齿轮箱的情况下，机旁控制箱可以根据获取的控制指令直接改变变频控制模块的工况，也可以将获取的控制指令传输至可编程逻辑控制器再改变变频控制模块的工况，由此，船舶的操作人员既可以在驾驶室控制推进电机，也可以在变频控制模块附近输入推进电机的控制指令。

在一些实施例中，变频控制模块包括轴带发电机和推进逆变器，轴带发电机用于向推进电机供电，推进逆变器用于根据动力控制信号调节轴带发电机输出电压的频率和幅值，从而控制推进电机的运行速度。

在一些实施例中，动力控制信号是电压信号，而指令获取模块位于驾驶室，变频控制模块位于机舱，二者之间距离较远，在远距离传输时，电压信号的抗干扰能力较弱，会由于线缆自身阻值等因素导致信号失真，同时，指令获取模块所生成的动力控制信号与变频控制模块需要的功率信号之间会存在不匹配的情况，基于此，在本实施例中，可编程逻辑控制器还会将动力控制信号从电压信号转变为对应的电流信号，以增强其远距离传输时的抗干扰能力，同时使指令获取模块的输出信号与变频控制模块的功率信号之间统一。

在一些实施例中，控制面板还包括第一显示模块和第二显示模块，第一显示模块用于显示柴推主机的运行参数，比如柴推主机的转速等，第二显示模块用于显示推进电机的运行参数，比如推进电机的输出功率等，由此使操作人员可以在驾驶室实时了解柴推主机和推进电机的运行状态，为其输入控制指令提供决策依据。

参照图2，本申请实施例还提出一种船舶动力控制方法，应用于如上所述的船舶动力控制系统，方法包括但不限于如下步骤S101至步骤S103：

步骤S101，获取控制指令，并根据所述控制指令生成对应的所述动力控制信号；

步骤S102，检测柴推主机的艉轴转速和艉轴扭矩中的至少一个；

步骤S103，在所述艉轴转速低于第一预设阈值或所述艉轴扭矩低于第二预设阈值的情况下，根据所述动力控制信号控制变频控制模块和柴推主机的工况，以控制船舶的动力模式。

在一些实施例中，可以通过指令获取模块获取控制指令，指令获取模块可以是安装于船舶驾驶室的遥控手柄，手柄可以预设有对应于不同船舶动力模式的多个挡位，当手柄被拨动至对应挡位，指令获取模块即可获取到对应的控制指令并生成对应的控制信号。

在一些实施例中，设置有第一转速传感器获取柴推主机的艉轴转速，或者通过第一扭矩传感器获取柴推主机的艉轴扭矩，可以理解的是，第一转速传感器可以与柴推主机的艉轴连接以获取艉轴转速，也可以直接从柴推主机的转速表获取柴推主机的艉轴转速，第一扭矩传感器可以是安装于柴推主机艉轴的扭矩仪。

在一些实施例中，通过可编程逻辑控制器获取第一转速传感器采集的艉轴转速以及第一扭矩传感器采集的艉轴扭矩中的至少一个，将之与对应的预设阈值进行比较，具体的，艉轴转速所对应的第一预设阈值可以是10RPM，艉轴扭矩所对应的第二预设阈值可以是600N m，当艉轴转速大于第一预设阈值或者艉轴扭矩大于第二预设阈值，说明此时柴推主机的输出功率要高于推进电机功率输出上限，则不执行控制指令，防止柴推主机和推进电机输出功率过大导致齿轮箱发生故障，同时避免螺旋桨转速变化过大导致船舶航行速度骤变，形成安全事故。当艉轴转速小于第一预设阈值，或者艉轴扭矩小于第二预设阈值时，则说明此时柴推主机的运行功率已降至与推进电机输出功率匹配的水平，此时切换船舶动力源，齿轮箱的转速也不会发生较大变化，由齿轮箱所驱动的螺旋桨转速变化也较小，船舶航行速度平稳，此时即可执行控制指令，切换船舶的动力源。

