CN106157729A - 船舶动力系统模拟器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种船舶动力系统模拟器。一种船舶动力系统模拟器，包括：人机交互系统、建模仿真系统、网络接口系统；人机交互系统包括柴油机控制台、电站控制台、辅机控制台、虚拟交互界面及监控计算机；建模仿真系统，根据船舶动力系统的数学模型编制仿真模块，在SimuEngine仿真支撑平台中实现船舶动力系统仿真；网络接口系统包括以太网和PLC模拟器接口系统，将建模仿真系统、PLC和人机交互系统连接在同一级以太网，PLC的I/O接口模块连接至相应的控制台。本发明提供了一种简便易行的船舶动力系统模拟器，有效的降低了模拟器研制成本，缩短的开发周期，提高了模拟器运行的可靠性，具有较大的市场前景。

Description

船舶动力系统模拟器

技术领域

本发明涉及船舶模拟操作系统，特别是涉及一种船舶动力系统模拟器。

背景技术

船舶的自动化程度不断提高，船舶动力系统的调试和技能操作时，在对施工人员和操作人员进行培训时，由于受条件所限，无法满足每个施工人员和操作人员都进行上船实际操作，在船舶调试过程中，多系统进行同时调试，难以实现技能培训过程的操作实践。而且在船舶现场进行实践受系统完整性和安全保证措施的影响也不允许反复进行操作和出现不必要的误操作。船舶动力系统模拟器依据实船的数据参数、控制机理及操作平台，采用软件仿真的方法实现船舶动力系统各工况下的训练操作。通过船舶动力系统模拟器，操作人员可以模拟检验自己业务的水平，从而加深业务的熟练度。

船舶动力系统模拟器以PC机、仿真支撑软件和组态软件为基础，利用适当的软硬件实现对船舶动力系统的操作的模拟和故障模拟，并给出准确的反馈，从而达到对操作人员进行训练的目的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：实船训练需要大量的准备工作和后勤支持，以及大量人力、物力的消耗，同时受环境因素的影响也较大，而且也无法模拟一些复杂的情景，如复杂报警显示、设备与系统的严重故障等。

本发明的目的是提供一种船舶动力系统模拟器。此目的是通过如下方式实现的：

一种船舶动力系统模拟器，其特征在于，包括：人机交互系统、建模仿真系统、网络接口系统；所述人机交互系统包括柴油机控制台、辅机控制台、电站控制台、虚拟交互界面及监控计算机；所述建模仿真系统包括教练台仿真计算机和柴油机仿真计算机，根据船舶动力系统的数学模型编制仿真模块，在SimuEngine仿真支撑平台中实现船舶动力系统仿真；所述网络接口系统包括以太网和PLC模拟器接口系统，采用TCP/IP协议，将建模仿真系统、PLC和人机交互系统连接在同一级以太网上，各PLC的I/O接口模块连接至相应的控制台，形成一个以交换机为中心的星形拓扑结构。

进一步地，所述船舶动力系统的仿真模块包括柴油机模块、齿轮箱模块、电站模块、辅机模块、螺旋桨模块、艇体模块、动力管系及热交换模块以及逻辑控制和故障模拟模块，所述船舶动力系统的仿真模块包括柴油机模块、齿轮箱模块、电站模块、辅机模块、螺旋桨模块、艇体模块、动力管系及热交换模块以及逻辑控制和故障模拟模块；柴油机模块用于模拟柴油机运行时的柴油机功率、曲轴转速、各缸进排气温度、压力、热量、涡轮增压工况及调速机构工况；动力管系及热交换模块根据柴油机各缸释放的热量模拟冷却水系统的工作状况及燃油系统、滑油系统、污水系统、压缩空气系统的工作状况；齿轮箱模块用于模拟柴油机曲轴与螺旋桨转速的连接关系；螺旋桨模块根据柴油机曲轴转速及齿轮箱的工作状态确定螺旋桨的转速、扭矩、推力；艇体模块根据螺旋桨模块的参数，模拟船体受力，并根据受力确定航速；电站模块用于模拟船舶发电机和配电板运行时发电、配电、并车、解列工况；辅机模块用于模拟空压机、辅助锅炉、油水分离器、舵机和锚机的运行工况及各用电设备的负载；逻辑控制和故障模拟模块用于模拟动力系统各装置按钮、开关、手柄、指示灯之间及其与各仿真参数之间的逻辑关系，并模拟典型故障对动力系统各装置的影响及处置过程；模块间的数据流动通过公用变量数据库实现交互。

