船舶柴油机操控半实物仿真系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种船舶柴油机操控半实物仿真系统，包括实际的车钟、电子调速器、伺服装置和柴油主机仿真系统。本系统能够实现船舶主柴油机的启动、停车和加减速运转等操控功能，同时能够在虚拟现实环境中实时显示船舶主柴油机的单缸工作过程中温度变化等曲线，完成了大型船舶主柴油机立体化培训和控制系统的计算机辅助设计。使用者通过此系统可以直观的了解和熟悉主机操作，能够快速学习和了解船舶柴油主机操作各个组成部分及工作原理，而不用承担误操作带来的严重后果，大大减低了实际系统运行演示的成本以及误操作的影响。
【专利说明】
船舶柴油机操控半实物仿真系统
技术领域
[0001] 本实用新型设及一种设有一种船舶柴油机操控半实物仿真系统。设及专利分类号 G01测量;测试G01M机器或结构部件的静或动平衡的测试;其他类目中不包括的结构部件或 设备的测试G01M15/00发动机的测试G01M15/04内燃机测试，例如，活塞发动机诊断测试。
【背景技术】
[0002] 我国是世界海洋运输业大国，船员整体素质和职业技能水平对整个航运形势和航 运安全起着关键性的作用。怎样才能培育出高水平的船员，是各高等航海类院校和相关培 训机构的重要责任和使命。在实际的培训中，船舶主柴油机的操作和维护是很重要的培训 科目。由于实物试验平台建设和使用时，不论试验平台的利用率高低，会消耗大量的水、电、 柴油等资源，并产生一定的设备折旧、维修、维护及环境治理费用。当需要进行某些新方案、 新设备验证时，实物试验平台必须购置大量新设备，费用较高、采购周期较长，且新技术的 应用存在一定的技术风险，一旦出现问题，很容易造成设备损坏。目前模拟器中的仿真界面 基本采用二维界面，虽然功能上满足了模拟器的基本要求，但是无法满足模拟器发展的需 求。传统的轮机模拟训练仿真系统是在实验室内利用计算机仿真技术建立机舱内的实物， 再现船舶机舱各主要设备的控制与操作、各个状态与参数显示、声光报警设备等功能。但运 与真实船舶机舱环境还是有一定的差别，使得受训人员了解船舶机舱的真实环境还是有一 定的局限性。如果要想在轮机模拟器中再现真实的机舱环境，花费昂贵。如果利用虚拟现实 技术，模拟船舶机舱环境，建立Ξ维模型，使得学员可W沉浸在虚拟机舱环境中通过显示设 备和控制设备进行漫游并能进行一些控制操作，增强真实感，增强对机舱环境的了解。船舶 轮机模拟器在训练的经济性、反复训练学员的实际操作技能、提高学员分析和排除故障的 能力、大大缩短机损的变化过程及进行某些在实船上难W实现的特殊训练中具有不可替代 的优越性。应用船舶柴油机数字式电子调速器的测试平台对于避免和减少海难事故所产生 的社会效益是巨大而难W估量的。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型针对W上问题的提出，而研制的一种船舶柴油机操控半实物仿真系 统，包括模拟船舶操作的船舶主机控制单元和根据所述船舶主机控制单元发出的指令，根 据初始参数进行船舶主机工况虚拟计算的仿真模拟单元;所述的船舶主机控制单元包括：
[0004] 车钟，该车钟包括表盘和设置在表盘侧面的操作杆，所述的操作杆的旋转轴与电 位器电连接；
[0005] 所述的电位器的输出端依次通过单片机、数模转换模块、数字调速器和数字伺服 器最终与电动执行器电连接；
[0006] 工作时，使用者转动车钟操作杆至所述表盘的指定刻度区，所述的电位器发出与 所述操作杆运动幅度对应的电阻信号，电阻信号经过所述的单片机输出所述的电阻信号对 应的数值;该数值即为所述车钟输出的主机转速设定值；
[0007] 所述的数值输入所述的数模转换模块，转换成电信号传输至数字调速器，数字调 速器输出电压信号到数字伺服器，由数字伺服器控制所述的电动执行器给出喷油量信号。
[0008] 作为优选的实施方式，所述的电动执行器连接有数据采集卡，输出的喷油量信号 通过所述的数据采集卡经CAN总线传输至所述的仿真模拟单元。
[0009] 更进一步的，所述的仿真模拟单元至少包含:与第一显示器连接的第一计算机;与 第二显示器连接的第二计算机W及与仪表盘显示器连接的第Ξ计算机；
[0010] 所述的船舶主机控制单元集成在集成控制机箱中；
[0011] 所述的第一显示器、第二显示器W及所述的仪表盘显示器固定在操控台的前面板 内部，所述的多个显示器水平排列;所述的车钟固定在操控台水平操作面板表面；
