KR101372335B1 - 선박 추진제어 시뮬레이션 시스템 - Google Patents

선박 추진제어 시뮬레이션 시스템 Download PDF

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주식회사 산엔지니어링
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    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/21—Control means for engine or transmission, specially adapted for use on marine vessels
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B17/00—Systems involving the use of models or simulators of said systems

Abstract

본 발명은 선박 추진제어 시뮬레이션 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 선박 추진제어 시뮬레이션 시스템은 선박의 추진을 제어하고 상기 선박의 추진과 관련한 상태정보를 수집하기 위한 추진제어시스템 및 상기 선박에 추진력을 제공하는 주기엔진을 수학적으로 모델링하여 생성된 가상 주기엔진 모듈과, 실제 선박 추진과정을 상기 가상 주기엔진 모듈을 통해 시뮬레이션하기 위해 실제 선박 추진과정에서의 테스트 조건을 입력하기 위한 시뮬레이션 조건 입력부와, 상기 시뮬레이션 조건 입력부를 통해 입력된 테스트 조건과 상기 가상 주기엔진 모듈의 RPM 정보를 상기 추진제어시스템으로 전송하기 위한 통신 모듈 및 상기 테스트 조건과 상기 가상 주기엔진 모듈의 RPM 정보 및 상기 추진제어시스템으로부터 전송받은 시뮬레이션 정보를 표시하기 위한 디스플레이 모듈을 포함하는 추진제어 운용 시뮬레이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 선박 추진제어 시스템을 선박에 탑재하지 않은 상태에서도 주기엔진과 연계한 모의 운전을 통해 엔진기관을 운전 관리할 수 있는 환경을 구축할 수 있는 효과가 있다.

Description

선박 추진제어 시뮬레이션 시스템{SIMULATION SYSTEM FOR SHIP PROPULSION CONTROL}
본 발명은 선박 추진제어 시뮬레이션 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 선박 추진제어 시스템을 선박에 탑재하지 않은 상태에서도 주기엔진과 연계한 모의 운전을 통해 엔진기관을 운전 관리할 수 있는 환경을 구축할 수 있는 선박 추진제어 시뮬레이션 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 선박에는 주기엔진을 조타실에서 원격 제어하기 위한 선박 추진 제어 시스템이 구축되어 있다. 선박 추진제어 시스템은 주기엔진의 원격조정을 기본 개념으로 하는 것으로, 선박의 전체 운항을 담당하는 시스템이다. 추진제어 시스템은 세부적으로는 주기엔진의 신뢰성 및 안전 운항과 속도 및 동작 상태 등의 원격제어를 하며, 운항 중 선박의 상태를 감지하여 선박의 이상 징후를 감시하고 제어하는 시스템이다.
도 1은 일반적으로 선박에 구축되어 있는 선박 추진제어 시스템을 나타낸 도면이다.
선박 추진제어 시스템은 위에서 언급한 것처럼 주기엔진을 제어하는 것으로서, 도 1에서 보는 것과 같이 주기엔진 제어를 위해 이와 관련된 여러 장비들로 함께 구성된다. 즉, 선박 추진제어 시스템은 이러한 장비들을 조타실(Bridge)과 엔진 제어실(Engine Control Room), 엔진실(Engine Room) 등에서 오퍼레이터에 의한 조작을 통해 시스템의 유기적인 동작을 수행하며 신뢰성과 안전성을 보장하는 선박 운항제어 시스템인 것이다.
이러한 선박 추진제어 시스템의 일부 구성으로서 선박 주기엔진의 RPM(Rotation Per Minute)을 조절하기 위한 원격조종장치와 함께 추진제어 운용상태 및 주기엔진 운전 상태 등을 표시하는 원격운용장치가 조타실과 엔진 제어실에 설치되어 있다. 선박 추진제어 시스템의 원격운용장치는 선박내 추진제어 시스템과 관련된 장비들과 상시 연동되어 운용되며, 오퍼레이터가 선박의 상태를 모니터링하고, 추진제어를 위한 목적으로 주로 사용한다.
