Web技術(shù)的艦船供電系統(tǒng)的模擬器研究范文

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摘要:艦船供電系統(tǒng)為船舶自動(dòng)化設(shè)備、武器系統(tǒng)、照明等設(shè)備提供穩(wěn)定的電能，對(duì)于艦船的正常運(yùn)行具有重要的意義，而艦船供電系統(tǒng)的操作復(fù)雜，對(duì)操作人員有很高的要求，因此，加強(qiáng)船舶供電系統(tǒng)操作人員的訓(xùn)練有重要意義。本文針對(duì)艦船操作人員的訓(xùn)練問題，設(shè)計(jì)了一種基于web技術(shù)的艦船供電系統(tǒng)模擬器，這種模擬器可以提供艦船操作人員的多種訓(xùn)練模式，克服了操作人員實(shí)際操作過程中的容錯(cuò)率低、效率低、成本高等缺點(diǎn)，具有推廣使用的意義。

關(guān)鍵詞：Web技術(shù)；供電系統(tǒng)；模擬器；仿真

0引言

隨著船舶工業(yè)向著數(shù)字化、自動(dòng)化方向不斷發(fā)展，船載自動(dòng)化設(shè)備的裝機(jī)量越來越大，船載導(dǎo)航設(shè)備、自動(dòng)舵、照明設(shè)備的正常運(yùn)行都需要高質(zhì)量的電力供應(yīng)。此外，隨著新能源技術(shù)的發(fā)展，電力推進(jìn)技術(shù)逐漸發(fā)展成熟，電能推進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)由于具有高能量轉(zhuǎn)換率、調(diào)速方便等特點(diǎn)，已經(jīng)在船舶工業(yè)領(lǐng)域獲得了相當(dāng)一部分市場(chǎng)份額。船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的能量來源于發(fā)電機(jī)和配電設(shè)備，為了使船舶獲取穩(wěn)定、充足的電力，必須提高船舶供電系統(tǒng)的性能[1]。船舶供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，配電設(shè)備和輸電線路眾多，再加上供電系統(tǒng)的工況較為惡劣，不僅要克服船舶機(jī)艙的振動(dòng)因素，還要克服海上的高溫、高濕度等惡劣環(huán)境。因此，為了確保船舶供電系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，不僅要切實(shí)提高船舶供電系統(tǒng)的設(shè)備質(zhì)量，還必須要提高艦船供電系統(tǒng)的可操作性，改善工作人員的操作水平。模擬訓(xùn)練器是近年來逐漸興起的一種培訓(xùn)方式，通過仿真技術(shù)搭建某機(jī)械系統(tǒng)的模擬器，使操作人員不受實(shí)際操作環(huán)境、訓(xùn)練成本的限制，提高操作人員的水平，具有經(jīng)濟(jì)性好、靈活性強(qiáng)、訓(xùn)練效率高等優(yōu)點(diǎn)[2]。本文主要對(duì)艦船供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)行了介紹，基于Web技術(shù)研發(fā)了艦船供電系統(tǒng)的模擬仿真系統(tǒng)，并詳細(xì)介紹了該供電系統(tǒng)模擬仿真系統(tǒng)的原理。本文開發(fā)的模擬仿真系統(tǒng)具有良好的操作效果，為船舶工作人員更好的掌握供電系統(tǒng)操作知識(shí)提供了良好的平臺(tái)。

1船舶供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

船舶供電系統(tǒng)包括電站、配電裝置、負(fù)載等。艦船供電系統(tǒng)的主要設(shè)備包括發(fā)電機(jī)、配電板、電動(dòng)機(jī)、聯(lián)絡(luò)開關(guān)、變壓器、照明設(shè)備負(fù)載、導(dǎo)航設(shè)備等。1）發(fā)電機(jī)艦船供電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)分為主發(fā)電機(jī)、副發(fā)電機(jī)、應(yīng)急發(fā)電機(jī)3種，主發(fā)電機(jī)的作用是保障船舶具有正常的操作狀態(tài)和滿足正常生活條件所需的電力能源。副發(fā)電機(jī)和應(yīng)急發(fā)電機(jī)主要針對(duì)緊急工況下的船舶供電，比如極端惡劣的天氣條件、主發(fā)電機(jī)失效等情況等。2）配電裝置配電裝置主要是指配電板，起到接收并分配電能、電網(wǎng)故障檢測(cè)、電源保護(hù)和控制電流傳輸?shù)茸饔谩Ｅ潆姲逵泻芏喔郊热甾D(zhuǎn)換和控制開關(guān)、互感器、監(jiān)測(cè)儀表等。3）負(fù)載艦船供電系統(tǒng)的負(fù)載包括電氣照明設(shè)備、輔助航向控制設(shè)備、船舶通訊導(dǎo)航設(shè)備、通信設(shè)備、電動(dòng)起重機(jī)等，隨著艦船自動(dòng)化程度的提高，供電系統(tǒng)的負(fù)載也逐漸增加。

