船舶自動(dòng)化實(shí)訓(xùn)機(jī)艙教學(xué)實(shí)踐探討

操江能

摘 要：自動(dòng)化機(jī)艙在現(xiàn)代船舶中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，建設(shè)自動(dòng)化實(shí)訓(xùn)機(jī)艙是輪機(jī)工程專業(yè)教學(xué)的必然選擇。本文探討了自動(dòng)化實(shí)訓(xùn)機(jī)艙的功能以及在教學(xué)、科研和培訓(xùn)等方面的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化機(jī)艙;航海教育;實(shí)訓(xùn)教學(xué);控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：U676.2? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2019）03-0060-02

隨著航?？萍妓降陌l(fā)展，現(xiàn)代船舶對(duì)操縱的安全性、可靠性和運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)性有著更高的要求。為了避免和防止船員判斷和操作失誤，減輕船員大量重復(fù)的體力勞動(dòng)，確保船舶安全運(yùn)行，自動(dòng)化機(jī)艙在現(xiàn)代船舶中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，是未來(lái)船舶控制的發(fā)展方向。

1 自動(dòng)化實(shí)訓(xùn)機(jī)艙建設(shè)的意義

經(jīng)過(guò)多年的建設(shè)，很多航海院校都已經(jīng)建設(shè)有船舶輪機(jī)實(shí)訓(xùn)機(jī)艙和輪機(jī)模擬器，取得了良好的教學(xué)效 果。隨著輪機(jī)自動(dòng)化知識(shí)作為輪機(jī)員培訓(xùn)的必修課程以來(lái)，自動(dòng)化的理論和實(shí)踐教學(xué)成為不可缺少的教學(xué)環(huán)節(jié)，而現(xiàn)有的教學(xué)設(shè)施并不能完全滿足教學(xué)的要求。船舶輪機(jī)自動(dòng)化實(shí)訓(xùn)機(jī)艙的建設(shè)不僅可以讓學(xué)生在真實(shí)的環(huán)境下進(jìn)行實(shí)際操作與評(píng)估訓(xùn)練，還可以進(jìn)行輪機(jī)工程專業(yè)教學(xué)、培訓(xùn)與技術(shù)開(kāi)發(fā)，以彌補(bǔ)輪機(jī)模擬器的不足，使其和輪機(jī)模擬器在功能上互補(bǔ)，形成較為完善的輪機(jī)自動(dòng)化教學(xué)培訓(xùn)系統(tǒng)和技術(shù)開(kāi)發(fā)條件。因此，建設(shè)現(xiàn)代化的輪機(jī)自動(dòng)化實(shí)訓(xùn)機(jī)艙是各航海院校的必然選擇。

2 船舶自動(dòng)化實(shí)訓(xùn)機(jī)艙的功能

船舶自動(dòng)化實(shí)訓(xùn)機(jī)艙建設(shè)的理念是將真實(shí)的船舶工作環(huán)境搬到學(xué)校的實(shí)訓(xùn)室，在空間布置和操控方式上，力求和真實(shí)的船舶機(jī)艙一致，以達(dá)到最好的教學(xué)培訓(xùn)效果。武漢交通職業(yè)學(xué)院輪機(jī)自動(dòng)化實(shí)訓(xùn)機(jī)艙是在原有船舶機(jī)艙實(shí)訓(xùn)室基礎(chǔ)上增加集控室以及相應(yīng)的主機(jī)遙控監(jiān)控系統(tǒng)、船舶電站監(jiān)控系統(tǒng)、船舶動(dòng)力管系監(jiān)控系統(tǒng)等，組成一個(gè)完整的輪機(jī)實(shí)訓(xùn)機(jī)艙。

2.1主機(jī)遙控監(jiān)控系統(tǒng)

實(shí)訓(xùn)機(jī)艙遵循船舶主機(jī)實(shí)際控制方式，由遙控操縱臺(tái)、遙控裝置、調(diào)速裝置、安全保護(hù)裝置以及遙控執(zhí)行機(jī)構(gòu)五大部分組成。

