船舶舵系統(tǒng)操作訓(xùn)練模擬器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及船舶模擬操作器，特別是涉及一種船舶舵系統(tǒng)操作訓(xùn)練模擬器。
【背景技術(shù)】
[0002]船舶舵系統(tǒng)是用于維持或改變航向和保障船舶操縱的機(jī)動(dòng)性的重要裝置，主要由舵桿、舵葉、轉(zhuǎn)葉式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)、操縱系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)組成，轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)子和定子，舵桿通過鍵與轉(zhuǎn)子連接固定，液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)舵葉偏轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)舵。船舶舵系統(tǒng)是船員、海員三管輪和技工考證的重要內(nèi)容，具有操作要求高、實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，通過課堂講授的教學(xué)模式很難使學(xué)員完全理解和掌握，而構(gòu)建基于實(shí)裝的培訓(xùn)平臺(tái)存在無法針對一些特殊情景進(jìn)行示教和訓(xùn)練、初期投入成本和運(yùn)行使用成本較高、維護(hù)保養(yǎng)要求高以及對場地及相關(guān)配套設(shè)施要求較高等問題。因此，迫切需要一種既能較好滿足實(shí)際教學(xué)培訓(xùn)需求，又經(jīng)濟(jì)高效的船舶舵系統(tǒng)操作訓(xùn)練模擬器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是:(I)開發(fā)船舶舵系統(tǒng)操作訓(xùn)練模擬器用于解決實(shí)裝訓(xùn)練存在無法針對一些特殊情景進(jìn)行示教和訓(xùn)練、初期投入成本和運(yùn)行使用成本較高、維護(hù)保養(yǎng)要求高以及對場地及相關(guān)配套設(shè)施要求較高等問題。(2)如何使操作人員在模擬培訓(xùn)中實(shí)現(xiàn)反復(fù)操練，并可以操練在實(shí)裝上比較困難甚至禁止的訓(xùn)練內(nèi)容，提高培訓(xùn)效率、節(jié)約培訓(xùn)費(fèi)用。
[0004]針對上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的目的是提供一種船舶舵系統(tǒng)操作訓(xùn)練模擬器，解決實(shí)裝訓(xùn)練存在無法針對一些特殊情景進(jìn)行示教和訓(xùn)練的問題，減少了初期投入成本和運(yùn)行使用成本、降低了維護(hù)保養(yǎng)要求，對場地及相關(guān)配套設(shè)施要求較低，提高了教學(xué)質(zhì)量、降低了培訓(xùn)成本。此目的是通過如下方式實(shí)現(xiàn)的:
[0005]一種船舶舵系統(tǒng)操作訓(xùn)練模擬器，其特征在于，包括:操控盤臺(tái)、PLC及仿真計(jì)算機(jī)；所述操控盤臺(tái)設(shè)有和實(shí)際船舶舵系統(tǒng)操控臺(tái)相仿的I/o設(shè)備；所述仿真計(jì)算機(jī)包括人機(jī)交互系統(tǒng)和運(yùn)行仿真系統(tǒng)，所述人機(jī)交互系統(tǒng)包括三維視景系統(tǒng)，所述運(yùn)行仿真系統(tǒng)用于構(gòu)建運(yùn)行和控制模擬模塊；所述操控盤臺(tái)、仿真計(jì)算機(jī)和PLC通過以太網(wǎng)連接。
[0006]進(jìn)一步地，所述三維視景系統(tǒng)包括舵桿、舵葉、轉(zhuǎn)葉式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)、操縱系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、船體及海洋背景三維模型，所述各三維模型結(jié)構(gòu)及組合方式與實(shí)際船舶舵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相同。通過觀測操控時(shí)三維視景系統(tǒng)中船舶舵系統(tǒng)的狀態(tài)，帶給培訓(xùn)者更好的操作體驗(yàn)。
[0007]進(jìn)一步地，所述運(yùn)行仿真系統(tǒng)在仿真支撐平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)，所述運(yùn)行仿真系統(tǒng)包括能量消耗計(jì)算模塊、舵及轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真模塊、操作控制模塊、液壓系統(tǒng)壓力仿真及監(jiān)控模塊，所述能量消耗計(jì)算模塊用于模擬舵系統(tǒng)工作時(shí)電能的消耗，為船舶電站負(fù)載的仿真模擬提供支撐。所述仿真支撐平臺(tái)具備故障設(shè)置和管理功能，通過設(shè)置故障變量可開展故障分析及處置訓(xùn)練。
