本發(fā)明涉及船舶模擬操作系統(tǒng)，特別是涉及一種船舶動(dòng)力系統(tǒng)模擬器。

背景技術(shù)：

船舶的自動(dòng)化程度不斷提高，船舶動(dòng)力系統(tǒng)的調(diào)試和技能操作時(shí)，在對(duì)施工人員和操作人員進(jìn)行培訓(xùn)時(shí)，由于受條件所限，無(wú)法滿足每個(gè)施工人員和操作人員都進(jìn)行上船實(shí)際操作，在船舶調(diào)試過(guò)程中，多系統(tǒng)進(jìn)行同時(shí)調(diào)試，難以實(shí)現(xiàn)技能培訓(xùn)過(guò)程的操作實(shí)踐。而且在船舶現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)踐受系統(tǒng)完整性和安全保證措施的影響也不允許反復(fù)進(jìn)行操作和出現(xiàn)不必要的誤操作。船舶動(dòng)力系統(tǒng)模擬器依據(jù)實(shí)船的數(shù)據(jù)參數(shù)、控制機(jī)理及操作平臺(tái)，采用軟件仿真的方法實(shí)現(xiàn)船舶動(dòng)力系統(tǒng)各工況下的訓(xùn)練操作。通過(guò)船舶動(dòng)力系統(tǒng)模擬器，操作人員可以模擬檢驗(yàn)自己業(yè)務(wù)的水平，從而加深業(yè)務(wù)的熟練度。

船舶動(dòng)力系統(tǒng)模擬器以PC機(jī)、仿真支撐軟件和組態(tài)軟件為基礎(chǔ)，利用適當(dāng)?shù)能浻布?shí)現(xiàn)對(duì)船舶動(dòng)力系統(tǒng)的操作的模擬和故障模擬，并給出準(zhǔn)確的反饋，從而達(dá)到對(duì)操作人員進(jìn)行訓(xùn)練的目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：實(shí)船訓(xùn)練需要大量的準(zhǔn)備工作和后勤支持，以及大量人力、物力的消耗，同時(shí)受環(huán)境因素的影響也較大，而且也無(wú)法模擬一些復(fù)雜的情景，如復(fù)雜報(bào)警顯示、設(shè)備與系統(tǒng)的嚴(yán)重故障等。

本發(fā)明的目的是提供一種船舶動(dòng)力系統(tǒng)模擬器。此目的是通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)的：

一種船舶動(dòng)力系統(tǒng)模擬器，其特征在于，包括：人機(jī)交互系統(tǒng)、建模仿真系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)接口系統(tǒng)；所述人機(jī)交互系統(tǒng)包括柴油機(jī)控制臺(tái)、輔機(jī)控制臺(tái)、電站控制臺(tái)、虛擬交互界面及監(jiān)控計(jì)算機(jī)；所述建模仿真系統(tǒng)包括教練臺(tái)仿真計(jì)算機(jī)和柴油機(jī)仿真計(jì)算機(jī)，根據(jù)船舶動(dòng)力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型編制仿真模塊，在SimuEngine仿真支撐平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)船舶動(dòng)力系統(tǒng)仿真；所述網(wǎng)絡(luò)接口系統(tǒng)包括以太網(wǎng)和PLC模擬器接口系統(tǒng)，采用TCP/IP協(xié)議，將建模仿真系統(tǒng)、PLC和人機(jī)交互系統(tǒng)連接在同一級(jí)以太網(wǎng)上，各PLC的I/O接口模塊連接至相應(yīng)的控制臺(tái)，形成一個(gè)以交換機(jī)為中心的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述船舶動(dòng)力系統(tǒng)的仿真模塊包括柴油機(jī)模塊、齒輪箱模塊、電站模塊、輔機(jī)模塊、螺旋槳模塊、艇體模塊、動(dòng)力管系及熱交換模塊以及邏輯控制和故障模擬模塊，所述船舶動(dòng)力系統(tǒng)的仿真模塊包括柴油機(jī)模塊、齒輪箱模塊、電站模塊、輔機(jī)模塊、螺旋槳模塊、艇體模塊、動(dòng)力管系及熱交換模塊以及邏輯控制和故障模擬模塊；柴油機(jī)模塊用于模擬柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)的柴油機(jī)功率、曲軸轉(zhuǎn)速、各缸進(jìn)排氣溫度、壓力、熱量、渦輪增壓工況及調(diào)速機(jī)構(gòu)工況；動(dòng)力管系及熱交換模塊根據(jù)柴油機(jī)各缸釋放的熱量模擬冷卻水系統(tǒng)的工作狀況及燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、污水系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)的工作狀況；齒輪箱模塊用于模擬柴油機(jī) 曲軸與螺旋槳轉(zhuǎn)速的連接關(guān)系；螺旋槳模塊根據(jù)柴油機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速及齒輪箱的工作狀態(tài)確定螺旋槳的轉(zhuǎn)速、扭矩、推力；艇體模塊根據(jù)螺旋槳模塊的參數(shù)，模擬船體受力，并根據(jù)受力確定航速；電站模塊用于模擬船舶發(fā)電機(jī)和配電板運(yùn)行時(shí)發(fā)電、配電、并車(chē)、解列工況；輔機(jī)模塊用于模擬空壓機(jī)、輔助鍋爐、油水分離器、舵機(jī)和錨機(jī)的運(yùn)行工況及各用電設(shè)備的負(fù)載；邏輯控制和故障模擬模塊用于模擬動(dòng)力系統(tǒng)各裝置按鈕、開(kāi)關(guān)、手柄、指示燈之間及其與各仿真參數(shù)之間的邏輯關(guān)系，并模擬典型故障對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)各裝置的影響及處置過(guò)程；模塊間的數(shù)據(jù)流動(dòng)通過(guò)公用變量數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)交互。

