船舶电站自动化管理系统分析探究

船舶电站的应用与研究

导读：船舶电站并车控制系统的研究，船舶电站自动化管理系统分析，船舶电站自动控制系统的设计，船舶电站并车与故障探讨，船舶电站在线考核评估系统的研制。

中国学术期刊文辑（2013）

目录

一、理论篇

Web3D船舶电站在线考核评估系统的研制 1

半实物模拟船舶电站 5

船舶电站PLCPPU网络控制技术和维护建议 10

船舶电站PLCPPU网络控制技术和维护建议高峰 14

船舶电站柴油机H调速器的仿真研究 18

船舶电站柴油机最小熵H调速控制器的设计 23

船舶电站抽出型框架式自动空气断路器的维护 27

船舶电站仿真工作站CAN总线通信的实现 31

船舶电站负荷扰动下动态建模与仿真 38

船舶电站负荷扰动下动态建模与仿真常勇 45

船舶电站负荷扰动下轴系瞬时转速的动态仿真 52

船舶电站故障诊断仿真系统 57

船舶电站实操考试自动评分系统的设计与实现 61

船舶电站同步发电机组综合控制算法 65

船舶电站物理仿真模拟器的设计与实现 70

二、发展篇

船舶电站系泊调试 76

船舶电站重载询问功能的设计与实现 81

船舶电站自动调载的PLC控制系统 88

船舶电站自动化管理系统分析 93

船舶电站自动控制系统的设计 96

基于DSP的船舶电站自动准同期装置研究 121

基于DSP的船舶电站自动准同期装置研究杨光明 125

基于PPU的小型船舶电站经济型控制方案研究朱永祥 129

基于Web组态环境下的船舶电站虚拟操作与评估系统开发 134 基于Zinc的船舶电站监控系统图形界面的实现 137

基于多机静态冗余系统的船舶电站并联控制技术研究 140

基于马尔可夫过程的船舶电站冗余系统可靠性分析 145 基于盲分离的船舶电站柴油机故障诊断研究 152

基于模糊控制的船舶电站频载控制仿真 156

基于施耐德M340PLC的船舶电站远程监视方法研究 160

浅谈船舶电站自动化系统设计与实现李京炜 164

浅谈运用模糊量化技术评判船舶技术的状况 165

嵌入式船舶电站监测系统的设计 166

停泊发电机在船舶电站中的运用研究 168

现代船舶电站监控系统的设计研究 171

小型船舶电站总线监控系统的设计与实现 174

小型船舶电站总线监控系统的设计与实现宋运伟 1 179

SHIP ENGINEERING 船舶工程

V ol.31 No.4 2009 总第31卷，2009年第4期Web3D船舶电站在线考核评估系统的研制

王永坚，黄臻臻，杨国豪

（集美大学轮机工程学院，厦门 361021)

摘 要：Web3D技术在海船轮机员实操训练和考核评估中的应用是一种创新和突破.利用Web3D技术建构具有交互功能的船舶电站三维场景，采用PHP动态网页技术，结合Ajax信息传送，以及Apache 服务器和MySQL数据库的使用，设计并实现了Web3D船舶电站在线考核评估系统.从系统设计原理的分析、在线考核评估系统功能的介绍、学员在线考核评估过程和教师评阅过程的实现，全面阐述该系统的整体结构及其使用功能.系统经海事主管机关的测试、应用后，取得令人满意的效果.

关键词：船舶电站；Web3D；在线考核评估系统；设计与实现

中图分类号：U664.3 文献标识码：A 文章编号：1000-6982 (2009) 04-0067-04

Development of online examination and assessment system for

Web3D ship power station

W ANG Y ong-jian, HUANG Zhen-zhen, Y ANG Guo-hao

(Marine Engineering Institute, Jimei University, Xiamen 361021, china)

Abstract:Web 3D technology is greatly applied in practice training, examination and assessment for marine engineer, which is a kind of innovation and breakthrough. The three-dimensional scene of ship power station with interactive features was built based on Web3D technology, using PHP dynamic web technology, combined with Ajax messaging, as well as the Apache server and MySQL database. A Web3D ship power station online evaluation system was designed and realized. The system is tested by Maritime Administration and after application the system is satisfied.