[0008]進(jìn)一步地，所述操控盤臺(tái)I/O設(shè)備包括開關(guān)量輸入設(shè)備、開關(guān)量輸出設(shè)備、模擬量輸入設(shè)備、模擬量輸出設(shè)備。
[0009]進(jìn)一步地，所述操控盤臺(tái)上設(shè)有顯示屏，所述顯示屏用來顯示虛擬的三維視景系統(tǒng)。
[0010]進(jìn)一步地，所述操控盤臺(tái)上還設(shè)有操作部位轉(zhuǎn)換開關(guān)、油泵選擇轉(zhuǎn)換開關(guān)、啟動(dòng)器
1、啟動(dòng)器2的電源指示燈及啟動(dòng)按鈕。在操控盤臺(tái)上進(jìn)行模擬操作后，通過顯示屏顯示三維視景系統(tǒng)，觀察船舶舵系統(tǒng)各部件的運(yùn)行狀態(tài)。
[0011]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0012](一 )縮短了開發(fā)周期，降低了開發(fā)成本，使模擬器有更加廣闊的市場前景；
[0013]( 二)采用模塊化設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的維護(hù)性和可擴(kuò)展性，同時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)定性也得到了增強(qiáng)；
[0014](三)可反復(fù)開展操作訓(xùn)練和故障模擬及處置訓(xùn)練；
[0015](四)采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，提高了模擬器的真實(shí)感。
【附圖說明】
[0016]圖1是本船舶舵系統(tǒng)操作訓(xùn)練模擬器架構(gòu)圖；
[0017]圖2船舶舵系統(tǒng)操作訓(xùn)練模擬器盤臺(tái)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖通過實(shí)施例來對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0019]一種船舶舵系統(tǒng)操作訓(xùn)練模擬器，包括:操控盤臺(tái)、PLC及仿真計(jì)算機(jī)；所述操控盤臺(tái)設(shè)有和實(shí)際船舶舵系統(tǒng)操控臺(tái)相仿的I/o設(shè)備；所述仿真計(jì)算機(jī)包括人機(jī)交互系統(tǒng)和運(yùn)行仿真系統(tǒng)，所述人機(jī)交互系統(tǒng)包括三維視景系統(tǒng)，所述運(yùn)行仿真系統(tǒng)用于構(gòu)建運(yùn)行和控制模擬模塊，所述三維視景系統(tǒng)包括舵桿、舵葉、轉(zhuǎn)葉式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)、操縱系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、船體及海洋背景三維模型，所述人機(jī)交互系統(tǒng)還包括kingview6.5平臺(tái)，所述舵桿、舵葉、轉(zhuǎn)葉式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)、操縱系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、船體及海洋背景三維模型導(dǎo)入EON，然后設(shè)置各部件的運(yùn)動(dòng)節(jié)點(diǎn)及觸發(fā)運(yùn)動(dòng)的事件輸入節(jié)點(diǎn)InEvent和事件輸出節(jié)點(diǎn)OutEvent，通過VC調(diào)用kingview6.5自帶的動(dòng)態(tài)鏈接庫，讀取kingview6.5中關(guān)聯(lián)變量的數(shù)據(jù)，然后通過EON自帶的ActiveX控件EonX2將變量的值傳入到EON從而驅(qū)動(dòng)各部件的運(yùn)動(dòng)；所述運(yùn)行仿真系統(tǒng)在SimuEngine仿真支撐平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)，所述運(yùn)行仿真系統(tǒng)包括能量消耗計(jì)算模塊、舵及轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真模塊、操作控制模塊、液壓系統(tǒng)壓力仿真及監(jiān)控模塊，所述能量消耗計(jì)算模塊用于模擬舵系統(tǒng)工作時(shí)電能的消耗，為船舶電站負(fù)載的仿真模擬提供支撐。所述SimuEngine仿真支撐平臺(tái)具備故障設(shè)置和管理功能，通過設(shè)置故障變量可開展故障分析及處置訓(xùn)練；所述操控盤臺(tái)、仿真計(jì)算機(jī)和PLC通過以太網(wǎng)連接。