선박 추진제어 시스템의 원격운용장치는 선박 추진제어 상태 및 주기엔진 운전 상태를 오퍼레이터에게 제공한다. 다시 말해 원격운용장치는 오퍼레이터와 사용자간의 정보 교환을 담당하는 장치로서 실시간으로 선박의 운용정보와 위험상황 감지 등에 대한 결과를 오퍼레이터에게 시각적/청각적 데이터로 제공하여야 한다는 것이다. 원격운용장치는 텔레그래프 속도전달 조종장치의 조작 정보를 상호 동기화하고, 오퍼레이터에게 실시간적으로 시각적 데이터를 제공함으로서 추진제어 시스템의 운용에 대한 편의성을 제공한다.
선박 추진제어 시스템의 요소인 주기엔진 중앙제어장치는 주기엔진과 이와 관련된 보조기기장치를 제어하는 기능을 수행한다. 즉, 주기엔진 중앙제어장치는 주기엔진 및 보일러, 송풍기 등의 보조기기류의 제어 및 감시를 위한 입/출력을 관할하고, 주기엔진의 시동 및 운전제어를 관장한다. 이러한 주기엔진 중앙제어장치는 텔레그래프 레버(Telegraph Lever), 윙 레버(Wing Lever), 로컬조종버튼 등을 통해 입력된 오더(Order)에 따라 엔진 내의 솔레노이드 밸브 등의 공기압 기기들을 동작시켜 주기엔진을 운전 제어하며, 각각의 상황에 따라 Normal Start/Stop/Reverse Engine 등의 가능을 담당한다.
선박 추진제어 시스템의 요소인 위험상황감지장치는 주기엔진 및 보조기기류 장치의 상태를 실시간 감시하여, 이상 발생 상태 혹은 위험상황을 감지하는 장치로 위험상황 발생 감지에 의한 운전정지, 감속운전 및 사용자의 비상 운전정지 명령에 의해서 주기엔진 제어에 이상 상태가 발생하지 않도록 제어하는 알고리즘이 운용된다. 이러한 위험상황 감지장치는 주기 엔진의 보호(Protection)를 위한 동작을 담당하며, 기본적인 셧 다운(Shutdown)과 슬로우 다운(Slowdown) 시퀀스(Sequence)를 정의하고 있다.
한편, 종래에는 선박 추진제어 시스템의 성능을 검증하기 위하여 선박에 주기엔진을 포함하는 각종 장치류와 추진제어 시스템을 설치하여 서로 전기적으로 연결한 상태에서, 각종 센서들로부터 획득되는 정보들을 이용해 성능을 검증하는 방식이 이용되었기 때문에, 성능 검증을 위하여 시간적 경제적 측면에서 효율성이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 선박 추진제어 시스템을 선박에 탑재하지 않은 상태에서도 주기엔진과 연계한 모의 운전을 통해 엔진기관을 운전 관리할 수 있는 환경을 구축할 수 있는 선박 추진제어 시뮬레이션 시스템을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 선박 업무 초보자들에게 선박운용의 다양한 경험과 비상시 적절한 판단을 가능케 하는 교육 훈련 도구로 활용할 수 있는 선박 추진제어 시뮬레이션 시스템을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 선박의 다양한 부하에 효과적으로 대응하여 제어성능의 향상에 따른 선박의 운항 안전성 그리고 다양한 선박의 선종(주기엔진 크기, 사양 등)에 관계없이 선박제조 기술자, 항해사 등의 교육훈련 및 제어시스템 설계 분야에 활용할 수 있는 선박 추진제어 시뮬레이션 시스템을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 선박 추진제어 시뮬레이션 시스템은 선박의 추진을 제어하고 상기 선박의 추진과 관련한 상태정보를 수집하기 위한 추진제어시스템 및 상기 선박에 추진력을 제공하는 주기엔진을 수학적으로 모델링하여 생성된 가상 주기엔진 모듈과, 실제 선박 추진과정을 상기 가상 주기엔진 모듈을 통해 시뮬레이션하기 위해 실제 선박 추진과정에서의 테스트 조건을 입력하기 위한 시뮬레이션 조건 입력부와, 상기 시뮬레이션 조건 입력부를 통해 입력된 테스트 조건과 상기 가상 주기엔진 모듈의 RPM 정보를 상기 추진제어시스템으로 전송하기 위한 통신 모듈 및 상기 테스트 조건과 상기 가상 주기엔진 모듈의 RPM 정보 및 상기 추진제어시스템으로부터 전송받은 시뮬레이션 정보를 표시하기 위한 디스플레이 모듈을 포함하는 추진제어 운용 시뮬레이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 선박 추진제어 시뮬레이션 시스템에 있어서, 상기 추진제어시스템은 상기 추진제어 운용 시뮬레이터로부터 전송받은 