DAVIS/CHC斷面造波機軟硬體設備



                       

液壓造波機的水槽型式                          電磁驅動系統的造波機

相同型式的線性軸承目前也用於新的淺海平面造波板,而該造波機共有36個造波機組。

硬體部分  軟體部分


硬體部分

造波機的框架是架構在水槽的牆上並由牆所支撐,而造波板(paddle)是懸掛在框架上由線性軸承所支撐,為防止灰塵及水的損 壞,承軸將完整的包覆及保護處理。不論是液壓或電磁系統中,促動器(actuator,油壓缸或螺桿)將設在框架上的中間位置,而在促動器下方,還會安裝支撐架(supporting leg)以支撐造波板。

而會浸在水中的結構金屬的部分,會採用熱鍍鋅(hot galvanized)處理而不浸在水中的結構金屬會以油漆做表面處理,造波板的材質為PVC聚氯乙烯。造波機的所有材料都以零腐蝕(corrosion free)的方式規劃。為了要使沿著造波板周圍的溼氣降低,造波板後面同樣會浸在水中,而主動消波系統能減少或消除造波板後方的波浪,而主動消波系統包含在本計劃中。

造波機的總長度大約4m。

驅動系統

以下分別說明提供的造波機驅動系統,包括液壓系統與電磁系統,可自行選擇。

液壓驅動系統

液壓驅動系統是由下列元件所組成:

  • 伺服驅動器

    液壓伺服驅動器包含壹組雙迴路對稱型的液壓缸,及能夠確保液壓缸磨損及保持液壓缸最長壽命的中央拖架。而液壓缸在製造的時候就有雙重的密封,可提供最理想的滲漏保護(在正常情況下應無滲漏情況發生)

    液壓缸的控制是由一個高反應的伺服閥(Moog )控制,液壓缸的位移回饋系統是由線性位移轉換器(LVDT型式)安裝在液壓缸上。而位移回饋系統計不需保養也不需校正。

  • 油壓動力裝置

    液壓的動力來源預定是使用DHI液壓動力模組(301/22),該動力模組可獨立運作。組成元件包含油箱、電磁馬達、泵浦及控制系統。所有元件放在具隔音效果的機櫃內。機櫃的尺寸約為160cm、寬度90cm、高180cm

    而整個動力模組是以壓力補償及可變位移泵浦為基礎設計的,因此壓力能隨時保持固定(大約是150bar),且液壓流量能適時調整到正常流量。如此一來,則可確保泵浦可用到最大的使用年限。為了符合液壓頻繁使用(peak oil)的需要,在動力模組中會加入液壓蓄壓器。而為了使整個系統安全,也會有過載保護裝置的功能。而液壓油的冷卻方式會用內建的熱交換系統,可以選擇氣冷式的風扇或是水冷式皆可。氣冷式的冷卻可以確保在氣溫最小在40℃以下連續使用,並有熱保護開關可自動停止系統運作以避免系統過熱而損壞。

    整個動力模組最後還包含10m長的液壓軟管及30m長的遠端控制電纜,液壓油及電纜並不包含在內。

    整個動力模組所需的電力最大約28kw,使用3相220VAC(60Hz)電源,而所用的液壓油為shell Tellus 的T46或46(或其他同等品),所需的油約200公升。

電磁驅動系統

電磁驅動系統是由下列元件組成:

  • 線性伺服驅動器

    此型造波機的特色就是使用整合型的線性驅動模組,用以驅動造波板。當在小型水槽使用時,它能直接作為造波板的線性軸承。當在大型水槽使用時,它可以與安裝在線性軸承上如小型水槽般。預定驅動器的有效衝程為0.80m

    而線性模組會採用Bosch Rexroth Star 公司的產品,該產品特色為使用為前導式螺旋驅動器(lead screw drive)此驅動器會安裝在線性模組的頂端平台上。而整個平台是在高精密度的滾珠軸承上運作。如此可以確保系統運作的精密與平順。在線性模組外的平台會由一個光滑的保護蓋,此外在完整的線性模組還會有一個鋁製保護蓋覆蓋(左圖2.2中並沒有該保護蓋),整個驅動器裝設方式為利用馬達的凸緣相連到齒輪的尾端,此處是指與電磁式伺服馬達相上的齒輪,馬達可直接與促動器的前螺桿接合,該螺桿也可置換為齒輪系統(如果需要的話),齒輪組的缺點是在運作中會產生額外的摩擦力。

