船舶柴油機操控半實物仿真系統技術方案

本實用新型專利技術公開了一種船舶柴油機操控半實物仿真系統，包括實際的車鐘、電子調速器、伺服裝置和柴油主機仿真系統。本系統能夠實現船舶主柴油機的啟動、停車和加減速運轉等操控功能，同時能夠在虛擬現實環境中實時顯示船舶主柴油機的單缸工作過程中溫度變化等曲線，完成了大型船舶主柴油機立體化培訓和控制系統的計算機輔助設計。使用者通過此系統可以直觀的了解和熟悉主機操作，能夠快速學習和了解船舶柴油主機操作各個組成部分及工作原理，而不用承擔誤操作帶來的嚴重后果，大大減低了實際系統運行演示的成本以及誤操作的影響。

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種設有一種船舶柴油機操控半實物仿真系統。涉及專利分類號G01測量；測試G01M機器或結構部件的靜或動平衡的測試；其他類目中不包括的結構部件或設備的測試G01M15/00發動機的測試G01M15/04內燃機測試，例如，活塞發動機診斷測試。
技術介紹
我國是世界海洋運輸業大國，船員整體素質和職業技能水平對整個航運形勢和航運安全起著關鍵性的作用。怎樣才能培育出高水平的船員，是各高等航海類院校和相關培訓機構的重要責任和使命。在實際的培訓中，船舶主柴油機的操作和維護是很重要的培訓科目。由于實物試驗平臺建設和使用時，不論試驗平臺的利用率高低，會消耗大量的水、電、柴油等資源，并產生一定的設備折舊、維修、維護及環境治理費用。當需要進行某些新方案、新設備驗證時，實物試驗平臺必須購置大量新設備，費用較高、采購周期較長，且新技術的應用存在一定的技術風險，一旦出現問題，很容易造成設備損壞。目前模擬器中的仿真界面基本采用二維界面，雖然功能上滿足了模擬器的基本要求，但是無法滿足模擬器發展的需求。傳統的輪機模擬訓練仿真系統是在實驗室內利用計算機仿真技術建立機艙內的實物，再現船舶機艙各主要設備的控制與操作、各個狀態與參數顯示、聲光報警設備等功能。但這與真實船舶機艙環境還是有一定的差別，使得受訓人員了解船舶機艙的真實環境還是有一定的局限性。如果要想在輪機模擬器中再現真實的機艙環境，花費昂貴。如果利用虛擬現實技術，模擬船舶機艙環境，建立三維模型，使得學員可以沉浸在虛擬機艙環境中通過顯示設備和控制設備進行漫游并能進行一些控制操作，增強真實感，增強對機艙環境的了解。船舶輪機模擬器在訓練的經濟性、反復訓練學員的實際操作技能、提高學員分析和排除故障的能力、大大縮短機損的變化過程及進行某些在實船上難以實現的特殊訓練中具有不可替代的優越性。應用船舶柴油機數字式電子調速器的測試平臺對于避免和減少海難事故所產生的社會效益是巨大而難以估量的。
技術實現思路
本技術針對以上問題的提出，而研制的一種船舶柴油機操控半實物仿真系統，包括模擬船舶操作的船舶主機控制單元和根據所述船舶主機控制單元發出的指令，根據初始參數進行船舶主機工況虛擬計算的仿真模擬單元；所述的船舶主機控制單元包括：車鐘，該車鐘包括表盤和設置在表盤側面的操作桿，所述的操作桿的旋轉軸與電位器電連接；所述的電位器的輸出端依次通過單片機、數模轉換模塊、數字調速器和數字伺服器最終與電動執行器電連接；工作時，使用者轉動車鐘操作桿至所述表盤的指定刻度區，所述的電位器發出與所述操作桿運動幅度對應的電阻信號，電阻信號經過所述的單片機輸出所述的電阻信號對應的數值；該數值即為所述車鐘輸出的主機轉速設定值；所述的數值輸入所述的數模轉換模塊，轉換成電信號傳輸至數字調速器，數字調速器輸出電壓信號到數字伺服器，由數字伺服器控制所述的電動執行器給出噴油量信號。作為優選的實施方式，所述的電動執行器連接有數據采集卡，輸出的噴油量信號通過所述的數據采集卡經CAN總線傳輸至所述的仿真模擬單元。更進一步的，所述的仿真模擬單元至少包含：與第一顯示器連接的第一計算機；與第二顯示器連接的第二計算機以及與儀表盤顯示器連接的第三計算機；所述的船舶主機控制單元集成在集成控制機箱中；所述的第一顯示器、第二顯示器以及所述的儀表盤顯示器固定在操控臺的前面板內部，所述的多個顯示器水平排列；所述的車鐘固定在操控臺水平操作面板表面；所述的第一計算機、第二計算機和第三計算機以及集成控制機箱固定在操控臺內部。作為優選的實施方式，所述的單片機型號為MSP430F169。由于采用上述技術方案，本技術公開的一種船舶柴油機操控半實物仿真系統將實際主機控制物件和軟件仿真進行有機的結合，可以降低試驗成本及風險系統，擴展性較強，任意調節系統參數可進行新方案、新技術、新設備的驗證。附圖說明為了更清楚的說明本技術的實施例或現有技術的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖做一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本技術的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本技術的模塊示意圖圖2為本技術操作臺的示意圖圖3為本技術車鐘的示意圖具體實施方式為使本技術的實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合本技術實施例中的附圖，對本技術實施例中的技術方案進行清楚完整的描述：如圖1-3所示：一種船舶柴油機操控半實物仿真系統，用于完成船舶操控，尤其是對船舶柴油主機的操作模擬。主要包括2大主要組件，模擬船舶集控室和輪機室操作的船舶主機控制單元1，該單元供使用者操作，并將使用者的一系列操作，比如通過車鐘控制船速，船舶的轉舵操作以及控制船舶主機的啟動、調節轉速等操作。還設有仿真模擬單元2，該單元根據船舶主機控制單元1手機到的操作信號，根據設定參數進行船舶主機工況，通過虛擬計算，得出當前船舶主機的工作模型。在本技術中，仿真模擬單元2可以采用現有的模擬設備，即本技術的主要技術點主要在能夠收集使用者操作的主機控制單元1和必要的其它硬件設備上，仿真模擬的實現，可以依賴諸如武漢理工大學航運學院安裝的全任務大型船舶操縱模擬器Navi-Trainer Professional 4000型等類似的軟件模型或者必要的軟硬件一體化設備，本技術能夠提供固定此類硬件設備的標準設備或者固定件。作為優選的實施方式，在本實施例中，所述的船舶主機控制單元1主要包括：經過改造的車鐘11，該車鐘11主要包括帶有船舶主機檔位的表盤111和設置在表盤111側面的操作桿112，所述的操作桿112的旋轉軸與電位器12電連接，即形成車鐘模擬器，在使用過程中，車鐘11的操作桿112轉動至表盤特定的位置，比如全速、3/4速前進檔，電位器12就輸出相應的電阻信號。為了能夠有效的將電阻信號轉換成仿真模擬單元2能夠識別的柴油機輸入數據，作為優選的實施方式，所述的電位器的輸出端依次通過單片機17、數模
轉換模塊13、數字調速器14和數字伺服器15最終與電動執行器16電連接。電位器12輸出的特定的電阻信號經過所述的單片機17轉換后，輸出所述的電阻信號對應的數值；該數值即為所述車鐘輸出的主機轉速設定值。在本實施例中，可選擇能夠將輸入的電阻值轉換成特定數值輸出的現有單片機。比如，可選擇型號為MSP430F169的單片機。當然，由于車鐘11輸出的阻值信號有限一般不超過10個，也可采用純電路進行阻值信號的輸入和對應不同的電平信號的輸出。由單片機17輸出的所述的數值輸入所述的數模轉換模塊13，轉換成電信號傳輸至數字調速器14。在本實施例中，數模轉換模塊13可采用成熟的PCF8591模塊AD/DA轉換模塊。數字調速器14最終輸出與車鐘11對應檔位的電壓信號，傳輸至數字伺服器15，最終由電動執行器16根據數字伺服器15輸出的信號給出對應的噴油量信號，作為最終的仿真模擬單元2的柴油主機的輸入值。作為可選的實施方式，車鐘11通過5.0kΩ的電位器發出電阻值信號，進入集控室遙控系統將其轉換為對應的主機轉速設定值通過數模轉換為的電流值發送到數字調速器系統，調速器則輸出電壓信號到數字伺服裝置本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種船舶柴油機操控半實物仿真系統，包括模擬船舶操作的船舶主機控制單元(1)和根據所述船舶主機控制單元(1)發出的指令，根據初始參數進行船舶主機工況虛擬計算的仿真模擬單元(2)；其特征在于：所述的船舶主機控制單元(1)包括：車鐘(11)，該車鐘包括表盤(111)和設置在表盤(111)側面的操作桿(112)，所述的操作桿(112)的旋轉軸與電位器(12)電連接；所述的電位器的輸出端依次通過單片機(17)、數模轉換模塊(13)、數字調速器(14)和數字伺服器(15)最終與電動執行器(16)電連接；工作時，使用者推動車鐘(11)操作桿(112)至所述表盤(111)的指定刻度區，所述的電位器(12)發出與所述操作桿(112)運動幅度對應的電阻信號，電阻信號經過所述的單片機(17)輸出所述的電阻信號對應的數值；該數值即為所述車鐘輸出的主機轉速設定值；所述的數值輸入所述的數模轉換模塊(13)，轉換成電信號傳輸至數字調速器(14)，數字調速器輸出電壓信號到數字伺服放大器(15)，由數字伺服放大器(15)控制所述的電動執行器(16)給出噴油量信號。

