船舶舵系統(tǒng)操作訓練模擬器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及船舶模擬操作器，特別是涉及一種船舶舵系統(tǒng)操作訓練模擬器。
【背景技術】
[0002]船舶舵系統(tǒng)是用于維持或改變航向和保障船舶操縱的機動性的重要裝置，主要由舵桿、舵葉、轉葉式轉舵機構、操縱系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)組成，轉舵機構包括轉子和定子，舵桿通過鍵與轉子連接固定，液壓系統(tǒng)驅(qū)動轉子轉動，帶動舵葉偏轉實現(xiàn)轉舵。船舶舵系統(tǒng)是船員、海員三管輪和技工考證的重要內(nèi)容，具有操作要求高、實踐性強的特點，通過課堂講授的教學模式很難使學員完全理解和掌握，而構建基于實裝的培訓平臺存在無法針對一些特殊情景進行示教和訓練、初期投入成本和運行使用成本較高、維護保養(yǎng)要求高以及對場地及相關配套設施要求較高等問題。因此，迫切需要一種既能較好滿足實際教學培訓需求，又經(jīng)濟高效的船舶舵系統(tǒng)操作訓練模擬器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型要解決的技術問題是:(I)開發(fā)船舶舵系統(tǒng)操作訓練模擬器用于解決實裝訓練存在無法針對一些特殊情景進行示教和訓練、初期投入成本和運行使用成本較高、維護保養(yǎng)要求高以及對場地及相關配套設施要求較高等問題。(2)如何使操作人員在模擬培訓中實現(xiàn)反復操練，并可以操練在實裝上比較困難甚至禁止的訓練內(nèi)容，提高培訓效率、節(jié)約培訓費用。
[0004]針對上述技術問題，本實用新型的目的是提供一種船舶舵系統(tǒng)操作訓練模擬器，解決實裝訓練存在無法針對一些特殊情景進行示教和訓練的問題，減少了初期投入成本和運行使用成本、降低了維護保養(yǎng)要求，對場地及相關配套設施要求較低，提高了教學質(zhì)量、降低了培訓成本。此目的是通過如下方式實現(xiàn)的:
[0005]一種船舶舵系統(tǒng)操作訓練模擬器，其特征在于，包括:操控盤臺、PLC及仿真計算機；所述操控盤臺設有和實際船舶舵系統(tǒng)操控臺相仿的I/o設備；所述仿真計算機包括人機交互系統(tǒng)和運行仿真系統(tǒng)，所述人機交互系統(tǒng)包括三維視景系統(tǒng)，所述運行仿真系統(tǒng)用于構建運行和控制模擬模塊；所述操控盤臺、仿真計算機和PLC通過以太網(wǎng)連接。
[0006]進一步地，所述三維視景系統(tǒng)包括舵桿、舵葉、轉葉式轉舵機構、操縱系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、船體及海洋背景三維模型，所述各三維模型結構及組合方式與實際船舶舵系統(tǒng)的結構相同。通過觀測操控時三維視景系統(tǒng)中船舶舵系統(tǒng)的狀態(tài)，帶給培訓者更好的操作體驗。
[0007]進一步地，所述運行仿真系統(tǒng)在仿真支撐平臺中實現(xiàn)，所述運行仿真系統(tǒng)包括能量消耗計算模塊、舵及轉舵機構運動仿真模塊、操作控制模塊、液壓系統(tǒng)壓力仿真及監(jiān)控模塊，所述能量消耗計算模塊用于模擬舵系統(tǒng)工作時電能的消耗，為船舶電站負載的仿真模擬提供支撐。所述仿真支撐平臺具備故障設置和管理功能，通過設置故障變量可開展故障分析及處置訓練。
[0008]進一步地，所述操控盤臺I/O設備包括開關量輸入設備、開關量輸出設備、模擬量輸入設備、模擬量輸出設備。
[0009]進一步地，所述操控盤臺上設有顯示屏，所述顯示屏用來顯示虛擬的三維視景系統(tǒng)。
[0010]進一步地，所述操控盤臺上還設有操作部位轉換開關、油泵選擇轉換開關、啟動器
1、啟動器2的電源指示燈及啟動按鈕。在操控盤臺上進行模擬操作后，通過顯示屏顯示三維視景系統(tǒng)，觀察船舶舵系統(tǒng)各部件的運行狀態(tài)。
[0011]本實用新型的有益效果是:
[0012](一 )縮短了開發(fā)周期，降低了開發(fā)成本，使模擬器有更加廣闊的市場前景；
[0013]( 二)采用模塊化設計，提高了系統(tǒng)的維護性和可擴展性，同時系統(tǒng)的穩(wěn)定性也得到了增強；
[0014](三)可反復開展操作訓練和故障模擬及處置訓練；
[0015](四)采用虛擬現(xiàn)實技術，提高了模擬器的真實感。
【附圖說明】