[0012] 所述的第一计算机、第二计算机和第Ξ计算机W及集成控制机箱固定在操控台内 部。
[0013] 作为优选的实施方式，所述的单片机型号为MSP430F169。
[0014] 由于采用上述技术方案，本实用新型公开的一种船舶柴油机操控半实物仿真系统 将实际主机控制物件和软件仿真进行有机的结合，可W降低试验成本及风险系统，扩展性 较强，任意调节系统参数可进行新方案、新技术、新设备的验证。
【附图说明】
[0015] 为了更清楚的说明本实用新型的实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例 或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅 仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前 提下，还可W根据运些附图获得其他的附图。
[0016] 图1为本实用新型的模块示意图
[0017] 图2为本实用新型操作台的示意图
[0018] 图3为本实用新型车钟的示意图
【具体实施方式】
[0019] 为使本实用新型的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本实用新 型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
[0020] 如图1-3所示:一种船舶柴油机操控半实物仿真系统，用于完成船舶操控，尤其是 对船舶柴油主机的操作模拟。
[0021] 主要包括2大主要组件，模拟船舶集控室和轮机室操作的船舶主机控制单元1，该 单元供使用者操作，并将使用者的一系列操作，比如通过车钟控制船速，船舶的转舱操作W 及控制船舶主机的启动、调节转速等操作。
[0022] 还设有仿真模拟单元2,该单元根据船舶主机控制单元1手机到的操作信号，根据 设定参数进行船舶主机工况，通过虚拟计算，得出当前船舶主机的工作模型。在本实用新型 中，仿真模拟单元2可W采用现有的模拟设备，即本实用新型的主要实用新型点主要在能够 收集使用者操作的主机控制单元1和必要的其它硬件设备上，仿真模拟的实现，可W依赖诸 如武汉理工大学航运学院安装的全任务大型船舶操纵模拟器化vi-Trainer Professional 4000型等类似的软件模型或者必要的软硬件一体化设备，本实用新型能够提供固定此类硬 件设备的标准设备或者固定件。
[0023] 作为优选的实施方式，在本实施例中，所述的船舶主机控制单元1主要包括:经过 改造的车钟11，该车钟11主要包括带有船舶主机档位的表盘111和设置在表盘111侧面的操 作杆112,所述的操作杆112的旋转轴与电位器12电连接，即形成车钟模拟器，在使用过程 中，车钟11的操作杆112转动至表盘特定的位置，比如全速、3/4速前进档，电位器12就输出 相应的电阻信号。
[0024] 为了能够有效的将电阻信号转换成仿真模拟单元2能够识别的柴油机输入数据， 作为优选的实施方式，所述的电位器的输出端依次通过单片机17、数模转换模块13、数字调 速器14和数字伺服器15最终与电动执行器16电连接。
[0025] 电位器12输出的特定的电阻信号经过所述的单片机17转换后，输出所述的电阻信 号对应的数值;该数值即为所述车钟输出的主机转速设定值。在本实施例中，可选择能够将 输入的电阻值转换成特定数值输出的现有单片机。比如，可选择型号为MSP430F169的单片 机。
[0026] 当然，由于车钟11输出的阻值信号有限一般不超过10个，也可采用纯电路进行阻 值信号的输入和对应不同的电平信号的输出。
[0027] 由单片机17输出的所述的数值输入所述的数模转换模块13,转换成电信号传输至 数字调速器14。在本实施例中，数模转换模块13可采用成熟的PCF8591模块AD/DA转换模块。 数字调速器14最终输出与车钟11对应档位的电压信号，传输至数字伺服器15,最终由电动 执行器16根据数字伺服器15输出的信号给出对应的喷油量信号，作为最终的仿真模拟单元 2的柴油主机的输入值。
[0028] 作为可选的实施方式，车钟11通过5.OkQ的电位器发出电阻值信号，进入集控室 遥控系统将其转换为对应的主机转速设定值（4;00u巧0:0)，通过数模转换为4u部減的电 流值发送到数字调速器系统，调速器则输出-lOu+lOV电压信号到数字伺服装置，控制执 行电机调节给油量，从而实现对主机转速的控制。