Key words:ship power station; Web 3D; online examination and assessment system; design and implementation

0 引言

目前，广泛应用于轮机员适任证书考试实操训练和评估考核的船舶电站模拟器，是一种采用软硬件结合、有力感、物理量式的模拟器[1].该模拟器在各等级轮机员实操培训和评估考核中发挥着巨大的作用，取得的成效是有目共睹的[2].但这种物理量式的模拟器，在培训和评估过程中也有些问题，如：工作稳定性有待提高、系统可扩展功能较为薄弱、二次开发稍显不足等[1].加之训练和评估时人数和地点的限制[2]，一定程度上影响了学员的培训质量和考核评估工作，削弱船舶电站模拟器应有价值的发挥.随着网络技术、计算机图形技术、多媒体技术、特别是Web3D技术的快速发展[3]，利用这些技术构建船舶电站三维场景，基于功能强大的网络技术，设计适用于网上实操训练和评估考核之用的虚拟船舶电站三维场景以及在线考核评估系统，是虚拟现实技术在船员实操训练和考核评估领域的一种突破和创新性应用.利用Web3D船舶电站在线考核评估系统，在模拟真实环境下，实现船舶电站实操项目实时、交互式的仿真训练和评估工作，具有明显的优势及其重要意义.

1 Web3D船舶电站的建立和交互过程的实现

1.1 Web3D船舶电站三维虚拟场景的构建

Web3D船舶电站三维场景的构建及交互过程是通过如下方式实现的：电站三维场景的建模和构建运用了Web3D技术及三维网络建模语言VRML[3,4]，采用三维图形编辑器VrmlPad、Web3D tools构建配电板上简单部件的三维模型，使用3DS MAX构建配电板

收稿日期：2008-12-24；修回日期：2009-01-12

作者简介：王永坚（1972-），男，高级轮机长，主要从事船舶虚拟现实仿真技术及轮机工程教学研究工作.

上复杂部件三维模型[5]，利用第三方可视化建模软件Web3Dtools将各建好配电仪器仪表和面板部件的三维模型进行组合，通过VrmlPad编辑器进行优化，压缩转换成VRML文件[6]（.wrl格式），实现船舶电站三维场景建构.图1是船舶电站的核心部分主配电板三维立体效果图.

图1 三维船舶电站主配电板效果图

1.2 Web3D船舶电站操作训练项目交互过程与网上发布的实现

模拟真实环境实现海事主管机关有关轮机员适任评估考试船舶电站各实操项目交互式仿真操作训练和考核评估，主要采用如下技术路线实现：基于已建好的船舶电站三维场景，利用VRML语言的事件机制与路由机制[6,7]，结合JavaScript编写的脚本程序，通过交互工具（鼠标和键盘），依照船舶电站各操作项目的操作步骤要求和相关逻辑，实现模拟真实环境下的仿真操作训练及评估考核工作.为了达到实现远程、网络式训练和在线评估之用，将具有交互功能的虚拟船舶电站VRML文件（.wrl格式）嵌入在HTML网页进行网上发布，用户在远程的PC机上安装Web3D厂商提供的驱动渲染插件，通过客户端IE浏览器，便可在所建三维船舶电站进行实时、动态、交互式的访问以及各项操作训练与评估.

2 Web3D船舶电站在线考核评估系统的设计与实现2.1 在线考核评估系统的功能

Web3D船舶电站在线考核评估系统的主要功能分为两大部分：1）在所建船舶电站的三维场景内，实现各等级轮机员取得适任证书必须完成的、海事主管机关规定的船舶电站各项实操评估项目的在线仿真训练与评估测试.学员可以通过局域网或互联网，在远程客户端，完全模拟真实环境下，实现船舶电站的在线实操评估测试.每一考核项目中，学员每步操作的正确与否以及出现操作错误的次数与错误类别（系统将学员操作错误分为三类：一般性操作错误、操作不到位错误、重大错误）实时记录在后台数据库中，通过考试管理系统，赋予权限的评阅教师可以调阅虚拟操作评估记录表，根据学员的测试时实际操作过程客观、公正进行评判.由于所有的操作记录，在学员结束考试提交测试结果后，就无法更正.因此，利用这种方式实现实操评估项目的考核可以减少目前人为评判考核时主观性过强的弊病，真正做到公平、公正地考试.2）通过考试管理系统可实现学生、监考人员、评阅人员以及评估项目类别、试卷类别和试卷内容的修改、项目的增减等编辑与管理工作，实现动态化的考务管理工作.

