大型实验水池是海洋动力学研究机构用来研究海浪对海洋工程和港口工程建筑物的作用，验证海洋建筑物设计方案的重要手段。如何真实地重现海上波浪随机运动现象，提高实验研究的精度，一直是国内外水工模型试验非常关注的问题。从事海洋工程方面工作的人都知道，海上实际的波浪是多向的不规则波浪，采用方向谱理论来设计海洋建筑物，并利用实验室的方向谱造波机产生多向不规则波浪进行物理模型实验，可以为工程设计和科学实验提供可靠依据。
高性能、全数字开放性运动控制网络SynqNet与工业直线执行器（电动缸）应用在摇板式造波系统中，替代了传统造波机中的液压系统，不仅降低了系统设计的复杂程度还提高了造波系统的控制精度。 海洋工程设计对实验数据准确度的要求越来越高，多向不规则波造波机的造波板的块数也随之不断增加，这对控制技术的精度和速度提出了更高的要求。传统的造波机采用液压系统推动，给用户的设计和使用带来许多问题，例如液压系统设计困难，能耗巨大，效率极低，系统维护工作量大且成本高昂，漏油污染水池和环境等。为了改变这种情况，有些用户开始采用电动执行机构来设计驱动系统，这样不仅可以降低系统设计的复杂程度，还能提高造波
的效率和精度。由大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室承建的中国船舶工业集团公司第708研究所（中国船舶及海洋工程设计研究院,以下简称708所）的大型实验水池项目的造波系统就是采用Danaher Motion公司提供的包括电机、驱动器、工业直线执行器以及SynqNet运动控制平台在内的整体运动控制解决方案来实现的。
工程挑战
708所的这个拖曳实验水池长320米，宽10米，工作水深5米，最大波高可达0.4米。该项目于2006年2月通过国际招标，2007年1～5月进行设备安装，并将于2007年12月验收并投入运行。大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室凭借其多年在海洋工程试验技术领域的研究和工程经验赢得了该项目。李木国，大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室教授，同时也是708所实验水池造波、消波项目的主要负责人为我们介绍了这个项目从选型、设计到实施过程的整体情况。
实验水池中的造波系统是通过造波部件的机械运动对水体施加扰动来产生波浪，常见的造波形式有推拉式、摇板式、活塞式、组合式等，用户可以根据实验水池的现场情况来选择造波方式。“708所的实验水池属于深水池，这种情况下，我们采用了摇板式造波系统，因为摇板式造波系统在深水池中的造波效率是最高的。”李木国介绍说。摇板式造波系统是靠造波板的前后摆动来产生波浪，造波时，由电机和驱动器通过工业直线执行器带动造波板绕固定轴摆动，使池中水产生波动，通过调节造波板的摆动幅度来控制波高，调节摆动的频率来控制波长。造波池产生的波浪要模拟出海浪的真实情况，对于波形、波高、波长的精度要求很高，所以如何调节造波板的摆动幅度和频率是最关键的。“708所的造波池不仅可以模拟规则波，还是国内唯一能够模拟斜向波和多向不规测波的拖曳实验水池，对波长、波高的精度要求很高。我们在这个拖曳水池的池侧安装有160块造波板，另外在池端也安装有4块造波板。在造波系统运行的整个过程中，造波池侧的160块造波板以及造波池端的4块造波板的摆动幅度和频率都必须严格按照系统指令保持同步，这样才能保证造出的波浪的波形准确。要满足这种要求的造波系统，对于系统中最重要的运动控制设备的运行速度、控制精度等都有极高的要求。”这对该项目的承建方大连理工大学以及运动控制系统的供应商来说都将是一个挑战。
所幸的是，在708所造波池项目投标前，大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室的工作人员就已经对国际上所有适用于造波系统的运动控制设备进行了调研，在综合了产品性能、技术支持和供货等情况之后，最终确定由Danaher Motion公司为整个项目的运动控制系统提供设备及技术服务。
点击看原图
造波控制系统框图
数字化网络控制
“在以前的造波系统中，我们通常采用单台计算机的模拟信号控制方式，通过计算机算出每一块造波板的运行轨迹，然后通过D/A接口转换成控制造波板运行的信号，传送给工业直线执行器驱动器，但是这种模拟信号的控制方式存在一个致命的弱点，就是抗干扰能力比较弱。在708所的造波系统中，需要极高的抗干扰能力，才能使整个系统达到非常高的精度。最后我们决定采用先进的数字信号及网络控制的方式，具体的实现就是靠Danaher Motion 公司提供的SynqNet运动控制平台。”李木国介绍说。
SynqNet是一种高性能、全数字的开放性同步运动控制网络，它采用一种实时、同步数字网络专利技术及双冗余数据通道设计，从而可在各种复杂应用中实现卓越的运动性能，并确保机器运行的高可靠性。̶