进一步地，所述人机交互系统的柴油机控制台和辅机控制台均设有和实际船舶外观相仿的开关、仪表、手柄、指示灯等I/O设备，并连接于PLC的各I/O模块。

进一步地，所述PLC的I/O模块包括开关量输入、开关量输出、模拟量输入、模拟量输出模块。

进一步地，所述PLC采用西门子S7-200。

本发明的有益效果是：提供了更加简便易行的一种船舶动力系统模拟器开发，有效的降低了模拟器研制成本，缩短的开发周期，提高了模拟器运行的可靠性，具有较大的市场前景。

附图说明

图1是本发明船舶动力系统模拟器原理图；

具体实施方式

下面结合附图通过实施例来对本发明进行详细说明。

本发明提供一种船舶动力系统模拟器，包含硬件和软件的设计，主要由人机交互系统、建模仿真系统以及网络接口系统；所述人机交互系统包括柴油机控制台、辅机控制台、电站控制台、虚拟交互界面及监控计算机；所述建模仿真系统包括教练台仿真计算机，根据船舶动力系统的数学模型编制仿真模块，在SimuEngine仿真支撑平台中实现船舶动力系统仿真；所述网络接口系统包括以太网和PLC模拟器接口系统，采用TCP/IP协议，将建模仿真系统、PLC和人机交互系统连接在同一级以太网上，各PLC的I/O接口模块连接至相应的控制台，形成一个以交换机为中心的星形拓扑结构；所述船舶动力系统的仿真模块包括柴油机模块、齿轮箱模块、电站模块、辅机模块、螺旋桨模块、艇体模块、动力管系及热交换模块以及逻辑控制和故障模拟模块。

所述人机交互系统的柴油机控制台、辅机控制台和电站控制台均设有与实际船舶外观相仿的开关、仪表、手柄、指示灯等I/O设备，并连接于PLC的各I/O模块；所述PLC的I/O模块包括开关量输入、开关量输出、模拟量输入、模拟量输出模块；所述PLC采用西门子S7-200。

船舶动力系统训练模拟器原理如图1所示。

人机交互系统采用KingView6.5，实现各种交互界面设计和硬件设备系统的监控。

KingView6.5提供了良好的用户开发界面和简捷方便的使用方法，拥有包括泵、阀门、开关、仪表等常用工业设备、元件的子图库，通过直接调用子图可以便捷地组态所需要的画面，并设置其关联变量实现交互控制。通过采集训练模拟器控制台的开关量和模拟量信号，经过计算机运算，将产生的控制信号经网络接口系统送至输出设备，实现硬件设备系统的监控功能。操控盘台上设有和实际船舶外观相仿的开关、仪表、手柄、指示灯等I/O设备，并连接于PLC的各I/O模块。通过将船舶动力系统模拟器人机交互系统基本功能进行分解并模块化，同时进行界面的显示、数据的采集存储、内部逻辑程序的执行和其他程序的协作通讯等，提高了模拟器开发效率和系统的可维护性。

建模仿真系统在SimuEngine仿真支撑平台中的实现采用模块化的方法，仿真平台软件SimuEngine基于C/S结构，具有多流程支持功能，可以在硬件系统上同时开发或运行多个仿真任务。系统开发可采用多人分布式协同开发和协同仿真方式。利用层次分解的方法，船舶动力系统包括如柴油机模块、齿轮箱模块、电站模块、辅机模块、螺旋桨模块、艇体模块、动力管系及热交换模块以及逻辑控制和故障模拟模块等，根据其数学模型编制仿真模块。模块化建模方法可降低建模的复杂性，缩短建模时间，增加模型的通用性。

