CN102542865A - 船舶辅锅炉虚拟操控仿真系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船舶辅锅炉虚拟操控仿真系统，其特征在于包括：处理器、存储有多个仿真子系统和一辅锅炉三维仿真布局场景的存储器、以及显示器；处理器控制显示器显示存储的辅锅炉三维仿真布局场景和仿真子系统。该系统形象、逼真地展示了辅锅炉实际布局图，使用者通过此系统可以了解和熟悉锅炉系统的构造，给使用者带来了经济和时间上的便利。使用者可以切身实际地熟悉和操作辅锅炉，可以快速学习和了解辅锅炉各个组成部分及工作原理，而不用承担误操作带来的严重后果，大大减低了船舶辅锅炉控制系统运行演示的成本以及船舶辅锅炉误操作的影响。另外，本系统实现了对船舶辅锅炉的仿真控制，因此可以作为辅锅炉仿真研究平台提供给研究者使用。

Description

船舶辅锅炉虚拟操控仿真系统

技术领域

本发明属于虚拟现实技术领域，特别是一船舶辅锅炉虚拟操控仿真系统。

背景技术

船用辅锅炉是目前远洋运输船舶必备的辅机设备之一，根据最新的国际公约“STCW78/95公约”要求，远洋运输船舶的轮机管理人员应熟练掌握辅锅炉的操作、维管和故障排除等。

近几年，随着大批航海院校的成立，船员学习和培训任务日趋繁重。由于新建院校受到教学场地和实验场地的限制，很多实验室建设不能按照船舶实际进行规划布置。而课堂教学只能使学员掌握相关的理论知识，但不能训练其实际操作技能。学员没有充分动手实践的机会，更不能训练学员如何处理可能出现的事故，这样就会给将来的安全生产带来隐患。另一方面，随着自动化程度的提高和电子技术的发展，船舶锅炉燃烧的自动调节、给水过程的自动调节以及过热蒸汽温度的自动调节等更为复杂，自动控制难度更大。如果船员操作不慎，或发生误操作的话，轻则舰船停炉，停机，失去动力，重则损坏设备，甚至出现机毁人亡的事故，因而对操作人员的要求也更高。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一船舶辅锅炉虚拟操控仿真系统。

本发明采用的技术方案如下：一种船舶辅锅炉虚拟操控仿真系统包括：处理器、存储有多个仿真子系统和一辅锅炉三维仿真布局场景的存储器、以及显示器；

处理器控制显示器显示存储的辅锅炉三维仿真布局场景或仿真子系统。

本发明的船舶辅锅炉虚拟操控仿真系统形象、逼真地展示了辅锅炉实际布局图，使用者通过此系统可以了解和熟悉锅炉系统的构造，给使用者带来了经济和时间上的便利。另外，可以如同操作实船辅锅炉般控制辅锅炉虚拟场景里的部件，使用者可以切身实际地熟悉和操作辅锅炉，而不用承担误操作带来的严重后果，使用者可以快速学习和了解辅锅炉各个组成部分及工作原理大大减低了船舶辅锅炉控制系统运行演示的成本以及船舶辅锅炉误操作的影响。另外，本系统实现了对船舶辅锅炉的仿真控制，因此可以作为辅锅炉仿真研究平台提供给研究者使用。

附图说明

图1是本发明的船舶辅锅炉虚拟操控仿真系统的结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

如图1所示，本发明的船舶辅锅炉虚拟操控仿真系统包括处理器1、存储有多个仿真子系统21和一辅锅炉三维仿真布局场景22的存储器2、显示器3；处理器1控制显示器3显示存储的辅锅炉三维仿真布局场景22或仿真子系统21。

本发明的船舶辅锅炉虚拟操控仿真系统还可以包括输入接口4，处理器1还可以根据用户通过输入接口4输入的操作指令控制辅锅炉三维仿真布局场景22或仿真子系统21中相应部件的动作，或切换辅锅炉三维仿真布局场景22和各仿真子系统21之间的显示切换。

