CN103646579A - 一种船舶主机机旁操作模拟训练系统 - Google Patents
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Abstract
本发明以MANB&W10L90MC型主机及其机旁操纵设备作为仿真对象构建的主机机旁操作模拟训练系统是COSCOQMC-Ⅰ型轮机模拟器的子系统。该系统主要由仿真服务器、机旁操作工作站、实物机旁操纵台、实物主机模型等部件组成，通过上下两层计算机网络相连接。以高性能仿真平台PROSIMS为基础，开发了实时性强、仿真精确的机旁工作站应用软件，该应用软件具有良好的操作界面,逼真地模拟了实船主机机旁控制的各种操作，在各类船舶轮机人员的轮机培训中得到了成功应用。
Description
本发明以MAN B&W 10L90MC型主机及其机旁操纵设备作为仿真对象构建的主机机旁操作模拟训练系统是COSCOQMC-Ⅰ型轮机模拟器的子系统。该系统主要由仿真服务器、机旁操作工作站、实物机旁操纵台、实物主机模型等部件组成，通过上下两层计算机网络相连接。以高性能仿真平台PROSIMS为基础，开发了实时性强、仿真精确的机旁工作站应用软件，该应用软件具有良好的操作界面,逼真地模拟了实船主机机旁控制的各种操作，在各类船舶轮机人员的轮机培训中得到了成功应用。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
1、计算机网络结构
主机机旁操作模拟训练系统的计算机网络结构可分为上层网络和下层网络。上层网络由仿真服务器、主机机旁操纵工作站、主机三维动画工作站、接口计算机及网络交换机组成以太网，采用TCP/IP协议通讯。其中，接口工作站用于与下层网络进行数据交换。
下层网络由接口工作站与装在接口机箱内的数据采集计算机构成，接口工作站与数据采集板之间的连接采用符合工控标准的485通信卡，数据采集板直接与实物机旁控制台和实物主机模型上的指示灯、按钮、开关、指示仪表等设备相连。
在计算机网络系统中，服务器是整个网络的指挥中心。安装有通信软件的接口工作站是传输数据的关键部件。盘台设备的状态要通过接口工作站传送到服务器。同时，服务器要把运算结果通过接口工作站输出到盘台设备上，而且服务器还要不断地对其他工作站读取和写入数据。服务器的数据传输
速率为大于或等于 10M/s，相当于每秒可接收或发送 1 万 5千以上的变量数据，保证仿真系统有较高的仿真速度。
2、计算机软件系统
计算机软件系统由操作系统、支撑软件和应用软件组成。主机机旁操作模拟训练系统采用 WIN-DOWS 操作系统，国内开发的 PROSIMS 支撑软件及自行开发的应用软件。PROSIMS 是基于 32 位
windows 操作系统环境的全汉化实时控制与仿真支撑软件，它由主控程序 PROSIMS.EXE 及附属的动态链接库文件、常用算法动态链接库、用户建立的仿真模型及变量数据库组成。PROSIMS 从本质上说是一个实时数据库管理系统，利用PROSIMS中的模块可方便地编制仿真应用程序。一个子系统可以由一定数量的模块集合而成，若干个子系统就组合了一个完整的仿真模型，各个仿真模型都装在服务器上。在各个工作站上都有与实船相符合的界面，界面上的开关按钮、指示灯及仪表等都能随操作响应。工作站软件可以利用 PROSIMS 提供的工作站界面生成工具来编制，也可以用ＶＣ编制。
MAN B&W 10L90MC 型主机是一种大型低速二冲程柴油机，按照准稳态建模方法建立数学模型，把柴油机分解成若干个模块来分别建立其数学模型。MAN B&W 10L90MC 柴油机模型由气缸、排气管、
增压器、扫气箱、空气冷却器等模块组成，并用VC编程实现上述数学模型。
在机旁操作仿真工作站中，利用模块化方法建立了机旁操纵系统的仿真模型，再利用 VC 编程语言完成仿真系统软件的开发。在用 VC 编程中，将每一个气动元部件抽象为一个相对独立类模块。这种设计方法可以实现程序代码共享，相同的元部件可以组建为不同的类实例，每一个类模块都能完成规定的功能。类模块可分为主动类模块和被动类模块，主动型类模块需要手动控制，而被动型类模块受控于其它模块。在本系统的仿真设计中，类模块采用的运行调度方法是，程序扫描所有主动类模块，判断是否有类模块被触发，如果有类模块被触发，则立即执行被触发类模块的程序代码，然后继续扫描，直至仿真结束。