2.2 在线考核评估系统的设计与实现

2.2.1 考核评估系统的硬件配置

Web3D船舶电站在线考核评估系统的硬件部分，服务器采用Apache服务器作为系统服务器.服务器端采用MYSQL数据库、利用PHP脚本程序实现数据库与外界之间的通讯联系[8]；客户端一般要求处理器具有2G P4及以上性能的CPU，内存RAM应在512M及以上，显卡应支持DirectX 9.0c，GF 5200及以上性能以保证复杂三维场景快速、实时的刷新和良好的分辨效果；IE浏览器必须是IE5.5及以上的配置，以满足三维场景的实时渲染、解释生成.

2.2.2 考核评估系统的设计和实现

考核评估系统的设计和实现的原理是：整个系统采用PHP动态网页技术[8,9]，浏览器端通过COM技术，将用于渲染与表现虚拟三维场景的ActiveX插件嵌入网页.同时，通过ActiveX插件中的File属性指定Web3D 船舶电站模型文件，从服务器端将嵌入HTML网页中具有交互功能的船舶电站三维场景文本（.wrl格式）下载到客户端，用户在三维场景中交互操作过程中产生的事件，发送到网页，由网页的JavaScript接收事件，通过Ajax将信息传送致PHP服务器，服务器解释收到的信息，存储至MySQL数据库[8,9].另外，通过Ajax调用PHP服务器，从数据库中将与交互场景所需相关信息和数据传回船舶电站场景[8,9]，完成实操项目仿真操作和评估考核测试.评阅教师登陆考试管理系统，系统从数据库中读取考生在船舶电站三维场景进行各项操作后所记录的相关信息，教师进行评阅，实现客观、公正的评判并给出评估考核成绩.从而实现考生在线考核评估和评阅教师在线评阅工作.Web3D船舶电站考核评估系统的具体的设计流程图如图2所示.

1）网页嵌入ActiveX插件的实现方式的部分源代码如下：.

2）通过JavaScript接收插件的事件分为三种情况：1）通过对话框的形式，输入船舶电站操作前各种准备条件和实操时电气参数的检查等内容代替实际评估时

的口述内容；2）考生在虚拟船舶电站操作过程中的各种交互信息；3）操作过程不同错误类别和错误次数的信息.下面是一段JavaScript 接收插件送回的步骤操作完成后结果信息，该信息通过Ajax 和PHP 解释器存入数据库的源代码：

if(inputparam)

{OperationStepComplete(bstrV alue,inputparam[1],c ount);

if( inputparam[0] == 2 ) {getErrorBInfo(windowstep);} inputparam = null;}

else {OperationStepComplete(bstrV alue,"");} .

3）通过Ajax 技术实现船舶电站的网页动态交互管理以及数据库的动态管理，部分设计的源代码是：

… var cp=new cpaint();

cp.set_transfer_mode("post");cp.set_response_type("object");

cp.set_persistent_connection(false);cp.set_async(fals e); cp.set_proxy_url('');…

图2 Web3D 船舶电站在线考核评估系统设计流程图

2.2.3 MYSQL 数据库的设计

Web3D 船舶电站考核评估数据库的设计主要分为如下两大部分：第一部分是用于保存考生和评阅教师的相关信息的表格，主要有学生表tb_student 、监考老师表tb_monitor 、评阅老师表tb_scorer ；第二部分是用于保存与测试题目和测试试卷管理以及测试结果、成绩汇总有关的表格，主要有项目类别表tb_ papertype 、试卷类别表tb_paperclass 、试卷表tb_paper 等.这些表格中部分内容可以通过管理系统进行动态管理和信息编辑，实现考务管理动态化.图3为用于学生个人信息管理数据表格.