테스트 조건과 가상 주기엔진 모듈의 RPM 정보에 따라 미리 정해진 제어 알고리즘을 수행하고, 그 결과인 시뮬레이션 정보를 상기 추진제어 운용 시뮬레이터로 전송하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 선박 추진제어 시뮬레이션 시스템에 있어서, 상기 추진제어시스템은 상기 가상 주기엔진 모듈로 가상화된 주기엔진의 동작을 제어하고 감시하기 위한 주기엔진 중앙제어장치 및 상기 가상 주기엔진 모듈의 RPM 정보 및 상기 시뮬레이션 조건 입력부를 통해 입력되는 테스트 조건을 기초로 주기엔진을 포함하는 선박 추진과 관련된 장치들의 상태를 실시간 감시하여 상기 시뮬레이션 정보를 생성하는 위험상황 감지장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 선박 추진제어 시뮬레이션 시스템에 있어서, 상기 시뮬레이션 조건 입력부를 통해 입력되는 테스트 조건은 선박 추진과 관련된 장치들의 상태 정보를 모사한 정보인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 선박 추진제어 시뮬레이션 시스템에 있어서, 상기 위험상황 감지장치가 생성하는 시뮬레이션 정보에는 주기엔진을 정지시키기 위한 셧 다운(shut down) 명령 모드와 주기엔진을 감속시키기 위한 슬로우 다운(slow down) 명령 모드가 포함되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 선박 추진제어 시뮬레이션 시스템에 있어서, 상기 추진제어 운용 시뮬레이터에 구비된 통신 모듈과 상기 추진제어시스템에 구비된 주기엔진 중앙제어장치 및 위험상황 감지장치는 계측 제어기 통신망(Controller Area Network, CAN)을 통해 통신하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 선박 추진제어 시스템을 선박에 탑재하지 않은 상태에서도 주기엔진과 연계한 모의 운전을 통해 엔진기관을 운전 관리할 수 있는 환경을 구축할 수 있는 효과가 있다.
또한, 선박 업무 초보자들에게 선박운용의 다양한 경험과 비상시 적절한 판단을 가능케 하는 교육 훈련 도구로 활용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 선박의 다양한 부하에 효과적으로 대응하여 제어성능의 향상에 따른 선박의 운항 안전성 그리고 다양한 선박의 선종(주기엔진 크기, 사양 등)에 관계없이 선박제조 기술자, 항해사 등의 교육훈련 및 제어시스템 설계 분야에 활용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적으로 선박에 구축되어 있는 선박 추진제어 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 선박 추진제어 시뮬레이션 시스템을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 선박 추진제어 시뮬레이션 시스템의 구체적인 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 셧 다운(shutdown mode) 모드에서 수행되는 시퀀스의 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 슬로우 다운(slowdown mode) 모드에서 수행되는 시퀀스의 예를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시 예를 설명하기에 앞서 본 발명의 기본적인 개념에 대하여 설명한다.
선박 추진제어 시스템은 크게 주기엔진의 추진과 관계된 속도제어 시스템과 주기엔진의 이상 발생 상태 혹은 위험상황을 감지하여 엔진을 보호하는 시스템, 주기엔진을 포함하는 선박 기관장치들의 유기적인 제어를 담당하는 시스템 등으로 나눠 볼 수 있다.
현재 선박에서는 다양한 종류의 추진제어 시스템이 사용되고 있으며, 선박건조 기술의 진보 및 선박탑재 기기의 성능향상과 더불어 선박의 핵심동력원인 추진제어 시스템에도 많은 기술적인 진보가 이루어지고 있다. 이러한 급변하는 기술 환경 하에 선박의 제조기술자들은 물론이고 선박을 운항하는 기관사들이 선박의 안전한 항해를 위해서는 여러 추진제어 시스템의 완벽한 기술적인 숙지는 필요 불가결한 요소가 되고 있다.
