[发明专利]船舶分油机自动控制系统模拟装置

说明书

本发明提出了一种船舶分油机自动控制系统模拟装置，实现了船舶分油机自动控制系统工作过程的仿真与模拟，适用于教学实验操作。本发明采用软件与硬件相结合。软件包括分油机模型软件、分油机工作控制软件和通信接口程序。硬件主要包括电气控制箱和系统模拟屏。分油机模型软件实现模型的建立与求解。分油机工作控制软件采用两级嵌套有限状态机技术实现分油机系统的工作控制过程。电气控制箱内采用PLC模块实现数据采集，工业触摸屏电脑用于软件运行与系统操作。系统模拟屏实现与软件同步、动态地展示分油机系统工作原理。本发明真实再现分油机系统的工作过程，便于学生了解分油机系统的结构和工作原理，锻炼学生实际操作能力。

技术领域：

本发明是一种船舶分油机自动控制模拟装置，适用于教学实验操作和培训。

背景技术：

随着人们的环保意识和节约能源意识不断增强，国际海事组织IMO对船舶防污染提出更高的要求。船用燃油净化既能够减少废气污染物的排放，减少对环境的污染，又能够保障船舶动力系统的稳定运转，延长船舶主机的生命周期。船舶分油机是船舶燃油净化系统中最重要的组成部分，熟悉船舶分油机的结构和工作原理，锻炼分油机的操作能力，对学生在实际船舶上分油机的操作打下坚实的基础。

自动控制技术是21世纪最重要的技术之一，技术、生产、军事、管理、生活等各个领域，都离不开自动控制技术。自动控制技术是通过具有一定控制功能的自动控制系统，来完成某种控制任务，保证某个过程按照预想进行，或者实现某个预设的目标。仿真技术是以计算机和专用设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行动态试验。结合自动控制技术和计算机仿真技术，开发一种船舶分油机自动控制模拟装置，能够实现船舶分油机自动控制分油工作过程的仿真和模拟，真实再现分油机的工作原理和过程。

目前，以硬件为主的船舶燃油分油机仿真系统的模拟器二次开发困难、易出故障、维护成本高。纯软件系统的分油机仿真系统与真实操作差异较大，对锻炼学生的实际操作能力帮助不大。半实物分油机仿真系统结合硬件和软件系统克服了上述缺陷，能够模拟真实操作环境且真实地反映分油机系统的工作过程。本发明为半实物仿真系统，区别于已有的纯手动操作半实物仿真系统，优势在于结合了自动控制技术，不仅能够实现手动控制分油机控制系统的模拟和仿真，而且能够实现自动控制分油机控制系统的分油和仿真，减少了人工的控制和失误操作。

发明内容：

本发明提出一种船舶分油机自动控制模拟装置，适用于教学实验操作。本发明能够模拟真实操作环境且真实地再现分油机系统工作原理和工作过程，甚至再现分油机的内部结构以及工作过程中分油机的内部动作。本发明的技术方案如下：

一种船舶分油机自动控制模拟装置包括分油机模型软件、分油机工作控制软件、通信接口软件、系统模拟屏和电气控制箱。本发明实现了分油机手动控制过程、过程模拟仿真功能、故障显示功能和参数设置功能，还特别实现了分油机自动控制过程的模拟和故障设置功能。

本发明中的分油机模型软件是在模型软件中建立了分油机模型、电机模型、油温模型、管路模型、水分模型和排渣模型等一系列数学模型（模型精度满足观察要求），控制模型初始条件和边界条件，采用4阶龙格库塔法求解数学模型，并将计算结果输出到分油机工作控制软件。

本发明中的分油机工作控制软件采用两级嵌套有限状态机技术实现分油机的控制过程。第一级控制状态包括等待、预启动、手动启动、自动启动、循环、转换、停止和分油机状态等。第二级控制状态包括手动启动子状态、自动启动子状态和分油机子状态。在状态转换时，当第一级状态有相对应的子状态时，会依据转换条件直接进入第二级子状态。状态之间的转换依据模型软件通过计算后传入的信号。

本发明中的通信接口程序为分油机模型软件、分油机工作控制软件和PLC模块之间互相通信提供通信接口。通信程序通过以太网模块完成与PLC模块的数据通信，读取或写入各输入/输出点。本发明采用在PLC模块中设定缓冲区，上位机通过以太网读写缓冲区；PLC程序将外设输入写入缓冲区，将输出写到外设中，这种通信方式灵活性大，且通信速度快。