一種船舶燃油分油機操作實訓仿真系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種船舶燃油分油機操作實訓仿真系統，包括燃油管路仿真系統、分油機仿真系統、過程仿真支撐平臺和燃油分油機控制箱，所述的燃油管路仿真系統和分油機仿真系統均以二維圖片的形式分別剖析燃油管路系統和分油機系統的詳細結構；所述的過程仿真支撐平臺是面向對象的、基于模塊化的生產過程仿真與控制支撐系統。由于本發明采用計算機模擬仿真技術，構建了船舶燃油管路系統和分油機系統的模擬仿真場景，真實再現了實際船舶分油機結構真實的工作過程，并且模擬分油機故障、報警的現象。使用者可以在仿真系統中模擬實際操作，提高分析處理故障的能力，達到實際訓練的效果，且運行安全可靠，能夠實現在實船上難以實現的特殊訓練項目。
【專利說明】一種船舶燃油分油機操作實訓仿真系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及船舶燃油凈化系統，特別是一種燃油分油機操作實訓仿真系統。
【背景技術】
[0002]隨著工業化進程的加快，能源作為經濟發展中的重要角色，如何節約能源充分利用資源是備受關注的，尤其在遠洋船舶運輸上。為船舶動力系統提供高品質、低成本、環保節能的燃料油是現代航運事業發展的重要保證。分油機是船舶燃油凈化系統中必設的專用設備，熟練掌握分油機的操作要領、維護知識和故障分析處理能力顯得尤為重要。
[0003]在科學技術飛速發展的今天，計算機模擬仿真技術己經成為對許多復雜系統進行分析、設計、試驗、評估的必不可少的手段，它以數學理論為基礎，以計算機和各種物理設施為設備工具，利用系統模型對實際的或設想的系統進行試驗仿真研究的一門綜合技術，主要有物理仿真、數字仿真和物理-數字混合仿真等方法。船舶燃油分油機系統不僅在不同的工作過程中分油機內部相應的動態響應是很難觀測的，例如分油機的托盤是否托起，油水分界面的具體位置，分油機出現故障時必須拆卸分油機才能確定故障原因等，而且實船燃油分油機系統管道錯綜復雜，這就對船舶管理人員的技術水平和熟練程度提出了更高的要求。因此，將計算機模擬仿真技術應用在船舶燃油分油機系統中，設計燃油分油機仿真系統可以有效地解決此類問題。
[0004]分油機系統實船上培訓存在很大的局限性，不僅資源消耗大，而且維護費用比較高，采用模擬訓練成為擺脫各種局限培養現代輪機管理人才的重要途徑。為數不多的船舶燃油分油機仿真系統的模擬器大都以硬件為主，有諸多的使用缺點，需要一定的實驗條件，穩定性差、故障率高、二次開發困難，甚至由于誤操作也可能引發事故，維護成本也比較高。純軟件系統與實船上的燃油分油機系統環境差異較大，很容易造成學員脫離船舶實際環境。目前，能夠逼真地模擬實船環境且真實地反映分油機工況的半實物船舶燃油分油機操作實訓仿真系統卻是尚無先例。

【發明內容】

[0005]為解決現有技術存在的上述問題，本發明要設計一種可以模擬船舶燃油分油機在不同工況和突發事故的培訓，可實現與實船燃油分油機控制箱相似操作功能的燃油分油機操作實訓仿真系統以及其工作方法。
[0006]為了實現上述目的，本發明的技術方案如下:
[0007]—種船舶燃油分油機操作實訓仿真系統，包括燃油管路仿真系統、分油機仿真系統、過程仿真支撐平臺和燃油分油機控制箱，所述的燃油管路仿真系統、分油機仿真系統、過程仿真支撐平臺安裝在一臺或幾臺計算機內，所述的過程仿真支撐平臺包括算法與模型庫模塊和數據采集模塊，所述的燃油管路仿真系統和分油機仿真系統分別通過以太網通信與過程仿真支撐平臺的算法與模型庫模塊實現數據的相互連接，所述的過程仿真支撐平臺的數據采集模塊利用CAN采集卡通過CAN總線與燃油分油機控制箱通信連接；[0008]所述的燃油管路仿真系統和分油機仿真系統均以二維圖片的形式分別剖析燃油管路系統和分油機系統的詳細結構，合理布局，燃油管路系統和分油機系統共有的結構部件采用全局變量關聯，分別包含管網數學模型和分油機數學模型，不僅顯示分油機的工作狀態、模擬分油機故障報警，而且實時顯示分油機系統的溫度、壓力和流量參數；
[0009]所述的過程仿真支撐平臺是面向對象的、基于模塊化的生產過程仿真與控制支撐系統，包括圖形化建模模塊、過程控制建模模塊、教練員/工程師站交互模塊，操作員站的通信接口及其它設備的通信接口，具有圖形建模、建模方便靈活、支持在線調試、人機交互采用全漢化環境/多窗口界面/鼠標操作和系統的維護、擴充容易的特點，實現算法庫管理、模塊庫管理、圖形文件管理和變量庫管理功能；
[0010]所述的燃油分油機控制箱是基于單片機設計開發的與實船一致的控制箱，主要包括分油機控制單兀EPC50控制面板、分油機電機電流表、用于故障報警的蜂鳴器、分油機啟動/停止/緊急停車按鈕燈和三臺分油機相應的切換按鈕燈，用半實物模型構造真實的分油機控制箱操作環境；
[0011]所述的CAN采集卡是PIS0-CAN400-D隔離4 口 CAN總線通訊卡，它有2_4個獨立的CAN總線通訊口，帶有9針D型插頭和帶有5針螺釘接線端子，內置光隔離保護，可編程傳輸速率高達1Mbps，每個口可用跳線選用120Ω終端電阻，可實現直接存儲器交換到CAN控制器，且即插即用。
[0012]本發明所述的燃油管路仿真系統、分油機仿真系統、過程仿真支撐平臺都是采用VisualC++語言開發。
[0013]本發明所述的燃油管路仿真系統包括管路模型、供油泵模型、閥門模型，所述的分油機仿真系統包括分油機轉速模型、分油機電機電流模型和分油機分離模型，所述的燃油分油機控制箱包括分油機控制單元EPC50的邏輯控制模型。
[0014]與現有技術相比，本發明的優點和有益效果是:
[0015]1、由于本發明采用計算機模擬仿真技術，構建了船舶燃油管路系統和分油機系統的模擬仿真場景，真實再現了實際船舶分油機結構、真實的工作過程，并且模擬分油機故障、報警的現象。使用者可以不受時間、地點的限制，了解燃油管路布局和分油機系統結構，并在仿真系統中模擬實際操作，提高分析處理故障的能力，達到實際訓練的效果，且運行安全可靠，不會由于誤操作損壞機器或引發事故，能夠實現在實船上難以實現的特殊訓練項目，節省設備維護、運行管理和停用保養的費用。
[0016]2、由于本發明將構建的燃油管路系統、分油機系統的數學模型抽象成算法并放入過程仿真支撐系統的算法庫中，從算法庫中調出算法按照實際設備設置參數，生成模塊構成模型。開發人員可以在過程仿真支撐系統中在線修改模型，即在模型運行時，修改模型的相關量，并且能立即觀測到修量改對模型產生的影響；開發人員可以在過程仿真支撐系統中通過調整模型的參數，建立準確的模型；開發人員可以在過程仿真支撐系統中適當的調整算法，改變輸出、輸出參數，建立相關的不同系統的模型，適用于類似的系統，例如主機滑油分油機系統、輔機滑油分油機系統等，說明過程仿真支撐系統可移植性好，靈活性大。