图3 学生个人信息管理数据表

3 Web3D 船舶电站在线考核评估过程的实现 3.1 学员在线评估考核过程的实现

Web3D 船舶电站在线考核评估系统可以让学员在海事主管机关指定的任何配备局域网的考试室内进行考试，也可以利用互联网实现远程考试.具体的实现过程是：在客户端学员通过IE 浏览器输入Apache 系统服务器的IP 地址，向服务器发出申请，服务器从当前硬盘或内存中读取嵌有Web3D 船舶电站场景的HTML 文件，送回用户客户浏览器；接着学生在考试信息界面输入后台数据管理系统已经登记的考生姓名，由监考老师告知相应的密码，进入船舶电站考试信息界面，随机产生两道题，点击相应考题后，进入考试交互界面，通过Active 插件和浏览器渲染、解释生成三维船舶电站，使用鼠标和键盘作为交互手段，学员可以在模拟真实环境的场景下，实现该测试项目的考核与评估，测试结果保存提交后，通过Ajax 和PHP 解释器送至后台的数据库，完成考核评估工作.图4为Web3D 船舶电站在线考核评估系统交互界面.

图4 Web3D 船舶电站在线考核评估系统交互界面

3.2 教师评阅过程的实现

评阅过程可以在每位考生测试完毕后进行在线评阅.具体的做法如下：评阅老师在客户端输入管理系统的IP 地址，进入评阅信息界面，输入相应的姓名和密码（已经在后台数据库给以确认），进入考试管理系统，点击“考核信息”后，在试卷类别列表中，点击考核题目，查找所要评阅的学员和评阅项目，点击“审核”后，进入“福建海事局轮机虚拟实操评估记录”，在评价栏内，依照考生测试的结果，实时参数和口述部分的记录，以及测试过程中所犯错误的类别和次数，按规定的权重比例进行评分，逐项填写评价意见，并在评分栏中输入分值，记录表自动统计最后得分，完成

评阅工作.图5为考生虚拟实操评估记录表.

图5 考生虚拟实操评估记录表

4 结语

Web3D 船舶电站在线考核评估系统经海事主管部门的测试和应用，结果令人满意，可以满足有关轮机员适任证书考试中船舶电站实操评估考核的相关要求，完全可替代现场评估考核工作.系统的应用不仅可以实现学员无限场地、无限人数、远程网络式考核与评估，而且在非常低的成本下，在模拟真实环境下，完成主管机关规定的船舶电站实操评估工作.

参考文献：

[1] 王明雨.基于Web 的船舶电站模拟器的开发[D].大连：

大连海事大学，2005.

[2] 曾青山，陈景峰，黄加亮.轮机模拟器的现状和发展趋

势[J].集美大学学报：自科科学版，2003, 8(1): 74-79. [3] 段新星.虚拟现实基础与VRML 编程[M].北京：高等教

育出版社，2004.

[4] 张秀山.虚拟现实技术及编程技巧[M].北京：国防大学

出版社，1999.

[5] 刘美菊，李志，韩凤燕.基于VRML 和3DS MAX 的虚

拟现实系统构建[J].沈阳理工大学学报，2006, 25(1): 53-55.

[6] 王东.基于Web3D 的VRML 三维造型及动画技术研究

[D].成都：四川大学，2005.

[7] 张金钊，张金镝，张金锐.虚拟现实三维立体网络程序

设计语言VRML—第二代网络程序设计语言[M].北京：清华大学出版，2004.

[8] 郭金锋，林宇.PHP&MySQL Web 网络编程[M].北京：

人民邮电出版社，2001.

[9] 张枭.PHP+MySQL+Dreamweaver 网站建设典型案例

[M].北京：清华大学出版，2006.

（上接第47页）

3.5 相对合成标准不确定度u c

根据分析得知，上述各项分量互不相关，则：

5

2222104.7?×=+++=δu u u u u f F L c

3.6 扩展不确定度

取包含因子k =2，则：

5427.410 1.5100.015%c U ku ??==××=×= 所以本扭矩标准装置的扩展不确定度优于U = 0.03%(k =2).

