（轮机工程专业论文）基于pims船舶燃油净化系统操控过程的动态仿真设计.pdf

1 _ i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n g b y l i uj i a n h u a ( m a r i n ee n g i n e e r i n g ) t h e s i ss u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rz h a n gj u n d o n g a p r i l2 0 1 1 k ，卜 ， f k 弋 气 或集体已经公开发表或未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学 位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到中国优秀博硕士 学位论文全文数据库( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社) 、中国学位论文全 文数据库( 中国科学技术信息研究所) 等数据库中，并以电子出版物形式出版发 行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。 本学位论文属于：保密口在年解密后适用本授权书。 不保密函( 请在以上方框内打“一) 燃耐审 f t 中文摘要 摘要 随着虚拟现实、网络和多媒体等现代信息技术的快速发展，计算机虚拟仿真 技术己在各个领域得到越来越广泛地应用。虚拟仿真技术由于在虚拟图形建模、 人机交互设计、系统管理以及操作上的安全性等方面具有较大的优势，受到广大 用户的青睐。 当前广泛应用于海船轮机员适任实操训练与评估的模拟器是一种半物理量 式、有力感、混合型的仿真模拟器，这种模拟器在轮机员适任实操培训过程中发 挥着巨大的作用，取得的成绩是有目睹的，但在使用中也存在着诸如：系统扩展 功能较为薄弱、工作稳定性较差、二次开发稍显不足以及培训地点和受训人员数 量受限制等问题。基于p i m s 的虚拟轮机模拟器及其他辅助设备操作仿真系统，可 以让学员在虚拟轮机场景内，在模拟真实机电设备的操控环境下通过交互设备( 如 鼠标和键盘) ，在远程用户端实现网络、交互式的仿真操作训练。基于p i m s 轮机 模拟器具有以下的优势：1 ) 基于互联网或局域网可实现学员无限场地、无限次数 和人数、远程网络式的训练与评估：2 ) 在高性价比和低成本的基础上，可以显著 地提高轮机员的培训质量。 基于p i m s 燃油净化系统操控过程的动态仿真设计是虚拟轮机模拟器的重要 组成部分，课题以在一艘5 6 0 0 t e u 集装箱船使用的口i a v a i ，f o p x 型全部排渣 式全自动燃油分油机及其组成系统作为虚拟场景建模的原型，以该轮燃油净化系 统操作与控制过程作为仿真设计原型。综合运用组态技术、网络技术和计算机技 术建构燃油净化系统动态操控仿真系统，课题的主要研究内容如下：1 ) 基于p i m s 组态软件燃油净化系统虚拟场景的搭建；2 ) 燃油驳运过程的虚拟仿真设计；3 ) 燃油分油机自动分油与排渣控制过程的仿真设计；4 ) 具有人机交互功能燃油分油 机及其组成系统虚拟场景的网络发布。 燃油净化系统虚拟场景的搭建及燃油分油机自动分油与排渣过程的虚拟操控 设计是本文的研究重点：论文充分利用p i m s 组态软件进行虚拟模型的搭建，通过 软件本身功能强大的脚本编写功能实现燃油分油机自动分油与排渣控制过程复杂 一1 ， 1 y 英文摘要 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fm o d e mi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , s u c h 弱v i r t u a l r e a l i t y , n e t w o r kt e c h n o l o g ya n dm u l t i m e d i a , c o m p 咖s i m u l a t i o nt e c h n o l o g yi sw i d e l y u s e di nv a r i o u sf i e l d so fa p p l i c a t i o n c o m p u t e rs i m u l a t i o nt e c h n o l o g yh a sah u g e a d v a n t a g ei nv i r t u a lr e a lg r a p h i cm o d e l i n g ，h u m a n - c o m p u t e ri n t e r a c t i o nd e s i g n i n g ， s y s t e mm a n a g e m e n ta n do p e r