計算機技術在船舶輪機模擬系統中的應用

周廣豐　王兆省

摘要：船舶輪機模擬系統中包含有多個組成部件，所發揮出的功能也各有不同，就船舶輪機模擬系統的應用來說，要想使得其應用效果可以得到明顯的提升，就需要將計算機技術融合到船舶輪機模擬系統中。文章針對計算機技術在船舶輪機模擬系統中實現的方法進行了研究，希望能夠為相關人員提供一定的參考和借鑒。

關鍵詞：計算機技術；船舶輪機；模擬系統；船舶機械；自動化控制 文獻標識碼：A

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

船舶機械也稱作輪機。輪機中主要包括的裝置就是主機和輔機。目前的輪機均采用自動化控制，其內部的控制系統也越來越多。利用自動化控制系統來對相關的數據資料進行收集、整理和記錄，從而減輕相關工作人員的工作負擔。同時，在計算機技術高速發展的過程中，船舶輪機自動化的水平也逐漸得到了提高，船舶輪機中設置了專門的模擬系統，并融合了計算機技術。從而可以有效地進行輪機的模擬操作，以便能夠檢查出船舶輪機在運行中存在的問題。下面本文就主要針對計算機技術在船舶輪機模擬系統中的應用進行深入的分析。

1 系統組成

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

在圖1中，學院計算機主要是用作對輪機系統管道設備進行控制和運作的設備，這一設備能夠有效地對教師計算機中可能出現的故障問題進行解決和排除，并且針對主機可能出現的問題進行應急處理。而教師計算機主要是針對學員的上機操作情況進行監督的一個設備，該設備能夠有效地對計算機學員的上機操作進行規范控制，在系統出現故障的時候，能夠起到良好的處理作用，并且能夠針對駕駛室進行有效的掌控。另外，報警計算機則主要起到的是針對船舶輪機系統中含有的各個參數進行詳盡的記錄，并利用這些參數來進行報警處理的作用。最后一項打印機就是針對應發生報警的故障情況進行數據的打印，同時對學員的操作情況進行數據表打印。在輪機模擬系統的中間層，主要設置的裝置有鍋爐PLC、主控PLC以及電站PLC。其中主控PLC就是輪機模擬系統所具有的各項功能的集合體，能夠實現系統各項功能的有效操控，并且可以對各種參數進行收集，同時發出相應的指令，以保障PLC與計算機之間可以實現有效的連接和數據的正常傳遞。而鍋爐PLC則主要是能夠對鍋爐進行模擬操控，從而保障鍋爐運行的安全性和可靠性。而電站PLC的最主要功能就是可以對電站模擬進行合理的操控，使得電站可以正常的運作。一般來說，主控臺中主要設置的系統有油門操縱桿、車種以及汽輪等多個主要系統，這些系統得到合理的應用后，就能夠利用顯示儀表對相關的參數進行模擬顯示，從而使得主機可以根據顯示的參數來選擇合理的控制方式，以實現對開關切換的有效操作。而就汽輪系統來說，其內部的運行設備主要是由各種狀態指示燈所構成的，能夠起到控制主機運行、報警按鈕以及應急開關等的作用。輪機模擬系統中的鍋爐操作屏主要是通過操作開關以及指示燈的連接所構成的，鍋爐操作屏在實際的應用中，不僅能夠使得鍋爐水位可以實現自動化，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用過程中，還能夠有效地實現對自動點火以及油量大小的自動化調控，從而使得輪機模擬系統能夠更為穩定地運行。電站操縱屏中，包含了儀表、操作開關以及指示燈三個構件，這三個構件有效地幫助了電站操縱屏對發電機進行控制，使得發電機的啟動、并電、轉角以及頻率可以得到有效的調試。

2 主要功能

2.1 操作情況記錄功能

學員對系統中任何設備（硬件開關和軟件模擬設備）的操作均有相應的操作記錄，操作記錄的內容包括操作設備名稱和操作的時間，同時操作記錄還能通過打印機打印輸出。

2.2 置復啟動功能

主機遙控系統設有三次重復啟動功能。當主機遙控啟動失敗后，自動延時后進行再次啟動，如仍失敗，可進行第三次啟動。有指示燈顯示啟動成功或失敗。

2.3 啟動負荷（油量）設定功能

為保證主機啟動的成功率，在啟動時給予一定的油量。當主機啟動時，預先給定的油量立即加入，主機產生“沖車”現象，延時一段時間后，切換到正常油量控制。

2.4 主機啟動裝置狀態指示功能

主機啟動裝置由一系列指示燈組成，當主機啟動時，車鐘正、倒車，換向缸正、倒車，準備啟動，啟動，正在啟動，啟動結束等一系列指示燈順序顯示。通過這些燈，可以直觀、醒目地看到主機啟動的時序狀態。

