專利名稱：一種液化天然氣船液貨操作仿真器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于船舶仿真系統技術領域，尤其涉及一種液化天然氣船液貨操作仿真器。
背景技術：
隨著能源價格的日益飛漲，液化天然氣已成為我國目前能源進口的重點之一。我國已開始組建自己的液化天然氣船隊，廣東大鵬液化天然氣項目己經落實3艘液化天然氣運輸船建造并營運，福建液化天然氣項目已有2艘液化天然氣運輸船的建造并營運，而上海和浙江的液化天然氣項目也將要開始計劃落實液化天然氣運輸船的建造。未來10年內，隨著中國沿海近十個液化天然氣接收站的建成投產，中國將需要30艘液化天然氣運輸船進行液化天然氣運輸，而中國沒有一家公司有液化天然氣船的管理和營運經驗，因此液化天然氣船營運充滿了挑戰(zhàn)。由于液化天然氣除了具有和原油相似的危險性外，還存在因超低溫特性可能導致的特殊危險性，所以為確保液化天然氣海上運輸的安全，液化天然氣船舶液貨裝卸作業(yè)相比其他船舶就顯得尤為繁瑣和危險。解決液化天然氣海上運輸的安全問題，一個很重要的因素就是要重視船員操作技能的培訓。如何在短期內全面提高液化天然氣船舶公司的專業(yè)管理水平和船員的技術力量就成了迫在眉睫的大問題。無疑，對液化天然氣船舶管理人員和船員進行模擬器訓練是較為有效的途徑之一。全球排名靠前的航運公司一般都有自己的液化天然氣船隊，中遠集團作為全球知名的、中國最大的航運企業(yè)，航運業(yè)務和船舶種類齊全，遲早肯定會有自己強大的液化天然氣船隊。目前，大連遠洋運輸公司已經與中海油合作，對正在營運的6艘液化天然氣船舶(福建和廣東天然氣項目)進行船員派遣，這是中遠集團液化天然氣船隊發(fā)展的初步，但是中遠派遣到該船的船員多為支持級或操作級船員，沒有一個管理級船員，完全靠英國等有經驗的液化天然氣船舶管理公司派遣。所以要組建自己強大的液化天然氣船隊就必須要有相關管理人才和自己的各級別船員儲備，否則，完全依賴國外有經驗的公司，不僅增加船員管理成本，而且和我們的航運大國不相適應。目前，國內液貨船液貨操作系統的仿真研究主要集中在大連海事大學、上海海事大學及武漢理工大學等幾大航海院校。1999年，大連海事大學吳宛青教授為核心的研究團隊最早對油船貨油裝卸操作仿真設計研究，設計了貨油裝卸系統軟件的結構、實現方式，并且針對該模擬器的功能、要求及特點，闡述了裝卸油模擬系統的硬件拓撲結構、并行智能化的軟件內核設計以及模擬器的各項仿真作業(yè)功能。此外，其研究團隊還對液化石油氣及液化天然氣船舶液貨系統進行理論研究:針對液貨系統的蒸汽壓力控制系統進行理論分析和數學建模，對預冷系統建立了艙內氣體的溫度和壓力隨時間變化的數學模型，并進行了液貨管網水力計算研究等。2003年，武漢理工大學以陳輝教授為核心的科研團隊對油船操作系統和全壓式LPG船進行了仿真研究，并開發(fā)了油輪貨物操作模擬器和LPG貨物操模擬器。近幾年，上海海事大學對液化氣船液貨艙的傳熱計算及預冷裝置熱力計算方面也進行了一定的理論研究?？傊捎谝夯烊粴獯谖覈l(fā)展較晚和技術難度相對較大，目前國內還 沒有科研機構對液化天然氣船液貨操作仿真進行系統的開發(fā)與研究。

實用新型內容針對目前存在的問題，本實用新型提供了一種液化天然氣船液貨操作仿真器，是一個能夠對學員進行操作模擬訓練的液化天然氣船液貨操作訓練仿真器，除滿足一般船舶模擬器的要求之外，還具有對學員某些操作進行自動評估的功能。本實用新型實施例是這樣實現的，一種液化天然氣船液貨操作仿真器，主要包括控制臺、電壓表、電流表、光柱表、啟動/停止按鈕、指示燈、報警燈、通信電纜及數據線，該船液貨操作訓練仿真器包括:用于對開關量數據的采集處理，并將開關量數據傳輸到PC機上的PLC模塊；用于實現模擬量儀表的輸出、各種指示燈的輸出等功能，與PC機直接連接的數據采集卡；用于接收數據信息，并控制開關量模塊和模擬量模塊做出相應處理的PC機；用于實現面板上的儀表、按鈕、指示燈元件的狀態(tài)采集和輸出顯示功能的開關量模塊和模擬量模塊；用于控制顯示器進行顯示的多屏顯卡；至少一個用于將不同的畫面進行顯示的顯示器。