a t i o no fs e c u r i t y , a n di ti sf a v o rb y u s e r s t h ee x i s t i n gs i m u l a t o rw h i c hi su s e di nm a r i n ee n g i n e e r s t r a i n i n ga n de v a l u a t i o n p r a c t i c a lo p e r a t i o no fs h i p si sas e m i - p h y s i c a lt y p e ，as t r o n gs e n s eo fm i x e ds i m u l a t o r t h es i m u l a t o rp l a y sa l li m p o r t a n tr o l ei nt h em a r i n ee n g i n e e r s t r a i n i n ga n dt h ep r a c t i c a l o p e r a t i o no ft h ev e s s e l s ，t h eg r e a ta c h i e v e m e n t sa r es e e n ，b u tt h e r ea r es h o r t a g e si nu s e ， s u c ha s s y s t e me x p a n s i o ni sw e a k ，p o o rj o bs t a b i l i t y , s e c o n d a r yd e v e l o p m e n ti sn o t g o o de n o u g h ，t h et r a i n i n gl o c a t i o na n dt h en u m b e ro ft r a i n e e si sl i m i t e da n ds o m eo t h e r i s s u e s v i r t u a lm a r i n ee n g i n es i m u l a t o rb a s e do np i m sa l l o w ss t u d e n t sl o c a t i n ga t r e m o t ep l a c et oa c h i e v ei n t e r a c t i v es i m u l a t i o no p e r a t i o nt h r o u g ht h ei n t e r a c t i v ec o n t r o l d e v i c e ( s u c ha s ：m o u s ea n dk e yb o a r d ) i nt h ev i r t u a lm a r i n ee n g i n es c e n e sa n di n s i m u l a t i n gr e a le l e c t r o - m e c h a n i c a le q u i p m e n t s o p e r a t i n ga n dc o n t r o l l i n ge n v i r o n m e n t ， t h es i m u l a t o rb a s e do np i m sh a st h ef o l l o w i n ga d v a n t a g e s ：l1i n t e r a c to rl a n - b a s e d v i r t u a lo p e r a t i n gs y s t e mc a nh e l pt h es t u d e m sa c h i e v ea nu n l i m i t e ds p a c e ，u n l i m i t e d t r a i n i n gn u m b e ra n du n l i m i t e dn u m b e ro fs t u d e n t s , n e t w o r k - s t y l et r a i n i n g a n d e v a l u a t i n g ；2 ) o nt h eb a s i so fc o s t e f f e c t i v ea n dl o w c o s t ，t h i ss y s t e mc a ni m p r o v et h e q u a l i t yo ft r a i n i n gs i g n i f i c a n t l y d y n a m i cs i m u l a t i n gd e s i g nf u e lo i lp u r i f y i n gs y s t e mo p e r a t i n ga n dc o n t r o l l i n g p r o c e s sb a s e