[发明专利]一种船舶双柴油主机推进控制硬件在环仿真系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种硬件在环仿真系统，特别是一种船舶双柴油主机推进控制硬件在环仿真系统，属于船舶控制与仿真领域。 

背景技术

柴油主机作为现代船舶重要的推进装置，其作用是主机发出功率，通过传动装置和轴系，带动推进器推动船舶前进。双柴油主机推进装置，主要是指两台柴油机，可单机运行，也可通过离合器、并车齿轮箱等传动装置进行并车，共同驱动一台螺旋桨的主推进装置。相比于单主机推进，采用双主机推进装置的船舶能更迅速的达到较高的航速，航行时的机动性较好，稳定性也较高。 

随着自动化程度的提高和电子技术的发展，船员学习和培训的任务日趋繁重，实船培训的经济负担也随之加重。学员即使能够获得上船训练的机会，对于柴油主机这样一个复杂对象，运行需要满足的条件众多，控制难度大，一些特殊工况和突发事故的训练也无法满足，这样就给安全操作带来隐患。传统的柴油机研究平台受周围环境的影响大，难以覆盖柴油机系统的全工况范围，不易进行一些重复性测试。而一旦船员误操作，轻则舰船失去动力，重则损坏设备，甚至出现机毁人亡的事故。当前，船舶机舱自动化程度虽然很高，但船舶主机推进控制基本仍采用传统的PID（比例-积分-微分）控制或者改进型的PID控制，即使是一些成熟的先进控制理论也较少应用在船舶推进控制领域。故若能在实验室环境完成与实船主机推进控制系统相似的培训操作，模拟实船主机不同工况和系统故障等突发事故的训练，实现主机监控与报警查询系统和双柴油主机联合推进控制，并建立一个船舶主机推进控制系统数学模型和控制算法研究的理论平台将具有重要意义。 

硬件在环仿真方法是将物理模型和数学模型联合在一起进行试验的一种方法，它将实际系统的一部分设备和计算机相互连接，用数学仿真的方式对其中不存在或不便于实验的部分系统进行仿真，同时保证整个系统实时运转。该仿真技术不仅弥补了纯数学仿真中的许多缺陷，提高了整个模型的置信度，而且 可以大大减轻编程的工作量。该仿真技术的另一个优势在于它实现了仿真模型和实际系统间的数据实时交互，仿真结果的验证过程非常直观，从而大大提高控制系统的研制质量，减小研制风险和提高设计成功率。但船舶柴油主机推进控制硬件在环仿真系统目前尚未出现成型的产品。 

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种可以实现与实船双柴油主机推进系统相似的操作功能，可模拟主机在不同工况和突发事故的培训，可以建立一个船舶主机综合控制理论研究平台的船舶双柴油主机推进控制的硬件在环仿真系统及其工作方法。 

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种船舶双柴油主机推进控制硬件在环仿真系统，包括主机模拟试验台、主机监控与报警系统、右主机操纵控制台、主机转速综合控制系统和左主机仿真控制系统，所述的主机模拟试验台和主机监控与报警系统分别与右主机操纵控制台通过西门子S7-200PLC专用的PPI协议进行通讯；所述的主机转速综合控制系统包括电子调速器和西门子S7-1200PLC，S7-1200PLC通过Modbus协议与右主机操纵控制台通讯；所述的左主机仿真控制系统通过OPC协议与主机转速综合控制系统的S7-1200PLC实现数据的相互交换； 

所述的主机模拟试验台包括主机及齿轮箱信号模拟箱、变频器、三相异步电机、减速齿轮箱、螺旋桨；主机及齿轮箱信号模拟箱用于模拟主机和齿轮箱的重要参数，变频器根据主机给油量信号控制三相异步电机转速，三相异步电机的驱动轴连接减速齿轮箱，并通过减速齿轮箱带动螺旋桨转动； 

所述的主机监控与报警系统包括报警监控及越控面板、指示仪表和触摸屏；报警监控及越控面板用于主机状态监视、主机故障降速和故障停车的报警提示以及取消故障降速和故障停车动作的越控操作；指示仪表用于监视主机参数，以便用户了解主机运行情况；触摸屏用于将监测的船速、主机转速值以曲线形式显示出来，并提供当前报警查询和历史报警查询功能；