計(jì)算機(jī)技術(shù)在船舶輪機(jī)模擬系統(tǒng)中的應(yīng)用

周廣豐　王兆省

摘要：船舶輪機(jī)模擬系統(tǒng)中包含有多個(gè)組成部件，所發(fā)揮出的功能也各有不同，就船舶輪機(jī)模擬系統(tǒng)的應(yīng)用來說，要想使得其應(yīng)用效果可以得到明顯的提升，就需要將計(jì)算機(jī)技術(shù)融合到船舶輪機(jī)模擬系統(tǒng)中。文章針對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)在船舶輪機(jī)模擬系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的方法進(jìn)行了研究，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)人員提供一定的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)技術(shù)；船舶輪機(jī)；模擬系統(tǒng)；船舶機(jī)械；自動(dòng)化控制 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U661 文章編號(hào)：1009-2374（2016）03-0045-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.03.023

船舶機(jī)械也稱作輪機(jī)。輪機(jī)中主要包括的裝置就是主機(jī)和輔機(jī)。目前的輪機(jī)均采用自動(dòng)化控制，其內(nèi)部的控制系統(tǒng)也越來越多。利用自動(dòng)化控制系統(tǒng)來對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行收集、整理和記錄，從而減輕相關(guān)工作人員的工作負(fù)擔(dān)。同時(shí)，在計(jì)算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展的過程中，船舶輪機(jī)自動(dòng)化的水平也逐漸得到了提高，船舶輪機(jī)中設(shè)置了專門的模擬系統(tǒng)，并融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)。從而可以有效地進(jìn)行輪機(jī)的模擬操作，以便能夠檢查出船舶輪機(jī)在運(yùn)行中存在的問題。下面本文就主要針對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)在船舶輪機(jī)模擬系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行深入的分析。

1 系統(tǒng)組成

就目前的船舶輪機(jī)模擬系統(tǒng)來說，其包含的組成元件主要有計(jì)算機(jī)、PIC、主控制臺(tái)、鍋爐操作屏、電站操作屏等。這些構(gòu)件連接在一起，就構(gòu)成了船舶輪機(jī)模擬系統(tǒng)。具體的系統(tǒng)組成見圖1：

在圖1中，學(xué)院計(jì)算機(jī)主要是用作對(duì)輪機(jī)系統(tǒng)管道設(shè)備進(jìn)行控制和運(yùn)作的設(shè)備，這一設(shè)備能夠有效地對(duì)教師計(jì)算機(jī)中可能出現(xiàn)的故障問題進(jìn)行解決和排除，并且針對(duì)主機(jī)可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行應(yīng)急處理。而教師計(jì)算機(jī)主要是針對(duì)學(xué)員的上機(jī)操作情況進(jìn)行監(jiān)督的一個(gè)設(shè)備，該設(shè)備能夠有效地對(duì)計(jì)算機(jī)學(xué)員的上機(jī)操作進(jìn)行規(guī)范控制，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時(shí)候，能夠起到良好的處理作用，并且能夠針對(duì)駕駛室進(jìn)行有效的掌控。另外，報(bào)警計(jì)算機(jī)則主要起到的是針對(duì)船舶輪機(jī)系統(tǒng)中含有的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行詳盡的記錄，并利用這些參數(shù)來進(jìn)行報(bào)警處理的作用。最后一項(xiàng)打印機(jī)就是針對(duì)應(yīng)發(fā)生報(bào)警的故障情況進(jìn)行數(shù)據(jù)的打印，同時(shí)對(duì)學(xué)員的操作情況進(jìn)行數(shù)據(jù)表打印。在輪機(jī)模擬系統(tǒng)的中間層，主要設(shè)置的裝置有鍋爐PLC、主控PLC以及電站PLC。其中主控PLC就是輪機(jī)模擬系統(tǒng)所具有的各項(xiàng)功能的集合體，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)各項(xiàng)功能的有效操控，并且可以對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行收集，同時(shí)發(fā)出相應(yīng)的指令，以保障PLC與計(jì)算機(jī)之間可以實(shí)現(xiàn)有效的連接和數(shù)據(jù)的正常傳遞。而鍋爐PLC則主要是能夠?qū)﹀仩t進(jìn)行模擬操控，從而保障鍋爐運(yùn)行的安全性和可靠性。而電站PLC的最主要功能就是可以對(duì)電站模擬進(jìn)行合理的操控，使得電站可以正常的運(yùn)作。一般來說，主控臺(tái)中主要設(shè)置的系統(tǒng)有油門操縱桿、車種以及汽輪等多個(gè)主要系統(tǒng)，這些系統(tǒng)得到合理的應(yīng)用后，就能夠利用顯示儀表對(duì)相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行模擬顯示，從而使得主機(jī)可以根據(jù)顯示的參數(shù)來選擇合理的控制方式，以實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)切換的有效操作。而就汽輪系統(tǒng)來說，其內(nèi)部的運(yùn)行設(shè)備主要是由各種狀態(tài)指示燈所構(gòu)成的，能夠起到控制主機(jī)運(yùn)行、報(bào)警按鈕以及應(yīng)急開關(guān)等的作用。輪機(jī)模擬系統(tǒng)中的鍋爐操作屏主要是通過操作開關(guān)以及指示燈的連接所構(gòu)成的，鍋爐操作屏在實(shí)際的應(yīng)用中，不僅能夠使得鍋爐水位可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，而且還能夠使得蒸汽壓力得到良好的控制。另外，鍋爐操作屏在具體的應(yīng)用過程中，還能夠有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)點(diǎn)火以及油量大小的自動(dòng)化調(diào)控，從而使得輪機(jī)模擬系統(tǒng)能夠更為穩(wěn)定地運(yùn)行。電站操縱屏中，包含了儀表、操作開關(guān)以及指示燈三個(gè)構(gòu)件，這三個(gè)構(gòu)件有效地幫助了電站操縱屏對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制，使得發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)、并電、轉(zhuǎn)角以及頻率可以得到有效的調(diào)試。

