專利名稱：一種船舶運(yùn)動(dòng)與主機(jī)推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)控制仿真裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種船舶運(yùn)動(dòng)與主機(jī)推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)控制仿真裝置。
背景技術(shù)：
船舶作為海上交通運(yùn)輸?shù)闹匾ぞ撸L(zhǎng)期以來(lái)船舶主動(dòng)力裝置與航向控制兩個(gè)系統(tǒng)是完 全獨(dú)立的，而實(shí)際上，船舶主動(dòng)力裝置的控制與船舶運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)，根據(jù)船舶操縱原理，舵 與水的相對(duì)速度越高，舵效就越明顯。船速高時(shí)，操舵的控制作用效果顯著；在船舶靠離泊 時(shí)，通常船速較低，這時(shí)仍需要頻繁控制主機(jī)轉(zhuǎn)速，使螺旋槳產(chǎn)生相對(duì)于舵葉的水流，以保 證操舵效果從而獲得良好的船舶操縱特性。船舶柴油主機(jī)在額定負(fù)荷及其近旁工作點(diǎn)時(shí)效率 最高，此時(shí)主機(jī)運(yùn)行于經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定可靠的工作狀態(tài)。當(dāng)船舶轉(zhuǎn)向時(shí)，舵要偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度，船 體在斜水流中前進(jìn)，船舶阻力要比直線航行時(shí)明顯增加，在相同的螺旋槳轉(zhuǎn)速下，船速會(huì)降 低，螺旋槳特性曲線變陡，可能產(chǎn)生主機(jī)排煙溫度升高、燃燒不完全，機(jī)械負(fù)荷超負(fù)荷的情 況，嚴(yán)重時(shí)可引起主機(jī)氣缸套、氣缸蓋損壞。'
以往對(duì)于船舶主機(jī)和操舵完全獨(dú)立的控制方式，存在明顯的局限性，若能實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)系 統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制，既可實(shí)現(xiàn)船舶節(jié)能，又可減少對(duì)于船舶主機(jī)運(yùn)行的不利影響，從而有利于取 得船舶運(yùn)動(dòng)控制的優(yōu)化效果。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)船舶的綜合節(jié)能優(yōu)化控制并提高船舶系統(tǒng)的整體經(jīng)濟(jì)性，綜合考慮船 舶操舵與主機(jī)兩方面的因素，提出一種船舶運(yùn)動(dòng)與主機(jī)推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)控制仿真裝置。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是 一種船舶運(yùn)動(dòng)與主機(jī)推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)控制仿真裝置，主要由船舶運(yùn)
動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真場(chǎng)景l(fā)、船舶柴油i機(jī)三維運(yùn)動(dòng)模型2、自動(dòng)操舵系統(tǒng)3、集控室主機(jī)遙控系
統(tǒng)及駕控臺(tái)主機(jī)遙控單元4、系統(tǒng)調(diào)度服務(wù)器5和DC0M (Distributed Component Object Model)
群組通信6六部分組成。船舶運(yùn)動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真場(chǎng)景l(fā)、船舶柴油主機(jī)三維運(yùn)動(dòng)模型2、自動(dòng)
操舵系統(tǒng)3、集控室主機(jī)遙控系統(tǒng)及駕控臺(tái)主機(jī)遙控單元4和系統(tǒng)調(diào)度服務(wù)器5分別通過(guò)DC0M
群組通信6實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的相互連接。所述的船舶柴油主機(jī)三維運(yùn)動(dòng)模型2、自動(dòng)操舵系統(tǒng)3、集
控室主機(jī)遙控系統(tǒng)及駕控臺(tái)主機(jī)遙控單元4、系統(tǒng)調(diào)度服務(wù)器5和DC0M群組通信6由VC
(Visual C++)開(kāi)發(fā)，船舶運(yùn)動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真場(chǎng)景1由VC和WTK (World Tool Kit)混合編