do np i m si so n eo ft h ei m p o r t a n tp a r to fv i r t u a le n g i n es i m u l a t o r , t h e s u b j e c tc h o o s e 口- l a v a lf o p xa u t o m a t i cf u e lo i lp u r i f i e ra n di t sc o m p o s i n gs y s t e m w h i c hi su s e di na5 6 0 0 t e uc o n t a i n e rv e s s e la sav i r t u a ls c e n em o d e l i n gp r o t o t y p ea n d t a k et h ef u e lo i lp u r i f y i n gs y s t e m so p e r a t i n ga n dc o n t r o l l i n gp r o c e s s e s 嬲t h es i m u l a t i n g p r o t o t y p e t h ew h o l es y s t e mc o n s t r u c tav i r t u a ls c e n eo fa u t o m a t i cf u e lo i lp u r i c y i n gs ) r s t e m b yu s i n gc o n f i g u r a t i o nt e c h n o l o g y , n e t w o r kt e c h n o l o g y , c o m p u t e rt e c h n o l o g y c o m p r e h e n s i v e l y , t h em a i nr e s e a r c h i n gc o n t e n t so f t h es u b j e c ta r e 舔f o l l o w s ：1 ) b u i l d l、一 一 1 多 岛 ! t - y s y s t e ma n dt h ed e s i g no fs i m u l a t i n go p e r a t i o nf o rf u e lo i l sa u t o m a t i cs e p a r a t i n ga n d s l u d g ed i s c h a r g i n g t h ep a p e rm a k e sf u l l u s eo fp i m sc o n f i g u r a t i o ns o f t w a r et o c o n s t r u c tv i r t u a lm o d e la n du s et h i ss o f t w a r ei t s e l fp o w e r f u ls c r i mf u n c t i o nt or e a l i z e t h ec o m p l e xc o n t r o l l i n gl o g i co ff u e lo i la u t o m a t i cs e p a r a t i n ga n ds l u d g ed i s c h a r g i n g ， t h e nc o m p l e t et h es i m u l a t i n gp r o c e s so fv i r t u a lo p e r a t i o n t h i ss i m u l a t i n gs y s t e mc a n m a k et h en e c e s s a r yc h a n g e sa c c o r d i n gt ot h eu s e r sd i f f e r e n tn e e d s ；a n di ti sw i t hs t r o n g e x p a n s i b i l i t y k e y w o r d s ：p i m sc o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e ；f u e lo i lp u r i f y i n gs y s t e m ；o i ls e p a r a t i n ga n d s l u d g ed i s c h a r g i n ga u t o m a t i c a l l y ；s i m u l a t i n go p e r a t i o n o 、一 1 、 y 白 ： ， 1 m 、 1 3 2 论文的整体结构安排5 第2 章f o p x 型全自动燃油分油机介绍7 2 1f o p x 型全自动燃油分油机简介7 2 2 全自动燃油分油机的结构与特点7 2 3 全自动燃油分油机控制原理分析：。