進一步，所述仿真器采用了對6個界面進行監(jiān)控6個顯示器。進一步，所述PLC模塊采用西門子S7-200PLC。本實用新型既可以硬件操作，又可以軟件操作，首次采用了多屏顯示技術，并能進行多界面同時顯示與操作，實現對多個操作系統及設備同時操作與監(jiān)控；采用西門子S7-200PLC進行數據部分采集，并實現與PC機的雙向通信功能；通過研華采集卡將控制臺硬件與PC機直接連接，實現高速實時的數據通信；開發(fā)設計了液化天然氣船液貨系統進、出塢過程及單艙處理過程的訓練、評估考核功能。該仿真器是國內第一套具有物理盤臺實物仿真系統和基于C#的軟件界面兩種模擬方式的仿真器。

圖1是本實用新型實施例提供的液化天然氣船液貨操作仿真器的結構框圖；圖2是本實用新型實施例提供的主機與多屏示意圖；圖3是本實用新型實施例提供的PLC模塊的工作原理圖。圖中:1、PLC模塊；2、數據采集卡；3、PC機；4、開關量模塊和模擬量模塊；5、顯卡；
6、顯不器。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，
以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。圖1示出了本實用新型實施例提供的液化天然氣船液貨操作仿真器的結構框圖。為了便于說明僅僅示出了與本實用新型實施例相關的部分。[0022]該液化天然氣船液貨操作仿真器主要包括:PLC模塊I，用于按鈕、開關等開關量數據的采集處理，并將數據傳輸到PC機3上；數據采集卡2，用于實現模擬量儀表的輸出、各種指示燈的輸出等功能，與PC機3直接連接；PC機3，用于接收數據信息，并控制開關量模塊和模擬量模塊4做出相應處理；開關量模塊和模擬量模塊4，用于實現面板上的儀表、按鈕、指示燈等元件的狀態(tài)采集和輸出顯示功能；顯卡5，用于控制顯示器6進行顯示；顯示器6，根據不同的需求可以將不同的畫面進行顯示。本液化天然氣船液貨操作仿真器采用了 PLC模塊I和數據采集卡2混合使用的方式，通過PLC模塊和上位PC機的雙向通信功能，實現對整個系統的硬件操作和顯示功能。PLC模塊I用于按鈕、開關等開關量數據的采集處理，并將數據傳輸到PC機3上，數據采集卡2實現模擬量儀表的輸出、各種指示燈的輸出等功能。PLC模塊I將采集數據傳輸到PC機3，并將來自于PC機3的變量狀態(tài)輸出到面板上，通過顯示器6進行顯示。本方案實用新型的液化天然氣船液貨操作仿真器，采用了 PLC模塊I和數據采集卡2混合使用的方式，通過PLC模塊和上位PC機的雙向通信功能，實現對整個系統的硬件操作和顯示功能。PLC模塊I用于按鈕、開關等開關量數據的采集處理，并將數據傳輸到PC機3上，數據采集卡2主要實現模擬量儀表的輸出、各種指示燈的輸出等功能。PLC模塊I將采集數據傳輸到PC機3，并將來自于PC機3的變量狀態(tài)輸出到面板上，為了盡可能的對裝卸貨過程中各個重要操作的參數進行監(jiān)控，該仿真器采用了 6個顯示器，也就是至少可以對6個界面進行監(jiān)控。
以下結合附圖以及具體的實施方案對本實用新型作進一步的說明。由于本實用新型實施例液貨操作系統的操作界面和需要監(jiān)控的參數較多，因此需要多屏顯示技術。另外，為了讓學習者能夠更接近實船實際操作，采用了實際的控制臺、操作面板、顯示元件及報警等硬件設施。硬件的組成:液貨操作訓練仿真器控制臺，仿真器硬件主要包括控制臺、軟件運行的主機、PLC模塊、顯示器、多屏顯卡、采集卡、電壓表、電流表、光柱表、啟動/停止按鈕、指示燈、報警燈、通信電纜及數據線等。硬件實現的功能:硬件實現的功能，一方面可以通過鼠標在多個屏幕進行各種操作并且還可以實現多屏監(jiān)控，另一方面可以從硬件中進行各種重要的操作(系統裝卸貨過程)和重要過程及參數的監(jiān)控，如啟動/停止貨泵及其電壓電流顯示、各種液貨閥的操作及其開度顯示、液位顯示與報警、輸液臂的連接監(jiān)控、貨物流動指示等。在本系統中，PLC模塊主要和研華的數據采集卡配合使用，實現面板上的儀表、按鈕、指示燈等元件的狀態(tài)采集和輸出顯示功能。