進(jìn)一步地，所述人機(jī)交互系統(tǒng)的柴油機(jī)控制臺(tái)和輔機(jī)控制臺(tái)均設(shè)有和實(shí)際船舶外觀相仿的開(kāi)關(guān)、儀表、手柄、指示燈等I/O設(shè)備，并連接于PLC的各I/O模塊。

進(jìn)一步地，所述PLC的I/O模塊包括開(kāi)關(guān)量輸入、開(kāi)關(guān)量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出模塊。

進(jìn)一步地，所述PLC采用西門(mén)子S7-200。

本發(fā)明的有益效果是：提供了更加簡(jiǎn)便易行的一種船舶動(dòng)力系統(tǒng)模擬器開(kāi)發(fā)，有效的降低了模擬器研制成本，縮短的開(kāi)發(fā)周期，提高了模擬器運(yùn)行的可靠性，具有較大的市場(chǎng)前景。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明船舶動(dòng)力系統(tǒng)模擬器原理圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖通過(guò)實(shí)施例來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明提供一種船舶動(dòng)力系統(tǒng)模擬器，包含硬件和軟件的設(shè)計(jì)，主要由人機(jī)交互系統(tǒng)、建模仿真系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)接口系統(tǒng)；所述人機(jī)交互系統(tǒng)包括柴油機(jī)控制臺(tái)、輔機(jī)控制臺(tái)、電站控制臺(tái)、虛擬交互界面及監(jiān)控計(jì)算機(jī)；所述建模仿真系統(tǒng)包括教練臺(tái)仿真計(jì)算機(jī)，根據(jù)船舶動(dòng)力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型編制仿真模塊，在SimuEngine仿真支撐平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)船舶動(dòng)力系統(tǒng)仿真；所述網(wǎng)絡(luò)接口系統(tǒng)包括以太網(wǎng)和PLC模擬器接口系統(tǒng)，采用TCP/IP協(xié)議，將建模仿真系統(tǒng)、PLC和人機(jī)交互系統(tǒng)連接在同一級(jí)以太網(wǎng)上，各PLC的I/O接口模塊連接至相應(yīng)的控制臺(tái)，形成一個(gè)以交換機(jī)為中心的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；所述船舶動(dòng)力系統(tǒng)的仿真模塊包括柴油機(jī)模塊、齒輪箱模塊、電站模塊、輔機(jī)模塊、螺旋槳模塊、艇體模塊、動(dòng)力管系及熱交換模塊以及邏輯控制和故障模擬模塊。

所述人機(jī)交互系統(tǒng)的柴油機(jī)控制臺(tái)、輔機(jī)控制臺(tái)和電站控制臺(tái)均設(shè)有與實(shí)際船舶外觀相仿的開(kāi)關(guān)、儀表、手柄、指示燈等I/O設(shè)備，并連接于PLC的各I/O模塊；所述PLC的I/O模塊包括開(kāi)關(guān)量輸入、開(kāi)關(guān)量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出模塊；所述PLC采用西門(mén)子S7-200。