[0017]3、由于本發明采用物理-數字仿真技術，分油機控制箱根據實船控制箱面板設計，具有半實物模型特點，并通過CAN總線實現與過程仿真支撐平臺的實時通信。使用者可以操作同實船一致的燃油分油機控制箱控制分油機的工況，可以觀測分油機電機電流，并在系統生故障時發出報警信號，實現了對分油機狀態實時監控的目的；可以給使用者很大的沉浸感和臨場感，熟悉實船環境，培養其操作實船的技能，快速地幫助使用者熟悉系統的操作；設計半實物操作仿真系統不僅節省了大量的實船試驗所需的人力物力開支，提高了工作效率，而且也逼真地模擬實船環境反映真實分油機工作情況。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]本發明僅有附圖1張，其中
[0019]圖1是本發明的系統組成示意圖。
[0020]圖中:1、燃油管路仿真系統，2、分油機仿真系統，3、以太網，4、過程仿真支撐平臺，
5、CAN總線，6、燃油分油機控制箱。
【具體實施方式】
[0021]下面結合圖1對本發明做進一步詳細地描述:一種半實物船舶燃油分油機操作實訓仿真系統，包括燃油管路仿真系統1、分油機仿真系統2、以太網3、過程仿真支撐平臺4、CAN總線5和燃油分油機控制箱6，所述的燃油管路仿真系統1、分油機仿真系統2、過程仿真支撐平臺4安裝在一臺或幾臺計算機內，所述的燃油管路仿真系統1、分油機仿真系統2與過程仿真支撐平臺4的算法與模型庫模塊通過以太網3實現數據的相互連接，所述的過程仿真支撐平臺4的數據采集模塊利用CAN采集卡與燃油分油機控制箱6通過CAN總線5通信；
[0022]所述的燃油管路仿真系統1、分油機仿真系統2以二維圖片的形式分別剖析燃油管路系統、分油機系統詳細結構，合理布局，兩者共有的結構部件采用全局變量關聯，分別包含管網數學模型和分油機數學模型，不僅可以顯示分油機的工作狀態、模擬分油機故障報警，而且可以實時顯示系統中溫度、壓力和流量等參數的曲線；
[0023]所述的過程仿真支撐平臺4是面向對象的、基于模塊化的生產過程仿真與控制支撐系統，主要包括模塊化圖形建模、過程控制建模、教練員/工程師站交互功能、操作員站的通信接口及其它設備的通信接口，具有圖形建模、建模方便靈活、支持在線調試、人機交互采用全漢化環境/多窗口界面/鼠標操作和系統的維護、擴充容易等特點，實現算法庫管理、模塊庫管理、圖形文件管理和變量庫管理等功能；
[0024]所述的燃油分油機控制箱6是基于單片機設計開發的與實船一致的控制箱，主要包括分油機控制單兀EPC50控制面板、分油機電機電流表、用于故障報警的蜂鳴器、分油機啟動/停止/緊急停車按鈕燈和三臺分油機相應的切換指示燈按鈕，用半實物模型構造真實的分油機控制箱操作環境；
[0025]所述的CAN采集卡是由泓格生產的PIS0-CAN400-D隔離4 口 CAN總線通訊卡，它有2-4個獨立的CAN總線通訊口，帶有9針D型插頭和帶有5針螺釘接線端子，內置光隔離保護，可編程傳輸速率高達1Mbps，每個口可用跳線選用120Ω終端電阻，可實現直接存儲器交換到CAN控制器，且即插即用。
[0026]本發明所述的燃油管路仿真系統1、分油機仿真系統2、過程仿真支撐平臺4都是米用VisualC++語目開發。
[0027]本發明所述的燃油管路仿真系統I和分油機仿真系統2包括管路模型、供油泵模型、閥門模型、分油機轉速模型、分油機電機電流模型和分油機分離模型，所述的燃油分油機控制箱6包括分油機控制單元EPC50的邏輯控制模型。
[0028]本發明的工作方法，包括以下步驟:
[0029]A、啟動燃油管路仿真系統I和分油機仿真系統2的仿真平臺，進入平臺啟動界面。本發明的仿真系統平臺界面大小限制為1024*768像素。在仿真系統平臺界面下方有對話框按鈕，對應著燃油管路仿真系統I和分油機仿真系統2，通過鼠標點擊按鈕發送消息切換顯示燃油管路仿真系統I視圖界面或分油機仿真系統2視圖界面，具體操作如下所述。此夕卜，啟動過程仿真支撐平臺4，進入平臺啟動界面，是一個全漢化實時仿真系統軟件，由動態連接庫、算法程序和變量、模型等描述數據庫部分組成。在啟動界面上有菜單欄對應著系統、算法、模型、圖形、變量、故障、運行、窗口及幫助，可以通過鼠標點擊菜單裝載變量、算法和模型等，點擊運行，完成對過程仿真支撐平臺4的設置。
[0030]B、選擇燃油管路仿真系統I后，視圖界面直接被切換到船舶燃油管路仿真系統I的視圖界面。使用者可以通過觀察了解船舶燃油管路系統的布局結構，并且可以通過鼠標對燃油管路仿真系統I中閥門、供油泵等部件進行操作，并將表示該部件狀態的變量通過以太網3通信傳送給過程仿真支撐平臺4的算法與模型庫模塊，過程仿真支撐平臺4會根據變量的變化通過算法和模型計算出相應的結果，并將該結果通過以太網3通信傳送給燃油管路仿真系統I相應的部件，改變部件的顯示狀態，觀察燃油管路的流動情況。
[0031]C、選擇分油機仿真系統2后，使用者可以通過觀察了解船舶分油機系統的布局結構，并且可以通過鼠標改變分油機仿真系統2中閥門、供油泵等部件的狀態，其響應同上述燃油管路仿真系統I 一致。使用者首先啟動燃油分油機控制箱6電源，選擇1/2/3分油機按鈕，并通過操作燃油分油機控制箱6上的分油機啟動按鈕燈啟動分油機,通過CAN采集卡將該動作傳送到過程仿真支撐平臺4的數據采集模塊，在該模塊中將輸入轉換成該平臺內的變量，裝載到算法和模型中，并通過以太網3通信傳送至分油機仿真系統2中，則分油機仿真系統2中相應的分油機啟動，分油機轉速和電機電流逐漸增大最終穩定。當分油機轉速達到要求后，信號通過相反的傳輸路徑傳送到燃油分油機控制箱6中，EPC50的LED顯示為“Standby”，電流表顯示分油機電機電流。
[0032]D、通過操作燃油分油機控制箱6模擬分油機系統的工作過程。使用者利用上述方法選擇分油機并啟動，啟動供油泵，等到EPC50的LED顯示為“Standby”后，按下EPC50控制面板上的“HEATER”和“SEPARAT1N”按鈕，則分油機進入啟動時序，EPC50的LED顯示135秒的倒計時，“SEPARAT1N”按鈕的指示燈閃亮。在分油機仿真系統2中，首先關閉水電磁閥打開，供應15秒的水，使分油機托盤上升關閉排渣口。補償水電磁閥進60秒的水封水，以形成液封。啟動時序開始75秒后三通閥自動打開，開始進油。再過50秒后分油機開始出油，倒計時結束后分油指示燈常亮，啟動時序結束，進入正常分油時序。燃油分油機控制箱6中EPC50的“SEPARAT1N”按鈕的指示燈常亮，LED顯示1200秒倒計時。如果按下“DISCHARGE”按鈕，則進入排渣時序，LED顯示分油機狀態為“DISCHARGE”。在分油機仿真系統2中，開啟水電磁閥、關閉水電磁閥打開，進3秒開啟水，分油機托盤下落，排渣口打開
0.1秒。如果按下燃油分油機控制箱6中的緊急停車按鈕燈，分油機停止工作。
[0033]E、使用者可以在分油機仿真系統2中模擬分油機故障條件，觀察系統的故障、報警現象。例如，在分油機正常分油時，若關閉分油機進口前的閥門，此時燃油分油機控制箱6中的蜂鳴器響，發出低壓報警，并在EPC50的LED中顯示報警內容，分油機不再正常分油。使用者也可以在過程仿真支撐平臺4中改變故障變量的值，模擬故障條件，實現故障報警。
[0034]本發明各子系統的實施方式如下:
[0035]1、燃油管路仿真系統I和分油機仿真系統2的實施方式
[0036]燃油管路仿真系統I和分油機仿真系統2的底圖是采用畫圖板設計繪制的，并將底圖導入工程。并將燃油管路仿真系統I和分油機仿真系統2抽象成派生于CView類的視圖類。在燃油管路仿真系統I和分油機仿真系統2中閥門、管道和泵的狀態會發生改變，是通過調用資源位圖中相應的位圖覆蓋底圖表現的，主要通過指定其坐標位置和大小獲取位
圖實現的。
[0037]
【權利要求】
1.一種船舶燃油分油機操作實訓仿真系統，其特征在于:包括燃油管路仿真系統(I)、分油機仿真系統(2)、過程仿真支撐平臺(4)和燃油分油機控制箱(6)，所述的燃油管路仿真系統(I)、分油機仿真系統(2)、過程仿真支撐平臺(4)安裝在一臺或幾臺計算機內，所述的過程仿真支撐平臺(4)包括算法與模型庫模塊和數據采集模塊，所述的燃油管路仿真系統(I)和分油機仿真系統(2)分別通過以太網(3)通信與過程仿真支撐平臺(4)的算法與模型庫模塊實現數據的相互連接，所述的過程仿真支撐平臺(4)的數據采集模塊利用CAN采集卡通過CAN總線(5)與燃油分油機控制箱(6)通信連接； 所述的燃油管路仿真系統(I)和分油機仿真系統(2)均以二維圖片的形式分別剖析燃油管路系統和分油機系統的詳細結構，合理布局，燃油管路系統和分油機系統共有的結構部件采用全局變量關聯，分別包含管網數學模型和分油機數學模型，不僅顯示分油機的工作狀態、模擬分油機故障報警，而且實時顯示分油機系統的溫度、壓力和流量參數； 所述的過程仿真支撐平臺(4)是面向對象的、基于模塊化的生產過程仿真與控制支撐系統，包括圖形化建模模塊、過程控制建模模塊、教練員/工程師站交互模塊，操作員站的通信接口及其它設備的通信接口，具有圖形建模、建模方便靈活、支持在線調試、人機交互采用全漢化環境/多窗口界面/鼠標操作和系統的維護、擴充容易的特點，實現算法庫管理、模塊庫管理、圖形文件管理和變量庫管理功能； 所述的燃油分油機控制箱(6)是基于單片機設計開發的與實船一致的控制箱，主要包括分油機控制單兀EPC50控制面板、分油機電機電流表、用于故障報警的蜂鳴器、分油機啟動/停止/緊急停車按鈕燈和三臺分油機相應的切換按鈕燈，用半實物模型構造真實的分油機控制箱操作環境； 所述的CAN采集卡是 PIS0-CAN400-D隔離4 口 CAN總線(5)通訊卡，它有2_4個獨立的過CAN總線(5)通訊口，帶有9針D型插頭和帶有5針螺釘接線端子，內置光隔離保護，可編程傳輸速率高達1Mbps，每個口可用跳線選用120Ω終端電阻，可實現直接存儲器交換到CAN控制器，且即插即用。
2.根據權利要求1所述的一種船舶燃油分油機操作實訓仿真系統，其特征在于:所述的燃油管路仿真系統(I)、分油機仿真系統(2)、過程仿真支撐平臺(4)都是采用VisualC++語言開發。
3.根據權利要求1所述的一種船舶燃油分油機操作實訓仿真系統，其特征在于:所述的燃油管路仿真系統(I)包括管路模型、供油泵模型、閥門模型，所述的分油機仿真系統(2)包括分油機轉速模型、分油機電機電流模型和分油機分離模型，所述的燃油分油機控制箱(6)包括分油機控制單元EPC50的邏輯控制模型。
【文檔編號】G05B17/02GK104035340SQ201410315191
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年7月3日 優先權日:2014年7月3日
【發明者】沈智鵬, 王詩文, 張寧, 郭晨 申請人:大連海事大學