对于辅锅炉三维仿真布局场景22，其根据大连海事大学育鲲号辅锅炉布局图，经过数据获取、整理和处理后，逐级对船舶辅锅炉的组成部分、各组成部分中的零部件进行分割，根据部件的形状和工作特征，选择不同的建模方法，结合3DS MAX和MultiGen Creator完成构建模型的整个过程。3DS MAX具有可操作性强、直观、方便易学、制作模型逼真、质感强等特点，然而其致命弱点是数据量极大和实时漫游困难。而美国MultiGen公司推出的实时仿真建模软件MultiGen Creator兼容性强，且数据量小。因此，辅锅炉三维仿真布局场景22是采用3DS MAX作为建模软件，在Creator里完成模型优化和数据格式转化工作。

为了增加虚拟场景的真实性，辅锅炉三维仿真布局场景22将实船辅锅炉各部件的图像，经过数据加工处理后，提取部件表面的材质，作为纹理，应用在虚拟场景各部件。

在已构建的虚拟场景的基础上，本发明在MFC框架下基于Vega开发控制应用程序。Vega通过继承MFC中的CView类而派生出一个子类zsVegaView。这个zsVegaView类提供了启动一个Vega线程最基本的功能，还以虚函数的形式定义了特定的应用程序要进行操作的通用接口，因此用户的应用程序只需从zsVegaView派生出新类并根据需要重载必要的虚函数即可。

对于各仿真子系统21，仿真子系统21又分别包括多个仿真部件，每一仿真部件设置有一结构体变量，该结构体变量包括部件在辅锅炉三维仿真布局场景22视图里的位置坐标、部件的运行状态、部件的运行参数。处理器1在控制显示器3显示存储的仿真子系统21后，仿真子系统21对处理器1发出的部件的运行参数进行采样，并根据采样结果计算得到该部件下一时刻的运行参数，从而确定该部件在显示器显示的辅锅炉三维仿真布局场景22或仿真子系统21中的运行状态，根据该运行状态，通过在视图中同一位置切换不同的位图，实现了部件动作的变化。

本发明的船舶辅锅炉虚拟操控仿真系统包括三个仿真子系统21，分别是水系统，燃烧系统，蒸汽系统。

其中，水系统的作用是向船舶辅锅炉提供足够数量和品质符合要求的水；燃烧系统的作用是控制喷油数量，雾化燃油，保证燃烧质量；蒸汽系统的作用是将船舶辅锅炉产生的蒸汽按照不同的压力需要送至各用汽设备。

为了观察系统抗干扰能力，在显示器3显示蒸汽系统的视图中，处理器1还可以根据用户通过输入接口4输入的阀门操作指令控制蒸汽系统中阀门的动作，以增大或减小某设备的用汽量；处理器1同时将该阀门操作指令发送给水系统和燃烧系统，水系统和燃烧系统做出相应动作，调整给水量和供油量，从而保证整个系统的稳定。

为了方便进一步的研究，处理器1还可以将系统运行数据以记事本格式存储于存储单元2中，并进一步根据存储的系统运行数据，在显示器3显示的曲线绘制图形界面中，以曲线形式显示该系统运行数据。

为了便于观察数据的变化趋势，本发明在应用程序里添加了MSChart控件。MSChart控件与一个数据网格(DataGrid对象)关联，该数据网格存放了要显示的数据，数据网格也可以包含用于图表中标识系列或类别的标签。图表应用程序设计者在数据网格中插入数据或从报表或矩阵中输入数据。另外，该控件提供了一个强制隐藏数据提示窗口的接口HideTips()，提供外部调用。

另外，水系统和燃烧系统分别包括一PID控制器，当选择闭环控制时，处理器1还根据用户通过输入接口4输入的比例参数、积分参数、微分参数设置指令调整该PID控制器中相应部件的运行参数，并通过显示器3显示汽包水位曲线和蒸汽压力曲线。当用户根据汽包水位曲线和蒸汽压力曲线判断系统运行状况不理想时，用户通过输入接口4重新输入比例参数、积分参数、微分参数；当用户根据汽包水位曲线和蒸汽压力曲线判断系统运行状况稳定时，用户通过输入接口4输入给水量、供油量和用汽量调节指令，给系统添加内部扰动和外部扰动，观测控制器的抗干扰能力。当选择开环控制时，用户通过输入接口4输入给水量、供油量以及用汽量调节指令，通过显示器3观测在这三个不同的扰动下，汽包水位和蒸汽压力的动态特性。