程實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)調(diào)度服務(wù)器5利用邏輯時(shí)間和邏輯時(shí)間戳機(jī)制，釆用一種同步啟動(dòng)調(diào)度策略對(duì)
船舶運(yùn)動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真場(chǎng)景1、船舶柴油主機(jī)三維運(yùn)動(dòng)模型2、自動(dòng)操舵系統(tǒng)3和集控室主機(jī)
遙控系統(tǒng)及駕控臺(tái)主機(jī)遙控單兀4進(jìn)行協(xié)調(diào)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)各仿真子系統(tǒng)加入，仿真啟動(dòng)，仿真運(yùn)行、仿真結(jié)束控制。DC0M群組通信6通過(guò)構(gòu)建DC0M群組通信6模型，采用一種動(dòng)態(tài)和靜 態(tài)調(diào)度相結(jié)合的集中式負(fù)載平衡解決方案，實(shí)現(xiàn)各仿真子系統(tǒng)的多點(diǎn)通信要求。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和有益效果是能讓用戶實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬船舶航向和航速的網(wǎng)絡(luò)控制，同
時(shí)給網(wǎng)絡(luò)控制算法、實(shí)時(shí)調(diào)度算法等理論研究者提供一種實(shí)際的算法驗(yàn)證平臺(tái)，提高船舶運(yùn)動(dòng)
控制效果；有利于船舶航行安全；有利于防止柴油機(jī)過(guò)載和提高動(dòng)力裝置可靠性和經(jīng)濟(jì)性；
有利于建立航海和輪機(jī)綜合模擬器，提高模擬器的精度和船員的訓(xùn)練水平。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖。
圖中1、船舶運(yùn)動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真場(chǎng)景，2、船舶柴油主機(jī)三維運(yùn)動(dòng)模型，3、自動(dòng)操舵
系統(tǒng)，4、集控室主機(jī)遙控系統(tǒng)及駕控臺(tái)主機(jī)遙控單元，5、系統(tǒng)調(diào)度服務(wù)器，6、 DCOM群組 通信。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)地描述-
如圖1所示，本實(shí)用新型主要由船舶運(yùn)動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真場(chǎng)景1、船舶柴油主機(jī)三維運(yùn)動(dòng)模 型2、自動(dòng)操舵系統(tǒng)3、集控室主機(jī)遙控系統(tǒng)及駕控臺(tái)主機(jī)遙控單元4、系統(tǒng)調(diào)度服務(wù)器5和 DC0M群組通信6六部分組成。船舶運(yùn)動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真場(chǎng)景l(fā)、船舶柴油主機(jī)三維運(yùn)動(dòng)模型2、 自動(dòng)操舵系統(tǒng)3、集控室主機(jī)遙控系統(tǒng)及駕控臺(tái)主機(jī)遙控單元4、系統(tǒng)調(diào)度服務(wù)器5分別通過(guò) DCOM群組通信6實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的相互連接。
一、船舶運(yùn)動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真場(chǎng)景1的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)該子系統(tǒng)由￥〔++和WTK混合編程實(shí)現(xiàn)。 仿真模擬的船舶是超巴拿馬型第五代集裝箱船5446TEU系列集裝箱船，該集裝箱船設(shè)備先進(jìn)， 載重量大，最大航速達(dá)到27節(jié)，額定航速為24. 5節(jié)。具體參數(shù)為船長(zhǎng)280米，兩柱間長(zhǎng)267 米，船寬39. 8米，船舶空載質(zhì)量3. 5453萬(wàn)噸，船舶滿載質(zhì)量6. 5531萬(wàn)噸，設(shè)計(jì)吃水T12. 532 米，滿載吃水14.032米。WTK是World Tool Kit的縮寫(xiě)，為Sense8公司開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，它是一 個(gè)用于虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的軟件工具包，通過(guò)以(:/0++外掛平臺(tái)的方式，為用戶提供一個(gè)完整的 三維虛擬環(huán)境交互開(kāi)發(fā)平臺(tái)。