實(shí)訓(xùn)機(jī)艙主機(jī)遙控系統(tǒng)采用可編程序控制器為控制核心的控制單元，主要硬件采用西門子PLC控制器，軟件分別是PLC控制軟件和組態(tài)軟件。數(shù)據(jù)的采集與通訊通過(guò)PLC硬件獲得，PLC控制軟件程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)處理、邏輯判斷與控制執(zhí)行等功能;組態(tài)軟件程序通過(guò)網(wǎng)絡(luò)直接訪問(wèn)和修改PLC變量，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、狀態(tài)的輸出、顯示和存儲(chǔ)等功能。兩者配合使用使得系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)起來(lái)更加方便、更加人性化。整個(gè)系統(tǒng)將通過(guò)軟硬件結(jié)合的方式來(lái)滿足船舶機(jī)艙控制的需要。

主機(jī)遙控系統(tǒng)在駕駛室和集控室均能實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)訓(xùn)機(jī)艙柴油機(jī)的遠(yuǎn)距離控制，其功能包括起動(dòng)邏輯控制、換向邏輯控制、重復(fù)起動(dòng)邏輯控制、主機(jī)運(yùn)行中的換向與制動(dòng)邏輯控制、轉(zhuǎn)速與負(fù)荷控制;駕駛臺(tái)操縱、集控室操縱和機(jī)旁操縱三種控制方式及操縱部位切換功能。還具備有主機(jī)出現(xiàn)安全故障和緊急情況時(shí)，能自動(dòng)減速、自動(dòng)停車、應(yīng)急起動(dòng)及應(yīng)急加速和越控等功能。

船舶機(jī)艙監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)主機(jī)、輔助設(shè)備、舵機(jī)、電站、燃油等機(jī)艙設(shè)備的監(jiān)控，能準(zhǔn)確可靠地監(jiān)測(cè)到機(jī)艙內(nèi)各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及其參數(shù)，同時(shí)把實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，并用實(shí)時(shí)曲線監(jiān)控運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)狀態(tài)。主機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可通過(guò)三個(gè)界面來(lái)觀察數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)曲線的變化，三個(gè)轉(zhuǎn)換界面分別為轉(zhuǎn)速及增壓空氣曲線、壓力曲線和溫度曲線。在每個(gè)界面中可通過(guò)多選框來(lái)選擇具體參數(shù)，通過(guò)參數(shù)的實(shí)時(shí)走向來(lái)分析其參數(shù)的變化原因及對(duì)柴油機(jī)的影響，并對(duì)故障作出聲光報(bào)警、打印記錄和延伸報(bào)警等。

2.2船舶電站監(jiān)控系統(tǒng)

船舶電站的監(jiān)控系統(tǒng)由電站自動(dòng)控制系統(tǒng)、自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)和安全系統(tǒng)三個(gè)互相獨(dú)立又互相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)艙發(fā)電設(shè)備和用電設(shè)備的監(jiān)控。船舶電站自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠自動(dòng)處理電站出現(xiàn)的一般故障、嚴(yán)重故障、電站功率的自動(dòng)管理以及電壓、頻率的恒定和柴油發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)起動(dòng)并車、解列等各項(xiàng)控制功能。

船舶電站自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)能自動(dòng)地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電站各設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)，這些設(shè)備包括機(jī)組原動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、配電系統(tǒng)的機(jī)械參數(shù)、電氣參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)，監(jiān)測(cè)量可以是模擬量，也可以是開(kāi)關(guān)量。自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)將監(jiān)測(cè)量的監(jiān)測(cè)結(jié)果實(shí)時(shí)與事先設(shè)定的限定值進(jìn)行比較，當(dāng)被測(cè)量越限時(shí)，將會(huì)發(fā)出相應(yīng)的聲光報(bào)警信號(hào)，并設(shè)有相應(yīng)的報(bào)警應(yīng)答裝置。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行打印、記錄、并對(duì)被測(cè)參數(shù)的越限情況進(jìn)行登記。當(dāng)電站控制系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生危及電站系統(tǒng)內(nèi)各主要設(shè)備安全的嚴(yán)重故障時(shí)，自動(dòng)化電站安全系統(tǒng)應(yīng)能自動(dòng)產(chǎn)生保護(hù)性動(dòng)作，避免事故的進(jìn)一步擴(kuò)大，保護(hù)船員的人身安全。