参照图3，在一些实施例中，船舶动力控制方法还包括但不限于如下步骤S201和S202的至少一个。

步骤S201，在成功获取所述控制指令且所述艉轴转速不低于第一预设阈值的情况下，降低所述柴推主机的运行功率直至所述艉轴转速低于第一预设阈值；

步骤S202，在成功获取所述控制指令且所述艉轴扭矩不低于第二预设阈值的情况下，降低所述柴推主机的运行功率直至所述艉轴扭矩低于第二预设阈值。

可以理解的是，通过指令获取模块获取到控制指令，则说明此时需要切换船舶动力源，若此时柴推主机的艉轴转速或艉轴扭矩较高，即说明此时柴推主机的运行功率较大，切换船舶动力源容易造成齿轮箱故障和航行事故，此时，应首先控制柴推主机的运行功率逐步降低，直至柴推主机的艉轴转速低于第一预设预设或柴推主机的艉轴扭矩低于第二预设阈值，由此为后续执行控制指令，切换船舶动力源创造条件。

参照图4，在一些实施例中，步骤S103包括但不限于如下步骤步骤S301至步骤S305：

步骤S301，在动力控制信号是以混合动力模式驱动船舶的控制信号的情况下，启动柴推主机和齿轮箱的电动泵；

步骤S302，在电动泵启动完成的情况下，启动变频控制模块；

步骤S303，在变频控制模块启动完成的情况下，控制齿轮箱的离合器合排；

步骤S304，通过变频控制模块调整推进电机的转子转速至预设怠速转速；

步骤S305，控制柴推主机的离合器合排。

在混合动力驱动船舶的模式下，以柴推主机作为主动力源，推进电机作为辅动力源，可以理解的是，现有的通过柴推主机和推进电机混合驱动的船舶中，柴推主机和齿轮箱会设置有联轴器和离合器以进行合排或脱排，在脱排状态下，主机运行但艉轴不转动，即主机运行但不对外输出功率，在合排状态下主机运行才会带动艉轴转动从而驱动与艉轴连接的齿轮箱或螺旋桨，而推进电机一般直连齿轮箱，变频控制模块启动后即会驱动推进电机，从而使齿轮箱主机运行，而柴推主机则需要合排之后才能带动柴推主机自身的艉轴转动从而驱动齿轮箱。具体的，首先启动变频控制模块，变频控制模块包括轴带发电机和推进逆变器，首先启动轴带发电机，使轴带发电机向推进电机供电，在轴带发电机启动后再启动推进逆变器以控制轴带发电机输出电压的频率和幅值，由此，使齿轮箱主机运转，此时，再控制齿轮箱合排，使齿轮箱艉轴转动，从而驱动螺旋桨，再通过变频控制模块调节推进电机的转速，使之运行在怠速，推进电机保持最低输出功率，此时，再控制柴推主机合排，使柴推主机和推进电机混合驱动齿轮箱。在一些可行的实施例中，以混合动力驱动时，还可以实时采集柴推主机的功率负荷，并以此控制推进电机的功率给定，从而使柴推主机和推进电机的输出功率总和维持平稳。

可以理解的是，由于船舶的齿轮箱在运行过程中容易由于摩擦系数过大导致故障，基于此，在齿轮箱合排前，需要先启动电动泵以将润滑油喷至齿轮箱从而保持齿轮箱润滑，之后再逐步启动齿轮箱。

在本实施例中，在船舶起步阶段，先通过推进电机驱动船舶螺旋桨低速启动，当推进电机转子转速达到怠速时，再使柴推主机合排，由此，在船舶起步阶段加速较为平稳，保障船舶启动时的安全。

