CN204496185U - 船舶舱底水处理装置操作训练模拟器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及船舶操作模拟器，特指一种船舶舱底水处理装置操作训练模拟器。一种船舶舱底水处理装置操作训练模拟器包括操控盘台、PLC及仿真计算机，由人机交互系统、运行仿真系统以及网络接口系统三部分组成；人机交互系统用于实现各种交互界面设计和硬件设备系统的监控；运行仿真系统构建符合舱底水处理装置运行机理和控制逻辑的数学模型来表示装置的控制、特性和状态参数之间的关系；操控盘台设有和实际船舶舱底污水处理装置控制箱外观相仿的I/O设备；操控盘台、仿真计算机和PLC通过以太网连接；其缩短了开发周期；采用模块化设计，提高了系统的维护性和可扩展性；可进行故障模拟和处置训练；提高了模拟器的真实感。

Description

船舶舱底水处理装置操作训练模拟器

技术领域

本发明涉及船舶操作模拟器，特别是涉及一种船舶舱底水处理装置操作训练模拟器。

背景技术

船舶舱底水是由船舶主机及机舱各种辅助设备产生的油污水积聚到舱底后形成的。因其排放不当或故障造成的重大甚至恶性污染事故，在船舶安全事故中占有相当重的比例。出于对海洋环境的保护，国际海事组织对船舶舱底含油污水的排放作出了明确要求。

船舶舱底污水处理装置是确保舱底水排放符合有关标准的重要设备，由舱底水井、舱底水泵、舱底水管路、油水分离设备及有关阀件组成。船舶舱底污水处理装置操作是海员三管轮和技工考证的重要内容，具有操作较复杂、实践性强的特点，通过课堂讲授的教学模式很难使学员快速理解和掌握，而构建基于实装的培训平台存在无法针对一些特殊情景进行示教和训练、初期投入成本和运行使用成本较高、维护保养要求高以及对场地及相关配套设施要求较高等问题。因此，迫切需要一种既能较好满足实际教学培训需求，又经济高效的船舶舱底水处理装置操作训练模拟器。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：(1)开发船舶舱底污水处理装置模拟器用于解决实装训练存在无法针对一些特殊情景进行示教和训练、初期投入成本和运行使用成本较高、维护保养要求高以及对场地及相关配套设施要求较高等问题。(2)如何使操作人员在模拟培训中实现反复操练，并可以操练在实装上比较困难甚至禁止的训练内容，提高培训效率、节约培训费用。

针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种船舶舱底水处理装置操作训练模拟器，可解决实装训练中存在的无法针对一些特殊情景进行示教和训练的问题，减少了初期投入成本和运行使用成本、降低了维护保养要求，对场地及相关配套设施要求较低，提高了教学质量、降低了培训成本。此目的是通过如下方式实现的：

一种船舶舱底水处理装置操作训练模拟器，包括：操控盘台、PLC及仿真计算机；所述操控盘台设有和实际船舶舱底污水处理装置控制箱外观相仿的I/O设备；所述仿真计算机包括人机交互系统和运行仿真系统，所述人机交互系统用于实现各种交互界面设计和硬件设备系统的监控，所述运行仿真系统构建符合舱底水处理装置运行机理和控制逻辑的数学模型来表示装置的控制、特性和状态参数之间的关系；所述操控盘台、仿真计算机和PLC通过以太网连接。以船舶舱底水处理装置为仿真对象构建的船舶舱底水处理装置操作训练模拟器，由人机交互系统、运行仿真系统以及网络接口系统三部分组成，包括仿真计算机、操控盘台、PLC(西门子S7-200)等设备。

进一步地，所述人机交互系统包括人机交互界面、声模拟系统及数据的采集、存储模块、监控模块及执行模块。通过采集操控盘台的输入信号，经过仿真计算机运算，将产生的控制信号经PLC送至操控盘台输出设备，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舱底污水处理装置控制箱外观相仿的开关、仪表、指示灯等I/O设备，并连接于PLC的各I/O模块。通过将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、声音的模拟、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。