4 结论

通过2kN·m 扭矩标准装置的优化设计研究，得出要提高扭矩标准装置的不确定度，除以前考虑到减少摩擦、提高标准力臂长度和砝码的准确度以外，应当重点考虑以下两点：

1）需保证标准装置力臂平面、被校传感器和平衡力臂平面同轴度.

标准装置除产生标准扭矩外，更重要的是要考虑被校扭矩传感器承受扭矩的准确性，使扭矩传感器承

受纯扭矩，不承受附加力，因而必须保证装置力臂平面、被校传感器和平衡力臂平面同轴度.因此在安装时必须采用适合的挠性联轴节和中心线调整机构.

2）标准装置的基座在校准过程中承受的力应当是正压力，不能引起扭转变形.

标准装置在校准过程中扭转反力应作用于大地，不可作用于基座本体上，以保证基座不产生扭转变形，从而保证了校准准确度.

参考文献：

[1] 商维绿，缪德源，钱顺章，等.现代扭矩测量技术[M].

上海：上海交通大学出版社，1999.

[2] Zhang yue, Shang weilu. Evaluation of Torque for the

Dead-Weight Standard Manchine[C]//IMEKO TC3/ APME’98, 1998: 290-293.

[3] Guo-liang Wu, Feng Zhao. High Accuracy Technology

Research on the Lever Force Standard Manchine[C]// IMEKO TC3/APME’98, 1998: 376-378.

[4] 国防科技工委科技与质量司组织编写.力学计量[M].上

册.北京：原子能出版社，2002.

　第３６卷第１期　２

０１３年３月中　国　航　海

ＮＡＶＩＧＡＴＩＯＮ　ＯＦ　

ＣＨＩＮＡＶｏｌ．３６Ｎｏ．１　

Ｍａｒ．２０１３　

收稿日期：２０１２－１０－

２８基金项目：国家自然科学基金（５１１７９１０２）；中国远洋运输（集团）总公司应用研究计划项目（２０１０－１－Ｈ－

００２）作者简介：孙　明（１９６８－），男，山东昌邑人，副教授，硕士，从事船舶能源动力优化的应用研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｕｎｍｉｎｇ＠ｃｏｓｃｏｑ

ｍｃ．ｃｏｍ．ｃｎ．文章编号：１０００－４６５３（２０１３）０１－００５０－０４

半实物模拟船舶电站

孙　明

（青岛远洋船员职业学院，山东青岛２６６０７１

）摘　要：针对柴油发电机组（ＤＧ）、废气透平发电机组（ＴＧ）和轴带发电机组（ＳＧ）组成的现代节能型船舶电站，建立了半实物模拟船舶电站。其控制系统由上位计算机、可编程逻辑控制器（ＰＬＣ）和并车单元物理运算处理器（ＰＰＵ）组成，发电机组由３套４０ｋＷ的ＤＧ、４套５ｋＷ的变频电动机驱动发电机组分别模拟ＤＧ、ＴＧ和ＳＧ、及基于Ｓｉ－ｎａｍｉｃｓ的能量回馈节能系统组成。运行结果表明：半实物模拟的船舶电站具有系统的动态性能和稳定性，能实现ＳＧ、ＴＧ与ＤＧ之间的最佳负荷分配，减少机组起停频次和能耗，降低成本。关键词：船舶、舰船工程；船舶电站；最佳负荷分配；优化控制；节能；半实物模拟中图分类号：Ｕ６６５．１２ 文献标志码：Ａ

Ａ　Ｍａｒｉｎｅ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｔａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　Ｈａｒｄｗａｒｅ－ｉｎ－ｔｈｅ－Ｌｏｏｐ　

ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＳｕｎ　Ｍｉｎｇ

（Ｑｉｎｇｄａｏ　Ｏｃｅａｎ　Ｓｈｉｐｐｉｎｇ　

Ｍａｒｉｎｅｒｓ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｑｉｎｇｄａｏ　２６６０７１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｍａｒｉｎｅ　ｐｏｗｅｒ　ｓｔａｔｉｏｎ（ＭＰＳ）ｃｏｍｐｏｓｅｄ　ｏｆ　ＤＧ，ＴＧ，ＳＧ，ａｎｄ　ａｎ　ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ　ａｎｄ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｍａｎ－ａｇｅｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｍａｄｅ　ｏｆ　ｈｏｓｔ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ，ＰＬＣ　ａｎｄ　ＰＰＵ．Ｔｈｅ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｓｅｔ　ｃｏｎ－ｓｉｓｔｓ　ｏｆ　ｔｈｒｅｅ　４０ｋＷ　ＤＧｓ　ａｎｄ　ｆｏｕｒｅ　５ｋＷ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｍｏｔｏｒｓ，ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ＤＧ，ＴＧ　ａｎｄ　ＳＧ　ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙａｎｄ　ａｎ　ｅｎｅｒｇｙ　ｆｅｅｄｂａｃｋ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｓｉｎａｍｉｃｓ．Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ＭＰＳ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｈａｒｄｗａｒｅ－ｉｎ－ｔｈｅ－ｌｏｏｐ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｈａｓ　ｓａｍｅ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ａｎｄ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｗｉｔｈ　ｒｅａｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｃａｎ　ａｃｈｉｅｖｅ　ａｎ　ｏｐｔｉｍａｌ　ｌｏａｄ　ｄｉｓ－ｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ａｍｏｎｇ　ＳＧ，ＴＧ　ａｎｄ　ＤＧ　ｔｏ　ａｖｏｉｄ　ｆｒｅｑｕｅｎｔ　ｓｔａｒｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｓｔｏｐｐｉｎｇ　ｓｏ　ａｓ　ｔｏ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｌｏｗｅｒ　ｄｏｗｎ　ｔｈｅ　ｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐ

ｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｏｓｔ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｈｉｐ，ｎａｖａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｍａｒｉｎｅ　ｐｏｗｅｒ　ｓｔａｔｉｏｎ；ｏｐｔｉｍａｌ　ｌｏａｄ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ；ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ；ｈａｒｄｗａｒｅ－ｉｎ－ｔｈｅ－ｌｏｏｐ　

ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ 船舶电站的控制与管理优化是船舶节能减排技

术的研究重点之一。船舶主机轴带发电机（ＳｈａｆｔＧｅｎｅｒａｔｏｒ，ＳＧ）、废气透平发电机（Ｔｕｒｌｉｎｅ　Ｇｅｎｅｒａ－ｔｏｒ，ＴＧ）与柴油发电机（Ｄｉｅｓｅｌ　Ｅｎｇｉｎｅ　Ｇｅｎｅｒａｔｅ，ＤＧ）

的最佳负荷分配是船舶电站节能及优化管理研究的主要内容［

３－

４］。采用性能相似、几何相似的半实物模拟技术建立船舶电站的试验平台，进行多类型发电机并联运行的能量优化控制策略研究，既保证系统的动态性能和稳定性，又降低成本。

１　船舶电站优化管理系统的设计

船舶电站优化管理半实物模拟系统由三套

４０ｋＷ柴油机－发电机组（ＤＧ）

，两套５ｋＷ变频电动机－发电机组分别模拟透平发电机（ＴＧ）和轴带发电机（ＳＧ），另两套５ｋＷ变频电动机－发电机组模拟柴－电机组（ＤＧ），基于ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｌｏｇ

ｉｃＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）和ＰＰＵ（Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）的电站管理系统和配电板组成，系统负荷采用基于Ｓｉ－

ｎａｍｉｃｓ能量回馈节能系统［４，５］

，

将负荷回馈到校园电网，这不同于常规电站调试用的水电阻和电抗器。

船舶电站的半实物模拟系统见图１。同步发电机自动电压调整器为ＢＡＳＬＥＲ数字ＡＶＲ　ＤＥＣＳ，柴油机调速器为ＧＡＣ－ＥＳＤ５１１１Ａ电子调速器，它们都可与上位机进行远程通信。并车保护单元ＰＰＵ对ＤＧ、ＴＧ和ＳＧ进行电压、