参照图5，在一些实施例中，步骤S103还可以包括但不限于如下步骤S401至步骤S404：

步骤S401，在动力控制信号是从柴推主机驱动切换至推进电机驱动的控制信号的情况下，启动轴带发电机，并监控轴带发电机的第一转速，轴带发电机用于向推进电机供电；

步骤S402，降低柴推主机的第二转速至预设怠速转速区间；

步骤S403，在第一转速和第二转速相等的情况下，启动推进逆变器，并将推进电机的运行模式切换至功率模式，推进逆变器用于控制推进电机的功率和转速；

步骤S404，降低柴推主机的负载功率，并在柴推主机的负载功率低于第一预设阈值的情况下，控制柴推主机的离合器脱排。

在一些实施例中，出于航速、噪声等因素，船舶需要从柴推主机驱动切换至推进电机驱动，驱动推进电机的变频控制模块包括轴带发电机和用于控制轴带发电机发电功率的推进逆变器，此时，先启动轴带发电机，并持续监控轴带发电机的转子的第一转速，可以理解的是，船舶完全熄火后再启动容易造成发动机损坏，此外发动机冷启动状态下会产生大量废气，造成环境污染，由此在切换船舶动力源时，应先启动推进电机再逐步将柴推主机负荷转移至推进电机，从而避免船舶完全熄火。由此，在从柴推主机驱动切换至推进电机驱动时，需先启动轴带发电机，使推进电机启动，可以理解的是，为避免推进电机输出功率和柴推主机输出功率叠加导致齿轮箱输入功率过高，需监控轴发电机的转子的第一转速，从而维持推进电机的输出功率在较低水平，使推进电机处于完成启动但输出功率较低的状态，此时，再逐步降低柴推主机的运行功率，从而降低柴推主机的转子转速，使齿轮箱的输入功率也逐步降低，直至柴推主机的转子转速降低怠速状态，此时，柴推主机的输出功率达到最小值，在柴推主机的转子的第二转速和轴带发电机的转子的第一转速相等时，柴推主机和轴带发电机转速同步，此时启动推进逆变器以控制轴带发电机的运行功率，从而控制推进电机的输出功率，此时再将柴推主机的负载功率逐步转移至推进电机，当柴推主机的负载功率降至零时，此时齿轮箱完全由推进电机驱动，即可以控制柴推主机脱排，使船舶从柴推主机驱动切换至推进电机驱动。

参照图6，在一些实施例中，还可以包括但不限于如下步骤S501至步骤S505：

步骤S501，在动力控制信号是从推进电机驱动切换至柴推主机驱动的控制信号的情况下，启动柴推主机并监控柴推主机的第二转速；

步骤S502，降低轴带发电机的的第一转速至预设怠速转速；

步骤S503，在第二转速和第一转速相等的情况下，控制柴推主机的离合器合排；

步骤S504，在柴推主机的离合器合排后，通过降低轴带发电机的第一转速以降低推进电机的输出功率；

步骤S505，在推进电机的输出功率小于第二预设阈值的情况下，控制推进逆变器停机。

可以理解的是，当船舶需要较高航速时，推进电机的输出功率无法满足该航速需求，需要从推进电机驱动切换至柴推主机驱动，此时，启动柴推主机，并监控柴推主机的转子转速，柴推主机处于脱排状态下运行，在柴推主机运行后，降低轴带发电机的转子转速，直至轴带发电机的转子转速降至预设怠速转速，此时，轴带发电机输出电压达到最小值，推进电机的输出功率维持在较低水平，齿轮箱转速较低，当轴带发电机的转子转速和柴推主机的转速相等时，即柴推主机的转子和轴带发电机的转子都在以怠速运转，此时二者输出功率匹配，即可控制柴推主机的离合器合排，由柴推主机驱动船舶齿轮箱，再逐步降低轴带发电机的转子转速，从而使推进电机的输出功率也随之降低，当推进电机的输出功率降至低于第二预设阈值时，即可认为此时齿轮箱完全由柴推主机驱动，推进电机输出功率可视为0，轴带发电机停止运行，此时即可控制推进逆变器停机，实现船舶从柴推主机驱动切换至推进电机驱动。