본 발명은 선박 추진제어 시스템의 시뮬레이션 시스템으로, 주기엔진을 포함하는 속도제어 시뮬레이터에서는 추진기관의 수학적 모델링을 통해 실제 주기엔진의 운전조건을 재현하며, 추진제어 운용 시뮬레이터는 추진기관의 여러 장치들로부터 모니터링 할 수 있는 각종 센서정보 데이터들을 실제와 유사하게 모듈화한 하드웨어 입출력 장치들을 통해 정보를 발생시킨다. 추진제어 시뮬레이션 시스템은 선박의 주기엔진을 모의 운전하면서 주변의 여러 기관장치들로부터 나타날 수 있는 이상 상태 혹은 위험 상황을 발생시키도록 하여, 실제 선박 내 추진기관의 운전 상황을 재현하고 엔진실과 유사한 운전 조건을 만들 수 있는 것이다.
본 발명을 통해 선박 추진제어 시스템은 선박에 탑재하지 않고도 주기엔진과 연계한 모의 운전을 통해 엔진기관을 운전 관리 할 수 있는 환경을 구축함으로써, 선박 업무 초보자들에게 선박운용의 다양한 경험과 비상시 적절한 판단을 가능케 하는 교육 훈련 도구로 활용하며, 선박의 다양한 부하에 효과적으로 대응하여 제어성능의 향상에 따른 선박의 운항 안전성 그리고 다양한 선박의 선종(주기엔진 크기, 사양 등)에 관계없이 선박제조 기술자, 항해사 등의 교육훈련 및 제어시스템을 설계하는 곳에 적용할 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 선박 추진제어 시뮬레이션 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 선박 추진제어 시뮬레이션 시스템은 추진제어시스템(10) 및 추진제어 운용 시뮬레이터(20)를 포함하여 구성된다.
추진제어시스템(10)은 선박의 추진을 제어하고 선박의 추진과 관련한 상태정보를 수집하는 기능을 수행한다. 즉, 추진제어시스템(10)은 주기엔진의 신뢰성 및 안전 운항과 속도 및 동작 상태 등의 원격제어를 하며, 운항 중 선박의 상태를 감지하여 선박의 이상 징후를 감시하고 제어하는 시스템이다.
종래에는 선박에 추진제어시스템(10)과 주기엔진을 탑재하고, 주기엔진 및 주기엔진 주변의 각종 기관장치류에 이들의 상태 정보를 파악할 수 있는 센서들을 설치한 상태에서, 비로소 추진제어시스템(10)의 성능을 검증할 수 있었다.
그러나 본 실시 예에서는, 추진제어시스템(10)과 주기엔진 등을 선박에 탑재하지 않은 상태에서, 후술하는 추진제어 운용 시뮬레이터(20)를 통해 선박에 실제 탑재된 상태에서 추진기관의 여러 장치들로부터 모니터링할 수 있는 각종 센서 정보 데이터들과 유사한 데이터들 즉, 테스트 조건들을 추진제어 운용 시뮬레이터(20)에 구비되어 있는 하드웨어적인 입출력 수단들을 통해 발생시키고, 이 테스트 조건들을 기초로 시뮬레이션 과정을 수행하기 때문에, 선박 추진제어 시스템을 선박에 탑재하지 않은 상태에서도 주기엔진과 연계한 모의 운전을 통해 엔진기관을 운전 관리할 수 있는 환경을 구축할 수 있게 된다.
본 실시 예에서의 이러한 추진제어시스템(10)은 추진제어 운용 시뮬레이터(20)에 구비되어 있는 통신 모듈(230)로부터 CAN 통신을 통해 전송받은 테스트 조건과 가상 주기엔진 모듈(210)의 RPM 정보에 따라 미리 정해진 제어 알고리즘을 수행하고, 그 결과인 시뮬레이션 정보를 추진제어 운용 시뮬레이터(20)로 전송하는 기능을 수행한다.
이러한 추진제어시스템(10)은 주기엔진 중앙제어장치(110) 및 위험상황 감지장치(120)를 포함하여 구성될 수 있다.
주기엔진 중앙제어장치(110)는 가상 주기엔진 모듈(210)로 가상화된 주기엔진의 동작을 제어하고 감시하는 기능을 수행한다.