进一步地，所述人机交互系统采用KingView6.5(即组态王软件)，所述人机交互界面包含舱底水井、舱底水泵、舱底水管路及阀件、油水分离设备。人机交互界面包含舱底水井、舱底水泵、舱底水管路及阀件、油水分离设备，其中舱底水井水位、舱底水泵、有关阀件等涉及交互的动态元件可通过调用KingView6.5的子图库获取并设置交互链接，其余静态元件可设置成背景图片。

进一步地，所述运行仿真系统在SimuEngine仿真支撑平台中实现，所述运行仿真系统包括油分浓度仿真及监控模块、污水加热及温度监控模块、排油及油位监控模块、压力仿真及监控模块。在设置适当的简化和假设条件的基础上，构建符合舱底水处理装置运行机理和控制逻辑的数学模型来表示装置的控制、特性和状态参数之间的关系，具体可分为以下4大模块：油分浓度仿真及监控模块、污水加热及温度监控模块、排油及油位监控模块、压力仿真及监控模块，并设置故障变量，利用SimuEngine故障设置和管理功能模拟典型故障，开展故障分析及处置训练。模块间的数据流动通过与公用变量数据库的交互实现，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。

进一步地，所述操控盘台I/O设备包括开关量输入设备、开关量输出设备、模拟量输入设备、模拟量输出设备。

进一步地，所述操控盘台上设有显示模块、油分浓度仪控制面板模块及油水分离器控制面板模块。

进一步地，所述显示模块包括进口压力显示模块、出口压力显示模块、油位高度显示模块及污水温度显示模块。

进一步地，所述油分浓度仪控制面板包括运行指示灯、报警指示灯、启动按钮及复位按钮。

进一步地，所述油水分离器控制面板包括电源指示灯、运转指示灯、排油指示灯、加热指示灯、停止按钮、排油开关、加热开关及电源开关。

本实用新型的有益效果是：

(一)缩短了开发周期，降低了开发成本，使模拟器有更加广阔的市场前景；

(二)采用模块化设计，提高了系统的维护性和可扩展性，同时系统的稳定性也得到了增强；

(三)可进行故障模拟和处置训练；

(四)采用组态软件和声模拟系统，提高了模拟器的真实感。

附图说明

图1是本船舶舱底水处理装置操作训练模拟器架构图；

图2是本船舶舱底水处理装置操作训练模拟器盘台示意图

具体实施方式

下面结合附图通过实施例来对本实用新型进行详细说明。

一种船舶舱底水处理装置操作训练模拟器，包括：操控盘台、PLC及仿真计算机。

所述操控盘台设有和实际船舶舱底污水处理装置控制箱外观相仿的I/O设备；所述操控盘台I/O设备包括开关量输入设备、开关量输出设备、模拟量输入设备、模拟量输出设备。所述操控盘台上设有显示模块、油分浓度仪控制面板模块及油水分离器控制面板。所述显示模块包括进口压力显示模块、出口压力显示模块、油位高度显示模块及污水温度显示模块。所述油分浓度仪控制面板包括运行指示灯、报警指示灯、启动按钮及复位按钮。所述油水分离器控制面板包括电源指示灯、运转指示灯、排油指示灯、加热指示灯、停止按钮、排油开关、加热开关及电源开关。

所述仿真计算机包括人机交互系统和运行仿真系统，所述人机交互系统用于实现各种交互界面设计和硬件设备系统的监控，所述运行仿真系统构建符合舱底水处理装置运行机理和控制逻辑的数学模型来表示装置的控制、特性和状态参数之间的关系；所述人机交互系统采用KingView6.5，所述人机交互系统包括人机交互界面、声模拟系统及数据的采集、存储模块、监控模块及执行模块。所述人机交互界面包含舱底水井模拟模块、舱底水泵模拟模块、舱底水管路及阀件模拟模块、油水分离设备模拟模块。所述运行仿真系统在SimuEngine仿真支撑平台中实现，所述运行仿真系统包括油分浓度仿真及监控模块、污水加热及温度监控模块、排油及油位监控模块、压力仿真及监控模块。