可以理解的是，除上述船舶动力控制方法外，本实施例所提出的船舶动力控制系统还可以设置有以推进电机驱动模式启动、以柴推主机驱动模式启动、柴推主机停机模式、混动模式下控制船舶制动等控制方法，具体参照如下实施例。

实施例一：以推进电机驱动模式启动，启动齿轮箱的电动泵以使电动泵向齿轮箱喷射润滑油，保持齿轮箱润滑；启动推进逆变器和轴带发电机；控制齿轮箱合排。

实施例二：以柴油主机驱动模式启动，启动电动泵以向齿轮箱喷洒润滑油；控制齿轮箱合排；启动柴推主机，并监控柴推主机的转子转速；启动推进逆变器和轴带发电机，并给定推进电机功率使船舶螺旋桨低速启动；在螺旋桨转速达到预设怠速转速后，控制柴推主机合排，并将推进电机功率给定降至0，使推进电机停机。在本实施例中，通过推进电机预先启动螺旋桨，当螺旋桨转速缓慢上升至柴推主机模式下的预设怠速转速后，再控制柴推主机合排，并将推进电机功率给定降至0，使推进电机停机，由此，在船舶要以柴推主机驱动模式启动时，先以推进电机低速驱动使船舶从零速提至柴推主机驱动模式下的怠速，使船舶启动阶段的加速较为平缓，由此避免以柴推主机驱动使加速过快。

实施例三：柴推主机停机：降低柴推主机艉轴转速直至怠速；在柴推主机艉轴转速降至怠速后，控制齿轮箱脱排；在齿轮箱脱排后，控制推进逆变器和轴带发电机停机；控制柴推主机脱排；控制电动泵停机。

实施例四：混动模式下应急制动：控制柴推主机转子降速至怠速，将推进电机输出功率降低至0；在柴推主机转子转速降至怠速后，控制柴推主机和齿轮箱脱排，保持柴推主机和推进电机以怠速功率运行；控制柴推主机和齿轮箱反向合排；控制柴推主机和推进电机以额定转速给定运行，并根据柴推主机负荷功率调节推进电机输出功率。

本申请实施例描述的实施例是为了更加清楚的说明本申请实施例的技术方案，并不构成对于本申请实施例提供的技术方案的限定，本领域技术人员可知，随着技术的演变和新应用场景的出现，本申请实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。

本领域技术人员可以理解的是，附图中示出的技术方案并不构成对本申请实施例的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件。

本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上参照附图说明了本申请实施例的优选实施例，并非因此局限本申请实施例的权利范围。本领域技术人员不脱离本申请实施例的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本申请实施例的权利范围之内。

Claims (10)

1.一种船舶动力控制系统，应用于船舶，所述船舶设置有柴推主机和推进电机，所述柴推主机和所述推进电机均用于驱动所述船舶的齿轮箱以驱动螺旋桨，所述船舶电力推进控制系统包括：

指令获取模块，所述指令获取模块用于获取控制指令，并根据所述控制指令生成动力控制信号；

互锁信号采集模块，所述互锁信号采集模块包括第一转速传感器和第一扭矩传感器中的至少一个，所述第一转速传感器用于采集所述柴推主机的艉轴转速，所述第一扭矩传感器用于采集所述柴推主机的艉轴扭矩；

变频控制模块，所述变频控制模块和所述推进电机电连接，所述变频控制模块用于根据所述动力控制信号确定对所述推进电机供电的状态；

控制面板，所述控制面板包括可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器和所述互锁信号采集模块通信连接，所述可编程逻辑控制器和所述指令获取模块通信连接，所述可编程逻辑控制器和所述变频控制模块通信连接，其中，所述可编程逻辑控制器用于在所述艉轴转速低于第一预设阈值或所述艉轴扭矩低于第二预设阈值的情况下，根据所述动力控制信号控制所述变频控制模块和所述柴推主机的工况。

2.根据权利要求1所述的船舶动力控制系统，其特征在于，所述系统还包括机旁控制箱，所述机旁控制箱和所述变频控制模块通信连接或电连接，所述机旁控制箱和所述可编程逻辑控制器通信连接，所述机旁控制箱用于获取所述控制指令。