[0016]圖1是本船舶舵系統(tǒng)操作訓練模擬器架構圖；
[0017]圖2船舶舵系統(tǒng)操作訓練模擬器盤臺示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖通過實施例來對本實用新型進行詳細說明。
[0019]一種船舶舵系統(tǒng)操作訓練模擬器，包括:操控盤臺、PLC及仿真計算機；所述操控盤臺設有和實際船舶舵系統(tǒng)操控臺相仿的I/o設備；所述仿真計算機包括人機交互系統(tǒng)和運行仿真系統(tǒng)，所述人機交互系統(tǒng)包括三維視景系統(tǒng)，所述運行仿真系統(tǒng)用于構建運行和控制模擬模塊，所述三維視景系統(tǒng)包括舵桿、舵葉、轉葉式轉舵機構、操縱系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、船體及海洋背景三維模型，所述人機交互系統(tǒng)還包括kingview6.5平臺，所述舵桿、舵葉、轉葉式轉舵機構、操縱系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、船體及海洋背景三維模型導入EON，然后設置各部件的運動節(jié)點及觸發(fā)運動的事件輸入節(jié)點InEvent和事件輸出節(jié)點OutEvent，通過VC調(diào)用kingview6.5自帶的動態(tài)鏈接庫，讀取kingview6.5中關聯(lián)變量的數(shù)據(jù)，然后通過EON自帶的ActiveX控件EonX2將變量的值傳入到EON從而驅(qū)動各部件的運動；所述運行仿真系統(tǒng)在SimuEngine仿真支撐平臺中實現(xiàn)，所述運行仿真系統(tǒng)包括能量消耗計算模塊、舵及轉舵機構運動仿真模塊、操作控制模塊、液壓系統(tǒng)壓力仿真及監(jiān)控模塊，所述能量消耗計算模塊用于模擬舵系統(tǒng)工作時電能的消耗，為船舶電站負載的仿真模擬提供支撐。所述SimuEngine仿真支撐平臺具備故障設置和管理功能，通過設置故障變量可開展故障分析及處置訓練；所述操控盤臺、仿真計算機和PLC通過以太網(wǎng)連接。
[0020]所述操控盤臺I/O設備包括開關量輸入設備、開關量輸出設備、模擬量輸入設備、模擬量輸出設備。
[0021]所述操控盤臺上設有顯示屏，所述顯示屏用來顯示虛擬的三維視景系統(tǒng)，所述操控盤臺上還設有操作部位轉換開關、油泵選擇轉換開關、啟動器1、啟動器2的電源指示燈及啟動按鈕。
[0022]本實用新型具體的工作流程和工作原理如下:
[0023]三維視景系統(tǒng)的構建在虛擬現(xiàn)實軟件EON中實現(xiàn)。將包含舵桿、舵葉、轉葉式轉舵機構、操縱系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、船體及海洋背景的船舶舵系統(tǒng)的3D模型導入Ε0Ν，然后設置各部件的運動節(jié)點及觸發(fā)運動的事件輸入節(jié)點InEvent和事件輸出節(jié)點OutEvent。通過VC調(diào)用kingview6.5自帶的動態(tài)鏈接庫，讀取kingview6.5中關聯(lián)變量的數(shù)據(jù)，然后通過EON自帶的ActiveX控件EonX2將變量的值傳入到EON從而驅(qū)動各部件的運動。
[0024]運行仿真系統(tǒng)在SimuEngine仿真支撐平臺中實現(xiàn)。通過設置適當?shù)暮喕图僭O條件，用數(shù)學形式來表示船舶舵操作裝置的控制、特性和狀態(tài)參數(shù)之間的關系，構建符合其運行機理和控制邏輯的數(shù)學模型，具體可分為以下4大模塊:能量消耗計算模塊、舵及轉舵機構運動仿真模塊、操作控制模塊、液壓系統(tǒng)壓力仿真及監(jiān)控模塊，其中，能量消耗計算模塊用于模擬舵系統(tǒng)工作時電能的消耗。SimuEngine仿真支撐平臺具有故障設置和管理功能，通過添加故障變量，實現(xiàn)典型故障模擬，可開展故障分析及處置訓練。模塊間的數(shù)據(jù)流動通過公用變量數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)交互。模塊化建模方法可降低建模的復雜性，縮短建模時間，增加模型的通用性。
