船舶主机控制系统课程教学方法探究

◎ 韦瑞棉 北部湾大学海运学院

《海船船员考试大纲》（2022版）[1]已经正式生效，新大纲对750kW及以上船舶电子电气员适任理论考试“船舶机舱自动化”科目中推进控制系统要求船舶电子电气专业毕业生熟悉掌握如下内容：主推进控制系统的分类、组成及功能，启动、换向和制动控制逻辑，转速与负荷控制，典型数字调速系统组成及工作原理，典型安全保护系统组成及工作原理，电/气（E/P）转换器、电/液（E/H）转换器的工作原理，典型主机遥控系统结构、各个组成单元的功能，变距桨的特点、变距桨主机控制系统的组成、变距桨主机遥控系统的控制方式，低速大功率电喷柴油机控制系统的组成、功能及重要参数的设置。

参照2022版大纲，船舶主机控制系统课程教学在内容和要求上有一些区别，对该课程的教材选择、授课进度以及教学方法进行探究。

1.船舶主机控制系统课程概述

1.1 以柴油机基础和柴油机的基本结构作为课程导入

《船舶主机控制系统》是船舶电子电气专业的核心专业课，其先修课程为电路原理、模拟与数字电子技术、电机学、自动控制原理和测试与传感技术。与轮机工程专业不同，船舶电子电气专业没有主推进动力装置这门课程，即学生对船舶主机知之甚少。任课教师需要把船舶主机和控制系统按先后顺序进行讲授，让学生掌握柴油机基础和柴油机的基本结构之后，才能更好地引入控制系统，最后形成船舶主机控制系统的完整教学。

1.2 主机遥控系统在轮机自动化中的重要地位

主机遥控系统不仅能改善轮机人员的工作条件，改善船舶的操纵性，而且还能提高船舶航行的安全性以及主机工作的可靠性和经济性，是轮机自动化的重要组成部分，也是现代船舶实现无人机舱必不可少的条件之一[2]。船舶电子电气员掌握船舶主机控制系统的工作原理，熟悉控制系统的布置、系统外围设备和各I/O的安装位置，才能更好地对该系统进行维修、维护和管理工作。

2.船舶主机控制系统课程教学所面临的问题

《海船船员考试大纲》（2022版）规定的内容，在课程学时少的情况下，要把船舶主机控制系统课程讲好难度不小。不同远洋船舶在使用的主机生产厂家和柴油机型号各不相同，船舶主机控制系统各异，内容繁多。对于没有校船的海事院校，无法在学生入学之后安排上船进行认知实习，学生对船舶知之甚少，对船舶主机更是一无所知。主机遥控系统的逻辑控制是船舶主机控制系统的难点，学生往往在学习该部分内容时感觉非常吃力。现有专业教材无法完全覆盖新的考试大纲的要求。

3.船舶主机控制系统教学方法探究

3.1 合理分配各主要知识点的学时和教学方法

目前，很多学校船舶主机控制系统课程设置成64学时，其中理论教学48学时，实践教学12学时，实训环节4学时。在64学时的总课时不变情况下，根据各知识点的难度和广度不同，在课程开课之前制定出教学计划表，如表1所示。在授课过程中，严格按照课时计划进行，由浅到深，循序渐进，由具体到抽象，让学生在潜移默化的学习进程中掌握到本课程的专业知识；最终达到事半功倍的教学效果。

表1 船舶主机控制系统的教学大纲设定

3.2 不同的主机生产厂家、主机型号，选用的控制系统各有不同

目前，国内常见的船舶主机生产厂家是沪东重机、大连柴油机厂和宜昌柴油机厂，国外主要船舶柴油机生产厂家有：Win GD公司，MAN B&W公司等。船舶主机控制系统国内外常见品牌：

国内主机控制系统常见品牌：上海驷博，锦州航星。

国外主机控制系统常见品牌：挪威Kongsberg AutoChief系列，日本Nabtesco Nabco系列，德国SAM SAM-Lyngso系列。

典型船舶主机控制系统AutoChief系列的发展历程：第一代和第二代产品为1967年—1988年AutoChief Ⅰ&Ⅱ，主要以TTL逻辑电路、继电器逻辑电路和模拟电路为核心；第三代产品为1979年—1994年Auto Chief Ⅲ，主要以C-Mos逻辑电路和模拟器电路为核心；第四代产品为1991年—2006年AutoChief 4&7，主要以模块化的微处理器及现场总线为核心；第五代产品为2004年AutoChief（AC C20），以嵌入式系统为核心，在AutoChief 4的基础上进行了进一步革新，HMI系统界面更加友好。第六代产品为2013年AutoChief C600（AC C600），AC C 6 0 0 在AC C 2 0 的 基 础 上 融入了Touchscreen Operation，Touchscreen Technical实现了输入设备、输出设备共用一个屏幕的功能；触摸屏界面、菜单及其导航功能更加实用、直观。

“基于现场总线的主机控制系统”知识点教学过程中，以AutoChief C600控制系统为讲课重点，引导学生触类旁通，以便在今后实船工作中灵活、快速地学会其它类型的主机控制系统，真正做到学以致用。AC C600是一种集控制、报警和安全保护于一体的综合推进控制系统。它采用分布式模块化设计，DPU（Distribution Processor Unit）模块采用标准化设计，模块之间通过双冗余CAN总线互联。

