一种双模式的船舶电站训练模拟器的制作方法

本发明涉及船舶模拟器，具体地说，是一种双模式的船舶电站训练模拟器。

背景技术：

船舶电站是一种小型电网结构，不同于陆地上的大型电网。船舶电站给船舶动力系统，照明系统等提供稳定的电力，船舶的稳定运行离不开船舶电站的稳定运行，对船舶电站的日常正确使用和管理是船舶电站稳定运行的关键。为了船舶安全稳定运行，在船舶进行航行之前需要对船舶电站工作人员进行专业培训。

目前的船舶电站培训平台主要是单一的实物平台或者虚拟平台，采用这种单一实物或者虚拟平台存在一些不可避免的问题。第一是实物平台的运行对能源的消耗也较大，在日常的训练学习中很难满足长时间的运行。第二是可移植性较差，一般实物平台都是针对特定船型，很难移植到不同的船型。第三是船舶电站中一些设备的特性参数较难通过测量仪器测量。第四是虚拟平台是通过计算机仿真模拟船舶电站的运行，与实际情况有一定的差距，导致训练人员很难取得较好的训练效果。

技术实现要素：

本发明的目的是针对传统的船舶电站的单一实物仿真平台或者虚拟仿真平台造成的能耗大、可移植性差、训练效果差等问题，提出一种双模式的船舶电站训练模拟器，这种模拟器具有实物训练和虚拟模型训练双模式，可以根据训练需要进行切换。这种模拟器可以有效减少能源的浪费，降低开发成本，并且能显著提高可移植性，而且可以根据不同的船型更改船舶电站模拟仿真模型参数或者更换不同的传感器模块以适应不同类型的船舶电站。通过实物和虚拟模型的双模式切换，使训练人员对船舶电站的实际运行情况和船舶电站的运行原理有更好的理解和掌握。通过故障模拟可以使训练人员可以更快速的对故障类型进行判断及排除故障。

为实现上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：

一种双模式的船舶电站训练模拟器，包括硬件部分和软件部分，硬件部分包括三台计算机、三台交换机、三台ups、220v交流电源、信号采集模块、滤波器模块、数据转发模块、24v直流电源、传感器模块和发电机组，软件部分包括船舶电站仿真模型、船舶电站人机界面、船舶电站数据库，船舶电站仿真模型与船舶电站数据库之间通过odbc方式进行数据传输，船舶电站人机界面与船舶电站数据库之间通过odbc方式进行数据传输。

本发明的进一步改进，三台计算机包括1号计算机、2号计算机和3号计算机，三台交换机包括1号交换机、2号交换机和3号交换机，三台ups包括1号ups、2号ups和3号ups，1号计算机与1号交换机之间通过以太网电缆连接，2号计算机与2号交换机之间通过以太网电缆连接，3号计算机与3号交换机之间通过以太网电缆连接，1号交换机与2号交换机之间通过以太网电缆连接，1号交换机与3号交换机之间通过以太网电缆连接，1号ups与1号计算机之间通过电源线连接，2号ups与2号计算机之间通过电源线连接，3号ups与3号计算机之间通过以太网电缆连接，220v电源与三台ups之间通过电源线连接，传感器模块与发电机组通过信号线连接，滤波器模块与传感器模块通过信号线连接，滤波器模块与信号采集模块通过信号线连接，信号采集模块与数据转发模块通过信号线连接，数据转发模块与1号交换机通过以太网电缆连接，24v直流电源与数据转发模块通过电源线连接。

本发明的进一步改进，船舶电站仿真模型通过simulink平台建立，船舶电站仿真模型包括柴油机调速器仿真模型、发电机仿真模型、励磁机仿真模型、并车仿真模型、负载仿真模型和故障仿真模型，柴油机调速器仿真模型采用二阶数学模型，发电机仿真模型采用simulink元件库中的标幺值式同步发电机模型，励磁机仿真模型采用simulink元件库中的标幺值式励磁机数学模型，并车模型根据发电机并车的工作原理建立并车仿真模型，负载仿真模型采用simulink元件库中的功率因数滞后的负载模型，故障仿真模型采用simulink的故障模拟模块，通过在故障模拟模块中设置不同的故障来模拟船舶电站发生故障。

根据权利要求3的双模式的船舶电站训练模拟器，其特征在于，船舶电站人机界面通过kingscada组态软件实现，船舶电站人机界面包括船舶电站主界面、负载并车界面、故障模拟界面，船舶电站主界面显示发电机的转速、频率、转矩、功率因数、发电机的三相电压和电流，负载并车界面包括负载控制和并车显示两部分，负载控制部分是对发电机组进行加负载、减负载操作以及对三台发电机的有功功率和无功功率进行监控，并车部分包括并车三要素状态显示以及并车信号显示，故障模拟界面包括船舶电站故障模拟操作，故障原因，故障排除方法，船舶电站故障模拟操作是对船舶电站不同的故障进行模拟，故障原因是船舶电站发生某种故障后，显示该故障的故障原因，故障排除方法是船舶电站发生某种故障后，显示该故障的排除方法。

本发明的进一步改进，船舶电站数据库采用sqlserver数据库，船舶电站数据库包括发电机组正常运行数据表和控制及故障模拟表。

本发明的进一步改进，发电机组正常运行数据表为发电机的功率因数、转速、输出转矩、频率、三相电压、三相电流、有功功率和无功功率参数的数据，控制及故障模拟表包括控制数据和故障模拟数据，控制数据为发电机组的启动、停止、加负载和减负载控制数据，故障模拟数据为三台发电机的单相接地短路、两相相间短路和失磁故障以及负载断路故障设置数据。