[0025]系統(tǒng)網(wǎng)絡采用TCP/IP協(xié)議，將仿真計算機、操控盤臺和PLC連接在同一級以太網(wǎng)上，PLC的I/O接口模塊連接至操控盤臺I/O設備。仿真計算機同時運行kingview6.5和SimuEngine仿真支撐平臺。kingvieW6.5可設置I/O變量并將其映射到PLC相應內(nèi)存地址實現(xiàn)與操控盤臺開關、儀表、指示燈等硬件設備的通訊，同時通過OPC實現(xiàn)與SimuEngine仿真支撐平臺的數(shù)據(jù)通訊。此外，在kingvieW6.5平臺下還可設置對設備工作的聲模擬音頻文件的播放控制，使場景效果更加逼真。采用可編程序控制器PLC作為模擬器接口系統(tǒng)，提高并保證了整個系統(tǒng)的可靠性。由于PLC從硬件到軟件，從設計到制造都考慮到了抗干擾的問題，采用各種措施切斷或阻塞了干擾源，大大提高了整個訓練系統(tǒng)的抗干擾能力。PLC還增強了系統(tǒng)的可靠性和可擴展性。在確定每個PLC將要負責的變量類型和數(shù)量后，根據(jù)需要來組裝PLC。PLC輸入/輸出單元是連接CPU與現(xiàn)場I/O設備的橋梁。I/O模塊包括:開關量輸入、開關量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出。每個I/O模塊在機架上的位置確定好之后其單元號也隨之確定。PLC會根據(jù)單元號為其在工作數(shù)據(jù)存儲器中的核心I/O區(qū)分配相應的地址用于保存數(shù)據(jù)。
[0026]上述實施例僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而并非是對本實用新型的實施方式的限定。在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動，凡是屬于本實用新型的技術方案所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本實用新型的保護范圍之列。
【主權項】
1.一種船舶舵系統(tǒng)操作訓練模擬器，其特征在于，包括:操控盤臺、PLC及仿真計算機；所述操控盤臺設有和實際船舶舵系統(tǒng)操控臺相仿的I/o設備； 所述仿真計算機包括人機交互系統(tǒng)和運行仿真系統(tǒng)，所述人機交互系統(tǒng)包括三維視景系統(tǒng)，所述運行仿真系統(tǒng)用于構建運行和控制模擬模塊； 所述操控盤臺、仿真計算機和PLC通過以太網(wǎng)連接。2.根據(jù)權利要求1所述的船舶舵系統(tǒng)操作訓練模擬器，其特征在于:所述三維視景系統(tǒng)包括舵桿、舵葉、轉葉式轉舵機構、操縱系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、船體及海洋背景三維模型，所述各三維模型結構及組合方式與實際船舶舵系統(tǒng)的結構相同。3.根據(jù)權利要求1所述的船舶舵系統(tǒng)操作訓練模擬器，其特征在于:所述操控盤臺I/O設備包括開關量輸入設備、開關量輸出設備、模擬量輸入設備、模擬量輸出設備。4.根據(jù)權利要求1所述的船舶舵系統(tǒng)操作訓練模擬器，其特征在于:所述操控盤臺上設有顯示屏，所述顯示屏用來顯示虛擬的三維視景系統(tǒng)。5.根據(jù)權利要求4所述的船舶舵系統(tǒng)操作訓練模擬器，其特征在于:所述操控盤臺上還設有操作部位轉換開關、油泵選擇轉換開關、啟動器1、啟動器2的電源指示燈及啟動按鈕。
【專利摘要】本實用新型涉及船舶操作模擬器，特別是涉及一種船舶舵系統(tǒng)操作訓練模擬器。其用于解決實裝訓練存在無法針對一些特殊情景進行示教和訓練，初期投入成本和運行使用成本較高等問題。一種船舶舵系統(tǒng)操作訓練模擬器，包括：操控盤臺、PLC及仿真計算機；所述操控盤臺設有和實際船舶舵系統(tǒng)操控臺相仿的I/O設備；所述仿真計算機包括人機交互系統(tǒng)和運行仿真系統(tǒng)，所述人機交互系統(tǒng)包括三維視景系統(tǒng)，所述運行仿真系統(tǒng)用于構建運行和控制模擬模塊；所述操控盤臺、仿真計算機和PLC通過以太網(wǎng)連接。其縮短了開發(fā)周期；采用模塊化設計，提高了系統(tǒng)的維護性和可擴展性；可進行故障模擬和處置訓練；提高了模擬器的真實感。
【IPC分類】G09B9/06
【公開號】CN204706215
【申請?zhí)枴緾N201520180539
【發(fā)明人】余世林, 任長合, 謝小平, 張紹麒
【申請人】中國人民解放軍鎮(zhèn)江船艇學院
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2015年3月20日