网络接口系统，计算机网络系统采用TCP/IP协议，将仿真服务器、各工作站、模拟盘台和PLC接口系统连接在同一级以太网上，各PLC的I/O接口模块连接至相应的控制台，形成一个以交换机为中心的星形拓扑结构。仿真计算机求解数学模型、产生控制请求，然后通过网络接口系统与监控计算机及其他控制台通信。采用可编程序控制器PLC作为模拟器接口系统，由于PLC从硬件到软件，从设计到制造都考虑到了抗干扰的问题，采用各种措施切断或阻塞了干扰源，提高并保证了整个系统的可靠性，也大大提高了整个训练系统的抗干扰能力。PLC还增强了系统的可靠性和可扩展性。在确定每个PLC将要负责的变量类型和数量后，根据需要来组装PLC。PLC输入/输出单元是连接CPU与现场I/O设备的桥梁。I/O模块包括：开关量输入、开关量输出、模拟量输入、模拟量输出。每个I/O模块在机架上的位置确定好之后其单元号也随之确定。PLC会根据单元号为其在工作数据存储器中的核心I/O区分配相应的地址用于保存数据。

上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (5)

1.一种船舶动力系统模拟器，其特征在于，包括：人机交互系统、建模仿真系统、网络接口系统；

所述人机交互系统包括柴油机控制台、电站控制台、辅机控制台、虚拟交互界面及监控计算机；

所述建模仿真系统包括教练台仿真计算机，根据船舶动力系统的数学模型编制仿真模块，在仿真支撑平台中实现船舶动力系统仿真；

所述网络接口系统包括以太网和PLC，采用TCP/IP协议，将建模仿真系统、PLC和人机交互系统连接在同一级以太网上，各PLC的I/O接口模块连接至相应的控制台，形成一个以交换机为中心的星形拓扑结构。

2.根据权利要求1所述的船舶动力系统模拟器，其特征在于：所述船舶动力系统的仿真模块包括柴油机模块、齿轮箱模块、电站模块、辅机模块、螺旋桨模块、艇体模块、动力管系及热交换模块以及逻辑控制和故障模拟模块；

柴油机模块用于模拟柴油机运行时的柴油机功率、曲轴转速、各缸进排气温度、压力、热量、涡轮增压工况及调速机构工况；动力管系及热交换模块根据柴油机各缸释放的热量模拟冷却水系统的工作状况及燃油系统、滑油系统、污水系统、压缩空气系统的工作状况；齿轮箱模块用于模拟柴油机曲轴与螺旋桨转速的连接关系；螺旋桨模块根据柴油机曲轴转速及齿轮箱的工作状态确定螺旋桨的转速、扭矩、推力；艇体模块根据螺旋桨模块的参数，模拟船体受力，并根据受力确定航速；电站模块用于模拟船舶发电机和配电板运行时发电、配电、并车、解列工况；辅机模块用于模拟空压机、辅助锅炉、油水分离器、舵机和锚机的运行工况及各用电设备的负载；逻辑控制和故障模拟模块用于模拟动力系统各装置按钮、开关、手柄、指示灯之间及其与各仿真参数之间的逻辑关系，并模拟典型故障对动力系统各装置的影响及处置过程；模块间的数据流动通过公用变量数据库实现交互。

3.根据权利要求1所述的船舶动力系统模拟器，其特征在于：所述人机交互系统的柴油机控制台、电站控制台和辅机控制台均设有与实际船舶外观相仿的开关、仪表、手柄、指示灯等I/O设备，并连接于PLC的各I/O模块。

4.根据权利要求1所述的船舶动力系统模拟器，其特征在于：所述PLC的I/O模块包括开关量输入、开关量输出、模拟量输入、模拟量输出模块。

5.根据权利要求1所述的船舶动力系统模拟器，其特征在于：所述PLC采用西门子S7-200。