频率的闭环调节

与并联运行时的负荷分配，ＰＬＣ对ＤＧ、ＴＧ和ＳＧ进行逻辑程序控制，Ｓ７－３００ＰＬＣ与ＰＰＵ采用Ｍｏｄ－ｂｕｓ方式通信，电站管理系统ＰＭＳ（Ｐｏｗｅｒ　Ｍａｎａｇｅ－ｍｅｎｔ　Ｓｙｓｔｅｍ）通过ＰＬＣ和ＰＰＵ集中监控ＤＧ、ＴＧ和ＳＧ的运行状态。能量回馈节能系统Ｓｉｎａｍｉｃｓ各模块经Ｄｒｉｖｅ－ＣＬｉＱ进行通讯和数据交换，异步电动机ＩＭ１吸收电网功率，同轴拖动ＩＭ２异步电动机，ＩＭ２工作在再生制动状态，经回馈模块将能量回馈到电网。ＩＭ１和ＩＭ２取代了电站模拟负载的水电阻和电抗器。转换开关ＳＷ１～ＳＷ４用于选择柴电机组（ＤＧ）或模拟机组（ＤＧ′）投入工作。上位机ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）与ＰＬＣ、Ｓｉｎａｍｉｃｓ通过以太网通讯，ＰＣ上运行Ｃ＃研制的船舶电站自动化系统监

控与操作界面、模拟仿真软件与实操考试自动评分系统。

２　模拟电站的功能

图１的ＰＭＳ具有发电机组的模式选择、手动／半自动／自动启停控制，发电机组的手动／自动并车操作，并联运行中功率的手动／自动分配、转移，电网频率的手动／自动调整，取决于负荷大小的发电机运行台数管理，大功率负荷投入管理，发电机组机电故障的自动处理与报警，发电机手动／自动、故障状态下解列、停机控制，发电机的保护，正确显示运行及故障状态，系统运行参数（如电压、电流、频率、功率和绝缘等）的监视与修改

。

图１　船舶电站控制及优化半实物模拟系统

Ｆｉｇ．１　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｎｄ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｈａｒｄｗａｒｅ－ｉｎ－ｔｈｅ－ｌｏｏｐ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ

船舶电站自动控制系统采用最新一代微机与高性能ＰＬＣ的结合［６－７］，具有完备的现代化水平。ＰＬＣ实现ＤＧ、ＴＧ和ＳＧ的程序控制和输入／输出信号的采集与处理，并车控制、频率调节和功率分配等反馈控制与闭环参数管理是通过ＤＥＩＦ　ＰＰＵ实现的，在ＰＰＵ上还能显示参数和修改控制参数、动作值与延时时间。ＰＣ运行系统监控界面，可实现整个系统的运行管理和控制。

图１的ＰＣ将电站自动化的操作与控制过程及其程序理解的基本策略与人工评估的思维过程结合起来，建立基于船舶电站实操的自动评分模型［８－９］。评估内容转化为具有数据流和控制流信息的表现形式，再进一步规范化处理，消除表达方式的多样性，根据匹配结果应用模糊评价与层次分析法，通过映

［９］

该方法应用于电站实操评估，根据考生的操作过程结果和控制过程理解的正确程度进行自动评分，具有较高的准确性、稳定性和实用性。解决了电站实操评估不能计算机化的难点及人工评估的缺陷。

３　系统的实现

废气透平发电机组（ＴＧ）、轴带发电机组（ＳＧ）及柴油发电机组（ＤＧ）并联运行时负荷分配若仍采用比例分配法是不经济的，为了充分利用柴油机的余热，应采用最佳负荷分配法［７］，这种方法的发电机组运行状态见图２和图３。

考虑到柴油机在低负荷运行时（一般３０％额定负荷以下），燃油雾化不良、燃烧效率低，油头容易积碳等因素，因此柴油机组一旦并网运行，ＤＧ就加３　０％的最小负荷。另外ＳＧ也设有最小负荷限值，

１

５

孙　明：半实物模拟船舶电站