2.5 儀衰顯示功能

主控臺安裝有21塊模擬顯示儀表，集中顯示輪機系統主要參數。

2.6 全英文環境

模擬系統中所涉及的文字全部用英文表示，培養學員的英文能力，適應各種船舶。

3 實現方法

3.1 主機啟動的模擬方法

在船舶輪機模擬系統中，計算機技術的應用有效地將主機遙控啟動PLC的工作分為了兩個階段：其一，針對主機遙控啟動所需要的邏輯條件進行判斷。在充分考慮到啟動所需要的條件的情況下，針對啟動動作時間范圍進行合理的分析，判斷是否所有的啟動時間均在既定的范圍內完成。其二，針對主機在運行的過程中其轉速的具體情況進行分析。判斷主機轉速在既定的時間范圍內，是否達到了斷氣轉速、發火轉速等水平。值得注意的是，在船舶輪機模擬系統中應用計算機技術的過程中，還需要注意針對油氣的并進配比系數進行調節，同時針對啟動的油量多少進行調控，從而保障計算機技術可以合理地應用到船舶輪機模擬系統中，使得主機的模擬啟動可以高效實現。

3.2 主機轉速控制的方法

在對主機轉速進行遙控操作的過程中，主機的轉速值應該設定在合理的范圍之內，并且利用集控室油門桿來對主機的轉速進行控制以及利用駕駛控制室的車鐘來對主機轉速值進行輸送。當這些主機轉速值被傳送到輪機中后，會對輪機的速度進行合理的控制，同時也可以對程序的負荷加速度進行合理的掌控，這樣就可以輸出具體的油量應用值，并且針對油量進行合理的調節后，通過回路將油量的具體值作為主機轉速的具體值進行傳送，然后再利用PID根據具體的主機轉速情況來進行相關數值的調控。一般來說，在船舶輪機模擬系統中，除了要設置主機轉速調控系統，還要設置增壓空氣壓力系統，以達到限制壓力、轉矩以及轉速的效果。如果主機在受到一些因素的影響下，出現了轉速加快的情況，那么相應的所需要消耗的油量也會相應的增加，這樣就會使得原本的油量無法支撐主機高速運轉，因此會出現燃燒不充分的情況。而利用增壓空氣壓力來對用油量進行有效的控制，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增壓空氣所表現出的壓力情況以及其與轉速之間的關系，通過在統一轉速下進行計算，就可以獲取相應的增壓空氣壓力值，計算所獲取的空氣壓力值為當前轉速下所能夠獲取到的最大的空氣壓力值，根據這一壓力值可以使得限油達到最理想的狀態。主機與螺旋槳之間是連接的關系，兩者在連接的過程中，需要充分考慮到螺旋槳在實際的運轉過程中，所具有的特性也就是所謂的功率和轉速之間的比例關系。在充分地考慮到這一要素后，就可以對在主機運轉的過程中所需要消耗的油量進行計算。在船舶輪機模擬系統中，主機轉速、螺旋槳與油量之間相互聯系，相互配合，共同發揮作用。

3.3 故障設置和排除故障的方法

教師計算機可以針對故障進行有效的設置，教師計算機在啟動后，就可以針對可能出現的故障進行功能設置，這樣就可以使得系統中的各個部件都可以被設置上故障功能。在故障功能完成設置后，可以利用主控計算機來進行相關完成標志的輸送，在主控PLC接收到相關完成標志后，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行故障運算，從而總結得出具體的故障問題，利用聲、光等來進行報警處理。學員依據報警所反映出的現象，利用學員計算機進行相關故障的查找，并確定出現故障的設備，從而采取有效的措施來對設備出現的故障現象進行有效的排除處理。

4 結語

綜上所述，船舶輪機模擬系統在設計上，不僅需要考慮到硬件的應用質量，同時也要充分地考慮到輪機系統在應用過程中所呈現出來的一些特點，從而可以在硬件上合理地進行模擬實驗，并設置主機控制臺、電站控制以及鍋爐控制。而在軟件上，需要對各種管道系統進行設計方案的制定，保障管道系統位置設置的精確性和操作的合理性。而針對計算機進行選擇的時候，最好是選擇三臺計算機，這樣可以使得計算機的任務分配更加合理。將計算機技術應用到船舶輪機模擬系統中，不僅使得相關學員的故障處理能力得到了加強，同時也使得管道系統可以更加直觀地進行觀察，可以說計算機技術在船舶輪機模擬系統有著突出的應用優勢。

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

（責任編輯：陳 潔）