선박 추진제어 시스템의 구성 요소인 주기엔진 중앙제어장치(110)는 주기엔진과 이와 관련된 보조기기장치를 제어하는 기능을 수행한다. 즉, 주기엔진 중앙제어장치(110)는 선박에 설치된 상태에서, 주기엔진 및 보일러, 송풍기 등의 보조기기류의 제어 및 감시를 위한 입/출력을 관할하고, 주기엔진의 시동 및 운전제어를 관장한다. 보다 구체적으로, 이러한 주기엔진 중앙제어장치(110)는 텔레그래프 레버(Telegraph Lever), 윙 레버(Wing Lever), 로컬조종버튼 등을 통해 입력된 오더(Order)에 따라 엔진 내의 솔레노이드 밸브 등의 공기압 기기들을 동작시켜 주기엔진을 운전 제어하며, 각각의 상황에 따라 Normal Start/Stop/Reverse Engine 등의 가능을 담당한다. 본 실시 예에서는, 이러한 주기엔진 중앙제어장치(110)를 선박에 직접 설치하지 않은 상태에서도, 그 성능을 시험하고 검증하기 위하여, 추진제어 운용 시뮬레이터(20)를 통해 가상화된 주기엔진의 RPM 정보, 주기엔진의 온도, 각종 보조기기류의 상태정보 등을 입력하고, 주기엔진 중앙제어장치(110)와 후술하는 위험상황 감지장치(120)가 그에 대한 결과를 시뮬레이션하여 최종적으로 추진제어 운용 시뮬레이터(20)에 구비된 디스플레이 모듈(240)에 표시되도록 함으로써, 주기엔진을 포함하는 추진장치 및 추진제어시스템(10)을 선박에 직접 탑재하지 않은 상태에서도, 이에 대한 성능을 시험하고 검증할 수 있게 되는 것이다.
위험상황 감지장치(120)는 가상 주기엔진 모듈(210)의 RPM 정보 및 시뮬레이션 조건 입력부(220)를 통해 입력되는 테스트 조건을 기초로 주기엔진을 포함하는 선박 추진과 관련된 장치들의 상태를 실시간 감시하여 시뮬레이션 정보를 생성하는 기능을 수행한다.
선박 추진제어 시스템의 요소인 위험상황 감지장치(120)는 선박에 설치된 상태에서, 주기엔진 및 보조기기류 장치의 상태를 실시간 감시하여, 이상 발생 상태 혹은 위험상황을 감지하는 장치로 위험상황 발생 감지에 의한 운전정지, 감속운전 및 사용자의 비상 운전정지 명령에 의해서 주기엔진 제어에 이상 상태가 발생하지 않도록 제어하는 알고리즘이 운용된다. 이러한 위험상황 감지장치(120)는 주기 엔진의 보호(Protection)를 위한 동작을 담당하며, 기본적인 셧 다운(Shutdown)과 슬로우 다운(Slowdown) 시퀀스(Sequence)를 정의하고 있다. 본 실시 예에서는, 이러한 위험상환 감지장치를 선박에 직접 설치하지 않은 상태에서도, 그 성능을 시험하고 검증하기 위하여, 추진제어 운용 시뮬레이터(20)를 통해 가상화된 주기엔진의 RPM 정보, 주기엔진의 온도, 각종 보조기기류의 상태정보 등을 입력하고, 위험상황 감지장치(120)가 그에 대한 결과를 시뮬레이션하여 최종적으로 추진제어 운용 시뮬레이터(20)에 구비된 디스플레이 모듈(240)에 표시되도록 함으로써, 주기엔진을 포함하는 추진장치 및 추진제어시스템(10)을 선박에 직접 탑재하지 않은 상태에서도, 이에 대한 성능을 시험하고 검증할 수 있게 되는 것이다. 예를 들어, 이러한 위험상황 감지장치(120)가 생성하는 시뮬레이션 정보에는 주기엔진을 정지시키기 위한 셧 다운(shut down) 명령 모드와 주기엔진을 감속시키기 위한 슬로우 다운(slow down) 명령 모드가 포함되도록 구성될 수 있다. 이들 모드에서의 구체적인 시퀀스에 대해서는 도 4 및 도 5를 참조하여 후술한다.
추진제어 운용 시뮬레이터(20)는 주기엔진과 추진제어시스템(10)을 선박에 직접 설치하지 않은 상태에서, 그 성능을 검증하기 위한 각종 상태정보들을 입력하고, 그 결과인 시뮬레이션 정보를 시각적 또는 청각적 수단으로 표시하는 기능을 수행한다.
