一种教学用的船用吊机模拟器的制作方法

本发明涉及一种教学用的船用吊机模拟器，特别涉及一种供航海类学员教学使用的船用吊机模拟器。

背景技术

近年来，随着我国航运事业的发展，各大航运企业对船舶运营周期愈来愈重视，船舶运营周期由海上航行时间和港泊时间组成。为缩短滞留时间，加快运输周期，降低运营成本，在船上安装起重机就可以大大提高起重作业的效率。

船用吊机主要安装在多用途的船舶甲板上。其中，电液船用吊机具有较大的起重能力，操纵方便，易于实现无极变速，可控制性高，得到了越来越广泛的应用。然而电液船用吊机的系统复杂，故障率相对较高，且故障后不易诊断。因此，目前对电液船用吊机的操作人员提出了新的要求，能够熟练掌握电液船用吊机的操作，并在设备故障时能够快速判断出故障点成为了航海类学员必须掌握的技能之一。

由于航海类学员本身技术不足和场地的限制，让学员实际操作会消耗大量的资源和资金。并且，电液船用吊机的主要的液压元件均包裹在阀体内部，航海类学员亦无法观察到设备的内部结构以及内部原理。这些因素都会对航海类学员的训练造成很多不利的影响。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种教学用的船用吊机模拟器，为航海学员提供练习平台，虚拟仿真船用吊机装置，提高学员随机应变的能力。可以用于培训和考核航海学员对船用吊机的使用。

为了解决上述问题，本发明提供一种教学用的船用吊机模拟器，用于对虚拟船用吊机进行仿真操作，包含：

带显示屏的计算机，所述计算机安装有虚拟船用吊机的动态仿真程序，能在显示屏上仿真、动态显示虚拟船用吊机所进行的工作；

信号输入输出模块，由信号输入模块和信号输出模块组成；所述信号输入模块用于输入操作指令，包括第一操纵杆和第二操作杆；第一操纵杆用来仿真控制虚拟船用吊机起重臂的增幅、减幅；第二操纵杆用来仿真控制虚拟船用吊机起重臂的上升、下降；所述信号输出模块用于操作指示和报警指示；

信号处理模块，为可编程控制器，与信号输入输出模块和计算机通信连接；处理信号输入模块的操作指令，生成虚拟船用吊机的操作指令信号，发送给计算机；计算机根据虚拟船用吊机的操作指令信号，仿真显示虚拟船用吊机工作场景；计算机还预设有安全运行参数，包含虚拟船用吊机的限位值和限载值，根据限位值和限载值判断船用吊机是否正常运行，并根据运行状态发送反馈信号；信号处理模块根据反馈信号令输出模块发出相应的操作指示、报警指示；

数据通讯模块，设置在信号处理模块和计算机之间，与信号处理模块和计算机通信连接；为信号处理模块提供数据接口，实现信号处理模块和计算机之间信息交互；同时还为信号处理模块和计算机之间的交互信息进行数模或模数转换。

所述数据通讯模块包含互相连接的分布式io模块和数据转换器；分布式io模块与信号处理模块相连，为信号处理模块提供数据通讯接口，实现信号处理模块和计算机之间信息交互；数据转换器对分布式io模块和计算机之间的交互信息进行数模或模数转换。

所述信号输入模块还包括若干按钮，均与可编程控制器连接；所述按钮包括：电源开、关按钮，用于控制本教学用的船用吊机模拟器的启停；油泵启动、停止按钮，用于模拟控制油泵的运行；紧急停止按钮，用于模拟船用吊机故障状态下对船用吊机的中断操作。

所述信号输出模块包括多个指示灯和一个报警器，均与可编程控制器连接，由可编程控制器控制，发出相应的声、光信号；所述多个指示灯包括操作指示灯和报警指示灯；所述操作指示灯包含下降、上升、增幅、减幅、右旋转和左旋转指示灯，分别用于指示可令吊起重臂的相应操作；所述多个报警指示灯包含变幅极限、旋转极限、起升极限指示灯，用于对错误操作进行报警；所述报警器配合各个报警指示灯发出报警信号。

