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1、华中科技大学 硕士学位论文 船舶舵机监控系统研究 姓名：史延兴 申请学位级别：硕士 专业：轮机工程 指导教师：王焕文 20090501 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘摘 要要 随着船舶电气自动化水平的日益提高，大、中型船舶迫切需要研究开发网络型 综合信息管理系统，它不仅能够实现船舶设备各个子系统内部的分散控制，而且能 够实现信息共享和集中管理。本文研究的舵机监控系统是网络型综合信息管理系统 的一个子系统。 众所周知， 船舶舵机是用以操纵船舶航向保证安全航行的重要设备， 开展船舶舵机监控系统的研究，具有重要的理论意义和实际应
2、用价值，希望本文对 相关研究能起到抛砖引玉的作用。 本文研究的船舶舵机监控系统由操舵手轮、舵角指示器、电罗经、工控机、数 据采集卡及软件系统组成，能够逼真地模拟船舶舵机左舵、右舵运转，监控船舶航 向以及舵机运行状态。 论文围绕课题，首先构建了网络型船舶舵机监控结构体系。接着分析了电动液 压舵机的组成和工作原理，为系统的研究奠定了理论基础。软件以 Visual C+ 6.0 为开发环境，利用虚拟仪表技术、面向对象的数据库技术，Flash、Photoshop 等技 术，设计了数据采集、数据库操作、报警等程序。最后，各功能模块在实验室船舶 舵机模拟实验台进行了调试，实现了对舵机的电动机、舵角以及船舶
3、航向等运行参 数的实时监控，系统具有实时数据存储、查询、打印等功能。界面可视性强，操作 方便。该系统为船舶与海洋学科的科研和教学提供了实验平台。 关键词：船舶舵机；实时监控；数据采集；Visual C+6. 0；数据库 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 II Abstract With the increasing improvement of ship electric automation, it is an urgent need for the study of the network of general informat
4、ion management system for large and middle ships. The system can achieve the distributed control in each subsystem of ship equipment, and implement the information share and general management. The monitoring system of steering-engine in this essay is the subsystem of the network general information
5、 management system. As it is known, ship steering engine is the key equipment for manipulating navigation to guarantee the safety for voyages. The research of monitoring ship steering-engine has significant meanings of theory and practice. This essay could be a reference for the further study. The m
6、onitoring system of ship steering-engine consists of steering wheel, rudder angleindicator, electric compass, industrial control computer, data acquisition card and software system, which can simulate the operation of left steering-engine, right steering-engine, monitor of ship navigation and operat
7、ion status of steering-engine. According to the subject, the network of ship steering-engine structure diagram is constructed. Then the composition and working theory of electro-hydraulic steering engine is analyzed to make the theoretical base for system research. Based on Visual C+ 6.0 as developi
8、ng environment, this software applies various techniques such as virtual instrument, object-oriented data base, Flash, Photoshop to design the program of data acquisition, data base operation and an alarm. Finally, the operation parameters of each functional module are tested in the ship steering-en