本发明的有益效果：本发明降低了开发成本和开发周期，有效的减少了能源的消耗和有效的提高了训练学习的效果。具有较强的可移植性和可扩展性，可以进行故障模拟及故障分析。

附图说明

图1为本发明实施例的模拟器硬件结构图。

图2为本发明实施例的仿真器软件原理图。

图中：1-220v交流电源，2-ups，3-ups，4-ups，5-计算机，6-计算机，7-计算机，8-交换机，9-交换机，10-交换机，11-电源线，12-电源线，13-电源线，14-电源线，15-以太网电缆，16-以太网电缆，17-以太网电缆，18-以太网电缆，19-以太网电缆，20-以太网电缆，21-数据转发模块，22-24v直流电源，23-信号线，24-信号采集模块，25-信号线，26-滤波器，27-信号线，28-传感器模块，29-信号线。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。

实施例：一种双模式的船舶电站训练模拟器，包括硬件部分和软件部分。

如图1所示，硬件部分包括三台计算机，三台交换机，三台ups和220v交流电源。三台计算机包括计算机5、计算机6和计算机7，计算机5为人机界面的主站，计算机6为人机界面的从站，计算机7为船舶电站仿真模型工作站，三台交换机包括交换机8、交换机9和交换机10。三台ups包括ups2、ups3和ups4。计算机5与交换机8之间通过以太网电缆15连接，计算机6与交换机9之间通过以太网电缆16连接，计算机7与交换机10之间通过以太网电缆17连接。交换机8与交换机9之间通过以太网电缆19连接，交换机8与交换机10之间通过以太网电缆18连接。ups2与计算机5之间通过电源线12连接，ups3与计算机6之间通过电源线13连接，ups4与计算机7之间通过电源线14连接，ups2、ups3和ups4与220v电源1之间通过电源线11连接。交换机8与数据转发模块21之间通过以太网电缆20连接，数据转发模块21与信号采集模块24之间通过信号线23连接。信号采集模块24与滤波器26之间通过信号线25连接，滤波器26与传感器模块28之间通过信号线27连接，传感器模块28与发电机组之间通过信号线29连接。

如图2所示，软件部分包括船舶电站仿真模型，人机界面，数据库。船舶电站仿真模型包括船舶电站仿真模型包括柴油机调速器仿真模型、发电机仿真模型、励磁机仿真模型、并车仿真模型、负载仿真模型和故障仿真模型。船舶电站仿真模型与数据库之间数据传输通过odbc方式，人机界面与数据库之间数据传输通过odbc方式。人机界面包括1号发电机主界面、2号发电机主界面、3号发电机主界面、负载并车界面和故障模拟界面。

当进行实物训练时，传感器模块28通过信号线29采集发电机组电压、电流、频率等信号，滤波器26对传感器模块28采集到的信号进行滤波。信号采集模块24对经过滤波的信号进行模数转换，然后通过信号线23发送给数据转发模块21，数据转发模块21通过以太网电缆20将数字量信号发送到交换机8，交换机8通过以太网电缆15将数字量数据发送到计算机5。

当进行虚拟模型训练时，220v交流电源1开始供电，ups2、ups3和ups4启动后，计算机5、计算机6和计算机7自动开机。待计算机5、计算机6和计算机7启动后，交换机8、交换机9和交换机10开始工作，在计算机7中的船舶电站仿真模型开始启动运行，在计算机5和计算机6中的人机界面开始启动运行。然后计算机7仿真模型的运行数据通过odbc方式传输给计算机7中的数据库，计算机7中数据库中的数据通过交换机10与交换机8传输给计算机5中的odbc数据源，计算机5中的人机界面通过kingscada软件获取计算机5中的odbc数据源中的数据，计算机5中的人机界面数据通过交换机8与交换机9传输给计算机6中的人机界面。计算机5与计算机6中人机界面中的1号发电机主界面、2号发电机主界面和3号发电机主界面分别显示三台发电机的功率因数、频率、转速、输出转矩、三相电压和三相电流。计算机5与计算机6中人机界面中的负载并车界面分为负载控制和并车显示，负载控制部分显示三台发电机的有功功率、无功功率以及负载的控制按钮，通过点击不同的负载按钮发送负载增加或者减少信号数据给计算机5中的odbc数据源，计算机5中的odbc数据源中的负载增加或者减少信号数据通过交换机8与交换机10传输给计算机7中的odbc数据源，计算机7中odbc数据源中的负载增加或者减少信号数据传输到计算机7中的数据库，计算机7中的船舶电站仿真模型中的负载仿真模型自动获取计算机7中数据库中的负载增加或者减少信号数据，然后船舶电站仿真模型自动增加或者减少运行负载。并车显示部分显示并车发电机与待并车发电机的频率、电压、相位以及并车信号。计算机5与计算机6中人机界面中的故障模拟界面中分为故障模拟按钮和故障类型、故障原因和故障排除方法。通过点击不同的故障模拟按钮发送故障模拟信号数据给计算机5中的odbc数据源，计算机5中的odbc数据源中的故障模拟信号数据通过交换机8与交换机10传输给计算机7中的odbc数据源，计算机7中odbc数据源中的故障模拟信号数据传输到计算机7中的数据库，计算机7中的船舶电站仿真模型中的故障仿真模型自动获取计算机7中数据库中的故障模拟信号数据，船舶电站仿真模型开始以故障模式开始运行。同时计算机5与计算机6中的人机界面中的故障模拟界面中显示该故障类型、故障原因以及故障排除方法。然后可以在计算机5与计算机6中人机界面中的故障模拟界面中通过故障排除按钮排除故障，发电机恢复正常运行。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

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