所述限位值为，虚拟船用吊机起重臂的变幅范围、角度旋转范围、起升高度值；所述限载值为及船用吊机的虚拟限载重量、油泵电机最大功率。

所述反馈信号为，油泵运行信号、油泵电机过载信号；船用吊机的起重臂上升、下降、左右旋转、减幅、增幅信号，起重臂到达变幅极限、旋转极限、起升极限的信号；船用吊机重量过载信号。

所述分布式io模块通过profibus-dp现场总线技术与可编程处理器通讯。

该发明的教学用船用吊机具有投资少、效果好、效率高、可重复和不受时间地点与气候条件限制的优点，高度仿真模拟船用吊机工作场景，提高学员操作水平和应变能力。可以用于培训和考核航海学员对船用吊机的使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为本发明的教学用的船用吊机模拟器的操作面板示意图；

图2为本发明的教学用的船用吊机模拟器的系统结构图；

图3为本发明一实施例的系统流程图；

图中：1计算机、2按钮、3操纵杆、4报警器、5指示灯、6可编程控制器、7分布式io模块、8数据转换器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种教学用的船用吊机模拟器，对虚拟船用吊机进行仿真操作，模拟实际船用吊机的操作平台，提高学员操作水平和应变的能力。

为解决上述问题，本发明提供一种教学用船用吊机。图2为本发明的教学用的船用吊机模拟器的系统结构图。如图2所示，本发明包含：

带显示屏的计算机1，所述计算机1安装有虚拟船用吊机的动态仿真程序，能在显示屏上仿真显示虚拟的船用吊机，并实时显示其工作画面；所述显示效果为船用吊机工作的3d模拟画面；

优选的，本计算机1选用装有win1064位操作系统的台式机，cpu的主频为3.4ghz，内存为8gb，能为所述动态仿真程序提供兼容的操作环境，且能满足3d建模的要求。

信号输入输出模块，由信号输入模块和信号输出模块组成；如图1所示，所述信号输入模块包括第一操纵杆3、第二操纵杆3和若干按钮2。操作者通过操纵杆3和按钮2，发出对虚拟船用吊机的操作指令。第一操纵杆3用来仿真控制虚拟船用吊机起重臂的增幅、减幅，第二操纵杆3用来仿真控制虚拟船用吊机起重臂的上升下降。所述按钮2包括电源开、关按钮2，用于控制本教学用的船用吊机模拟器的启停；油泵启动、停止按钮2，用于模拟控制油泵的运行；紧急停止按钮2，用于模拟船用吊机故障状态下，对船用吊机的中断操作；

所述信号输出模块包含多个指示灯5和一个报警器4。如图1所示，所述多个指示灯5包括多个操作指示灯5和多个报警指示灯5，用于操作指示和报警指示。所述操作指示灯5包含下降、上升、增幅、减幅、右旋转和左旋转指示灯5分别用于指示虚拟船用吊机起重臂的相应工作状态；所述多个报警指示灯5包含变幅极限、旋转极限、起升极限指示灯5用于对错误操作进行报警；所述报警器4配合各个报警指示灯5发出报警信号。

优选的，所述的指示灯5为发光led二极管，具有节能、使用寿命长等优点。

优选的，所述报警器4为蜂鸣器。

信号处理模块，为可编程控制器6，设有多个接口。所述信号输入输出模块的各个操纵杆3、按钮2、指示灯5、报警器4均通过可编程控制器6的接口安装在可编程控制器6上。信号处理模块与计算机1通信连接。信号处理模块根据操作人员的指令，生成虚拟船用吊机的操作指令信号，发送给计算机1。计算机1根据所述操作指令信号，令虚拟船用吊机的起重臂运动，仿真显示虚拟船用吊机工作场景。

