船舶分油机自动控制系统模拟装置制造方法及图纸

本发明专利技术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。本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
船舶分油机自动控制系统模拟装置
：本专利技术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。
技术介绍
：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。本专利技术为半实物仿真系统，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。
技术实现思路
：本专利技术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。本专利技术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。本专利技术的技术方案如下：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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术采用在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。本专利技术中的分油机模型软件是为分油机工作控制软件服务的，用来提供控制软件所需要的各种信号，并接收控制软件所发出的指令，进行相应的计算，得到可信的结果。这两个软件决定了系统的输入/输出端口的数量和PLC模块端子的数量。本专利技术中的系统模拟屏是将船舶分油机自动控制系统原理图绘制在马赛克展示板上，实现动态展示分油机油、水系统的工作原理，便于观察工作原理过程中的每个细节。本专利技术中的电气控制箱包括一台10.1寸工业触摸屏电脑、PLC模块、一块电流表、一个电源开关和一个应急按钮。工业触摸屏电脑提供纯软的运行环境，用于分油机模型软件、分油机工作控制软件和通信接口程序的运行。软件安装在控制箱中的触摸屏工业电脑上，既具有显示的功能，又能够运行软件并且实现对系统的操作，具有良好的人机交互性。PLC模块与以太网通信模块相结合实现数据的采集和数据交互功能。电流表显示分油机马达的实时工作电流，应急按钮用于在突发情况时，终止系统工作。本专利技术中的软件是基于面向对象语言VisualC#，并结合GDI+技术开发的桌面应用程序，使得软件不仅具有良好的可扩展性，而且系统操作界面清晰明了、易于操作。附图说明：图1是本专利技术的系统原理图；图2是本专利技术中软件的组织关系图；图3是本专利技术中分油机模型软件工作流程图；图4是本专利技术中分油机工作控制软件实现的状态转换逻辑图；图5和图6是本专利技术中的状态转换条件流程图；图7是本专利技术中的软件通信图；图8是本专利技术中系统模拟屏；图9是本专利技术的装置布置图。图2中的名称说明如下：HMI-人机交互界面；Controler-分油机工作控制软件中的控制类；PurModelClass-分油机模型软件中的模型类；PLCComm-PLC模块；Config-配置文件。图3的名称说明如下：voidStart()-模型的启动方法；voidModelInput()-模型的输入方法；voidInitializeModel()-模型的初始化方法；voidmodelEquation()-模型的计算方法；voiddataoutput()-输出结果至分油机工作控制软件；voidsetplcoutdata()-输出结果至PLC模块。图8中的标记说明如下：1-压缩空气回路电磁阀组；2-LED指示灯；3-排水压力表；4-净油出口压力；5-工作水阀组；6-电位器（代替振动传感器）；7-端盖连锁开关；8-旋钮开关（代替阀门）；图中压力表P1、温度传感器TT1、TT2、水分传感器MT、速度传感器ST的测量值通过分油机模型软件计算得到仿真结果，不需要直接测量。具体实施措施：本专利技术由分油机模型软件、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组成。本专利技术的系统实现原理如图1所示，模拟装置的核心是分油机模型软件和分油机工作控制软件，这两个软件决定了系统的输入/输出数量。分油机模型软件是为分油机工作控制软件服务的，用来提供分油机工作控制软件所需要的各种信号，并接收控制软件所发出的指令，进行相应的计算，得到可信的结果。分油机控制软件实现接受操作者的命令，并把命令传送至分油机模型软件进行分析和计算，将分油机模型软件的分析和计算结果转化成相应的指令传送至PLC模块，实现分油机工作过程的控制。本专利技术中的通信接口程序实现分油机模型软件、分油机工作控制软件以及PLC模块之间的相互通信。本专利技术中软件的界面和操作控件采用GDI+技术实现控件的绘制，包括按钮、管路、阀件和分油机等控件，应用画笔类（Pen类）和画布类（Graphic类）精确绘制，能清晰表现系统的工作原理图，还可以展现分油机的内部结构，使得系统便于观察和操作。分油机模型软件、分油机工作控制软件和通信接口程序之间的组织关系实现如图2。首先，操作者在工业电脑的HMI（人机交互界面）上的操作指令会送入分油机工作控制软件中的Controler类（控制类）；然后，Control本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种船舶分油机自动控制系统模拟装置，其特征在于软件与硬件的结合；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和模型的求解，通过通信接口程序将计算结果输出到分油机工作控制软件;所述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；通信接口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；在PLC模块中设定了缓冲区，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；采用以太网和 PLC模块结合，编写PLC通信程序，实现快速高效通信；所述的电气控制箱由一台10.1英寸工业触摸屏电脑、PLC模块、以太网通信模块、电流表、电源开关和应急按钮组成；所述的工业触摸屏电脑提供纯软的运行环境，用于分油机模型软件、分油机工作控制软件和通信接口程序的运行；所述的PLC模块与以太网通信模块相结合实现数据的采集和数据交互功能；所述的系统模拟屏采用马赛克展示板，将船舶分油机工作原理图绘制在模拟屏上，另外安装LED灯、阀件开关、电磁阀和电位器实现与软件同步动态地展示分油机系统工作原理；当回路上的LED灯亮，表示此回路正在工作；当LED灯灭，表示此回路已停止工作；阀件开关和电磁阀能够模拟进出流体的启停；电位器模拟传感器的测量信号；所述的分油机模型软件建立包括分油机模型、电机模型、油温模型、管路模型、水分模型和排渣模型在内的一系列数学模型，控制模型初始条件和边界条件，依据输入参数采用4阶龙格库塔法求解数学模型，最后将计算结果输出到分油机工作控制软件。...

【技术特征摘要】
1.一种船舶分油机自动控制系统模拟装置，其特征在于软件与硬件的结合；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和模型的求解，通过通信接口程序将计算结果输出到分油机工作控制软件;所述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；通信接口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；在PLC模块中设定了缓冲区，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；采用以太网和PLC模块结合，编写PLC通信程序，实现快速高效通信；所述的电气控制箱由一台10.1英寸工业触摸屏电脑、PLC模块、以太网通信模块、电流表、电源开关和应急按钮组成；所述的工业触摸屏电脑提供纯软的运行环境，用于分油机模型软件、分油机工作控制软件和通信接口程序的运行；所述的PLC模块与以太网通信模块相结合实现数据的采集和数据交互功能；所述的系统模拟屏采用马赛克展示板，将船舶分油机工作原理图绘制在模拟屏上，另外安装LED灯、阀件开关、电磁阀和电位器实现与软件同步动态地展示分油机系统工作原理；当回路上的LED灯亮，表示此回路正在工作；当LED灯灭，表示此回路已停止工...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦品博，王海燕，林叶春，李健全，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：上海,31