船舶主機(jī)機(jī)旁操作模擬器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及船舶操作模擬器，特別是涉及一種船舶主機(jī)機(jī)旁操作模擬器。
【背景技術(shù)】
[0002]船舶主機(jī)機(jī)旁操作模擬器依據(jù)實船的數(shù)據(jù)參數(shù)、控制機(jī)理及操作平臺，采用軟件仿真的方法實現(xiàn)船舶主機(jī)各工況下的操作訓(xùn)練。通過船舶主機(jī)機(jī)旁操作模擬器，操作人員可以模擬檢驗自己的業(yè)務(wù)水平，從而加深業(yè)務(wù)的熟練度。
[0003]船舶主機(jī)機(jī)旁操作模擬器以PC機(jī)、仿真支撐軟件和組態(tài)軟件為基礎(chǔ)，模擬實船主機(jī)系統(tǒng)的控制邏輯及響應(yīng)特性，從而達(dá)到對操作人員進(jìn)行培訓(xùn)的目的。系統(tǒng)包含的操作設(shè)備外觀與實船相仿，內(nèi)部邏輯控制關(guān)系以及各個參數(shù)狀態(tài)的仿真計算與實際設(shè)備工作狀態(tài)基本相近，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)組成。人機(jī)交互系統(tǒng)模擬實船輸入輸出邏輯控制與機(jī)艙環(huán)境，增強操作人員的現(xiàn)場沉浸感；建模仿真系統(tǒng)實現(xiàn)船舶主機(jī)系統(tǒng)建模運算和控制系統(tǒng)的仿真；網(wǎng)絡(luò)接口系統(tǒng)實現(xiàn)各硬件系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳輸和軟件間通訊。
[0004]目前，一些航海院校和培訓(xùn)機(jī)構(gòu)采用計算機(jī)仿真技術(shù)，開發(fā)出了船舶主機(jī)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，主要由仿真服務(wù)器、機(jī)旁操作工作站、實物機(jī)旁操縱臺、實物主機(jī)模型、大型圖解板等部件組成，通過編寫API程序?qū)崿F(xiàn)通訊。
[0005]上述現(xiàn)有船舶主機(jī)機(jī)旁操作模擬器對程序編寫要求較高，開發(fā)周期較長、難度較大，后期維護(hù)和修改難度較大、費用較高，不利于模擬器的快速研制和推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:傳統(tǒng)的船舶主機(jī)機(jī)旁操作模擬器對程序編寫要求較高，開發(fā)周期較長、難度較大，后期維護(hù)和修改難度較大、費用較高，不利于模擬器的快速研制和推廣。
[0007]針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種船舶主機(jī)機(jī)旁操作模擬器，此目的是通過如下方式實現(xiàn)的:
[0008]一種船舶主機(jī)機(jī)旁操作模擬器，包括:仿真服務(wù)器、三臺動力管系工作站、主機(jī)機(jī)旁操控盤臺及工作站、駕控盤臺、PLC、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。
[0009]所述仿真服務(wù)器以SimuEngine為仿真支撐平臺，實現(xiàn)船舶主機(jī)系統(tǒng)運行仿真，包括船舶主機(jī)系統(tǒng)所有模塊的操作與運行仿真，根據(jù)其數(shù)學(xué)模型編制仿真模塊，并通過公用變量數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)模塊間的數(shù)據(jù)流動；所述操控盤上設(shè)有和實際船舶外觀相仿的開關(guān)、儀表、指不燈等I/O設(shè)備；
[0010]所述主機(jī)機(jī)旁操控盤臺及工作站包括左主機(jī)機(jī)旁工作站、右主機(jī)機(jī)旁工作站、左主機(jī)機(jī)旁操控盤臺I/o設(shè)備、右主機(jī)機(jī)旁操控盤臺I/O設(shè)備。所述船舶主機(jī)機(jī)旁操作模擬器以網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)為中心，分別連接左主機(jī)機(jī)旁工作站、右主機(jī)機(jī)旁工作站、服務(wù)器工作站、動力管系工作站及三臺PLC，所述三臺PLC分別連接所述左主機(jī)機(jī)旁操控盤臺I/O設(shè)備、右主機(jī)機(jī)旁操控盤臺I/o設(shè)備、駕控盤臺I/O設(shè)備。船舶主機(jī)機(jī)旁操作模擬器采用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以可編程序控制器PLC為計算機(jī)接口系統(tǒng)，構(gòu)成硬件系統(tǒng)的核心。
[0011]進(jìn)一步地，所述I/O設(shè)備包括開關(guān)量輸入設(shè)備、開關(guān)量輸出設(shè)備、模擬量輸入設(shè)備及模擬量輸出設(shè)備。
[0012]進(jìn)一步地，所述船舶主機(jī)系統(tǒng)所有模塊包括主機(jī)氣缸工作過程模塊、進(jìn)排氣模塊、渦輪增壓模塊、調(diào)速機(jī)構(gòu)模塊、推進(jìn)系統(tǒng)模塊、艇體模塊和控制系統(tǒng)模塊。
[0013]進(jìn)一步地，所述人機(jī)交互系統(tǒng)包括人機(jī)交互界面、聲模擬系統(tǒng)及數(shù)據(jù)的采集、存儲模塊、監(jiān)控模塊。
[0014]本實用新型的有益效果是:
[0015](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；