[0029] 更进一步的，为了保证两个主要单元船舶主机控制单元1和仿真模拟单元2的数据 传输，作为优选的实施方式，在所述的两个单元通过CAN总线传输各类控制信号。
[0030] 比如在电动执行器16上连接数据采集卡3,作为船舶主机控制单元1的输出，输出 的喷油量信号通过所述的数据采集卡3经CAN总线传输至所述的仿真模拟单元2。
[0031] 为了能够直观的向使用者反馈仿真模拟单元2根据输入参数的模拟结果。作为优 选的实施方式，该单元至少包含:与第一显示器21连接的第一计算机24;与第二显示器22连 接的第二计算机25W及与仪表盘显示器23连接的第Ξ计算机26。通过上述显示器，完成起 动主机、调速、换向等功能，含有主机转速表、主机功率表、起动空气压力表等重要参数指示 表，轮机培训人员可W点击台面上的触摸屏，在屏幕上查看柴油主机工况、手动设置和修改 参数，完成控制位置转换、换向、修改报警上下限等操作。
[0032] 所述的船舶主机控制单元1集成在集成控制机箱27中。所述的第一显示器21、第二 显示器22W及所述的仪表盘显示器23固定在操控台5的前面板51内部，所述的多个显示器 水平排列;所述的车钟11固定在操控台5水平操作面板52表面。所述的第一计算机24、第二 计算机25和第Ξ计算机26 W及集成控制机箱27固定在操控台5内部。
[0033] W上所述，仅为本实用新型较佳的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不 局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型掲露的技术范围内，根据本实用 新型的技术方案及其实用新型构思加 W等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范 围之内。
【主权项】
1. 一种船舶柴油机操控半实物仿真系统，包括模拟船舶操作的船舶主机控制单元（1) 和根据所述船舶主机控制单元（1)发出的指令，根据初始参数进行船舶主机工况虚拟计算 的仿真模拟单元(2);其特征在于： 所述的船舶主机控制单元(1)包括： 车钟（11)，该车钟包括表盘（111)和设置在表盘（111)侧面的操作杆（112)，所述的操作 杆(112)的旋转轴与电位器(12)电连接； 所述的电位器的输出端依次通过单片机（17)、数模转换模块（13)、数字调速器（14)和 数字伺服器(15)最终与电动执行器(16)电连接； 工作时，使用者推动车钟（11)操作杆（112)至所述表盘（111)的指定刻度区，所述的电 位器（12)发出与所述操作杆（112)运动幅度对应的电阻信号，电阻信号经过所述的单片机 (17)输出所述的电阻信号对应的数值;该数值即为所述车钟输出的主机转速设定值； 所述的数值输入所述的数模转换模块（13)，转换成电信号传输至数字调速器（14)，数 字调速器输出电压信号到数字伺服放大器(15)，由数字伺服放大器（15)控制所述的电动执 行器(16)给出喷油量信号。2. 根据权利要求1所述的一种船舶柴油机操控半实物仿真系统，其特征还在于所述的 电动执行器（16)连接有数据采集卡（3)，输出的喷油量信号通过所述的数据采集卡（3)经 CAN总线传输至所述的仿真模拟单元(2)。3. 根据权利要求1或2所述的一种船舶柴油机操控半实物仿真系统，其特征还在于所述 的仿真模拟单元（2)至少包含：与第一显示器（21)连接的第一计算机（22);与第二显示器 (23)连接的第二计算机(24)以及与仪表盘显示器(25)连接的第三计算机(26); 所述的船舶主机控制单元(1)集成在集成控制机箱(27)中； 所述的第一显示器(21)、第二显示器(22)以及所述的仪表盘显示器(23)固定在操控台 (5)的前面板(51)内部，所述的多个显示器水平排列;所述的车钟（11)固定在操控台（5)水 平操作面板(52)表面； 所述的第一计算机(24)、第二计算机(25)和第三计算机(26)以及集成控制机箱(27)固 定在操控台（5)内部。4. 根据权利要求1所述的一种船舶柴油机操控半实物仿真系统，其特征还在于所述的 单片机型号为MSP430F169。
【文档编号】G01M15/04GK205620135SQ201620436165
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】刘雨
【申请人】大连海联自动控制有限公司