9、gine simulation platform to achieve the real-time monitoring for the motor of steering-engine, rudder angle and ship navigation. This system has the functions of real-time data storing, searching, printing, etc. Also it is user friendly. This system provides a platform for researching and teaching o
10、f ship and ocean subject. Keyword: Ship Steering-Engine；Real-Time Monitoring；Data Acquisition； Visual C+ 6.0；Database 独创性声明 本人郑重声明，本学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果的总结。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本人将承担本声明引起的一切法律后 果。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用
11、授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本论文属于 保密， 在 年解密后适用本授权书。 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 绪绪 论论 1.1 研究目的和意义研究目的和
12、意义 船舶舵机系统是用来保持和改变船舶在水中运动方向的极其重要的设备。舵机 系统的可靠性、易操性和稳定性，会直接影响到船舶在航行过程中的技术性、经济 性和生命力1。 随着船舶自动化水平的日益提高，监控系统在船舶上的应用越来越趋向于大型 化和网络化。构建集船舶驾驶系统、轮机监控系统、船舶电站监控系统等子系统于 一体的船舶综合信息管理系统已经成为一种发展的必然趋势，也是当今船舶监控系 统领域中非常重要的研究课题2。 基于这种背景，研究船舶舵机监控系统具有以下主要目的及意义： (1)开发出专门针对舵机系统的监控软件对其进行实时监控， 减少或避免重大海 事事故的发生。 随着世界海上贸易的迅速发展，船舶
13、的安全问题日益成为行业关注的焦点。特 别是对一些大型油轮或化学品船等特殊船舶，如果出现了事故就会造成严重的环境 污染，后果非常严重。据有关研究资料显示，与船舶运动有关的航行事故在所有的 船舶事故中所占比例可达 60%70%，其中船舶的实际航线偏离了安全航线是最重 要的原因之一。船舶在海上航行时，风、浪、气候等环境因素对其操纵性能具有较 大的影响，会直接干扰船舶的安全航行3。 九十年代以前，自动舵技术还没有充分发展起来，它没有控制航迹的功能而仅 能进行航向控制4。随着科技的飞速发展，GPS 全球定位系统开始出现，将其应用 于现代船舶上之后，就可以在复杂气候条件下对相关船舶进行精确定位5。此时的
14、自动舵虽然具有了航迹控制技术，由于其局限性，其仍然不能精确地保证船舶沿设 定的航线进行航行。因此，研究与开发船舶航行的监控系统就显得异为重要，而其 中对船舶舵机的监控更是重中之重。 船舶舵机监控系统可以对船舶舵机进行实时监控，当出现设备故障时，系统就 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 会自动报警，提醒工作人员及时进行处理，从而避免了因为某些疏忽而造成重大事 故，增加了船舶航行的安全性和可靠性。 (2)构建网络化实时监控系统。 高科技的发展与应用提高了船舶的自动化和智能化水平。计算机技术日新月异 的发展，使船舶由单一的集中型系统自
15、动化向由计算机控制的综合管理自动化和智 能化方向发展6。其集中反映了计算机、自动化、信息处理等技术在船舶上的应用 程度与水平。 通过网络(局域网) 的方式将多个子系统组成一个集散型的控制系统；这些系统 内部的资源可以是物理上分散的或者相邻的，整个系统构成一个整体，相互协调， 共同执行并完成任务7。并且，系统的运行是建立在其所拥有的的程序、数据或硬 件设备之上。随着各项技术的发展，现代船舶进一步完善了其功能，在可靠性和实 时性等方面均得到较大提高，逐渐转向网络分布式监控系统。在今后的船舶上，集 监、控、管于一体的网络型船舶监控系统以及自动化产品将会不断出现8。 网络化监控系统可以采用高层次和数字
16、化的技术来代替大量繁重的人工操作， 改善了工作条件，提高了工作效率，从而也提高了全船的自动化水平。本文研究的 船舶舵机监控系统为船舶综合网络化实时监控系统的开发提供了良好的平台。 (3)国内此类舵机监控系统比较少。 目前，国内的船舶监控系统主要有船舶机舱监控系统、船舶电站监控系统等船 舶的子监控系统，而单独针对船舶舵机监控系统的研究并不多；随着船舶航行的实 际需求，对舵机实时监控系统的研究越来越迫切9 10。 我国正在努力建成为世界第一造船大国，但由于技术水平等因素限制，目前仍 然有很多船用自动化控制设备从国外引进，有些设备在国内的建造水平还是比较 低，关于监控系统的研制也处于一般水平11。关于船舶舵机监控系统的研究又非常 之少。因此，开展这方面的研究具有特别重要的意义。 (4)为本科实验提供平台。 船舶舵机监控系统的研究是根据本科轮机自动化综合实验和实船设计的需要 而进行设计的。它不仅为本科综合实验提供了教学平台，而且还提供了二次开发接 华 中