所述操控盘台、仿真计算机和PLC通过以太网连接。

具体的工作流程和工作原理如下

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，拥有包含泵、阀门、仪表、开关等常用元件的子图库，通过直接调用子图可以便捷地组态所需要的画面，并进行交互。人机交互界面包含舱底水井、舱底水泵、舱底水管路、油水分离设备及有关阀件，其中舱底水井水位、舱底水泵、有关阀件等涉及交互的动态元件可通过调用KingView6.5的子图库获取并设置交互链接，其余静态元件可设置成背景图片。通过采集操控盘台的输入信号，经过仿真计算机运算，将产生的控制信号经PLC送至操控盘台输出设备，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舱底污水处理装置控制箱外观相仿的开关、仪表、指示灯等I/O设备，并连接于PLC的各I/O模块。通过将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、声音的模拟、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仿真支撑平台中实现。在通过设置适当的简化和假设条件的基础上，用数学形式来表示船舶舱底水处理装置的控制、特性和状态参数之间的关系，构建符合其运行机理和控制逻辑的数学模型，具体可分为以下4大模块：油分浓度仿真及监控模块、污水加热及温度监控模块、排油及油位监控模块、压力仿真及监控模块，并设置故障变量，利用SimuEngine故障设置和管理功能模拟典型故障，开展故障分析及处置训练。模块间的数据流动通过与公用变量数据库的交互实现。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，将仿真计算机、操控盘台和PLC接口系统连接在同一级以太网上，PLC的I/O模块连接至操控盘台I/O设备。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操控盘台实现通讯。采用可编程序控制器PLC作为模拟器接口系统，提高并保证了整个系统的可靠性。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，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实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。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，凡是属于本实用新型的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。

Claims (9)

1.一种船舶舱底水处理装置操作训练模拟器，其特征在于，包括：操控盘台、PLC及仿真计算机；

所述操控盘台设有和实际船舶舱底污水处理装置控制箱外观相仿的I/O设备；

所述仿真计算机包括人机交互系统和运行仿真系统，所述人机交互系统用于实现各种交互界面设计和硬件设备系统的监控，所述运行仿真系统构建符合舱底水处理装置运行机理和控制逻辑的数学模型来表示装置的控制、特性和状态参数之间的关系；

所述操控盘台、仿真计算机和PLC通过以太网连接。

2.根据权利要求1所述的船舶舱底水处理装置操作训练模拟器，其特征在于：所述人机交互系统采用组态王软件，所述人机交互界面包含舱底水井模拟模块、舱底水泵模拟模块、舱底水管路及阀件模拟模块、油水分离设备模拟模块。

3.根据权利要求2所述的船舶舱底水处理装置操作训练模拟器，其特征在于：所述人机交互系统包括人机交互界面、声模拟系统及数据的采集、存储模块、监控模块及执行模块。

4.根据权利要求1所述的船舶舱底水处理装置操作训练模拟器，其特征在于：所述运行仿真系统在仿真支撑平台中实现，所述运行仿真系统包括油分浓度仿真及监控模块、污水加热及温度监控模块、排油及油位监控模块、压力仿真及监控模块。

5.根据权利要求1所述的船舶舱底水处理装置操作训练模拟器，其特征在于：所述操控盘台I/O设备包括开关量输入设备、开关量输出设备、模拟量输入设备、模拟量输出设备。

6.根据权利要求1所述的船舶舱底水处理装置操作训练模拟器，其特征在于：所述操控盘台上设有显示模块、油分浓度仪控制面板模块及油水分离器控制面板。

7.根据权利要求6所述的船舶舱底水处理装置操作训练模拟器，其特征在于：所述显示模块包括进口压力显示模块、出口压力显示模块、油位高度显示模块及污水温度显示模块。

8.根据权利要求6所述的船舶舱底水处理装置操作训练模拟器，其特征在于：所述油分浓度仪控制面板包括运行指示灯、报警指示灯、启动按钮及复位按钮。

9.根据权利要求6所述的船舶舱底水处理装置操作训练模拟器，其特征在于：所述油水分离器控制面板包括电源指示灯、运转指示灯、排油指示灯、加热指示灯、停止按钮、排油开关、加热开关及电源开关。