在进行港口、海上建筑物、船舶等方面的设计的时候，海浪、海流、海潮、海风以及海岸泥沙的冲击和影响是必须要考虑的。当前，海岸和近海工程的设计和研究，经常在实验室中使用造波系统，重现真实海上波浪随机运动的情况，以获取需要的数据。
　　随着现代海洋工程对实验数据准确性要求的提高，造波系统对于控制性能的精度也不断提高。同时，由于造波板数的增加，同步性也变成了一项实验人员不得不考虑的因素。然而，传统的液压驱动的造波系统很难满足日益提高的精度要求，并且液压系统设计困难，能耗巨大，系统维护工作量大且成本高昂，甚至还存在漏油污染水池和环境的可能。因此，在天津大学港口及海岸工程教育部重点实验室全新的大型实验水池中，出于精度、效率和同步性的考虑，研究者采用了大连理工大学提供的、由伺服电机驱动0.4m×40块推板构成的港池多向不规则造波系统。

　　系统构成
　　天津大学建筑工程学院港口系的白志刚教授向笔者介绍，实验港池的规格为60m×40m×1.2m，要求造波机的总宽度是18米，单块造波板宽度为0.45米，使用推板铰接式造波机，有40块造波板。造波机的最大工作水深是0.8米，最大波高要达到0.30米。
　　

　　图1　

　　上位机：上位机是整个系统的主控制机，它可以选用普通的PC机或工控机。所有控制命令的发出、图形显示、数据处理等都是在这里完成的，它是整个系统的控制中枢。
　　下位机：下位机的主要任务是接受上位机发来的控制文件和控制命令，通过运动控制接口完成对所分管的每块造波板相应的控制，同时将造波板工作状态上传给上位机。
　　运动控制卡：本系统选用丹纳赫传动（Danaher Motion）公司的SynqNet总线运动控制卡ZMP-SynqNet-PCI-RJ，它具有性能稳定，一块卡可以控制32台电机的特点。下位机程序通过控制它，使之发出有规律的数字脉冲及方向控制信号，送往驱动器控制伺服电机完成相应的正反向运转。
　　执行机构：电机的驱动器接收运动控制卡发出的控制信号，驱动电机旋转，从而带动造波板做有规律的造波运动。
　　传感器：有浪高仪、压力传感器等。主控制机除了完成造波机的控制，还可以进行各种试验信号的采集，按实验要求分析相应的结果。
　　零位检测与控制：每块造波板都设有零位检测与控制功能，造波机调试、维护、维修期间CONTROL ENGINEERING China版权所有，可以通过计算机或者手动控制按钮，精确定位造波板的位置。
　　系统中的上位机和下位机组成一个基于工业以太网的小型局域网，它具有传输可靠、无延迟、造价低的特点。下位机与执行机构之间是由专用的线路相连接的。网络中上位机与下位机之间的通讯软件是基于CSocket类开发的。具体传输过程按如下过程进行的：（1）建立连接；（2）上位机程序中的数据传输模块将生成的造波文件及采样设置等数据打包；（3）发送数据；（4）下位机接收数据并返回确认信息；（5）下位机将采集的数据发送到上位机。
　　白教授向笔者介绍说：“当造波系统需要模拟一个波谱时，首先根据目标谱，通过人机界面设定欲模拟波浪参数。上位机根据系统的传递函数，利用反傅立叶变换计算出每块造波板运行的时间序列值控制信号，通过专用网络传送到相应的下位机，所有下位机接收到上位主控机的控制文件后www.cechina.cn，启动造波程序，进入待命状态，查询专用同步控制接口的状态，如果接口状态为高电位，立即开始造波，确保了40块造波板的同步性。下位计算机通过专用运动控制接口，将每块造波板运行的时间序列值控制信号转换成不规则的位置脉冲控制信号www.cechina.cn，送给伺服电源，驱动伺服作动器，带动造波机推波板作相应的推挽运动，推动水体而产生波列CONTROL ENGINEERING China版权所有，伺服电机编码器实时测出推板的运动轨迹，并反馈到伺服电源，以确保推波板能准确地跟踪计算机给定信号运行。该反馈信号同时反馈到运动控制接口，下位机可以据此监测造波板的运行状态。造波的同时，浪高仪将波浪物理量转换成电量信号送A/D转换器进行数据采集。”

　　系统运动控制
　　随着工业现场网络总线技术的发展，基于网络的运动控制器获得了极大的发展，并已经开始应用于多轴同步控制中。越来越多的传统的以机械轴同步的系统开始采用网络运动控制器控制的电机轴控制，这样可以减少系统地维护和增加系统的柔性。天津大学造波系统选用的是丹纳赫传动基于SynqNet的ZMP系列运动控制平台。白教授介绍说：“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，但是这种模拟信号的控制方式抗干扰能力比较弱。我们决定采用先进的数字信号及网络控制的方式。”
　　与市场上的同类技术相比，SynqNet集众多功能和特色于一身：这是一种同步总线，极大地减少的控制系统配线，可以灵活地实现各种运动控制算法，自动网络组态和完整性检验CONTROL ENGINEERING China版权所有，支持