2.3機(jī)艙動(dòng)力管系監(jiān)控系統(tǒng)

船舶實(shí)訓(xùn)機(jī)艙布置了各種管路，將各個(gè)設(shè)備有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，組成船舶機(jī)艙動(dòng)力管系。機(jī)艙動(dòng)力管系監(jiān)控系統(tǒng)包括淡水系統(tǒng)、海水系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)、報(bào)警數(shù)據(jù)列表以及各油柜和動(dòng)力管系的運(yùn)行狀態(tài)、參數(shù)、報(bào)警等，并把實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，實(shí)時(shí)液位監(jiān)控各參數(shù)的實(shí)時(shí)狀態(tài)。通過(guò)觀察各狀態(tài)參數(shù)和報(bào)警狀態(tài)，來(lái)分析確認(rèn)系統(tǒng)是否正常運(yùn)行，故障時(shí)予以停機(jī)修理、維護(hù)保養(yǎng)。通過(guò)監(jiān)控軟件，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)艙整體的遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)時(shí)調(diào)控機(jī)艙各大動(dòng)力管系，通過(guò)對(duì)參數(shù)對(duì)比及報(bào)警內(nèi)容的分析，最大可能地保護(hù)系統(tǒng)安全，提高系統(tǒng)的可操作性。

3 自動(dòng)化實(shí)訓(xùn)機(jī)艙教學(xué)實(shí)踐

當(dāng)前船舶電氣自動(dòng)化程度越來(lái)越高，對(duì)輪機(jī)專業(yè)學(xué)員的教學(xué)實(shí)踐提出更高的要求，船舶自動(dòng)化實(shí)訓(xùn)機(jī)艙的建立對(duì)輪機(jī)專業(yè)的教學(xué)提供了一個(gè)很好的平臺(tái)。

3.1教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)

輪機(jī)自動(dòng)化知識(shí)是輪機(jī)工程專業(yè)的核心課程，在理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)上都有較高的要求。船舶自動(dòng)化實(shí)訓(xùn)機(jī)艙可以將理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，將教室移到實(shí)訓(xùn)機(jī)艙，一邊講授機(jī)艙設(shè)備的工作原理和操作管理，一邊進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作演示，這樣可以大大加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，教學(xué)效果也將明顯提高。自動(dòng)控制系統(tǒng)是對(duì)船舶設(shè)備的控制，是動(dòng)力設(shè)備的組成部分，可作為輪機(jī)工程專業(yè)所有專業(yè)課程現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)的實(shí)訓(xùn)實(shí)施。自動(dòng)化實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)更可以讓學(xué)生在自動(dòng)化實(shí)訓(xùn)機(jī)艙設(shè)備上操作訓(xùn)練學(xué)習(xí)，完成諸如主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)控制、巡回檢測(cè)及警報(bào)故障等實(shí)操評(píng)估項(xiàng)目的教學(xué)。新的《海船船員培訓(xùn)大綱（2016）》要求加強(qiáng)對(duì)船員在實(shí)踐方面的教學(xué)，船舶自動(dòng)化實(shí)訓(xùn)機(jī)艙是滿足教學(xué)大綱實(shí)踐的不可或缺的教學(xué)設(shè)施。

3.2綜合訓(xùn)練平臺(tái)