9 第3 章燃油净化系统操作仿真过程的开发环境1 3 3 1 组态软件介绍1 3 3 1 - 1 组态软件的概念1 3 3 1 2 组态软件p i m s 的功能及其特点1 3 3 2 系统建模工具的选择及应用1 4 3 3s o ls e r v e r2 0 0 5 软件简介1 5 3 4p i m s 构建模型的方法。1 6 3 4 1 创建一个工程1 6 3 4 2 创建数据库1 7 3 4 3 创建组态画面1 8 3 4 4 脚本程序的编写2 0 3 4 5 模型的运行2 l 第4 章燃油净化系统的组态设计。2 3 4 1 燃油净化系统重要组态场景对象的建构2 3 4 1 1 燃油驳运系统的组态设计2 3 4 1 2 燃油分油机操作控制箱组态画面的搭建。2 6 4 2 燃油分油机自动分油与排渣虚拟操控模型的创建2 9 4 3 燃油净化虚拟操控系统数据库的设计3 0 第5 章燃油净化系统重要操控过程的动态仿真设计3 1 5 1 燃油分油机自动分油与排渣控制仿真过程的设计与实现3 1 5 1 1 燃油分油机起动前油柜液位检查与补油操作的组态设计3 1 5 1 2 虚拟燃油分油机起动前的准备3 5 5 1 3 虚拟燃油分油机自动分油过程的实现3 6 5 1 4 燃油分油机自动排渣过程的虚拟操作。4 0 5 1 5 燃油分油机停止运行虚拟操作组态设计4 l 5 2 网络发布。4 4 5 2 1 网络发布环境介绍4 4 5 2 2 系统设置4 5 第6 章总结与展望。4 9 参考文献51 附录5 4 致谢6 0 l ， i t v 基于p i m s 船舶燃油净化系统操控过程的动态仿真设计 1 1 课题研究的意义 第1 章引言 2 0 1 0 年6 月2 5 日国际海事组织( i m o ) 在马尼拉通过( 1 9 7 8 年海船船员培 训、发证和值班标准公约2 0 1 0 年修正案( 以下简称“s t c w 公约马尼拉修正案”) 该修正案更加重视并严格规定轮机部高级船员要取得相应等级的适任证书必须经 过轮机仿真模拟器的训练与评估n 1 。作为i m o 的缔约国，2 0 0 4 年，我国交通运输 部颁布的中华人民共和国海船船员考试、评估和发证规则( 以下简称“0 4 发 证规则”( 目前，根据“s t c w 公约马尼拉修正案正在修正之中) 以及2 0 1 0 年1 月1 日新颁发的中华人民共和国海船船员适任大纲也详细地规定：凡申请船长、 轮机长等高级船员必须完成并通过岸上相应仿真训练器的训练晗1 。 随着船舶日益朝大型化、信息化、自动化和智能化方向快速发展，通过轮机 仿真训练器加强船舶轮机管理人员轮机设备实操仿真训练以及科学的考核评估对 提升轮机员管理和操作现代化船舶，确保船舶航行安全具有重要现实意义；同时 这种训练也有利于船员综合素质的提高，以适应国内外航运企业、国际海员市场 对高素质船员提出的新要求。当前，各航海院校和船员培训机构轮机员船舶轮机 模拟器操作与控制仿真训练分为如下三部分：主机及其动力与控制系统的操作仿 真训练、船舶电站操作仿真训练、船舶辅助设备操作仿真训练。当前，船员培训 机构使用的轮机模拟器是一种软件、硬件结合、有力感的、物理量式仿真模拟器b 1 。 该模拟器在各等级轮机员适任证书实操训练和评估过程中发挥了巨大的作用，取 得了显著的成绩，但在培训过程中也存在着如下一些问题h 1 ：仿真设备故障率较 高，维护修理较为困难；训练设备占地面积大、运行成本较高；二次开发较为薄 弱以及培训人数、培训场地和时间受到限制等方面的不足 随着现代船舶轮机设备日新月异，机电设备操作和控制过程智能化、自动化 和信息化程度的不断提高，开发新型船舶轮机仿真训练器，培养符合国内外航运 市场急需的高素质轮机管理人才是船员培训机构和主管机关必须共同面对的问题 之一，也是新形势下船员适应现代化船舶对高素质航海专门人才提出新要求的需 第1 章引言 要。本课题基于p i m s 燃油净化系统操控过程的动态仿真设计是虚拟船舶轮机 模拟器的重要组成部分，作为一种船舶辅助设备的操控仿真训练系统，该系统的 成功开发对利用互联网或局域网实现学员远程不限时间、地点和人数实时地进行 燃油分油机及其组成系统的操控仿真训练和评估工作具有重要的现实意义。 1 2 船舶轮机模拟器发展现状 目前，国内外许多知名航海院校和科研机构都在积极地开发先进的轮机仿真 模拟器及船舶辅助装置仿真训练系统，到目前为止，已有的轮机仿真训练装置或 系统被成功开发并投入到轮机员的实操训练过程之中啼1 。在这些轮机模拟器开发过 程中，始终以国际海事组织( i m o ) 颁发的“s t c w 公约”及其修正案的相关要求为 指导原则，采用不同的技术手段，应用不同开发工具完成轮机模拟器的开发，实 现各种轮机设备及其操作与控制过程的仿真训练与评估。 1 2 1 国外发展现状 从2 0 世纪6 0 开始，国外就开始了航海培训领域内船用设备的计算机仿真研究 与开发。