船舶動(dòng)力系統(tǒng)訓(xùn)練模擬器原理如圖1所示。

人機(jī)交互系統(tǒng)采用KingView6.5，實(shí)現(xiàn)各種交互界面設(shè)計(jì)和硬件設(shè)備系統(tǒng)的監(jiān)控。

KingView6.5提供了良好的用戶開(kāi)發(fā)界面和簡(jiǎn)捷方便的使用方法，擁有包括泵、閥門(mén)、開(kāi)關(guān)、儀表等常用工業(yè)設(shè)備、元件的子圖庫(kù)，通過(guò)直接調(diào)用子圖可以便捷地組態(tài)所需要的畫(huà)面，并設(shè)置其關(guān)聯(lián)變量實(shí)現(xiàn)交互控制。通過(guò)采集訓(xùn)練模擬器控制臺(tái)的開(kāi)關(guān)量和模擬量信號(hào)，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)算，將產(chǎn)生的控制信號(hào)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)接口系統(tǒng)送至輸出設(shè)備，實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)備系統(tǒng)的監(jiān)控功能。操控盤(pán)臺(tái)上設(shè)有和實(shí)際船舶外觀相仿的開(kāi)關(guān)、儀表、手柄、指示燈等I/O設(shè)備，并連接于PLC的各I/O模塊。通過(guò)將船舶動(dòng)力系統(tǒng)模擬器人機(jī)交互系統(tǒng)基本功能進(jìn)行分解并模塊化，同時(shí)進(jìn)行界面的顯示、數(shù)據(jù)的采集存儲(chǔ)、內(nèi)部邏輯程序的執(zhí)行和其他程序的協(xié)作通訊等，提高了模擬器開(kāi)發(fā)效率和系統(tǒng)的可維護(hù)性。

建模仿真系統(tǒng)在SimuEngine仿真支撐平臺(tái)中的實(shí)現(xiàn)采用模塊化的方法，仿真平臺(tái)軟件SimuEngine基于C/S結(jié)構(gòu)，具有多流程支持功能，可以在硬件系統(tǒng)上同時(shí)開(kāi)發(fā)或運(yùn)行多個(gè)仿真任務(wù)。系統(tǒng)開(kāi)發(fā)可采用多人分布式協(xié)同開(kāi)發(fā)和協(xié)同仿真方式。利用層次分解的方法，船舶動(dòng)力系統(tǒng)包括如柴油機(jī)模塊、齒輪箱模塊、電站模塊、輔機(jī)模塊、螺旋槳模塊、艇體模塊、動(dòng)力管系及熱交換模塊以及邏輯控制和故障模擬模塊等，根據(jù)其數(shù)學(xué)模型編制仿真模塊。模塊化建模方法可降低建模的復(fù)雜性，縮短建模時(shí)間，增加模型的通用性。

網(wǎng)絡(luò)接口系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用TCP/IP協(xié)議，將仿真服務(wù)器、各工作站、模擬盤(pán)臺(tái)和PLC接口系統(tǒng)連接在同一級(jí)以太網(wǎng)上，各PLC的I/O接口模塊連接至相應(yīng)的控制臺(tái)，形成一個(gè)以交換機(jī)為中心的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。仿真計(jì)算機(jī)求解數(shù)學(xué)模型、產(chǎn)生控制請(qǐng)求，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口系統(tǒng)與監(jiān)控計(jì)算機(jī)及其他控制臺(tái)通信。采用可編程序控制器PLC作為模擬器接口系統(tǒng)，由于PLC從硬件到軟件，從設(shè)計(jì)到制造都考慮到了抗干擾的問(wèn)題，采用各種措施切斷或阻塞了干擾源，提高并保證了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，也大大提高了整個(gè)訓(xùn)練系統(tǒng)的抗干擾能力。PLC還增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性和可擴(kuò)展性。在確定每個(gè)PLC將要負(fù)責(zé)的變量類(lèi)型和數(shù)量后，根據(jù)需要來(lái)組裝PLC。PLC輸入/輸出單元是連接CPU與現(xiàn)場(chǎng)I/O設(shè)備的橋梁。I/O模塊包括：開(kāi)關(guān)量輸入、開(kāi)關(guān)量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出。每個(gè)I/O模塊在機(jī)架上的位置確定好之后其單元號(hào)也隨之確定。PLC會(huì)根據(jù)單元號(hào)為其在工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的核心I/O區(qū)分配相應(yīng)的地址用于保存數(shù)據(jù)。

上述實(shí)施例僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)，凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引申出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。