    在促動器的兩端配有電子式的安全停止感應器。此外本系統裝置有機械式的警急停止裝置,做為保護人員或機械。

  • 伺服馬達及控制器

    的電磁促動器是使用最小摩擦力的交流伺服馬達。此直流伺服馬達是由DHI根據適用的種類中選出最好的一種,該型馬達的特色包括有先進的控制系統,重量輕、良好的轉子慣性(以便確保快速的動態響應)、最後要有長期的使用壽命。

    為了確保整體系統有最大的使用壽命,因此在馬達及線性促動器的選擇上都選擇比實際所需的力量及動力需求大的規格。所用的馬達其運動方式是利用電子原理使永久磁鐵(稀土元素的磁鐵rave earth magnets )轉動。

    並用整合性的偵測器(resolver)取代編碼器(encoder)或轉速計(tacho)。該resolver是能偵測馬達位置及電子交換決定電流外形,以便調整轉子位置的功能。而resolver的訊號轉換器可將resolver的訊號轉換為數位式位置資訊並提供一個類比的速度訊號。而在使用編碼器模組的馬達中,轉子的位置是由編碼器脈波訊號的增加而改變。

    伺服馬達的訊號會用於二代的主動消波控制器(DHI AWACS2如下節所提),以使造波板位置與整個伺服路徑的位置接近。一個絕對位置的參考訊號能確保整體的運作正常,並可容易維護及檢查位置的正確性。

    馬達控制器提供有過熱保護裝置及過載保護裝置。整個系統是完全不需維護的。若當損壞而需修理時,馬達及控制器都可以直接抽換整個模組。即使在周遭惡劣環境,高品質的保護蓋(IP16)都能確保它操作正常。

    馬達的控制器及電源供應裝置會置放於密封的保護箱,此保護箱可並加以固定在造波機附近的堅固底,如水槽的牆上。造波機促動器所需的電源大約11kw(3220伏,60Hz)該電源的計算方式是假定造波機的控制箱在附近,且電纜的長度在3m內。


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軟體部分


GEDAP是一套用來分析與管理實驗室的多用途軟體系統,它具備了即時的實驗控制與資料擷取功能。雖然這套系統當初是為了能在水力實驗室內的造波池產生隨機波,並加以分析的目的而設計出來的,它也可以很容易的應用在其它的實驗上。



下圖為GEDAP基本系統的方塊圖。整套GEDAP軟體可分成NDACGPLOT以及ANALYSIS等三個主要部份。

NDAC部份負責即時的資料擷取以及控制功能。本部份包括了感測器的校準、造波機與其他訊號的輸出、資料取樣、擷取資料的顯示等功能。應用本套裝軟體時,通常須要述明使用硬體機種,因為它的適用性取決於所使用的特殊類比式I/O的硬體架構。

GPLOT可以繪出GEDAP資料檔案二維圖形的繪圖套裝軟體。您可以由交互或批次方式執行此一程式。GPLOT支援多種的輸出設備(如螢幕、印表機等)

ANALYSIS
套裝軟體為GEDAP系統的主體,它會處理所有的資料分析功能。它也包括了隨機波合成、產生控制訊號以及多種的公用程式等功能。

ANALYSIS包括了除GPLOTNDAC之外的GEDAP軟體中所有的程式。



GPLOT圖形軟體


GPLOT的主要功能是繪出資料檔。GPLOT的特色如下列:
有十三種不同的線條格式用來畫曲線,您也可以改變線的寬度。
* 十八種不同的符號用來繪製不連續的資料點。
* 包括希臘字元的二十三種字形。您可以用任何大小、依任何角度來輸入字串。
* 字串、方盒以及箭頭等動態物件,可以用滑鼠移到您想要的地方。
* 您可以選擇線性或對數式的刻度,您也可以選擇是否要畫出所有的格線或只畫出刻度的標記。
* 自動產生的圖例說明,使您能輕易的分辨各個不同線條形式以及符號所代表的資料內容。
* 交互模式執行時會自動將所有下過的指令儲存在一個檔案中以供批次模式執行時的命令程序使用。
* 可以輕易的由資料檔頭讀取資料以在圖形上加上標記。


NDAC資料集錄及控制軟體

包含的功能及特性如下:
* 可設定專案定義
* 可設定資料頻道屬性
* 可設定實驗配置
* 儀器校正
* 儀器歸零
* 資料擷取
* 波浪產生


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