上世纪7 0 年代，挪威的n o r c o n t r o l ( 挪康) 公司就开始航海类仿真模拟 器的研究与生产，该公司研发的产品涉及航海教育和培训领域内的各种实物训练 设备的仿真，到了9 0 年代初，这些仿真设备的开发技术已经非常成熟。总体而言， 国外研制的轮机模拟器采用的软、硬件水平都比较高，但价格又相对昂贵1 。国外 成功开发的典型轮机仿真模拟器产品包括：挪威n o r c o n t r o l 公司开发的系列轮机 模拟器和k m s s 公司生产的p p t 2 0 0 0 系列轮机模拟器、英国的t r a n s a s 公司生产的e r s 系列轮机模拟器、德国的s t n 公司的s e s 4 0 0 0 系列轮机模拟器；另外部分世界知名 造船公司如s i e m e n s 、m i t s v b i s h i 及m t u 等b 1 也生产与主、副机等轮机设备相配套的 仿真训练器。上述这些仿真训练设备主要是基于实际硬件平台下的物理仿真，下 面对这些典型轮机模拟器简单介绍如下： n o r c o n t r o l 公司生产的轮机模拟器一种基于真实船舶机舱设备的仿真模拟 器，开发了包含不同船型、不同主机类型以及船机不同配置的数学模型。目前该 公司正致力于船上模拟训练系统和远程在线模拟教学训练系统的开发和改进口1 。 英国t r a n s a s 公司生产e r s 系列轮机模拟器，包括e r s 2 0 0 0 ，e r s 3 0 0 0 和e r s 4 0 0 0 2 由 ， 、 t 基于p i m s 船舶燃油净化系统操控过程的动态仿真设计 型轮机模拟器。e r s 4 0 0 0 轮机模拟器采用虚拟现实技术进行制作。该模拟器由教练 员台和学员工作站组成，教练员工作站可以在线监视和控制学员工作站的操作， 学员工作台可运行不同的柴油主机模型、电站模型以及与其相配的控制系统和设 备旧。 德国s t na t l a se l e k t r o n i k 公司生产的s e 4 0 0 0 系列轮机模拟器开发思路主 要基于对仿真环境真实性的考虑，对机电设备运行和控制的所有物理过程都进行 建模、图形显示，主机和集控室都采用硬件实物设备，每个系统的泵浦和管线都 予以再现，并且考虑到了液体或气体的流动特性四1 。 1 2 2 国内发展现状 ， 国内高等航海院校和研究所对船舶轮机模拟器的研制起步较晚，研究条件相 对薄弱，但研究的起点高，发展迅速。国内轮机模拟器研究最具代表的单位包括： 大连海事大学、武汉理工大学、上海海事大学等国内航海院校及其研究机构，分 析如下： 大连海事大学研制的新型轮机模拟器系统，运用虚拟现实技术，采用集控室 控制台、配电盘和驾驶室控制台等实物设备再现船舶的实际机舱，增加了机舱巡 回检查和结构维修功制1 们。采用分布式、模块化结构的网络系统，对部分子系统 的修改和更换不需修改整个系统n 引。d m s - 2 0 0 0 型船舶轮机仿真系统采用了世界工 具包w o r l d t o o l k i t ( w t k ) 和桌面虚拟环境系统v r t 虚拟环境开发工具开发的一种轮 机仿真模拟器，该仿真系统在保留轮机模拟器主要实物盘台和仪表板的同时，增 加了机舱的虚拟现实可视化场景，设计了虚拟机舱漫游仿真系统和虚拟集控室与 虚拟驾驶台遥控仿真系统n 。2 0 0 6 年，该校研制的d m s - - 2 0 0 5 大型集装箱船轮机 模拟器和机舱虚拟现实仿真系统具有自主知识产权，是国内系统规模最大的轮机 模拟器。 武汉理工大学研制的轮机模拟器比较典型的型号有：w m s 2 0 0 0 、w m s 2 0 0 4 。其 中，w m s 2 0 0 4 是在w m s 2 0 0 0 型轮机模拟器的基础上研发出来的。w m s 2 0 0 4 型轮机模 拟器选用我国最新建造下水的5 6 6 8 t e u 集装箱船的轮机设备为母型船，它与 w m s 2 0 0 0 型轮机模拟器相比 1 2 3 ：在计算机系统配置及性能上有很大提高、网络通讯 第1 章引言 及i o 系统的配置与性能也有较大改进、仿真轮机设备的内容和功能有多项扩充 及提高。 上海海事大学研制的s m s c - 2 0 0 0 大型轮机模拟器，选用的仿真对象为一艘较 为先进的2 7 0 0 t e u 集装箱船，机电设备的造型及面板结构的设计充分基于仿真母 型船的实际情况n 羽。 根据查阅资料的分析睁枷，当前，无论在国外还是国内，船舶轮机模拟器及 轮机设备仿真训练器呈双轨发展的态势，现有的轮机模拟器不断改进已有的功能 设置，开发手段兼顾软、硬件结合的技术手段，软件设计方面逐步引入虚拟现实 技术；另一方面，基于c r e a t o r v e g a 、w e b 3 d 和p i m s 开发环境的纯软件化的虚拟 轮机仿真模拟器，也处于在快速的发展过程中。 1 3 论文的主要研究内容 1 3 1 主要研究内容 论文以在一艘5 6 0 0 t e u 集装箱船使用燃油净化系统作为虚拟场景建构原型，虚 拟场景建模对象包括口一l a v a lf o p x 型全自动燃油分油机及该系统的其他组成部 分，以口一l a v a lf o p x 燃油分油机操作与控制过程作为仿真控制原型。