本實(shí)用新型中仿真模擬的船舶主機(jī)型號(hào)是KAWASAKI-MAN B&W 10L90MC MKD。它是立式二 沖程，單作用，十字頭，直接可逆轉(zhuǎn)，帶廢氣渦輪增壓和電動(dòng)輔助鼓風(fēng)機(jī)的船用柴油機(jī)。其 缸數(shù)10缸，缸徑900mm，沖程2916mra，額定轉(zhuǎn)速82r/min，營(yíng)運(yùn)轉(zhuǎn)速79r/min，最大持續(xù)功 率MCR43100KW，正常服務(wù)功率N0R38790KW。制造廠商為KAWASAKI。其轉(zhuǎn)向從飛輪端向前看為 順時(shí)針。操縱方式為機(jī)側(cè)/集控/駕控。增壓器為3臺(tái)，型號(hào)為KAWASAKI-MAN B&W NA70/T09018。
4電子調(diào)速器l臺(tái)，是挪威N0RC0NTR0L產(chǎn)品，型號(hào)為DGS-8800e。
二、 船舶柴油主機(jī)三維運(yùn)動(dòng)模型系統(tǒng)2包括船舶大型低速柴油主機(jī)三維運(yùn)動(dòng)虛擬模型及 主機(jī)轉(zhuǎn)速和船速等指針式虛擬儀表。該系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)利用雙線程技術(shù)，前臺(tái)用于場(chǎng)景的顯示， 后臺(tái)應(yīng)用DCOM群組通信6進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送。
三、 自動(dòng)操舵系統(tǒng)3的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)該子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)操舵控制功能及船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型的仿 真計(jì)算，包括操舵儀上的轉(zhuǎn)舵輪控制界面和離線仿真時(shí)船舶航向、舵角變化的曲線示意圖界 面，及其仿真模式、操縱方式、算法選擇、參數(shù)設(shè)置等功能菜單。提供在線、離線兩種仿真 模式。在線仿真時(shí)把船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型仿真計(jì)算得到的船舶航行位置和舵角等參數(shù)通過(guò)DCOM 群組通信6傳輸給船舶運(yùn)動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真場(chǎng)景1和集控室主機(jī)遙控系統(tǒng)及駕控臺(tái)主機(jī)遙控單 元4。離線仿真時(shí)顯示船舶航向、舵角變化的曲線示意圖。
四、 集控室主機(jī)遙控系統(tǒng)及駕控臺(tái)主機(jī)遙控單元4的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
該子系統(tǒng)包括集控拿主機(jī)遙控系統(tǒng)界面、駕控臺(tái)主機(jī)遙控單元界面和離線仿真時(shí)船舶主機(jī) 轉(zhuǎn)速、船舶航速變化的曲線示意圖界面，及其各項(xiàng)功能菜單。本實(shí)用新型提供在線、離線兩 種仿真模式。如果用戶選擇在線方式，則可以通過(guò)集控室主機(jī)遙控系統(tǒng)界面右下角按鈕選擇 控制位置是在集控臺(tái)還是駕控臺(tái)。集控室主機(jī)遙控系統(tǒng)包含機(jī)艙集控臺(tái)車鐘和油門控制桿的 可視化界面，在這個(gè)界面中，操縱人員可以根據(jù)車鐘的不同車令來(lái)改變油門的大小，從而控 制船舶柴油主機(jī)三維運(yùn)動(dòng)模型2中主機(jī)的轉(zhuǎn)速，用戶可以清楚地從三維可控主機(jī)場(chǎng)景中察覺(jué)出 主機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，而且在該場(chǎng)景的右上角和左上角分別設(shè)置了船舶航速和主機(jī)轉(zhuǎn)速顯示儀表， 并配有船舶機(jī)艙設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行的音響效果，使用戶產(chǎn)生身臨其境的現(xiàn)場(chǎng)感。其中，車鐘的初 始狀態(tài)在STOP位置，向上(綠色)是前進(jìn)，向下.(紅色)是倒車。駕控臺(tái)主機(jī)遙控單元界面中， 操縱者將車鐘調(diào)到某一個(gè)位置時(shí)，為通知集控臺(tái)的操縱者，這時(shí)集控臺(tái)的車鐘就會(huì)有相應(yīng)的 指示燈亮起，同樣的，如果在集控臺(tái)上操縱了車鐘，以同樣的方式通知駕控臺(tái)的操縱者。
