计算机技术在船舶轮机模拟系统中的应用

周广丰　王兆省

摘要：船舶轮机模拟系统中包含有多个组成部件，所发挥出的功能也各有不同，就船舶轮机模拟系统的应用来说，要想使得其应用效果可以得到明显的提升，就需要将计算机技术融合到船舶轮机模拟系统中。文章针对计算机技术在船舶轮机模拟系统中实现的方法进行了研究，希望能够为相关人员提供一定的参考和借鉴。

关键词：计算机技术；船舶轮机；模拟系统；船舶机械；自动化控制 文献标识码：A

中图分类号：U661 文章编号：1009-2374（2016）03-0045-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.03.023

船舶机械也称作轮机。轮机中主要包括的装置就是主机和辅机。目前的轮机均采用自动化控制，其内部的控制系统也越来越多。利用自动化控制系统来对相关的数据资料进行收集、整理和记录，从而减轻相关工作人员的工作负担。同时，在计算机技术高速发展的过程中，船舶轮机自动化的水平也逐渐得到了提高，船舶轮机中设置了专门的模拟系统，并融合了计算机技术。从而可以有效地进行轮机的模拟操作，以便能够检查出船舶轮机在运行中存在的问题。下面本文就主要针对计算机技术在船舶轮机模拟系统中的应用进行深入的分析。

1 系统组成

就目前的船舶轮机模拟系统来说，其包含的组成元件主要有计算机、PIC、主控制台、锅炉操作屏、电站操作屏等。这些构件连接在一起，就构成了船舶轮机模拟系统。具体的系统组成见图1：

在图1中，学院计算机主要是用作对轮机系统管道设备进行控制和运作的设备，这一设备能够有效地对教师计算机中可能出现的故障问题进行解决和排除，并且针对主机可能出现的问题进行应急处理。而教师计算机主要是针对学员的上机操作情况进行监督的一个设备，该设备能够有效地对计算机学员的上机操作进行规范控制，在系统出现故障的时候，能够起到良好的处理作用，并且能够针对驾驶室进行有效的掌控。另外，报警计算机则主要起到的是针对船舶轮机系统中含有的各个参数进行详尽的记录，并利用这些参数来进行报警处理的作用。最后一项打印机就是针对应发生报警的故障情况进行数据的打印，同时对学员的操作情况进行数据表打印。在轮机模拟系统的中间层，主要设置的装置有锅炉PLC、主控PLC以及电站PLC。其中主控PLC就是轮机模拟系统所具有的各项功能的集合体，能够实现系统各项功能的有效操控，并且可以对各种参数进行收集，同时发出相应的指令，以保障PLC与计算机之间可以实现有效的连接和数据的正常传递。而锅炉PLC则主要是能够对锅炉进行模拟操控，从而保障锅炉运行的安全性和可靠性。而电站PLC的最主要功能就是可以对电站模拟进行合理的操控，使得电站可以正常的运作。一般来说，主控台中主要设置的系统有油门操纵杆、车种以及汽轮等多个主要系统，这些系统得到合理的应用后，就能够利用显示仪表对相关的参数进行模拟显示，从而使得主机可以根据显示的参数来选择合理的控制方式，以实现对开关切换的有效操作。而就汽轮系统来说，其内部的运行设备主要是由各种状态指示灯所构成的，能够起到控制主机运行、报警按钮以及应急开关等的作用。轮机模拟系统中的锅炉操作屏主要是通过操作开关以及指示灯的连接所构成的，锅炉操作屏在实际的应用中，不仅能够使得锅炉水位可以实现自动化，而且还能够使得蒸汽压力得到良好的控制。另外，锅炉操作屏在具体的应用过程中，还能够有效地实现对自动点火以及油量大小的自动化调控，从而使得轮机模拟系统能够更为稳定地运行。电站操纵屏中，包含了仪表、操作开关以及指示灯三个构件，这三个构件有效地帮助了电站操纵屏对发电机进行控制，使得发电机的启动、并电、转角以及频率可以得到有效的调试。

2 主要功能

2.1 操作情况记录功能

学员对系统中任何设备（硬件开关和软件模拟设备）的操作均有相应的操作记录，操作记录的内容包括操作设备名称和操作的时间，同时操作记录还能通过打印机打印输出。

2.2 置复启动功能

主机遥控系统设有三次重复启动功能。当主机遥控启动失败后，自动延时后进行再次启动，如仍失败，可进行第三次启动。有指示灯显示启动成功或失败。

2.3 启动负荷（油量）设定功能

为保证主机启动的成功率，在启动时给予一定的油量。当主机启动时，预先给定的油量立即加入，主机产生“冲车”现象，延时一段時间后，切换到正常油量控制。

2.4 主机启动装置状态指示功能

主机启动装置由一系列指示灯组成，当主机启动时，车钟正、倒车，换向缸正、倒车，准备启动，启动，正在启动，启动结束等一系列指示灯顺序显示。通过这些灯，可以直观、醒目地看到主机启动的时序状态。