整个系统综 合运用组态技术、网络技术、计算机技术建构燃油净化系统虚拟场景，设计了虚 拟全自动燃油分油机自动分油与排渣过程的仿真操控过程；利用p i m s 组态软件自 带的网络发布控件，实现虚拟燃油净化系统的网络发布，以达到远程在线训练功 能。具体研究内容分析如下： 1 ) 基于p i m s 组态软件燃油净化系统虚拟场景的搭建 课题采用浙江中控公司开发研制p i m s 组态软件，以由口一l a v a lf o p x 型全自动 燃油分油机等设备组成的燃油净化系统作为建模原型，建构燃油净化系统的人机 交互虚拟场景。整个虚拟场景包括如下一些仿真设备： a ) 全自动燃油分油机机旁操作控制箱，控制箱虚拟面板上设置有：燃油驳运 泵、分油机供油泵等泵浦设备的起动停止按钮；分油机自动排渣过程的控制装置、 分油机排水控制器以及排渣时间和燃油进机加热温度设定装置等。 b ) 全自动燃油分油机本体及分油机密封和排渣过程的控制单元。包括：两台 4 、 r 刍 、 基于p i m s 船舶燃油净化系统操控过程的动态仿真设计 口一l a v a lf o p x 型全自动燃油分油机、控制分油机活动底盘上下动作的工作水单元、 燃油进出分油机供油控制单元以及分油机排水控制单元等。 c ) 燃油驳运系统，包括：燃油驳运泵、燃油沉淀柜及燃油蒸汽加热管系等设 备。 2 ) 燃油分油机自动分油与排渣控制过程的动态仿真设计 基于已建成的燃油净化系统及全自动燃油分油机等虚拟场景对象，根据母型 船燃油驳运过程实际操作逻辑以及分油机自动分油与排渣过程的操作步骤和控 制逻辑，在充分利用p i m s 组态软件自带大量编程语句、操作符、函数等程序语 言的基础上，编写燃油净化组态场景内各对象之间复杂操控逻辑的脚本程序和信 息数据库，进而实现燃油驳运以及全自动燃油分油机自动排渣和分油过程的实 时、网络式人机交互操作，达到燃油净化系统各种操作控制过程仿真训练。 3 ) 具有人机交互功能燃油净化系统虚拟场景的网络发布 为了方便学员的学习和训练，系统基于p i m s 组态软件自身提供的功能强大 的网络发布模块将已经做好由全自动燃油分油机等设备组成的燃油净化虚拟组 态场景，通过i n t e r n e t 发布到网络上，远程用户不需要在自己的电脑上安装p i m s 组态软件的前提下，便可利用i p 地址访问，进而实现全自动燃油分油机分油与 排渣等操控过程远程在线训练。 1 3 2 论文的整体结构安排 论文的整体结构和各章节的内容安排如下： 第1 章：引言。简单介绍课题研究的背景和意义，阐述了船舶轮机模拟器的国 内外研究和发展现状，简单分析论文的主要研究内容及论文整体结构安排。 第2 章：全自动燃油分油机介绍。本章节详细阐述了口一l a v a lf o p x 型全自动 燃油分油机的结构、功能及其自动分油与排渣原理。 第3 章：燃油净化系统操作仿真过程的开发环境。详细介绍p i m s 组态软件的 功能、结构、使用特点及常用的建模工具；通过对多种不同虚拟仿真工具和软件 优缺点的比较，分析了选用p i m s 软件的原因所在并重点阐述了p i m s 的使用方法。 本章节也简单描述了s q ls e r v e r2 0 0 5 数据库相关功能。 第1 章引言 第4 章：燃油净化系统的组态设计。详细分析了燃油净化系统重要组成部分一 一全自动燃油分油机及其组成系统的组态场景的创建过程，并分析了部分典型设 备及部件的组态建模过程。 第5 章：燃油净化系统重要操控过程的动态仿真设计。基于母型船燃油净化系 统中燃油驳运过程操作步骤及分油机实际操控过程相关逻辑，设计燃油驳运及分 油机自动分油与排渣的虚拟操控仿真训练过程。分析了p i m s 组态软件w e b 服务器 体系结构与网络发布的系统设置方法，进而实现具有自动分油与排渣仿真操作等 训练功能的燃油净化虚拟组态系统的网络发布。 第6 章：总结与展望。全文总结与未来工作的展望。 6 膏 ， 、 分油机工作时，其特点是待分离的污油可连续进入分油机，在排渣期间也不切断进油， 每次排渣其排渣口仅打开0 i s 。该分油机可净化在1 5 时密度为1 0 1 0 k g m 3 的重质燃 油。而净化不同密度的燃油时，不受低密度的限制，也取消了比重环。与e p c 一4 0 0 控 制单元和w t 2 0 0 水分传感器组成了a l c a p ( a l f al a v a lc l a r i f i e ra n dp u r i f i e r ) 系 统n 引。当分离出的水接近分离盘时，部分水滴会连同净油一起排出，而被水分传感器 f r 2 0 0 检测到，水分传感器w t 2 0 0 发出信号至e p c - 4 0 0 控制单元并进行判断，输出相应 的控制信号至电磁阀，控制压缩空气的通断，实现排水阀门的打开或关闭，从而控制 分离盘周围的水量，避免净油中带有水分n 射。 