2 主要功能

2.1 操作情況記錄功能

學(xué)員對(duì)系統(tǒng)中任何設(shè)備（硬件開關(guān)和軟件模擬設(shè)備）的操作均有相應(yīng)的操作記錄，操作記錄的內(nèi)容包括操作設(shè)備名稱和操作的時(shí)間，同時(shí)操作記錄還能通過打印機(jī)打印輸出。

2.2 置復(fù)啟動(dòng)功能

主機(jī)遙控系統(tǒng)設(shè)有三次重復(fù)啟動(dòng)功能。當(dāng)主機(jī)遙控啟動(dòng)失敗后，自動(dòng)延時(shí)后進(jìn)行再次啟動(dòng)，如仍失敗，可進(jìn)行第三次啟動(dòng)。有指示燈顯示啟動(dòng)成功或失敗。

2.3 啟動(dòng)負(fù)荷（油量）設(shè)定功能

為保證主機(jī)啟動(dòng)的成功率，在啟動(dòng)時(shí)給予一定的油量。當(dāng)主機(jī)啟動(dòng)時(shí)，預(yù)先給定的油量立即加入，主機(jī)產(chǎn)生“沖車”現(xiàn)象，延時(shí)一段時(shí)間后，切換到正常油量控制。

2.4 主機(jī)啟動(dòng)裝置狀態(tài)指示功能

主機(jī)啟動(dòng)裝置由一系列指示燈組成，當(dāng)主機(jī)啟動(dòng)時(shí)，車鐘正、倒車，換向缸正、倒車，準(zhǔn)備啟動(dòng)，啟動(dòng)，正在啟動(dòng)，啟動(dòng)結(jié)束等一系列指示燈順序顯示。通過這些燈，可以直觀、醒目地看到主機(jī)啟動(dòng)的時(shí)序狀態(tài)。

2.5 儀衰顯示功能

主控臺(tái)安裝有21塊模擬顯示儀表，集中顯示輪機(jī)系統(tǒng)主要參數(shù)。

2.6 全英文環(huán)境

模擬系統(tǒng)中所涉及的文字全部用英文表示，培養(yǎng)學(xué)員的英文能力，適應(yīng)各種船舶。

3 實(shí)現(xiàn)方法

3.1 主機(jī)啟動(dòng)的模擬方法

在船舶輪機(jī)模擬系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用有效地將主機(jī)遙控啟動(dòng)PLC的工作分為了兩個(gè)階段：其一，針對(duì)主機(jī)遙控啟動(dòng)所需要的邏輯條件進(jìn)行判斷。在充分考慮到啟動(dòng)所需要的條件的情況下，針對(duì)啟動(dòng)動(dòng)作時(shí)間范圍進(jìn)行合理的分析，判斷是否所有的啟動(dòng)時(shí)間均在既定的范圍內(nèi)完成。其二，針對(duì)主機(jī)在運(yùn)行的過程中其轉(zhuǎn)速的具體情況進(jìn)行分析。判斷主機(jī)轉(zhuǎn)速在既定的時(shí)間范圍內(nèi)，是否達(dá)到了斷氣轉(zhuǎn)速、發(fā)火轉(zhuǎn)速等水平。值得注意的是，在船舶輪機(jī)模擬系統(tǒng)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)的過程中，還需要注意針對(duì)油氣的并進(jìn)配比系數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)針對(duì)啟動(dòng)的油量多少進(jìn)行調(diào)控，從而保障計(jì)算機(jī)技術(shù)可以合理地應(yīng)用到船舶輪機(jī)模擬系統(tǒng)中，使得主機(jī)的模擬啟動(dòng)可以高效實(shí)現(xiàn)。