現(xiàn)有的大多數(shù)航海類院校都建有輪機(jī)模擬器，通過(guò)鼠標(biāo)和鍵盤來(lái)模擬操縱機(jī)器設(shè)備，并通過(guò)顯示屏和展示板來(lái)呈現(xiàn)船舶設(shè)備的運(yùn)行。輪機(jī)模擬器雖然可以給沒(méi)有上過(guò)船的學(xué)生建立起一個(gè)完整的機(jī)艙概念，但并不能給學(xué)生一個(gè)真實(shí)的機(jī)艙感受，而自動(dòng)化實(shí)訓(xùn)機(jī)艙是在原有的船舶機(jī)艙的基礎(chǔ)上建立一個(gè)具有控制和監(jiān)控功能的集控中心，組合成一個(gè)完整的輪機(jī)機(jī)艙，具有真實(shí)的船舶機(jī)艙幾乎一樣的功能，極大地增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)專業(yè)的認(rèn)知感。另外，輪機(jī)工程專業(yè)先后按學(xué)科將專業(yè)知識(shí)分為5門課程和7門課程組織教學(xué)，但就專業(yè)知識(shí)體系來(lái)講，船舶輪機(jī)是一個(gè)相互關(guān)聯(lián)的整體學(xué)科，相關(guān)設(shè)備之間相輔相成，不可分割。因此，在完成相應(yīng)的專業(yè)課教學(xué)之后，船舶自動(dòng)化實(shí)訓(xùn)機(jī)艙可以讓學(xué)生建立一個(gè)完整的知識(shí)體系和整體性的機(jī)艙概念，教學(xué)效果也將大大提高。

3.3船員培訓(xùn)考試評(píng)估基地

近幾年，隨著世界經(jīng)濟(jì)形勢(shì)萎靡不振，航運(yùn)業(yè)也迎來(lái)了寒冬，船員需求減少，航海教育也進(jìn)入了調(diào)整期。自動(dòng)化實(shí)訓(xùn)機(jī)艙的建設(shè)將大大增強(qiáng)我校的辦學(xué)實(shí)力，一方面可以滿足我校船員考試的評(píng)估工作，另一方面還可以與社會(huì)船員服務(wù)機(jī)構(gòu)開(kāi)展校企合作，充分利用我校的教學(xué)資源，組織社會(huì)船員進(jìn)行各類船員培訓(xùn)，擴(kuò)大我校行業(yè)知名度，將我校建成中部地區(qū)海船船員考試評(píng)估基地。

3.4 教師提升和科研活動(dòng)平臺(tái)

隨著科技的發(fā)展，船舶自動(dòng)化技術(shù)也在不斷發(fā)展，作為教學(xué)一線的教師，也需要不斷地學(xué)習(xí)最新的專業(yè)知識(shí)，跟上船舶自動(dòng)化技術(shù)的步伐。船舶自動(dòng)化機(jī)艙一方面為教師提供了一個(gè)提升自我的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。教師可參與到自動(dòng)化機(jī)艙的建設(shè)中去，不僅可以使建設(shè)的自動(dòng)化實(shí)訓(xùn)機(jī)艙更好地服務(wù)教學(xué)，還可以鍛煉教師的業(yè)務(wù)能力。另一方面，教師還可以利用實(shí)訓(xùn)機(jī)艙開(kāi)展自動(dòng)控制方面的科研工作，并可作為輪機(jī)工程專業(yè)的綜合科研平臺(tái)，進(jìn)行各項(xiàng)專題科研活動(dòng)。

4 結(jié)語(yǔ)

船舶機(jī)艙的自動(dòng)化是當(dāng)今船舶發(fā)展的大趨勢(shì)。作為培養(yǎng)高級(jí)輪機(jī)管理人員的航海院校，迫切需要建設(shè)一座與實(shí)船相似的輪機(jī)自動(dòng)化實(shí)訓(xùn)機(jī)艙，使學(xué)生能夠在真實(shí)的環(huán)境和氣氛中進(jìn)行訓(xùn)練。自動(dòng)化實(shí)訓(xùn)機(jī)艙的建設(shè)為我們老師提升專業(yè)技能和開(kāi)展教學(xué)、科研活動(dòng)提供了一個(gè)好的平臺(tái)，將極大地改善船員培訓(xùn)教育的辦學(xué)條件。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉磊.基于輪機(jī)模擬器的高職《輪機(jī)自動(dòng)化》課程教學(xué)改革.職業(yè)教育.2015（6）：164-165

[2] 葉翠安.輪機(jī)自動(dòng)化機(jī)艙的建設(shè)與教學(xué)改革的探討.廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào).2010（8）：73-74.

[3] 王琪.高職輪機(jī)自動(dòng)化課程教學(xué)模式改革.廣州航海高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào).2010（9）：41-42.

[4] 黃步松.輪機(jī)自動(dòng)化機(jī)艙綜合實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)與管理.航海教育研究.2011（2）：78-79