[0016]( 二)采用模塊化設(shè)計，提高了系統(tǒng)的維護(hù)性和可擴(kuò)展性，同時系統(tǒng)的穩(wěn)定性也得到了增強；
[0017](三)采用組態(tài)軟件和聲模擬系統(tǒng)，提高了模擬器的真實感。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明船舶主機(jī)機(jī)旁操作模擬器結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖通過實施例來對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0020]一種船舶主機(jī)機(jī)旁操作模擬器，包括:仿真服務(wù)器、三臺動力管系工作站、主機(jī)機(jī)旁操控盤臺及工作站、駕控盤臺、PLC、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)；所述工作站包括左主機(jī)機(jī)旁工作站、右主機(jī)機(jī)旁工作站；所述主機(jī)機(jī)旁操控盤臺包括左主機(jī)機(jī)旁操控盤臺I/O設(shè)備、右主機(jī)機(jī)旁操控盤臺I/O設(shè)備；所述船舶主機(jī)機(jī)旁操作模擬器以網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)為中心，分別連接左主機(jī)機(jī)旁工作站、右主機(jī)機(jī)旁工作站、服務(wù)器工作站、動力管系工作站及三臺PLC，所述三臺PLC分別連接所述左主機(jī)機(jī)旁操控盤臺I/O設(shè)備、右主機(jī)機(jī)旁操控盤臺I/O設(shè)備、駕控盤臺I/O設(shè)備。
[0021]整個模擬器采用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以可編程序控制器PLC為計算機(jī)接口系統(tǒng)，構(gòu)成硬件系統(tǒng)的核心，以仿真建模和監(jiān)控軟件開發(fā)為重點，構(gòu)建接近實船的設(shè)備響應(yīng)特性和系統(tǒng)操作界面。
[0022]具體地以MAN-B&W 6L20/27型主機(jī)及其機(jī)旁操縱設(shè)備作為仿真對象構(gòu)建的主機(jī)機(jī)旁操作模擬器，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)三部分組成，包括仿真服務(wù)器、三臺動力管系工作站、主機(jī)機(jī)旁操控盤臺及工作站、駕控盤臺、PLC(西門子S7-200)、交換機(jī)等設(shè)備。
[0023]人機(jī)交互系統(tǒng)采用KingView6.5，實現(xiàn)各種交互界面設(shè)計和硬件設(shè)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。通過采集模擬器控制臺的開關(guān)量和模擬量信號，經(jīng)過計算機(jī)運算，將產(chǎn)生的控制信號經(jīng)網(wǎng)絡(luò)接口系統(tǒng)送至輸出設(shè)備，實現(xiàn)硬件設(shè)備系統(tǒng)的監(jiān)控功能。左右主機(jī)機(jī)旁操控盤臺和駕控盤臺上設(shè)有和實際船舶外觀相仿的開關(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。通過將船舶主機(jī)機(jī)旁操作模擬器人機(jī)交互系統(tǒng)基本功能進(jìn)行分解并模塊化，同時進(jìn)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(hù)性。
[0024]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(wù)。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，船舶主機(jī)系統(tǒng)包括主機(jī)氣缸工作過程模塊、進(jìn)排氣模塊、渦輪增壓模塊、調(diào)速機(jī)構(gòu)模塊、推進(jìn)系統(tǒng)模塊、艇體模塊和控制系統(tǒng)模塊等，根據(jù)其數(shù)學(xué)模型編制仿真模塊。模塊間的數(shù)據(jù)流動通過公用變量數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)。模塊化建模方法可降低建模的復(fù)雜性，縮短建模時間，增加模型的通用性。
[0025]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(yīng)的控制臺，形成一個以交換機(jī)為中心的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。仿真計算機(jī)求解數(shù)學(xué)模型、產(chǎn)生控制請求，然后通過網(wǎng)絡(luò)接口系統(tǒng)與各工作站及其他控制臺通信。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(shè)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(xùn)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(kuò)展性。在確定每個PLC將要負(fù)責(zé)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(shè)備的橋梁。I/O模塊包括:開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出。每個I/O模塊在機(jī)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(yīng)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(chǔ)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(shù)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(hù)范圍之列。