2基于Web技術(shù)的艦船供電系統(tǒng)的模擬仿真

2.1Web技術(shù)的原理

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展為其它工業(yè)領(lǐng)域帶來技術(shù)革新，包括ActiveX控件技術(shù)[3]、Web技術(shù)、ASP技術(shù)[4]等，這些技術(shù)為實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制系統(tǒng)的模擬與仿真提供了技術(shù)條件。Web技術(shù)是從B/S結(jié)構(gòu)發(fā)展而來的，主要分為數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、Web服務(wù)器和客戶瀏覽器等3個(gè)層次結(jié)構(gòu)。Web技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)是Internet的集成，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)根據(jù)原理可分為網(wǎng)關(guān)集成和串口通信集成2種類型，如下：1）網(wǎng)關(guān)集成結(jié)構(gòu)網(wǎng)關(guān)集成是指不同的Web功能層采用不同的通信方式，數(shù)據(jù)庫(kù)與服務(wù)器之間使用現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行通信，工作站之間和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器之間使用以太網(wǎng)通信，通信網(wǎng)關(guān)的作用是信息的轉(zhuǎn)接與調(diào)度。2）串口通信集成串口通信集成方式將網(wǎng)絡(luò)中的工作站、Web服務(wù)器直接掛在互聯(lián)網(wǎng)上，工作站與設(shè)備之間仍采用串口通信。相對(duì)于網(wǎng)關(guān)通信集成，串口通信集成方式傳輸?shù)拇蠖嗍嵌虜?shù)據(jù)流。

2.2基于Web技術(shù)的艦船供電系統(tǒng)建模

為了建立艦船供電系統(tǒng)的模擬仿真器，使模擬仿真器可以具有供電系統(tǒng)必須的功能屬性，必須要對(duì)供電系統(tǒng)進(jìn)行建模，對(duì)供電系統(tǒng)的電路進(jìn)行簡(jiǎn)化。本文將艦船供電系統(tǒng)設(shè)備分為兩大類進(jìn)行建模，1）發(fā)電機(jī)組，包括柴油主機(jī)、發(fā)電機(jī)等設(shè)備；2）供電系統(tǒng)的監(jiān)視、報(bào)警和控制設(shè)備。其中，柴油主機(jī)的函數(shù)模型主要是動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，而監(jiān)控、控制設(shè)備的模型主要是指邏輯與控制電路[3]。為經(jīng)過簡(jiǎn)化的艦船供電系統(tǒng)邏輯與控制電路模型。為了提高艦船供電系統(tǒng)輸出電能的質(zhì)量，勵(lì)磁系統(tǒng)產(chǎn)生的電流必須要經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和電力網(wǎng)絡(luò)方程的調(diào)節(jié)才能到達(dá)負(fù)載。由圖3可知，發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)過程主要分為2部分：1）調(diào)速系統(tǒng)與轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程。這部分內(nèi)容體現(xiàn)了發(fā)電機(jī)的輸入功率與輸出功率的對(duì)比，當(dāng)出現(xiàn)不平衡時(shí)，調(diào)速器接收到發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)，并將速度偏差作為控制量。2）電磁回路方程這部分動(dòng)態(tài)方程主要描述了艦船發(fā)電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子等，通過電磁效應(yīng)產(chǎn)生電能的過程。

2.3基于Web技術(shù)的艦船供電系統(tǒng)模擬器設(shè)計(jì)

本文基于Web技術(shù)開發(fā)了艦船供電系統(tǒng)的模擬仿真系統(tǒng)，仿真系統(tǒng)的客戶端為安裝有VRML插件的瀏覽器，平臺(tái)為任意1臺(tái)運(yùn)行Windows7及以上的計(jì)算機(jī)，通過腳本編程接口控制鍵盤、鼠標(biāo)等外部設(shè)備操作和交互。供電系統(tǒng)的三維場(chǎng)景的建模過程基于三維建模軟件CREO平臺(tái)和Web服務(wù)器，通過接口接收服務(wù)器發(fā)送的場(chǎng)景更新數(shù)據(jù)，在客戶端進(jìn)行場(chǎng)景的調(diào)試和更新過程[4]。圖4為基于Web技術(shù)的艦船供電系統(tǒng)模擬仿真系統(tǒng)的原理圖。如圖所示，該模擬仿真系統(tǒng)主要包括3個(gè)部分，MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)、Web服務(wù)器、供電系統(tǒng)的操縱模型瀏覽器和界面等。

3結(jié)語

為了提高艦船供電系統(tǒng)操作人員的訓(xùn)練水平，提高操作技能，保障艦船供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，本文基于Web技術(shù)和三維建模技術(shù)開發(fā)了艦船供電系統(tǒng)的模擬仿真系統(tǒng)，并介紹了該模擬仿真系統(tǒng)的技術(shù)要點(diǎn)和工作原理。

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作者:張磊 單位:內(nèi)蒙古交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院