五、 系統(tǒng)調(diào)度服務(wù)器5的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)度服務(wù)器5負(fù)責(zé)對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真 場(chǎng)景l(fā)、船舶柴油主機(jī)三維運(yùn)動(dòng)模型2、自動(dòng)操舵系統(tǒng)3、集控室主機(jī)遙控系統(tǒng)及駕控臺(tái)主機(jī) 遙控單元4進(jìn)行協(xié)調(diào)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)各仿真子系統(tǒng)加入，仿真啟動(dòng)，仿真運(yùn)行、仿真結(jié)束等控制。
六、 DC0M群組通信6的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
為實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)的多點(diǎn)通信要求，開(kāi)發(fā)一種DCOM群組通信模型，并采用一種動(dòng)態(tài)和靜態(tài) 調(diào)度相結(jié)合的集中式負(fù)載平衡解決方案。該DCOM群組通信模型自下而上分為三層，底層為基 本的遠(yuǎn)程對(duì)象的過(guò)程調(diào)用，實(shí)現(xiàn)兩節(jié)點(diǎn)間的通信；第二層為多點(diǎn)對(duì)話層，實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)間的通 信及管理；最上層為會(huì)話空間關(guān)聯(lián)，用來(lái)界定相互通信節(jié)點(diǎn)的同一會(huì)話空間，協(xié)調(diào)各會(huì)話的 順利進(jìn)行。
權(quán)利要求1、一種船舶運(yùn)動(dòng)與主機(jī)推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)控制仿真裝置，其特征在于，主要由船舶運(yùn)動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真場(chǎng)景(1)、船舶柴油主機(jī)三維運(yùn)動(dòng)模型(2)、自動(dòng)操舵系統(tǒng)(3)、集控室主機(jī)遙控系統(tǒng)及駕控臺(tái)主機(jī)遙控單元(4)、系統(tǒng)調(diào)度服務(wù)器(5)和DCOM群組通信(6)六部分組成，船舶運(yùn)動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真場(chǎng)景(1)、船舶柴油主機(jī)三維運(yùn)動(dòng)模型(2)、自動(dòng)操舵系統(tǒng)(3)、集控室主機(jī)遙控系統(tǒng)及駕控臺(tái)主機(jī)遙控單元(4)和系統(tǒng)調(diào)度服務(wù)器(5)分別通過(guò)DCOM群組通信(6)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的相互連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種綜合考慮船舶操舵與主動(dòng)力裝置兩方面因素的船舶運(yùn)動(dòng)與主機(jī)推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)控制仿真系統(tǒng)，主要由船舶運(yùn)動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真場(chǎng)景、船舶柴油主機(jī)三維運(yùn)動(dòng)模型、自動(dòng)操舵系統(tǒng)、集控室主機(jī)遙控系統(tǒng)及駕控臺(tái)主機(jī)遙控單元、系統(tǒng)調(diào)度服務(wù)器和DCOM群組通信六部分組成。船舶運(yùn)動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真場(chǎng)景、船舶柴油主機(jī)三維運(yùn)動(dòng)模型、自動(dòng)操舵系統(tǒng)、集控室主機(jī)遙控系統(tǒng)及駕控臺(tái)主機(jī)遙控單元、系統(tǒng)調(diào)度服務(wù)器分別通過(guò)DCOM群組通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的相互連接。本實(shí)用新型可提高船舶運(yùn)動(dòng)控制效果；有利于防止柴油機(jī)過(guò)載和提高動(dòng)力裝置可靠性和經(jīng)濟(jì)性；提高模擬器的精度和船員的訓(xùn)練水平。
文檔編號(hào)G05B17/00GK201237711SQ20082001511
公開(kāi)日2009年5月13日 申請(qǐng)日期2008年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月12日
發(fā)明者史成軍, 孫建波, 暉 李, 沈智鵬, 晨 郭 申請(qǐng)人:大連海事大學(xué)