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力系統(tǒng)模擬器。

背景技術(shù)：

船舶的自動化程度不斷提高，船舶動力系統(tǒng)的調(diào)試和技能操作時，在對施工人員和操作人員進行培訓時，由于受條件所限，無法滿足每個施工人員和操作人員都進行上船實際操作，在船舶調(diào)試過程中，多系統(tǒng)進行同時調(diào)試，難以實現(xiàn)技能培訓過程的操作實踐。而且在船舶現(xiàn)場進行實踐受系統(tǒng)完整性和安全保證措施的影響也不允許反復進行操作和出現(xiàn)不必要的誤操作。船舶動力系統(tǒng)模擬器依據(jù)實船的數(shù)據(jù)參數(shù)、控制機理及操作平臺，采用軟件仿真的方法實現(xiàn)船舶動力系統(tǒng)各工況下的訓練操作。通過船舶動力系統(tǒng)模擬器，操作人員可以模擬檢驗自己業(yè)務的水平，從而加深業(yè)務的熟練度。

船舶動力系統(tǒng)模擬器以PC機、仿真支撐軟件和組態(tài)軟件為基礎，利用適當?shù)能浻布崿F(xiàn)對船舶動力系統(tǒng)的操作的模擬和故障模擬，并給出準確的反饋，從而達到對操作人員進行訓練的目的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：實船訓練需要大量的準備工作和后勤支持，以及大量人力、物力的消耗，同時受環(huán)境因素的影響也較大，而且也無法模擬一些復雜的情景，如復雜報警顯示、設備與系統(tǒng)的嚴重故障等。

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

一種船舶動力系統(tǒng)模擬器，其特征在于，包括：人機交互系統(tǒng)、建模仿真系統(tǒng)、網(wǎng)絡接口系統(tǒng)；所述人機交互系統(tǒng)包括柴油機控制臺、輔機控制臺、電站控制臺、虛擬交互界面及監(jiān)控計算機；所述建模仿真系統(tǒng)包括教練臺仿真計算機和柴油機仿真計算機，根據(jù)船舶動力系統(tǒng)的數(shù)學模型編制仿真模塊，在SimuEngine仿真支撐平臺中實現(xiàn)船舶動力系統(tǒng)仿真；所述網(wǎng)絡接口系統(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和人機交互系統(tǒng)連接在同一級以太網(wǎng)上，各PLC的I/O接口模塊連接至相應的控制臺，形成一個以交換機為中心的星形拓撲結(jié)構(gòu)。

進一步地，所述船舶動力系統(tǒng)的仿真模塊包括柴油機模塊、齒輪箱模塊、電站模塊、輔機模塊、螺旋槳模塊、艇體模塊、動力管系及熱交換模塊以及邏輯控制和故障模擬模塊，所述船舶動力系統(tǒng)的仿真模塊包括柴油機模塊、齒輪箱模塊、電站模塊、輔機模塊、螺旋槳模塊、艇體模塊、動力管系及熱交換模塊以及邏輯控制和故障模擬模塊；柴油機模塊用于模擬柴油機運行時的柴油機功率、曲軸轉(zhuǎn)速、各缸進排氣溫度、壓力、熱量、渦輪增壓工況及調(diào)速機構(gòu)工況；動力管系及熱交換模塊根據(jù)柴油機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 曲軸與螺旋槳轉(zhuǎn)速的連接關系；螺旋槳模塊根據(jù)柴油機曲軸轉(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)電機和配電板運行時發(fā)電、配電、并車、解列工況；輔機模塊用于模擬空壓機、輔助鍋爐、油水分離器、舵機和錨機的運行工況及各用電設備的負載；邏輯控制和故障模擬模塊用于模擬動力系統(tǒng)各裝置按鈕、開關、手柄、指示燈之間及其與各仿真參數(shù)之間的邏輯關系，并模擬典型故障對動力系統(tǒng)各裝置的影響及處置過程；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。

進一步地，所述人機交互系統(tǒng)的柴油機控制臺和輔機控制臺均設有和實際船舶外觀相仿的開關、儀表、手柄、指示燈等I/O設備，并連接于PLC的各I/O模塊。

進一步地，所述PLC的I/O模塊包括開關量輸入、開關量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出模塊。