이러한 추진제어 운용 시뮬레이터(20)는 가상 주기엔진 모듈(210)과, 시뮬레이션 조건 입력부(220)와, 통신 모듈(230) 및 디스플레이 모듈(240)을 포함하여 구성될 수 있다.
가상 주기엔진 모듈(210)은 선박에 추진력을 제공하는 주기엔진을 수학적으로 모델링하여 생성된다.
시뮬레이션 조건 입력부(220)는 실제 선박 추진과정을 가상 주기엔진 모듈(210)을 통해 시뮬레이션하기 위해 실제 선박 추진과정에서의 테스트 조건을 시험자가 입력하기 위한 수단이다. 이 시뮬레이션 조건 입력부(220)를 통해 입력되는 테스트 조건은 선박 추진과 관련된 장치들의 상태 정보를 모사한 정보이다. 즉, 본 실시 예는 주기엔진 등과 추진제어시스템(10)을 선박에 탑재하지 않은 상태에서 그 성능을 검증하기 위한 것으로서, 이들 장치들이 선박에 탑재되어 추진을 위해 구동되는 상황에서 획득할 수 있는 각종 상태정보들을 시뮬레이션 조건 입력부(220)를 통하여 시험자가 입력함으로써, 실제 선박의 추진 구동 과정에서 발생할 수 있는 상황을 시뮬레이션할 수 있게 되는 것이다.
통신 모듈(230)은 시험자가 시뮬레이션 조건 입력부(220)를 통해 입력한 테스트 조건과 가상 주기엔진 모듈(210)의 RPM 정보를 추진제어시스템(10)으로 전송하고, 추진제어시스템(10)을 구성하는 주기엔진 중앙제어장치(110)와 위험상황 감지장치(120)가 전송하는 정보를 수신하는 기능을 수행한다.
디스플레이 모듈(240)은 시험자가 입력한 테스트 조건과 가상 주기엔진 모듈(210)의 RPM 정보 및 추진제어시스템(10)으로부터 전송받은 시뮬레이션 정보를 시험자에게 표시하기 위한 수단이다. 이 디스플레이 모듈(240)에 표시되는 정보를 통해, 시험자는 각종의 테스트 조건에 대한 결과 정보를 확인할 수 있게 되며, 이에 대한 반복 작업을 통해 추진제어시스템(10)의 성능을 시험하고 검증할 수 있게 되는 것이다.
예를 들어, 추진제어 운용 시뮬레이터(20)에 구비된 통신 모듈(230)과 추진제어시스템(10)에 구비된 주기엔진 중앙제어장치(110) 및 위험상황 감지장치(120)는 계측 제어기 통신망(Controller Area Network, CAN)을 통해 통신하도록 구성될 수 있다.
이하에서는 도 3을 참조하여 본 실시 예의 구체적인 동작을 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 선박 추진제어 시뮬레이션 시스템의 구체적인 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 먼저 단계 S10에서, 추진제어시스템(10)과 추진제어 운용 시뮬레이터(20)를 CAN 통신 방식으로 연결한 상태에서, 시험자가 추진제어 운용 시뮬레이터(20)에 구비되어 있는 시뮬레이션 조건 입력부(220)를 통해 가상 주기엔진 모듈(210)의 RPM 정보를 입력하는 과정이 수행된다.
다음으로 단계 S20에서, 추진제어 운용 시뮬레이터(20)에 구비되어 있는 통신 모듈(230)이 시험자에 의해 입력된 가상 주기엔진 모듈(210)의 RPM 정보를 주기엔진 중앙제어장치(110)와 위험상황 감지장치(120)로 전송하는 과정이 수행된다.
다음으로 단계 S30에서, 주기엔진 중앙제어장치(110)가 전송받은 가상 주기엔진 모듈(210)의 RPM 정보에 따라 가상 주기엔진 모듈(210)의 동작을 제어하는 과정이 수행된다.
다음으로 단계 S40에서, 시험자가 추진제어 운용 시뮬레이터(20)에 구비되어 있는 시뮬레이션 조건 입력부(220)를 통해 테스트 조건을 입력하는 과정이 수행된다. 앞서 설명한 바 있지만, 시험자에 의해 입력되는 이 테스트 조건은 실제 선박 추진 구동 과정에서 획득될 수 있는 각종 정보들을 가상으로 모사한 정보이다.