本发明的船舶辅锅炉虚拟操控仿真系统形象、逼真地展示了辅锅炉实际布局图，使用者通过此系统可以了解和熟悉锅炉房的构造，给使用者带了经济和时间上的便利。另外，可以如同操作实船辅锅炉般控制辅锅炉虚拟场景里的部件，使用者可以切身实际地熟悉和操作辅锅炉，而不用承担误操作带来的严重后果，使用者可以快速学习和了解辅锅炉各个组成部分及工作原理大大减低了船舶辅锅炉控制系统运行演示的成本以及船舶辅锅炉误操作的影响。另外，本系统实现了对船舶辅锅炉的仿真控制，因此可以作为辅锅炉仿真研究平台提供给研究者使用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种船舶辅锅炉虚拟操控仿真系统，其特征在于包括：处理器、存储有多个仿真子系统和一辅锅炉三维仿真布局场景的存储器、以及显示器；

处理器控制显示器显示存储的辅锅炉三维仿真布局场景或仿真子系统。

2.如权利要求1所述的船舶辅锅炉虚拟操控仿真系统，其特征在于还包括输入接口；

处理器还根据用户通过输入接口输入的操作指令控制辅锅炉三维仿真布局场景和仿真子系统中相应部件的动作。或切换辅锅炉三维仿真布局场景和各仿真子系统之间的显示切换。

3.如权利要求2所述的船舶辅锅炉虚拟操控仿真系统，其特征在于，仿真子系统分别包括多个仿真部件，每一仿真部件设置有一结构体变量，该结构体变量包括部件在辅锅炉三维仿真布局场景视图里的位置坐标、部件的运行状态、部件的运行参数；

处理器在控制显示器显示存储的仿真子系统后，仿真子系统对处理器发出的部件的运行参数进行采样，并根据采样结果计算得到该部件下一时刻的运行参数，从而确定该部件在显示器显示的辅锅炉三维仿真布局场景或仿真子系统中的运行状态，根据该运行状态，通过在视图中同一位置切换不同的位图，实现了部件动作的变化。

4.如权利要求3所述的船舶辅锅炉虚拟操控仿真系统，其特征在于包括三个仿真子系统，三个仿真子系统分别是水系统，燃烧系统，蒸汽系统。

5.如权利要求4所述的船舶辅锅炉虚拟操控仿真系统，其特征在于，显示器显示蒸汽系统的视图中，处理器还根据用户通过输入接口输入的阀门操作指令控制蒸汽系统中阀门的动作，以增大或减小某设备的用汽量；

处理器同时将该阀门操作指令发送给水系统和燃烧系统，水系统和燃烧系统做出相应动作，调整给水量和供油量，从而保证整个系统的稳定。

6.如权利要求5所述的船舶辅锅炉虚拟操控仿真系统，其特征在于，处理器还将系统运行数据以记事本格式存储于存储单元中，并进一步根据存储的系统运行数据，在显示器显示的曲线绘制图形界面中，以曲线形式显示该系统运行数据。

7.如权利要求6所述的船舶辅锅炉虚拟操控仿真系统，其特征在于，水系统和燃烧系统分别包括一PID控制器；

当选择闭环控制时，处理器根据用户通过输入接口输入的比例参数、积分参数、微分参数设置指令调整该PID控制器中相应部件的运行参数，并通过显示器显示汽包水位曲线和蒸汽压力曲线；当用户根据汽包水位曲线和蒸汽压力曲线判断系统运行状况不理想时，通过输入接口重新输入比例参数、积分参数、微分参数；当用户根据汽包水位曲线和蒸汽压力曲线判断系统运行状况稳定时，通过输入接口输入给水量、供油量和用汽量调节指令，给系统添加内部扰动和外部扰动，观测控制器的抗干扰能力；

当选择开环控制时，用户通过输入接口输入给水量、供油量以及用汽量调节指令，显示器显示在这三个不同的扰动下的汽包水位曲线和蒸汽压力曲线。