2.5 仪衰显示功能

主控台安装有21块模拟显示仪表，集中显示轮机系统主要参数。

2.6 全英文环境

模拟系统中所涉及的文字全部用英文表示，培养学员的英文能力，适应各种船舶。

3 实现方法

3.1 主机启动的模拟方法

在船舶轮机模拟系统中，计算机技术的应用有效地将主机遥控启动PLC的工作分为了两个阶段：其一，针对主机遥控启动所需要的逻辑条件进行判断。在充分考虑到启动所需要的条件的情况下，针对启动动作时间范围进行合理的分析，判断是否所有的启动时间均在既定的范围内完成。其二，针对主机在运行的过程中其转速的具体情况进行分析。判断主机转速在既定的时间范围内，是否达到了断气转速、发火转速等水平。值得注意的是，在船舶轮机模拟系统中应用计算机技术的过程中，还需要注意针对油气的并进配比系数进行调节，同时针对启动的油量多少进行调控，从而保障计算机技术可以合理地应用到船舶轮机模拟系统中，使得主机的模拟启动可以高效实现。

3.2 主机转速控制的方法

在对主机转速进行遥控操作的过程中，主机的转速值应该设定在合理的范围之内，并且利用集控室油门杆来对主机的转速进行控制以及利用驾驶控制室的车钟来对主机转速值进行输送。当这些主机转速值被传送到轮机中后，会对轮机的速度进行合理的控制，同时也可以对程序的负荷加速度进行合理的掌控，这样就可以输出具体的油量应用值，并且针对油量进行合理的调节后，通过回路将油量的具体值作为主机转速的具体值进行传送，然后再利用PID根据具体的主机转速情况来进行相关数值的调控。一般来说，在船舶轮机模拟系统中，除了要设置主机转速调控系统，还要设置增压空气压力系统，以达到限制压力、转矩以及转速的效果。如果主机在受到一些因素的影响下，出现了转速加快的情况，那么相应的所需要消耗的油量也会相应的增加，这样就会使得原本的油量无法支撑主机高速运转，因此会出现燃烧不充分的情况。而利用增压空气压力来对用油量进行有效的控制，可以使得燃烧不充分的情况得以有效的改善。增压空气压力限油主要是依据增压空气所表现出的压力情况以及其与转速之间的关系，通过在统一转速下进行计算，就可以获取相应的增压空气压力值，计算所获取的空气压力值为当前转速下所能够获取到的最大的空气压力值，根据这一压力值可以使得限油达到最理想的状态。主机与螺旋桨之间是连接的关系，两者在连接的过程中，需要充分考虑到螺旋桨在实际的运转过程中，所具有的特性也就是所谓的功率和转速之间的比例关系。在充分地考虑到这一要素后，就可以对在主机运转的过程中所需要消耗的油量进行计算。在船舶轮机模拟系统中，主机转速、螺旋桨与油量之间相互联系，相互配合，共同发挥作用。

3.3 故障设置和排除故障的方法

教师计算机可以针对故障进行有效的设置，教师计算机在启动后，就可以针对可能出现的故障进行功能设置，这样就可以使得系统中的各个部件都可以被设置上故障功能。在故障功能完成设置后，可以利用主控计算机来进行相关完成标志的输送，在主控PLC接收到相关完成标志后，就可以利用主控PLC所具备的逻辑编辑功能以及判断性能来进行故障运算，从而总结得出具体的故障问题，利用声、光等来进行报警处理。学员依据报警所反映出的现象，利用学员计算机进行相关故障的查找，并确定出现故障的设备，从而采取有效的措施来对设备出现的故障现象进行有效的排除处理。

4 结语

综上所述，船舶轮机模拟系统在设计上，不仅需要考虑到硬件的应用质量，同时也要充分地考虑到轮机系统在应用过程中所呈现出来的一些特点，从而可以在硬件上合理地进行模拟实验，并设置主机控制台、电站控制以及锅炉控制。而在软件上，需要对各种管道系统进行设计方案的制定，保障管道系统位置设置的精确性和操作的合理性。而針对计算机进行选择的时候，最好是选择三台计算机，这样可以使得计算机的任务分配更加合理。将计算机技术应用到船舶轮机模拟系统中，不仅使得相关学员的故障处理能力得到了加强，同时也使得管道系统可以更加直观地进行观察，可以说计算机技术在船舶轮机模拟系统有着突出的应用优势。

参考文献

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作者简介：周广丰（1989-），男，浙江湖州人，上海海事大学商船学院硕士研究生，研究方向：船舶辅机；王兆省（1986-），男，山东菏泽人，上海海事大学商船学院硕士研究生，研究方向：船舶动力系统。

（责任编辑：陈 洁）