다음으로 단계 S50에서, 추진제어 운용 시뮬레이터(20)에 구비되어 있는 통신 모듈(230)이 시험자에 의해 입력된 테스트 조건을 주기엔진 중앙제어장치(110)와 위험상황 감지장치(120)로 전송하는 과정이 수행된다.
다음으로 단계 S60에서, 위험상황 감지장치(120)가 전송받은 테스트 조건과 가상 주기엔진 모듈(210)의 RPM 정보에 따라 미리 정해져 있는 제어 알고리즘을 수행하고, 그 결과인 시뮬레이션 정보를 추진제어 운용 시뮬레이터(20)에 구비되어 있는 통신 모듈(230)로 전송하는 과정이 수행된다.
다음으로 단계 S70에서, 추진제어 운용 시뮬레이터(20)에 구비되어 있는 통신 모듈(230)이 전송받은 시뮬레이션 정보와 테스트 조건 및 가상 주기엔진 모듈(210)의 RPM 정보를 포함하는 정보들을 디스플레이 모듈(240)로 전송하는 과정이 수행된다.
다음으로 단계 S80에서, 디스플레이 모듈(240)이 가상 주기엔진 모듈(210)의 RPM 정보와 테스트 조건 및 시뮬레이션 정보를 포함하는 정보들을 시험자에게 표시하는 과정이 수행된다. 이 시뮬레이션 정보에는 주기엔진을 정지시키기 위한 셧 다운(shut down) 명령 모드와 주기엔진을 감속시키기 위한 슬로우 다운(slow down) 명령 모드가 포함될 수 있다. 이하에서는 모드에서의 구체적인 시퀀스에 대해서 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다.
도 4는 셧 다운(shutdown mode) 모드에서 수행되는 시퀀스의 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 단계 S101은 시험자에 의해 입력된 조건 하에서 선박 추진 과정을 시뮬레이션하는 과정이다. 단계 S102에서 과속도가 검지되지 않은 상태에서, 단계 S103에서 셧 다운 센서를 통해 선박 추진을 셧다운시켜야 하는 상태 정보가 검지되면, 단계 S104에서 셧 다운을 예비적으로 경고하는 LED를 점멸시키고 알람을 동작시키는 동시에 셧다운이 취소될 수 있음을 나타내는 LED를 점멸시킨다. 이후 단계 S105에서 약 8초 동안 대기한 후 셧 다운이 취소되지 않는 경우, 단계 S106에서 셧다운이 취소될 수 있음을 나타내는 LED의 점멸을 중지시킨다. 이어 단계 S107에서 정지 솔레노이드 밸브(STOP solenoid valve)를 동작시켜 연료 공급을 차단하고 속도제어를 담당하는 액츄에이터(actuator)의 동작을 정지시키고, 단계 S108에서 자동 셧다운 알람과 자동 셧다운 지시기를 동작시킨다. 이러한 과정을 거쳐 단계 S109에서 속도가 감소하게 되며, 이상의 과정이 긴급 상황에서의 자동 셧다운 시퀀스이다. 단계 S110 내지 단계 S112 까지의 과정은 셧다운을 리셋(reset)하는 시퀀스이다.
도 5는 슬로우 다운(slowdown mode) 모드에서 수행되는 시퀀스의 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 단계 S201은 시험자에 의해 입력된 조건 하에서 선박 추진 과정을 시뮬레이션하는 과정이다. 단계 S202에서 슬로우 다운 센서를 통해 선박 추진을 슬로우 다운시켜야 하는 상태 정보가 검지된 상태에서, 단계 S203에서 슬로우 다운 요청이 없는 경우 단계 S204로 전환되어 슬로우 다운을 예비적으로 경고하는 LED를 점멸시키고 알람을 동작시키는 동시에 슬로우 다운이 취소될 수 있음을 나타내는 LED를 점멸시킨다. 이후 단계 S205에서 약 8초 동안 대기한 후 슬로우 다운이 취소되지 않는 경우, 단계 S206에서 오더 시그널을 슬로우 다운 포지션에 위치시키고 액츄에이터(actuator)에 슬로우 다운 신호를 입력하고, 단계 S207에서 자동 슬루우 다운 알람과 자동 슬로우 다운 지시기를 동작시킨다. 이러한 과정을 거쳐 단계 S109에서 속도가 감소하게 되어 단계 S209에서 엔진의 RPM은 슬로우 포지션에 위치하게 된다. 이상의 과정이 긴급 상황에서의 자동 슬로우 다운 시퀀스이다. 단계 S210 및 단계 S211의 과정은 슬루우 다운을 리셋(reset)하는 시퀀스이다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 선박 추진제어 시스템을 선박에 탑재하지 않은 상태에서도 주기엔진과 연계한 모의 운전을 통해 엔진기관을 운전 관리할 수 있는 환경을 구축할 수 있는 효과가 있다.
