《大型船舶主柴油机仿真系统的动态实现》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大型船舶主柴油机仿真系统的动态实现（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第? ?卷第 期 洲刀年 月 上海铁道大学学 报 倪! # % 7 公 司的 比%89型大型低速柴油机 。 采用轮机模拟器可以适应船员培训的实际要求 , 可以更有效地提高船员管理机舱设备 、处理 应急故障 的能力 , 同时降低培训经费和培训周期 。 而采用仿真系统可以方便地设 置模拟故障 , 以锻炼船员在实际工 作中处理事故的能力 。 船舶主机仿真系统是轮机模拟器的主要 设备之一 。 它包括主机仿真模型 和动态人 机界面实现系统 。 本文 主要论述主机仿真系统的动态实现的功能和控制设计方法 。 . 系统功能 主机仿真系统的主要功能包括 ?硬件操作显 示系统 , 是对大小和布置与实船相似的控制面
2、板 、 图解 板的操作在微机的软件人机界 面上显示 ? 软件操作人机界面 , 是可以脱离硬件通过软件人机界面实现对 硬件的模拟操作!包括应急操作设备 ? #主机参数动态显示系统 , 是对主机运行过程中的各种参数进行动 态的显示 ? 故障模拟及故障处理界 面 , 是对主机的部分故障的模拟 , 并由教员台控制 , 被培训人员通过人 机界 面进行消除故障处理 。 本系统的显著特点是提供了硬件和软件人机界面的两种操作方法 , 便于实现有些昂贵的设备的直接 软件人机界面操作 , 可以节省设备和培训的费用 。 % 主机仿真模型的建立 主机仿真模型是用于起培训使用的轮机模拟器 。 根据实际情况 , 主机仿真
3、模型 用容积法计算模型为 基础 ? , 先按 照 主机的可能的转速范围计算一部分工况点 , 然后采用牛顿三点插值法来计算更多个工况 点 收稿&期 %!众一 ( 一 ) % 从金项目 上海市教仃发展摧金 “曙光计划”项 一 又+ ) 一 , . 作者简介 皮金霞! / 卜 , 男 , 讲师 0 博士研究生 0 12 0 第 期虎金霞等 大型船舶 主柴油机仿真系统的动态实现 的参数值 , 以解决容积法的步长过小时计算速度不高的问题 。 而且这样的计算方法快速 、 有效 , 达到了实 时动态仿真的目的 。 ? , ? 主机撇烧模型 主柴油机采用三角形的燃烧模型 , 如图 ?所示 。 其中 ? , 3
4、 4甲 /甲 一 甲 :1 了 二一 ? , 48 、。 ? , 34甲 /甲 一 甲: 一 ? , 34甲1 8 。 ? , 34沪 /甲 一 沪: 一 甲1 8 。 二 ? ? , 4尹 其中 8 = 。 为最大燃烧速率5甲。为燃烧起始角 5甲为燃烧持续角。 在燃烧模型中 , 燃烧放热率中引人 了燃烧效 率 , 它根据过量空气系数的不同而变化 5 同时在燃 烧模型中 , 还采用了可变喷油定时模型 , 即燃烧起 始角 甲:可按循环供油量而改变 。 ? , ? 船机桨模型 ” 芬 在船速为 , ? , 主机转速 为633 。图.三角形嫩烧模型 时 , 推算出螺旋桨转矩8 、推力 几 、 船体阻
5、力 ! 、 桨消耗功率 尸,和主机指示功率尸。分别为 材。 3?368 圣 5 几 3? 46 , 吞 5 ! 二 , ? 。子 ! 5 , ? 、 吞 。5 、 /, , , 、 1 二 ? 363 , , 吞 ! 。 式中 8 为转矩 系数 5 价为推力系数 5 !表示船舶在不同航行条件和船体状态下 的系数 , 它与船舶污 底 、 风浪 、舵角、 航道和吃水等因素有关 5。 为桨速5 。 为船速 5 专 、 , 、 , , 分别为主机机械效率 、 推力轴承 机 械效率与尾轴承机械效率 。 ? , 3 故阵模型 船舶主机仿真系统的最大优点是可以模拟主柴油机的性能故障 。 根据船舶的实际情况
6、和人 的 经验 , 人为模拟 出 主机的部分性能故障 。 主要模型有增压 器滤网 脏堵 、 增压器轴承磨损 、 缸套冷却不足 、 活塞冷 却不 足 、 中冷器冷却水进口温度过高过低 、 中冷器脏污 、 进气道脏堵 、排 气道脏堵 、 涡轮排气背压过高 、涡 轮 喷嘴结碳 、 主机轴承磨损 、 缸套冷却水腔气堵 、 喷油过早过 迟和高压油泵磨损等故障模型 。 这些故障模型 , 根据理论和实践的证明 , 均符合船舶主柴油机的实际 , 有很高的实用性 。 3 仿真控制软件的设计 主机仿真系统的动态 人 机 界面采用最 流行的 面 向对象的设计技术 。 仿真软件采用 / ?附9公司的 (&7/( &