如图1所示是AC C600主机遥控系统标准结构框图，AC C600是与MAN B&W ME系列船舶智能柴油机相配套使用，即主机生产厂家根据特定的柴油机型号选用合适的主机控制系统，最终达到控制系统与控制对象完美结合。

图1 AC C600主机遥控系统标准结构框图

3.3 走进实验室，通过实践加深课程学习

传统海事院校历史悠久，资金雄厚，学校拥有自主经营、自负盈亏的远洋船舶校船，供海上专业学生上船进行认知实习的条件，这对大三安排的《船舶主机控制系统》教学提供先导知识，学生更加容易理解。非传统海事院校由于没有校船，需要充分利用实验室的现有条件，引导学生通过实践课快速学习柴油机的相关知识。“柴油机的基本结构”教学内容以实际操作为主，带领学生走进实验室，指导学生使用各种机器拆装工具，让学生亲自动手拆开一个柴油机的气缸盖、曲轴箱道门，同时一一讲解相关组件，通过实践课让抽象的教材知识变得立体、生动、具体起来，便于学生理解并掌握。图2所示是实验室船舶主机实物。

图2 实验室船舶主机实物

燃烧室部件是柴油机中最重要的部件，包括活塞组件、气缸盖组件和气缸组件。当活塞处在上止点时，由气缸盖底面、气缸套内表面及活塞顶共同组成的燃料与空气混合燃烧的这一空间称为燃烧室[3]。

柴油机的主要运动部件是曲柄连杆机构，主要包过连杆和曲轴。曲柄连杆机构的作用是将活塞的往复运动转换成回转运动，并通过曲轴驱动负载输出动力。曲轴的作用是把活塞的往复运动通过连杆变成回转运动；把各缸所做的功汇集起来向外输出、同时驱动柴油机的附属设备如机带泵等。

3.4 耐心讲解课程中的难点

主机遥控系统的逻辑控制是船舶主机控制系统的难点，需要耐心讲解，举一反三，把复杂的逻辑表达式每一个元素分开解释清楚，最后通过与、或、非最简单的逻辑运算连接起来，在理解的基础上对知识点进行记忆。

主机起动准备逻辑条件的逻辑表达式为：

YSC=TG·MV·PA·PC·PL·ES·PS·T S·ST·F3·TM·NI

YSC=1，表示满足起动准备逻辑条件；YSC=0，表示不满足起动准备逻辑条件，不能对主机进行起动。把等式右边每个输入信号用缩写字母表达的英文词汇根据其意义逐一还原出来，并进行耐心地解释，结合先导课程数字电子技术中的逻辑运算，让学生把学过的知识融会贯通到本课程中来。

TG，Turning Gear，盘车机脱开信号；

MV，Main starting Valve，主起动阀位置信号；

PA，starting Air Pressure，起动空气压力信号；

PC，Control air Pressure，控制空气信号；

P L ，L u b r i c a t i o n o i l Pressure，滑油压力信号；

ES，Electrical Switch，遥控系统电源信号；

PS，Position Switch，操纵部位转换信号；

TS，Simulation Test，模拟试验开关位置信号；

ST，fault Stop，故障停车复位信号；

F 3，three time starting Failure，三次起动失败信号；

TM，starting Time limit，起动限时信号；

NI，turn speed of engine Igniting，发火转速逻辑鉴别信号。

最后，用如下表达式把上面复杂的逻辑运算连接起来，有利于掌握和理解：

Starting Condition=（Turning Gear）·（Main starting Valve）·（starting Air Pressure）·（Controlair Pressure）·（Lubrication oil Pressure）·（Electrical Switch ）·（ Position Switch）·（Simulation Test）·（not fault Stop）·（not three time starting Failure）·（not star ting Time limit）·（turn speed of engine Igniting）.

3.5 优化课件，适应《海船船员考试大纲》（2022版）的要求

《海船船员考试大纲》（2022版）对船舶主机控制系统课程要求的考核内容中，现实中很难找到一本完全覆盖新大纲的规定；在给学生预定最合适的教材之后，需要对先前的教学课件进行优化和增添选定教材里没有的考核内容，让教学内容更加充实、丰满。

3.6 利用轮机模拟器进行仿真教学

轮机模拟器是各海事院校对高级船员进行培训的重要设备，仿真了机舱监测报警系统和船舶主机遥控系统。安排4学时的实训环节，带学生进入轮机模拟器实验室，把船舶主机遥控系统中的控制与报警功能、菜单和文本进行现场分析与问答，让学生具备对主柴油机控制系统常见故障的分析判断及排查处理能力。在轮机模拟器上，学会船舶电控柴油机的备车、启动、完车；掌握船舶电控柴油机的日常管理；熟悉船舶电控柴油机的参数设定和修改；掌握船舶主柴油机启动后的参数调整与监测、掌握船舶主柴油机定速后的维护与管理。

4.结语

在《海船船员考试大纲》（2022版）实施生效之后，各海事院校对学生的实践能力培养慢慢重视起来，主要体现在教学理念要与时俱进，学生能力培养与社会需求相适应。船舶电子电气专业本科教育重点培养为远洋船舶服务的应用型人才，船舶主机控制系统作为一门实践性很强的专业核心课程，需要合理分配课时，加强实验室实践环节的教学效率，让学生做到学以致用。