3、主机机旁操纵工作站的操作界面及功能
主机机旁操纵工作站共有 7个操作界面，大部分操作界面由 3D MAX 软件画出，然后通过 VC 编程使界面上的部件动作，并把操作命令送到仿真服务器，同时，界面上的指示仪表接受服务器发送的数据。不但形象地表达了实船机旁操纵台的外貌，而且可以通过鼠标操作来选择需要操作和显示的其它界面。例如，当光标移至油门操作手轮区域内，单击鼠标左键，就会出现油门
操作手轮界面，操作者可以根据需要进行加、减油门操作。逻辑操作板界面有起动按钮、停止按钮、操纵部位转换手柄及换向手柄，分别用于四种逻辑操作。起动按钮用于主机机旁起动，将计
算机光标移至按钮上，然后点击鼠标左键，按钮就会向下移动，表示按下此按钮。在正常情况下，主机会转动，当主机达到发火转速时（可通过界面上的数码显示窗口观察转速），松开鼠标左键，按钮就
会弹起，表示松开按钮，然后通过油门操作手轮进行加速。停车按钮用于主机停车操作，同样，将光标移至此按钮上，然后点击鼠标左键，按钮就会向下移动，主机将断油停车。值得注意的是，松开鼠
标左键，停车按钮不会弹起，只有等到下次按起动按钮时，停车按钮才会弹起，这是由实船系统的设计决定的。操纵部位转换手柄用于主机机旁操作和遥控操作的转换，换向手柄用于主机正车和倒车操作的转换。这两个手柄旁边都有限位销，转换时需双击限位销，使限位销落下，再双击转换手柄使其换位。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1) 以 MAN B&W 10L90MC 型主机及其机旁操纵设备作为仿真对象具有典型的代表性，使该系统具有很高的实用价值，受训者经过训练后，能胜任大部分船舶的主机机旁操作工
作。
(2)采用分布式计算机网络结构，选择高性能的国产仿真支撑软件 PROSIMS 和开发了优秀的应用软件，使该主机机旁操作模拟训练系统具有良好的实时性和精确性。服务器数据库的数据
100ms 就能更新一次，使整个系统具有良好的仿真效果。同时系统的扩展功能好，便于升级换代。
(3)船舶主机的运动状态既有三维动画显示，又有可动的实物模型指示，而且它们的转速都是由模拟主机实时提供的，使受训人员有身临其境的感觉。解决了模拟系统真实感较差的问题。
(4)操作设备是软硬两套。主机起动、换向、停车及调速等既可通过软界面操作，又可通过实物机旁控制台操作。
Claims (1)
1.一种船舶主机机旁操作模拟训练系统包含以下几个部分：
计算机网络结构
主机机旁操作模拟训练系统的计算机网络结构可分为上层网络和下层网络；上层网络由仿真服务器、主机机旁操纵工作站、主机三维动画工作站、接口计算机及网络交换机组成以太网，采用TCP/IP协议通讯；其中，接口工作站用于与下层网络进行数据交换；
下层网络由接口工作站与装在接口机箱内的数据采集计算机构成，接口工作站与数据采集板之间的连接采用符合工控标准的485通信卡，数据采集板直接与实物机旁控制台和实物主机模型上的指示灯、按钮、开关、指示仪表等设备相连；
在计算机网络系统中，服务器是整个网络的指挥中心；安装有通信软件的接口工作站是传输数据的关键部件；盘台设备的状态要通过接口工作站传送到服务器；同时，服务器要把运算结果通过接口工作站输出到盘台设备上，而且服务器还要不断地对其他工作站读取和写入数据；服务器的数据传输速率为大于或等于 10M/s，相当于每秒可接收或发送 1 万 5千以上的变量数据，保证仿真系统有较高的仿真速度；
计算机软件系统