또한, 선박 업무 초보자들에게 선박운용의 다양한 경험과 비상시 적절한 판단을 가능케 하는 교육 훈련 도구로 활용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 선박의 다양한 부하에 효과적으로 대응하여 제어성능의 향상에 따른 선박의 운항 안전성 그리고 다양한 선박의 선종(주기엔진 크기, 사양 등)에 관계없이 선박제조 기술자, 항해사 등의 교육훈련 및 제어시스템 설계 분야에 활용할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
10: 추진제어시스템
20: 추진제어 운용 시뮬레이터
110: 주기엔진 중앙제어장치
120: 위험상황 감지장치
210: 가상 주기엔진 모듈
220: 시뮬레이션 조건 입력부
230: 통신 모듈
240: 디스플레이 모듈

Claims (6)

  1. 선박 추진제어 시뮬레이션 시스템에 있어서,
    선박의 추진을 제어하고 상기 선박의 추진과 관련한 상태정보를 수집하기 위한 추진제어시스템; 및
    상기 선박에 추진력을 제공하는 주기엔진의 수학적 모델링을 통해 실제 주기엔진의 운전조건을 시뮬레이션하는 가상 주기엔진 모듈과, 실제 선박 추진과정을 상기 가상 주기엔진 모듈을 통해 시뮬레이션하기 위해 실제 선박 추진과정에서의 테스트 조건을 입력하기 위한 시뮬레이션 조건 입력부와, 상기 시뮬레이션 조건 입력부를 통해 입력된 테스트 조건과 상기 가상 주기엔진 모듈의 RPM 정보를 상기 추진제어시스템으로 전송하기 위한 통신 모듈 및 상기 테스트 조건과 상기 가상 주기엔진 모듈의 RPM 정보 및 상기 추진제어시스템으로부터 전송받은 시뮬레이션 정보를 표시하기 위한 디스플레이 모듈을 포함하는 추진제어 운용 시뮬레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 선박 추진제어 시뮬레이션 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 추진제어시스템은
    상기 추진제어 운용 시뮬레이터로부터 전송받은 테스트 조건과 가상 주기엔진 모듈의 RPM 정보에 따라 미리 정해진 제어 알고리즘을 수행하고, 그 결과인 시뮬레이션 정보를 상기 추진제어 운용 시뮬레이터로 전송하는 것을 특징으로 하는, 선박 추진제어 시뮬레이션 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 추진제어시스템은
    상기 가상 주기엔진 모듈로 가상화된 주기엔진의 동작을 제어하고 감시하기 위한 주기엔진 중앙제어장치; 및
    상기 가상 주기엔진 모듈의 RPM 정보 및 상기 시뮬레이션 조건 입력부를 통해 입력되는 테스트 조건을 기초로 주기엔진을 포함하는 선박 추진과 관련된 장치들의 상태를 실시간 감시하여 상기 시뮬레이션 정보를 생성하는 위험상황 감지장치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 선박 추진제어 시뮬레이션 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 시뮬레이션 조건 입력부를 통해 입력되는 테스트 조건은 선박 추진과 관련된 장치들의 상태 정보를 모사한 정보인 것을 특징으로 하는, 선박 추진제어 시뮬레이션 시스템.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 위험상황 감지장치가 생성하는 시뮬레이션 정보에는 주기엔진을 정지시키기 위한 셧 다운(shut down) 명령 모드와 주기엔진을 감속시키기 위한 슬로우 다운(slow down) 명령 모드가 포함되는 것을 특징으로 하는, 선박 추진제어 시뮬레이션 시스템.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 추진제어 운용 시뮬레이터에 구비된 통신 모듈과 상기 추진제어시스템에 구비된 주기엔진 중앙제어장치 및 위험상황 감지장치는 계측 제어기 통신망(Controller Area Network, CAN)을 통해 통신하는 것을 특징으로 하는, 선박 추진제어 시뮬레이션 시스템.
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