3.2 主機(jī)轉(zhuǎn)速控制的方法

在對(duì)主機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行遙控操作的過程中，主機(jī)的轉(zhuǎn)速值應(yīng)該設(shè)定在合理的范圍之內(nèi)，并且利用集控室油門桿來對(duì)主機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制以及利用駕駛控制室的車鐘來對(duì)主機(jī)轉(zhuǎn)速值進(jìn)行輸送。當(dāng)這些主機(jī)轉(zhuǎn)速值被傳送到輪機(jī)中后，會(huì)對(duì)輪機(jī)的速度進(jìn)行合理的控制，同時(shí)也可以對(duì)程序的負(fù)荷加速度進(jìn)行合理的掌控，這樣就可以輸出具體的油量應(yīng)用值，并且針對(duì)油量進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)后，通過回路將油量的具體值作為主機(jī)轉(zhuǎn)速的具體值進(jìn)行傳送，然后再利用PID根據(jù)具體的主機(jī)轉(zhuǎn)速情況來進(jìn)行相關(guān)數(shù)值的調(diào)控。一般來說，在船舶輪機(jī)模擬系統(tǒng)中，除了要設(shè)置主機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)控系統(tǒng)，還要設(shè)置增壓空氣壓力系統(tǒng)，以達(dá)到限制壓力、轉(zhuǎn)矩以及轉(zhuǎn)速的效果。如果主機(jī)在受到一些因素的影響下，出現(xiàn)了轉(zhuǎn)速加快的情況，那么相應(yīng)的所需要消耗的油量也會(huì)相應(yīng)的增加，這樣就會(huì)使得原本的油量無法支撐主機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，因此會(huì)出現(xiàn)燃燒不充分的情況。而利用增壓空氣壓力來對(duì)用油量進(jìn)行有效的控制，可以使得燃燒不充分的情況得以有效的改善。增壓空氣壓力限油主要是依據(jù)增壓空氣所表現(xiàn)出的壓力情況以及其與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，通過在統(tǒng)一轉(zhuǎn)速下進(jìn)行計(jì)算，就可以獲取相應(yīng)的增壓空氣壓力值，計(jì)算所獲取的空氣壓力值為當(dāng)前轉(zhuǎn)速下所能夠獲取到的最大的空氣壓力值，根據(jù)這一壓力值可以使得限油達(dá)到最理想的狀態(tài)。主機(jī)與螺旋槳之間是連接的關(guān)系，兩者在連接的過程中，需要充分考慮到螺旋槳在實(shí)際的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，所具有的特性也就是所謂的功率和轉(zhuǎn)速之間的比例關(guān)系。在充分地考慮到這一要素后，就可以對(duì)在主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中所需要消耗的油量進(jìn)行計(jì)算。在船舶輪機(jī)模擬系統(tǒng)中，主機(jī)轉(zhuǎn)速、螺旋槳與油量之間相互聯(lián)系，相互配合，共同發(fā)揮作用。

3.3 故障設(shè)置和排除故障的方法

教師計(jì)算機(jī)可以針對(duì)故障進(jìn)行有效的設(shè)置，教師計(jì)算機(jī)在啟動(dòng)后，就可以針對(duì)可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行功能設(shè)置，這樣就可以使得系統(tǒng)中的各個(gè)部件都可以被設(shè)置上故障功能。在故障功能完成設(shè)置后，可以利用主控計(jì)算機(jī)來進(jìn)行相關(guān)完成標(biāo)志的輸送，在主控PLC接收到相關(guān)完成標(biāo)志后，就可以利用主控PLC所具備的邏輯編輯功能以及判斷性能來進(jìn)行故障運(yùn)算，從而總結(jié)得出具體的故障問題，利用聲、光等來進(jìn)行報(bào)警處理。學(xué)員依據(jù)報(bào)警所反映出的現(xiàn)象，利用學(xué)員計(jì)算機(jī)進(jìn)行相關(guān)故障的查找，并確定出現(xiàn)故障的設(shè)備，從而采取有效的措施來對(duì)設(shè)備出現(xiàn)的故障現(xiàn)象進(jìn)行有效的排除處理。

4 結(jié)語

綜上所述，船舶輪機(jī)模擬系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上，不僅需要考慮到硬件的應(yīng)用質(zhì)量，同時(shí)也要充分地考慮到輪機(jī)系統(tǒng)在應(yīng)用過程中所呈現(xiàn)出來的一些特點(diǎn)，從而可以在硬件上合理地進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，并設(shè)置主機(jī)控制臺(tái)、電站控制以及鍋爐控制。而在軟件上，需要對(duì)各種管道系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的制定，保障管道系統(tǒng)位置設(shè)置的精確性和操作的合理性。而針對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行選擇的時(shí)候，最好是選擇三臺(tái)計(jì)算機(jī)，這樣可以使得計(jì)算機(jī)的任務(wù)分配更加合理。將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到船舶輪機(jī)模擬系統(tǒng)中，不僅使得相關(guān)學(xué)員的故障處理能力得到了加強(qiáng)，同時(shí)也使得管道系統(tǒng)可以更加直觀地進(jìn)行觀察，可以說計(jì)算機(jī)技術(shù)在船舶輪機(jī)模擬系統(tǒng)有著突出的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

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作者簡介：周廣豐（1989-），男，浙江湖州人，上海海事大學(xué)商船學(xué)院碩士研究生，研究方向：船舶輔機(jī)；王兆?。?986-），男，山東菏澤人，上海海事大學(xué)商船學(xué)院碩士研究生，研究方向：船舶動(dòng)力系統(tǒng)。

（責(zé)任編輯：陳 潔）