计算机软件系统由操作系统、支撑软件和应用软件组成；主机机旁操作模拟训练系统采用 WIN-DOWS 操作系统，国内开发的 PROSIMS 支撑软件及自行开发的应用软件；PROSIMS 是基于 32 位windows 操作系统环境的全汉化实时控制与仿真支撑软件，它由主控程序 PROSIMS.EXE 及附属的动态链接库文件、常用算法动态链接库、用户建立的仿真模型及变量数据库组成；PROSIMS 从本质上说是一个实时数据库管理系统，利用PROSIMS中的模块可方便地编制仿真应用程序；一个子系统可以由一定数量的模块集合而成，若干个子系统就组合了一个完整的仿真模型，各个仿真模型都装在服务器上；在各个工作站上都有与实船相符合的界面，界面上的开关按钮、指示灯及仪表等都能随操作响应；工作站软件可以利用 PROSIMS 提供的工作站界面生成工具来编制，也可以用ＶＣ编制；
MAN B&W 10L90MC 型主机是一种大型低速二冲程柴油机，按照准稳态建模方法建立数学模型，把柴油机分解成若干个模块来分别建立其数学模型；MAN B&W 10L90MC 柴油机模型由气缸、排气管、增压器、扫气箱、空气冷却器等模块组成，并用VC编程实现上述数学模型；
在机旁操作仿真工作站中，利用模块化方法建立了机旁操纵系统的仿真模型，再利用 VC 编程语言完成仿真系统软件的开发；在用 VC 编程中，将每一个气动元部件抽象为一个相对独立类模块；这种设计方法可以实现程序代码共享，相同的元部件可以组建为不同的类实例，每一个类模块都能完成规定的功能；类模块可分为主动类模块和被动类模块，主动型类模块需要手动控制，而被动型类模块受控于其它模块；在本系统的仿真设计中，类模块采用的运行调度方法是，程序扫描所有主动类模块，判断是否有类模块被触发，如果有类模块被触发，则立即执行被触发类模块的程序代码，然后继续扫描，直至仿真结束；
主机机旁操纵工作站的操作界面及功能
主机机旁操纵工作站共有 7个操作界面，大部分操作界面由 3D MAX 软件画出，然后通过 VC 编程使界面上的部件动作，并把操作命令送到仿真服务器，同时，界面上的指示仪表接受服务器发送的数据；不但形象地表达了实船机旁操纵台的外貌，而且可以通过鼠标操作来选择需要操作和显示的其它界面；例如，当光标移至油门操作手轮区域内，单击鼠标左键，就会出现油门操作手轮界面，操作者可以根据需要进行加、减油门操作；逻辑操作板界面有起动按钮、停止按钮、操纵部位转换手柄及换向手柄，分别用于四种逻辑操作；起动按钮用于主机机旁起动，将计算机光标移至按钮上，然后点击鼠标左键，按钮就会向下移动，表示按下此按钮；在正常情况下，主机会转动，当主机达到发火转速时（可通过界面上的数码显示窗口观察转速），松开鼠标左键，按钮就会弹起，表示松开按钮，然后通过油门操作手轮进行加速；停车按钮用于主机停车操作，同样，将光标移至此按钮上，然后点击鼠标左键，按钮就会向下移动，主机将断油停车；值得注意的是，松开鼠标左键，停车按钮不会弹起，只有等到下次按起动按钮时，停车按钮才会弹起，这是由实船系统的设计决定的；操纵部位转换手柄用于主机机旁操作和遥控操作的转换，换向手柄用于主机正车和倒车操作的转换；这两个手柄旁边都有限位销，转换时需双击限位销，使限位销落下，再双击转换手柄使其换位。
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN105015750A (zh) * | 2014-04-17 | 2015-11-04 | 青岛远洋船员职业学院 | 一种船舶主机电-气集成复合控制系统 |
| CN105527859A (zh) * | 2016-01-26 | 2016-04-27 | 江苏海事职业技术学院 | 舵机电控装置仿真系统 |
| CN105845017A (zh) * | 2016-06-15 | 2016-08-10 | 上海海事大学 | 一种电动机倒拖船舶主机的方法和系统 |
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-
2013
- 2013-11-21 CN CN201310588812.8A patent/CN103646579A/zh active Pending
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| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140319 |