【技術特征摘要】
1.一種船舶柴油機操控半實物仿真系統，包括模擬船舶操作的船舶主機控制單元(1)和根據所述船舶主機控制單元(1)發出的指令，根據初始參數進行船舶主機工況虛擬計算的仿真模擬單元(2)；其特征在于：所述的船舶主機控制單元(1)包括：車鐘(11)，該車鐘包括表盤(111)和設置在表盤(111)側面的操作桿(112)，所述的操作桿(112)的旋轉軸與電位器(12)電連接；所述的電位器的輸出端依次通過單片機(17)、數模轉換模塊(13)、數字調速器(14)和數字伺服器(15)最終與電動執行器(16)電連接；工作時，使用者推動車鐘(11)操作桿(112)至所述表盤(111)的指定刻度區，所述的電位器(12)發出與所述操作桿(112)運動幅度對應的電阻信號，電阻信號經過所述的單片機(17)輸出所述的電阻信號對應的數值；該數值即為所述車鐘輸出的主機轉速設定值；所述的數值輸入所述的數模轉換模塊(13)，轉換成電信號傳輸至數字調速器(14)，數字調速器輸出電壓信號到數字伺服放大器(15)，由數字伺服放大器(15)控制所述的電動執行器(16)給出噴油量...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉雨，
申請(專利權)人：大連海聯自動控制有限公司，
類型：新型
國別省市：遼寧;21