[0020]所述操控盤臺(tái)I/O設(shè)備包括開關(guān)量輸入設(shè)備、開關(guān)量輸出設(shè)備、模擬量輸入設(shè)備、模擬量輸出設(shè)備。
[0021]所述操控盤臺(tái)上設(shè)有顯示屏，所述顯示屏用來顯示虛擬的三維視景系統(tǒng)，所述操控盤臺(tái)上還設(shè)有操作部位轉(zhuǎn)換開關(guān)、油泵選擇轉(zhuǎn)換開關(guān)、啟動(dòng)器1、啟動(dòng)器2的電源指示燈及啟動(dòng)按鈕。
[0022]本實(shí)用新型具體的工作流程和工作原理如下:
[0023]三維視景系統(tǒng)的構(gòu)建在虛擬現(xiàn)實(shí)軟件EON中實(shí)現(xiàn)。將包含舵桿、舵葉、轉(zhuǎn)葉式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)、操縱系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、船體及海洋背景的船舶舵系統(tǒng)的3D模型導(dǎo)入Ε0Ν，然后設(shè)置各部件的運(yùn)動(dòng)節(jié)點(diǎn)及觸發(fā)運(yùn)動(dòng)的事件輸入節(jié)點(diǎn)InEvent和事件輸出節(jié)點(diǎn)OutEvent。通過VC調(diào)用kingview6.5自帶的動(dòng)態(tài)鏈接庫，讀取kingview6.5中關(guān)聯(lián)變量的數(shù)據(jù)，然后通過EON自帶的ActiveX控件EonX2將變量的值傳入到EON從而驅(qū)動(dòng)各部件的運(yùn)動(dòng)。
[0024]運(yùn)行仿真系統(tǒng)在SimuEngine仿真支撐平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)。通過設(shè)置適當(dāng)?shù)暮喕图僭O(shè)條件，用數(shù)學(xué)形式來表示船舶舵操作裝置的控制、特性和狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系，構(gòu)建符合其運(yùn)行機(jī)理和控制邏輯的數(shù)學(xué)模型，具體可分為以下4大模塊:能量消耗計(jì)算模塊、舵及轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真模塊、操作控制模塊、液壓系統(tǒng)壓力仿真及監(jiān)控模塊，其中，能量消耗計(jì)算模塊用于模擬舵系統(tǒng)工作時(shí)電能的消耗。SimuEngine仿真支撐平臺(tái)具有故障設(shè)置和管理功能，通過添加故障變量，實(shí)現(xiàn)典型故障模擬，可開展故障分析及處置訓(xùn)練。模塊間的數(shù)據(jù)流動(dòng)通過公用變量數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)交互。模塊化建模方法可降低建模的復(fù)雜性，縮短建模時(shí)間，增加模型的通用性。
[0025]系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用TCP/IP協(xié)議，將仿真計(jì)算機(jī)、操控盤臺(tái)和PLC連接在同一級(jí)以太網(wǎng)上，PLC的I/O接口模塊連接至操控盤臺(tái)I/O設(shè)備。仿真計(jì)算機(jī)同時(shí)運(yùn)行kingview6.5和SimuEngine仿真支撐平臺(tái)。kingvieW6.5可設(shè)置I/O變量并將其映射到PLC相應(yīng)內(nèi)存地址實(shí)現(xiàn)與操控盤臺(tái)開關(guān)、儀表、指示燈等硬件設(shè)備的通訊，同時(shí)通過OPC實(shí)現(xiàn)與SimuEngine仿真支撐平臺(tái)的數(shù)據(jù)通訊。此外，在kingvieW6.5平臺(tái)下還可設(shè)置對設(shè)備工作的聲模擬音頻文件的播放控制，使場景效果更加逼真。采用可編程序控制器PLC作為模擬器接口系統(tǒng)，提高并保證了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。由于PLC從硬件到軟件，從設(shè)計(jì)到制造都考慮到了抗干擾的問題，采用各種措施切斷或阻塞了干擾源，大大提高了整個(gè)訓(xùn)練系統(tǒng)的抗干擾能力。PLC還增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性和可擴(kuò)展性。在確定每個(gè)PLC將要負(fù)責(zé)的變量類型和數(shù)量后，根據(jù)需要來組裝PLC。PLC輸入/輸出單元是連接CPU與現(xiàn)場I/O設(shè)備的橋梁。I/O模塊包括:開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出。每個(gè)I/O模塊在機(jī)架上的位置確定好之后其單元號(hào)也隨之確定。PLC會(huì)根據(jù)單元號(hào)為其在工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的核心I/O區(qū)分配相應(yīng)的地址用于保存數(shù)據(jù)。