7、7 1软件作为支撑平台 。 通过9&7可以方便地与输人输出/? ?1接 进行数据通 讯 。 (& 7 软件平台包括图形工作站/(哪 二 1 、 报警工作站/川 7 。 1 、 趋势工作站/ 以 1 、 实 时 服务器/!1巧1 、输 人输出服务 器 /? ? 1 、 动态数据 交换 / )1 、 网络 功能/() 一 盯1等模 块 组 成 。 其结构如图 ?所示 。 , 6 , 上海 铁道 大学 学报 第? ?卷 图 (万7模块化的客户服务器结构图 仿真控制软件的设计采用 别目助4? 。 可视化高级编程语言 , 通过9万实现网络通讯和人机界面设 计 , 用 :实现仿真计算和图表设计 。 软件运
8、行流程图如图3所示 。 1始 系统侧试 故障 设钾 读取教员台控制命令 / , ? 一作镇式 1 读取教员台 工况设悦 读取辅机系统 愉入的参数 嘴取电站系统 粉入的今教 硬件像作 渊试结束 ?劣仿真控制模块 愉出到专 他系统 本系统人机界 扭自 显示与操作 故障处理界百 挺示与操作 图3 主机仿真控制软件运行流程 图 主机仿真控制软件主要包括4个模块 , 既工况参数设置模块 、数据通讯模块、计算模块、工 作模式模块 和人 机界 面模块 。 工况设_模块是对船舶主机的工 况参数以及主机的故障代码/包括性能故障和应急操作1等进行设置 和计算 , 也为主机仿真系统的 通用性提供了接口 。 数据通
9、讯模块是通过(7软件平台与模拟器的其他系统/辅机系统 、 电站系统等1进行动态的数据交 换 。 计算模块是根据翰人参数的情况 , 利用仿真模型进行仿真计算 , 并愉出到人机 界面 。 工作模式模块是针对船员培训时的 不同要求而 设置的 。 它包括对自身的仿真软件进行功能测 试的测 试模式 5 各仿真分系统完全连接的 全工模式 5 各仿真系统只是输人隔离而输出不隔离的半隔离模式 5 各仿 真分系统完全隔离的全隔离模式 。 人机 界面模块是主机运行参数的动态显示以及 通过软件界面对硬件进行模拟操作等 。 软件操作人机界面 人机 界面采用面 向对象的设计技术 , 可以很方便地实现人 机交 换 。 它
10、 是 根据船舶的实际以及船员的 思维方式进行设计的 。 人机界面避免了以前的那种机械剖面图式的界面 , 并可实现动态显示 , 它具有 灵 活 , 4? 。 第 期 度金傲等 大型船舶主柴油机仿真系统的动态实现 美观 、 易于操作和训练的特点 。 主机仿真动态人机界面系统为被培训人员提供了直观生动的管理图 、各种 工况运行参数 、 曲线以及自动生成的报表等 。 它适合于船舶的实际仪表 、设 备的设置 , 对轮机人员来说更 能系统 、快速地 了解 主机及其系统的工作状态 。 人机界面按系统的功能进行了集中分类 , 主要包括主界 面 、燃烧 系统、增压换气系统、轴 承系统 、 常用图表系统 、活塞磨
11、损趋势图、故 障操作界面等 。 在主界面中 , 能动态显示主机运行 中的各种参数5在燃烧系统中 , 能动态图形显示燃烧的过程状态及 其参数5在增压换气系统中 , 能动态图形显示换气系统过程的状态及其参数5在轴承系统中 , 能动态显 示主 机轴承的运动及其参数5常用图表系统包括示功图 、燃 油喷射压力图 、热工 参数直方图 、 工况监测表 、 自动 生成的热工参数报表等 5 在活塞磨损趋势图中 , 能动态显示活塞及活塞环等磨损及磨损趋势 5 在故障操作 界面中 , 在教员台设置故障的情况下 , 显示发生故障的可能原因 , 由被培训人员进行消除故障操作 , 如操作 不正确则会产生其他的连环故障 ,
12、 这些均符合实际船舶主机发生故障时的实际情况 。 4 结束语 利用面向对象的仿真技术 , 对于 主机仿真系统及其人机界 面系统 , 仿真模型简单 、有效, 人机 界面灵 活 逼真 , 符合船舶实际 , 并具有很大的方便性和实用性 。 同时编程简单精练 , 而且仿真系统还有较大的通用 性 。 参考文献 高孝洪 , 船舶内椒机仿真及其应用【 8 , 北京 人民交通 出版社 , 卯3 , 胡以怀等 , 集装箱船舶主机的实时仿真【 # , 邵维文等 , 第五届全 国海事技术研讨会论文集【 9 , 北京 海洋 出版 社 , ?6 熨1 , 翁史烈 , 船舶动力装置仿真技术【 8 , 上海 上海交通大学出
13、版社 , ?卯? , 朱建元等 , 轮机模拟器 柴油主机动态过程实时仿真 , 船舶工程 , .卯 , /3 1 3 ? 一 3 4 , 王长林 , 柴油机船舶推进装置 的建模和实时仿真 , 船舶工程 , ?从玉 , / 1 3 4 一 3 , 月. . ,工 一, 尸 咭. ,. , , 脚团川! 曲, 众 目 ) 呼 ) . 柱 匀嗽 : 义姆】 、刃 一石, 2+ 一 . , 2+0 / , ,犯) , . .叩 画8耐呱+ , , 纷四心油?/ 0 1?34 , 9 1 #加坛 伴 代 . 1 一 , ? 8面 )峪 . ! , + 嗯 卿 , + . 一毗 = . , 明 . 一 ?扣.?4 .1 , , 仆 , 闹 一 记4 。 % . 毗 加 ” . 一 血 , 助 . =. . =. 出. ,瞬 . . 峪 .。 斗 一 ,?。, 心 .叫夕呻 , 翎,坛 , 一 / ,