【主權(quán)項】
1.一種船舶主機(jī)機(jī)旁操作模擬器，其特征在于，包括:仿真服務(wù)器、三臺動力管系工作站、主機(jī)機(jī)旁操控盤臺及工作站、駕控盤臺、PLC、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)； 所述工作站包括左主機(jī)機(jī)旁工作站、右主機(jī)機(jī)旁工作站； 所述主機(jī)機(jī)旁操控盤臺包括左主機(jī)機(jī)旁操控盤臺I/o設(shè)備、右主機(jī)機(jī)旁操控盤臺I/O設(shè)備； 所述駕控盤臺包括架控盤臺I/o設(shè)備； 所述船舶主機(jī)機(jī)旁操作模擬器以網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)為中心分別連接左主機(jī)機(jī)旁工作站、右主機(jī)機(jī)旁工作站、服務(wù)器工作站、動力管系工作站及三臺PLC，所述三臺PLC分別連接所述左主機(jī)機(jī)旁操控盤臺I/O設(shè)備、右主機(jī)機(jī)旁操控盤臺I/O設(shè)備、駕控盤臺I/O設(shè)備。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶主機(jī)機(jī)旁操作模擬器，其特征在于: 所述人機(jī)交互系統(tǒng)用于實現(xiàn)各種交互界面設(shè)計和硬件設(shè)備系統(tǒng)的監(jiān)控； 所述建模仿真系統(tǒng)在仿真支撐平臺中實現(xiàn)船舶主機(jī)運行仿真系統(tǒng)，包括船舶主機(jī)所有模塊的操作與運行仿真，根據(jù)其數(shù)學(xué)模型編制仿真模塊，模塊間的數(shù)據(jù)流動通過公用變量數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)； 所述操控盤上設(shè)有和實際船舶外觀相仿的開關(guān)、儀表、指示燈等I/o設(shè)備； 所述人機(jī)交互系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)接口系統(tǒng)連接所述建模仿真系統(tǒng)、操控盤臺、PLC，所述PLC通過網(wǎng)絡(luò)接口系統(tǒng)連接操控盤臺，所述仿真計算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)接口系統(tǒng)連接所述建模仿真系統(tǒng)和人機(jī)交互系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶主機(jī)機(jī)旁操作模擬器，其特征在于:所述I/O設(shè)備包括開關(guān)量輸入設(shè)備、開關(guān)量輸出設(shè)備、模擬量輸入設(shè)備及模擬量輸出設(shè)備。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶主機(jī)機(jī)旁操作模擬器，其特征在于:所述船舶主機(jī)系統(tǒng)仿真模塊包括主機(jī)氣缸工作過程模塊、進(jìn)排氣模塊、渦輪增壓模塊、調(diào)速機(jī)構(gòu)模塊、推進(jìn)系統(tǒng)模塊、艇體模塊，各模塊間通過控制系統(tǒng)模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)流動。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶主機(jī)機(jī)旁操作模擬器，其特征在于:所述人機(jī)交互系統(tǒng)包括人機(jī)交互界面、聲模擬系統(tǒng)及數(shù)據(jù)的采集、存儲模塊、監(jiān)控模塊。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種船舶主機(jī)機(jī)旁操作模擬器。一種船舶主機(jī)機(jī)旁操作模擬器，包括：仿真服務(wù)器、三臺動力管系工作站、主機(jī)機(jī)旁操控盤臺及工作站、駕控盤臺、PLC、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)；所述船舶主機(jī)機(jī)旁操作模擬器以網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)為中心，分別連接左主機(jī)機(jī)旁工作站、右主機(jī)機(jī)旁工作站、服務(wù)器工作站、動力管系工作站及三臺PLC，所述三臺PLC分別連接所述左主機(jī)機(jī)旁操控盤臺I/O設(shè)備、右主機(jī)機(jī)旁操控盤臺I/O設(shè)備、駕控盤臺I/O設(shè)備。本發(fā)明的有益效果是：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；采用模塊化設(shè)計，提高了系統(tǒng)的維護(hù)性和可擴(kuò)展性，同時系統(tǒng)的穩(wěn)定性也得到了增強。
【IPC分類】G09B9-06
【公開號】CN204537513
【申請?zhí)枴緾N201520180536
【發(fā)明人】任長合, 張錦, 張紹麒, 沈軍
【申請人】中國人民解放軍鎮(zhèn)江船艇學(xué)院
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年3月20日