進一步地，所述PLC采用西門子S7-200。

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

附圖說明

圖1是本發(fā)明船舶動力系統(tǒng)模擬器原理圖；

具體實施方式

下面結(jié)合附圖通過實施例來對本發(fā)明進行詳細說明。

本發(fā)明提供一種船舶動力系統(tǒng)模擬器，包含硬件和軟件的設計，主要由人機交互系統(tǒng)、建模仿真系統(tǒng)以及網(wǎng)絡接口系統(tǒng)；所述人機交互系統(tǒng)包括柴油機控制臺、輔機控制臺、電站控制臺、虛擬交互界面及監(jiān)控計算機；所述建模仿真系統(tǒng)包括教練臺仿真計算機，根據(jù)船舶動力系統(tǒng)的數(shù)學模型編制仿真模塊，在SimuEngine仿真支撐平臺中實現(xiàn)船舶動力系統(tǒng)仿真；所述網(wǎng)絡接口系統(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和人機交互系統(tǒng)連接在同一級以太網(wǎng)上，各PLC的I/O接口模塊連接至相應的控制臺，形成一個以交換機為中心的星形拓撲結(jié)構(gòu)；所述船舶動力系統(tǒng)的仿真模塊包括柴油機模塊、齒輪箱模塊、電站模塊、輔機模塊、螺旋槳模塊、艇體模塊、動力管系及熱交換模塊以及邏輯控制和故障模擬模塊。

所述人機交互系統(tǒng)的柴油機控制臺、輔機控制臺和電站控制臺均設有與實際船舶外觀相仿的開關、儀表、手柄、指示燈等I/O設備，并連接于PLC的各I/O模塊；所述PLC的I/O模塊包括開關量輸入、開關量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出模塊；所述PLC采用西門子S7-200。

船舶動力系統(tǒng)訓練模擬器原理如圖1所示。

人機交互系統(tǒng)采用KingView6.5，實現(xiàn)各種交互界面設計和硬件設備系統(tǒng)的監(jiān)控。

KingView6.5提供了良好的用戶開發(fā)界面和簡捷方便的使用方法，擁有包括泵、閥門、開關、儀表等常用工業(yè)設備、元件的子圖庫，通過直接調(diào)用子圖可以便捷地組態(tài)所需要的畫面，并設置其關聯(lián)變量實現(xiàn)交互控制。通過采集訓練模擬器控制臺的開關量和模擬量信號，經(jīng)過計算機運算，將產(chǎn)生的控制信號經(jīng)網(wǎng)絡接口系統(tǒng)送至輸出設備，實現(xiàn)硬件設備系統(tǒng)的監(jiān)控功能。操控盤臺上設有和實際船舶外觀相仿的開關、儀表、手柄、指示燈等I/O設備，并連接于PLC的各I/O模塊。通過將船舶動力系統(tǒng)模擬器人機交互系統(tǒng)基本功能進行分解并模塊化，同時進行界面的顯示、數(shù)據(jù)的采集存儲、內(nèi)部邏輯程序的執(zhí)行和其他程序的協(xié)作通訊等，提高了模擬器開發(fā)效率和系統(tǒng)的可維護性。

建模仿真系統(tǒng)在SimuEngine仿真支撐平臺中的實現(xiàn)采用模塊化的方法，仿真平臺軟件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)上同時開發(fā)或運行多個仿真任務。系統(tǒng)開發(fā)可采用多人分布式協(xié)同開發(fā)和協(xié)同仿真方式。利用層次分解的方法，船舶動力系統(tǒng)包括如柴油機模塊、齒輪箱模塊、電站模塊、輔機模塊、螺旋槳模塊、艇體模塊、動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)學模型編制仿真模塊。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。

網(wǎng)絡接口系統(tǒng)，計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)采用TCP/IP協(xié)議，將仿真服務器、各工作站、模擬盤臺和PLC接口系統(tǒng)連接在同一級以太網(wǎng)上，各PLC的I/O接口模塊連接至相應的控制臺，形成一個以交換機為中心的星形拓撲結(jié)構(gòu)。仿真計算機求解數(shù)學模型、產(chǎn)生控制請求，然后通過網(wǎng)絡接口系統(tǒng)與監(jiān)控計算機及其他控制臺通信。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，提高并保證了整個系統(tǒng)的可靠性，也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)。

上述實施例僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。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，凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之列。