2 2 全自动燃油分油机的结构与特点 f o p x 型分油机的结构原理如图2 1 【1 5 】。分油机机体中设有两个固定不动的向心泵： 向心油泵u 和向心水泵t ，分别把分离出来的净油和水从r 口和s 口排出。待处理的油 从q 口连续进分油机，并经分离盘上的垂直孔进入每片分离片，水分和渣质被离心力 甩向分离盘的外侧，净油被推向分离盘的内侧【1 5 】。在排水口管路s 上装有一个排水电 磁阀；在净油出口管路r 上装有一台w t 2 0 0 型的水分传感器，它能精确地检测净油中 的含水量。当分离出来的水很少时，其油水界面在分离盘外侧较远。这时排水电磁阀 关闭，封住排水口s 不向外排水【1 5 1 。净油经向心泵u 扩压连续由出油口r 排出。其净油 中基本不含水分或含水量极少。随着分离过程的进行，油水分界面不断向里移动，水 分传感器感受到净油中含水量的增加。当油水分界面移动到接近分离盘外侧表面时， 净油中含水量增加到一个触发值。这个触发值送到e p c _ 4 0 0 控制单元，由该单元决定 或者是打开排水电磁阀，经向心泵t 扩压由s 管口向外排水，或者是打开一次排渣口i ， 7 第2 章f o p x 型全自动燃油分油机介绍 排出分离盘外侧容积的7 0 i s 】。这时水分传感器所检测到的净油中含水量会迅速下 降。当待分油中含水量极少时，从上次排渣算起又已达到最大排渣时间时，而油水分 界面离分离盘外侧较远，即净油中基本不含水。为了减少排渣时油的损失，在排渣前 进置换水，使油水分界 面向里移动，当该界面鼻 接近分离盘外侧表面 时再打开排渣口进行 排渣【1 5 】。 在正常分油期间， 滑动底盘k 在它下面 高速旋转的工作水的 压力作用下，被托起， 密封排渣口i 。为了补 偿工作水的损失，经电 磁阀m v l 6 ( 见图 2 2 【1 6 】) 由p 2 管断续供 水，其工作水面维持在 z 孔附近，这时p l 管断 水。当需要排渣时，电 磁阀m v l 5 ( 见图2 - 2 【1 6 】) 控制的p l 管和m v l 6 控 制的p 2 管同时进水，开 起室y l 充满水。该水的 压头克服弹簧o 的张力使 滑动圈l 下落，打开泄水 蠢量控制叠：一枣囊景l ；带承整盖 ：0 菠釜葺：f 配油暑：0 硬盖：f 分寓篱兰：g 分离叠羞：搏大麓鬃i ：i 排菠：工 分膏篱事锋：五- 滑动囊童：i 囊动：m ：、m ：曩饔：y 定量罩 ：。弹簧：，。秀瘩工作柬童c ：恐毫封誊斡售承进口：q 进 羹口：j c 净洼邕叠；s 木出口：- 向心】| c 泵：i ：离心蠢泵：r 逢淮警：阢分l 蕾羞謇封嚣：尽蓄童一：1 ：k 开瘩鹰封券l ： z 配水量：j 1 接? 调节木避口。 图2 1f o p x 型分离筒和联合排渣系统 l s l f i g 2 1t h eb o w la n dd i s c h a r g i n gs y s t e mo ff o p xp u r i f i e r 阀) ( ，滑动底盘k 下面的工作水经水孔进入开起室y l 。开起室y l 中的水经数个垂直孔大 量进入腔室y 2 ，少量的水经m l 和m 2 泄放【1 5 1 。由于滑动底盘下面的工作水泄放出去， 8 基于p i m s 船舶燃油净化系统操控过程的动态仿真设计 水的动压头消失，滑动底盘k 下落，打开排渣口i 排渣，当滑动圈l 和定量环n 之间的 密封腔室y 2 充满水时，腔室y l 和y 2 ，即滑动圈l 上、下空间压力相等。在弹簧o 的作 用下，滑动圈上移复位，密封泄水阀x 。大量的水经垂直孔进入滑动底盘k 的下部空 间，其工作水面迅速达n z 孔附近，再次把滑动底盘k 托起密封排渣口i 。排渣口密封 后，电磁阀m v l 5 断电，p l 管停止进水，滑动圈上下腔室y l 和y 2 中的水经泄水小孔m t 和m 2 泄放，p 2 连续进水一段时间后恢复间断进水，滑动底盘下面的工作水维持在z 孔 附近。在整个排渣过程中，p l 管进操作水的时间为3 s ，而滑动底盘下落，即排渣口i 打开的时间仅为0 1 s ，这个时间足以使分油机分离盘外侧的7 0 容量从排渣口排出。 排渣口i 打开的时间与排渣口排出的容量与定量环n 表面凹槽的大小有关。凹槽越大， 容水量越多，使水充满密封腔室y 2 的时间越长，则排渣口打开的时间也就越长，即从 排渣口排出的容量多于7 0 1 5 】。不过定量环表面凹槽的大小是不能调的。实际所用的 定量环凹槽大小就是保证在一次排渣中，排渣口仅打开0 1 s 左右。由于排渣口打开时 间很短，每次排渣排出的容量仅是分油机里容量的一部分，故叫做部分排渣分油机， 且在排渣时不必切断进油【”】。该分油机也可实现全部排渣功能，排渣过程和步骤与部 分排渣基本相同，不同之处在于：全部排渣控制程序中密封水电磁阀保持关闭，没有 密封工作水进入操纵系统，排渣持续进行，直至作用在滑动底盘下部的水压力超过上 部分离筒中的液体压力为止【1 8 】。 