[0026]上述實(shí)施例僅是為清楚地說明本實(shí)用新型所作的舉例，而并非是對本實(shí)用新型的實(shí)施方式的限定。在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)，凡是屬于本實(shí)用新型的技術(shù)方案所引申出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之列。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種船舶舵系統(tǒng)操作訓(xùn)練模擬器，其特征在于，包括:操控盤臺(tái)、PLC及仿真計(jì)算機(jī)；所述操控盤臺(tái)設(shè)有和實(shí)際船舶舵系統(tǒng)操控臺(tái)相仿的I/o設(shè)備； 所述仿真計(jì)算機(jī)包括人機(jī)交互系統(tǒng)和運(yùn)行仿真系統(tǒng)，所述人機(jī)交互系統(tǒng)包括三維視景系統(tǒng)，所述運(yùn)行仿真系統(tǒng)用于構(gòu)建運(yùn)行和控制模擬模塊； 所述操控盤臺(tái)、仿真計(jì)算機(jī)和PLC通過以太網(wǎng)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶舵系統(tǒng)操作訓(xùn)練模擬器，其特征在于:所述三維視景系統(tǒng)包括舵桿、舵葉、轉(zhuǎn)葉式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)、操縱系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、船體及海洋背景三維模型，所述各三維模型結(jié)構(gòu)及組合方式與實(shí)際船舶舵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相同。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶舵系統(tǒng)操作訓(xùn)練模擬器，其特征在于:所述操控盤臺(tái)I/O設(shè)備包括開關(guān)量輸入設(shè)備、開關(guān)量輸出設(shè)備、模擬量輸入設(shè)備、模擬量輸出設(shè)備。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶舵系統(tǒng)操作訓(xùn)練模擬器，其特征在于:所述操控盤臺(tái)上設(shè)有顯示屏，所述顯示屏用來顯示虛擬的三維視景系統(tǒng)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的船舶舵系統(tǒng)操作訓(xùn)練模擬器，其特征在于:所述操控盤臺(tái)上還設(shè)有操作部位轉(zhuǎn)換開關(guān)、油泵選擇轉(zhuǎn)換開關(guān)、啟動(dòng)器1、啟動(dòng)器2的電源指示燈及啟動(dòng)按鈕。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及船舶操作模擬器，特別是涉及一種船舶舵系統(tǒng)操作訓(xùn)練模擬器。其用于解決實(shí)裝訓(xùn)練存在無法針對一些特殊情景進(jìn)行示教和訓(xùn)練，初期投入成本和運(yùn)行使用成本較高等問題。一種船舶舵系統(tǒng)操作訓(xùn)練模擬器，包括：操控盤臺(tái)、PLC及仿真計(jì)算機(jī)；所述操控盤臺(tái)設(shè)有和實(shí)際船舶舵系統(tǒng)操控臺(tái)相仿的I/O設(shè)備；所述仿真計(jì)算機(jī)包括人機(jī)交互系統(tǒng)和運(yùn)行仿真系統(tǒng)，所述人機(jī)交互系統(tǒng)包括三維視景系統(tǒng)，所述運(yùn)行仿真系統(tǒng)用于構(gòu)建運(yùn)行和控制模擬模塊；所述操控盤臺(tái)、仿真計(jì)算機(jī)和PLC通過以太網(wǎng)連接。其縮短了開發(fā)周期；采用模塊化設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的維護(hù)性和可擴(kuò)展性；可進(jìn)行故障模擬和處置訓(xùn)練；提高了模擬器的真實(shí)感。
【IPC分類】G09B9/06
【公開號(hào)】CN204706215
【申請?zhí)枴緾N201520180539
【發(fā)明人】余世林, 任長合, 謝小平, 張紹麒
【申請人】中國人民解放軍鎮(zhèn)江船艇學(xué)院
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2015年3月20日