通過RS — 485通訊端口，PLC模塊將采集到的按鈕、開關等數據傳輸到PC機，并將來自于PC機的變量狀態(tài)輸出到面板上顯示，通過PLC模塊和上位PC機的雙向通信功能，實現對整個系統的硬件操作和顯示功能。如圖3所示，主程序圖和PLC模塊主程序流程。[0038]在對硬件系統的數據采集和顯示功能實現時，由于系統開關量和模擬量輸入、輸出點數較多，單純采用多個數據采集卡會受到PC機主板PCI插槽的限制，因此本系統采用了 PLC模塊和數據采集卡混合使用的方式。PLC模塊主要用于按鈕、開關等開關量數據的采集處理，并將數據傳輸到PC機上。研華數據采集卡主要實現模擬量儀表的輸出、各種指示燈的輸出等功能，采用的研華采集卡為:1752U和1724U。多屏顯示技術的設計與實現:多屏顯示也稱一機多屏顯示，即為一臺主機將內容顯示到多臺顯示器，根據不同的需求可以將不同的畫面顯示到不同的顯示屏上。傳統的顯卡通常最多只能帶2個顯示器，而且，顯示畫面往往只能2個屏幕拼接。為了盡可能的對裝卸貨過程中各個重要操作的參數進行監(jiān)控，該仿真器采用了 6個顯示器，也就是至少可以對6個界面進行監(jiān)控，因此這就需要單個主機連接多個顯示器的技術，利用Visual C#程序語言，把相應的界面發(fā)送到指定的顯示器上。如圖2所示，主機與多屏示意圖，鼠標可以左右移動從而實現1#至6#顯示器的左右自由切換。1#顯示器為主界面圖、貨物與燃氣壓縮機操作及船體受力等，2#顯示器為CTS監(jiān)控與壓載水操作，3#、4#、5#、6#顯示器分別為tankl、tank2、tank3、tank4的各個艙的界面顯示。采用多屏技術后，通過仿真器不僅可以使學習者盡可能地監(jiān)控多個仿真子系統的參數和實現多屏操作，而且與傳統的仿真器服務器一終端用戶模式相比，該種方法具有數據傳輸快、響應快等優(yōu)點。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1.一種液化天然氣船液貨操作仿真器，主要包括控制臺、電壓表、電流表、光柱表、啟動/停止按鈕、指示燈、報警燈、通信電纜及數據線，其特征在于，該液化天然氣船液貨操作仿真器包括: 用于對開關量數據的采集處理，并將開關量數據傳輸到PC機上的PLC模塊； 用于實現模擬量儀表的輸出、各種指示燈的輸出功能，與PC機直接連接的數據采集卡; 用于接收數據信息，并控制開關量模塊和模擬量模塊做出相應處理的PC機； 用于實現面板上的儀表、按鈕、指示燈元件的狀態(tài)采集和輸出顯示功能的開關量模塊和模擬量模塊； 用于控制顯示器進行顯示的多屏顯卡； 至少一個用于將不同的畫面進行顯示的顯示器。
2.如權利要求1所述的液化天然氣船液貨操作仿真器，其特征在于，所述仿真器采用了對不同的6個界面進行顯示與監(jiān)控并可獨立對每個界面進行操作的6個顯示器。
3.如權利要求1所述的液化天然氣船液貨操作仿真器，其特征在于，所述PLC模塊采用西門子 S7-200PLC。
專利摘要本實用新型公開了一種液化天然氣船液貨操作仿真器，主要包括控制臺、電壓表、電流表、光柱表、啟動/停止按鈕PLC模塊、數據采集卡、PC機、開關量模塊和模擬量模塊、多屏顯卡、顯示器。本實用新型設有裝貨階段、滿載航行、卸貨階段、空載航行、預冷過程的仿真模擬訓練，既可以硬件操作，又可以軟件操作；首次采用了多屏顯示技術，并能進行多界面同時顯示與操作，實現對多個操作系統及設備同時操作與監(jiān)控；采用PLC模塊進行數據部分采集，并實現與PC機的雙向通信功能；通過采集卡將控制臺硬件與PC機直接連接，實現高速實時的數據通信；而且還開發(fā)設計了液化天然氣船液貨系統進、出塢過程及單艙處理過程的訓練、評估考核功能。
文檔編號G05B19/05GK202975702SQ20122063391
公開日2013年6月5日 申請日期2012年11月27日 優(yōu)先權日2012年11月27日
發(fā)明者李博洋, 李迪陽, 何昌偉, 張運秋, 丁立勛, 于洋, 王福秋 申請人:青島遠洋船員職業(yè)學院