优选的，所述的可编程控制器6为西门子s7-300，结构模块化、电磁兼容性强、抗震动冲击性能好，性价比高，广泛应用于工业控制领域。

在实际情况下，船用吊机的起重臂的变幅、旋转角度、起升的范围都是有限的，并且船用吊机的所能吊起的重量也是一定的。因此，计算机1还预设有虚拟船用吊机的安全运行参数，包含限位值、限载值。所述限位值为起重臂的变幅范围、旋转角度范围、起升高度值；所述限载值为及船用吊机的虚拟限载重量、油泵电机最大功率。同时计算机1还设定不同重量参数来模拟在码头用船用吊机吊起不同重量的货物。实际操作中，计算机1将操作结果与限位值进行比对，将起吊重量与限载值比对，将油泵电机功率与最大电机功率参数比对，根据比对结果判断船用吊机是否正常运行，发送反馈信号给信号处理模块。信号处理模块处理反馈信号，令信号输出模块发出相应的指示信号、报警信号。当发生报警时，操作者根据报警指示进行下一步处理。同时，考核人员还可以通过信号输出模块获悉学员的操作水平，以便更好的对学员进行教学和考核。

所述反馈信号为，油泵运行信号、油泵电机过载信号；船用吊机的起重臂上升、下降、左右旋转、减幅、增幅信号；起重臂到达变幅极限、旋转极限、起升极限的信号；船用吊机重量过载信号。

数据通讯模块，设置在信号处理模块和计算机1之间，与信号处理模块和计算机1通信连接；为信号处理模块提供数据接口，同时还为信号处理模块和计算机1之间的交互信息进行数模或模数转换。

所述数据通讯模块包含互相连接的分布式io模块7和数据转换器8。分布式io模块7与可编程控制器6相连，为可编程控制器6与计算机1的通讯提供接口。其中可编程控制器6作为主站，分布式io模块7作为从站，主站处理数据，从站将主站处理的数据与计算机1进行交互。分布式io模块7通过profibus-dp(decentralizedperiphery分布式外围设备)现场总线技术与可编程处理器6通讯。数据转换器8对分布式io模块7和计算机1之间的交互信息进行数模或模数转换。

优选的，所述的分布式io模块7为et200m，具有体积小，兼容性高，能高速通信、且对运行环境要求低的优点。

本发明的具体操作步骤为：

s1、启动计算机1、按下操作面板的电源按钮2，启动该模拟器，并按下油泵启动按钮2，电源指示灯5和油泵运行指示灯5亮，虚拟船用吊机开始工作；

s2、操作者通过操纵杆3对虚拟船用吊机执行操作，包括下降、上升、减幅、增幅、左旋转、右旋转等，可编程控制器6根据操作生成操作指令信号，由数据通讯模块发送给计算机1；

s3、计算机1接收操作指令信号，仿真显示虚拟船用吊机的实时工作画面，并通过数据通讯模块发送反馈信号；

s4、可编程控制器6接收并处理反馈信号，当操作正常时，进入s6；当操作错误时，进入s5；

s5、信号输出模块根据操纵杆3的具体操作，对应的起升极限、变幅极限、旋转极限、重量过载报警指示灯5亮，同时蜂鸣器报警；操作者根据报警指示，改正操作；进入s2；

s6、信号输出模块根据操纵杆3的具体操作，对应的下降、上升、减幅、增幅、左旋转或右旋转操作指示灯5亮，蜂鸣器无报警；当操作结束，进入s7；否则，进入s2；

s7、按下油泵停止按钮2，虚拟船用吊机停止动作；关闭计算机1，按下操作面板的电源关闭按钮2，关闭本模拟器。

同时计算机1还可以模拟船用吊机故障停机的场景，此时仅有蜂鸣器报警，操作者按下紧急停止按钮2做出响应。

本发明所提供的教学用船用吊机，仿真模拟船用吊机的操作，可以用于培训和考核航海学员对船用吊机的使用。且本发明无使用条件限制，大大降低了训练成本，提高了培训效率，有广泛的应用前景。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。