3.根据权利要求1所述的船舶动力控制系统，其特征在于，所述变频控制模块包括轴带发电机和推进逆变器，所述轴带发电机和所述推进电机电性连接，所述推进逆变器用于根据所述动力控制信号调节所述轴带发电机输出电压的频率和幅值，以控制所述推进电机的运行速度和输出功率。

4.根据权利要求1所述的船舶动力控制系统，其特征在于，所述可编程逻辑控制器还用于将所述动力控制信号从电压信号转变为对应的电流信号。

5.根据权利要求1所述的船舶动力控制系统，其特征在于，所述控制面板还包括第一显示模块和第二显示模块，所述第一显示模块用于显示所述柴推主机的运行参数，所述第二显示模块用于显示所述推进电机的运行参数。

6.一种船舶动力控制方法，应用于如权利要求1至5中任一项所述的船舶动力控制系统，所述方法包括：

获取控制指令，并根据所述控制指令生成对应的所述动力控制信号；

检测柴推主机的艉轴转速和艉轴扭矩中的至少一个；

在所述艉轴转速低于第一预设阈值或所述艉轴扭矩低于第二预设阈值的情况下，根据所述动力控制信号控制变频控制模块和柴推主机的工况，以控制船舶的动力模式。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下至少一个：

在成功获取所述控制指令且所述艉轴转速不低于第一预设阈值的情况下，降低所述柴推主机的运行功率直至所述艉轴转速低于第一预设阈值；

在成功获取所述控制指令且所述艉轴扭矩不低于第二预设阈值的情况下，降低所述柴推主机的运行功率直至所述艉轴扭矩低于第二预设阈值。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述动力控制信号控制变频控制模块和柴推主机工况，以控制船舶的动力模式，包括：

在所述动力控制信号是以混合动力模式驱动船舶的控制信号的情况下，启动所述柴推主机和齿轮箱的电动泵；

在所述电动泵启动完成的情况下，启动变频控制模块；

在所述变频控制模块启动完成的情况下，控制所述齿轮箱的离合器合排以通过推进电机驱动所述齿轮箱；

通过所述变频控制模块调整所述推进电机的转子转速至预设怠速转速；

控制所述柴推主机的离合器合排。

9.根据权利要求6所述的方法，所述变频控制模块包括轴带发电机和推进逆变器，其特征在于，所述根据所述动力控制信号控制变频控制模块和柴推主机的工况，以控制船舶的动力模式，包括：

在所述动力控制信号是从柴推主机驱动切换至推进电机驱动的控制信号的情况下，启动轴带发电机，并监控所述轴带发电机的第一转速，所述轴带发电机用于向所述推进电机供电；

降低所述柴推主机的第二转速至预设怠速转速区间；

在所述第一转速和所述第二转速相等的情况下，启动推进逆变器，并将所述推进电机的运行模式切换至功率模式，所述推进逆变器用于控制所述推进电机的功率和转速；

降低所述柴推主机的负载功率，并在所述柴推主机的负载功率低于第一预设阈值的情况下，控制所述柴推主机的离合器脱排。

10.根据权利要求6所述的方法，所述变频控制模块包括轴带发电机和推进逆变器，其特征在于，所述根据所述动力控制信号控制变频控制模块和柴推主机的工况，以控制船舶的动力模式，还包括：

在所述动力控制信号是从推进电机驱动切换至柴推主机驱动的控制信号的情况下，启动所述柴推主机并监控所述柴推主机的第二转速；

降低所述轴带发电机的的第一转速至预设怠速转速；

在所述第二转速和所述第一转速相等的情况下，控制所述柴推主机的离合器合排；

在所述柴推主机的离合器合排后，通过降低所述轴带发电机的第一转速以降低所述推进电机的输出功率；

在所述推进电机的输出功率小于第二预设阈值的情况下，控制所述推进逆变器停机。