2 3 全自动燃油分油机控制原理分析 f o p x 型分油机全部控制和监视功能是由e p c - 4 0 0 型装置实现的n 钉。该装置由 两块印刷电路板组成，这两片电路板装在控制箱内，前面的是主控板，它接收来 自分油机系统各种传感器的输出信号( 水分传感器信号除外) ，处理正常分油、排 水和排渣程序，显示有关参数，发出各种报警信号等等。后面的电路板主要是检 测和处理来自水分传感器的信号n 钉。 对e p c - 4 0 0 型装置来说( 参见图2 2 所示n 明) ，控制燃油温度的信号是由装在 燃油加热器出口，燃油进分油机管路上的温度传感器和温度开关p t l 、p t 2 、和p t 3 提供的乜。p t l 是高油温报警的温度传感器，一旦油温超上限，装置高油温报警， 并停止加热。p t 2 负责低油温报警，油温低于下限时，装置发低温报警。p t 3 检 9 第2 章f o p x 型全自动燃油分油机介绍 测分油实际温度，其信号有两个作用：一是送至加热器温控系统的p i 调节器，把 油温控制在给定值上，其二是送至e p c - 4 0 0 ，当油温高低报警时，由数码显示器显 示油温的实际值。f s 是低流量开关，当进油量降至下限时，f s 闭合，e p c - 4 0 0 收 到该信号，发出低流量报警。f 1 4 是流量表，指示分油机净化油的数量。净油出 口管路上设有高压开关p s i ，低压开关p s 2 。p s i 用于监视净油出口压力，当分油 机发生跑油等故障时该开关闭合，e p c - 4 0 0 发出故障报警并停止分油机工作。p s 2 ， 提供排渣口是否打开的反馈信号。正常排渣时，净油出口压力会迅速下降，p s 2 闭 合。e p c - 4 0 0 接收到该信号，表明排渣程序正常进行。如果e p c 没收到此信号，说 明分油机不能排渣，装置将撤销排渣信号，数秒后发出第二次排渣信号，如果仍 收不到p s 2 闭合信号，则发出不能排渣报警并停止分油机工作乜们。 a 一蒗量控翻盘；隆一小艇鬈( 蟹水腔t ) ；弘蕞位环l d - - 配油嚣；一顶董蝴 筒 置；q 一分一蠡组；件一犬羹i i i ：i 一捧t 日：j 一分鼻篱率体；k 一膏动鹿盘；l 一潆动l i t o 。 m l 、抛一咬嚷：特一定量环；o 弹簧；p l 一开启工作水进口；p 2 一密封和补偿承迸口；q - - 迸油口；r 一净油出口 卜求出口；t 一向心水泵；u 一向心油囊；v 一进油口；w 一分 侉篁 密封环；x 一超放一；y l 、y 2 一开启，密封求睦；z 一配水盘；d i 一置换，调节水遗口：m v l 、5 、 1 0 1 5 、1 6 - - 电誓阁；p s - - - 压力开关；p t l 、2 一度开关；p 1 r 3 一度传墓器；f s - - - 漉t 开关； x t l 一( 掖俸) 墨度传感器；v l 一三曩活塞阁；f 1 4 一泷量表； d 1 v w t 2 0 0 爱水分传感备 图2 2f o p x 型分油机自动控制系统原理刚垌 1 0 报警幢叫。 e p c - 4 0 0 型装置的输出信号有：电磁阀驱动、运行工况的指示灯和5 位数码显 示啪1 。电磁阀m v l 6 控制补偿水和密封水，正常分油期间，该阀断续通电，使得工 作水经p 2 管断续进补偿水，保证滑动底盘托起，关闭排渣口。电磁阀m v l 5 控制 操作水，需排渣时，m v l 5 通电打开3 s ，由p 1 管进水，滑动底盘下落0 1 s 打开排 渣口，然后再托起密封排渣口实现一次排渣。m v 5 是排水电磁阀，需排水时，该阀 通电约2 0 s ，压缩空气把v 5 阀打开排水。为了保证分油机的分离效果，待分油必须 被加热啪1 。当待分油温度在正常范围内且系统工作正常时，e p c - 4 0 0 使电磁阀m v l 通电，压缩空气把三通活塞阀v l 打开，被加热的燃油进入分油机。当停止分油机 工作或系统发生故障时，电磁阀m v l 断电，v 1 关闭，燃油经加热器在分油机外面 进行循环啪】。 在净油出口管路上装有w t 2 0 0 型水分传感器，该传感器能精确地检测净油中 的含水量。当分油机刚开始分油时，油水分界面远离分离盘外侧，净油中含水量 极低。e p c - 4 0 0 把这个含水量值存在r a m 中，作为净油含水量的参考值。随着分 油的进行，净油中含水量逐渐增加，油水界面不断向里移动。当净油中含水量达 到触发值( 3 5 0 个单位) ，根据上一次排渣后的时间间隔决定是打开排水阀v 5 进 行排水，还是打开排渣口进行一次排渣乜叫。 e p c - 4 0 0 中设定了一个l o m i n 最短排渣间隔时间，一个可调的最长( 比如 6 3 m i n ) 排渣时间。如果待分油中含水量极低，从上次排渣起6 3 m i n 内，含水量依 然没有达到触发值，e p c - 4 0 0 将进行一次排渣。排渣前，输出控制信号打开m v l o ， 向机内注入置换水，油水界面内移，2 0 s 左右排油含水量达到触发值。在e p c 一4 0 0