适用于电子电气员考证的船舶电力推进仿真平台的建设

摘 要：随着船舶电力推进技术的应用范围的逐步扩大,对航海院校的船舶电气控制管理专业的人才培养工作提出了新的要求.本文针对现阶段船舶电力推进技术的教学中存在的问题,提出建设一个适用于电子电气员考证的船舶电力推进多媒体仿真平台,并将之应用到教学实践中去.

关 键 词：船舶电力推进仿真考证

中图分类号：U664文献标识码：A文章编号：1672-3791（2014）04（c）-0009-02

船舶电力推进系统不同于传统的柴油机―轴系―螺旋桨直接推进,它是通过柴油机――发电机机组向中心电网供电,采用变压变频技术,谐波滤波技术,监测控制等处理,带动推进电机推动螺旋桨.电力推进的船舶与直接推进相比,驱动力矩大,调速范围广,船舶机动性好,机舱的布置更加灵活,船舶的空间能得到更有效的利用；由于采用中高速柴油机,主机的体积和重量减轻；系统冗余度高,增加了对单个故障的抵抗性；噪音和震动都减小；环境更加友好,应用范围不断扩大.不仅应用于破冰船、渡轮、挖泥船等工程船舶,还广泛应用于游轮、油轮、滚装船等大型的常规船舶,显示了广泛的市场前景.

船舶电力推进系统由发电系统、配电系统、变频调速系统、推进器单元构成,是一个融合了机械、流体力学、计算机、自动化、电力电子与电力传动、网络技术等多学科的复杂系统,它的推广应用一方面产生了广泛的经济效益和社会效益；另一方面对于其中电气设备的操作、管理和维护人员也提出了新的要求.国家海事局颁布的《关于STCW公约马尼拉修正案过渡规定的实施办法》中指定了电子电气员过渡期培训纲要,其中船舶电气部分明确提出：在电力推进知识的补差培训教学中,必须突出船舶电力推进系统的推进器型式与结构,推进电动机种类及控制,推进系统的变频装置和变频推进自动电源管理系统（PMS）主要功能等内容,为不远的将来迈入全电船舶时代奠定基础.

江苏海事职业技术学院于2013年批准了“船舶电力推进仿真实训平台的研究与开发”的立项,与相关企业合作,把先进的交互式多媒体的理念引进课程建设中来.本文介绍该软件平台的建设实践.

1仿真平台的建设

仿真平台的建设由三个阶段构成.第一个阶段是调研阶段,在这个阶段,课题组成员多方寻求资料,以保证平台资源的完整性和先进性.形成需求分析报告；第二个阶段是仿真平台建设阶段,企业根据需求分析,搭建仿真软件.第三个阶段是推广应用的阶段,在教学过程中,应用平台,逐步完善平台,整合教学资源,以期获得良好的教学效果.

船舶电力推进系统由发电系统、配电系统、变频系统和推进器单元组成.这是一个综合了船舶电站技术、现代电机控制技术、电力电子技术、船舶电站及其管理技术、动态定位技术、计算机仿真技术的一个高技术含量,高复杂度的综合现代化自动控制系统.在平台的建设过程中涉及各种技术中各种设备的工作原理、常用设备型号、常用系统构成等错综复杂的资料类型.课题组经过严谨的分析,综合整合,多方搜集资源,形成了本平台的需求分析报告.在需求报告的基础上,合作公司进行下一步的工作,实现船舶电力推进计算机仿真平台的建设.

需求报告中,明确了本仿真平台的各个组成部分和各个组成部分的呈现方式.其中,主菜单界面主题是三维海工船模型,船身外轮廓为透明线条,主要交互模型为二级菜单入口,二级菜单包括“电力推进系统总体介绍、发电机系统、配电系统、变频系统、推进器系统、功率管理系统、电子电气员考证题集”.图1中,在船体模型的下方用相应的小图标表达,鼠标滑过时显示二级菜单名称.

其中,在“电力推进系统总体介绍”中,呈现电力推进系统的概念,电力推进的发展历史,系统的优点,以及系统的组成.

“发电机系统”由原动机和发电机两大模块组成.“原动机介绍”以文字图片形式分别介绍内燃机即柴油机、燃料电池、燃气轮机、蒸汽轮机等原动机种类.“发电机介绍”主要包含“同步电机”和“无刷永磁电机”两类,其中同步电机以文字图片介绍.无刷永磁电机则采用经典样式的三维模型,可以点击后拆解.

配电系统包括三个子菜单,“半潜船配电系统示例、中压配电柜、干式变压器”.“半潜船配电系统示例”以文字图片方式呈现,如图2所示.图片是西门子为某半潜运输船的电力推进系统进行的系统设计.

“中压配电柜”为三维模型,如图3是世界主流的电气设备生产厂家的主流产品的解剖视频截图.该动画可以360度展示开关柜内部的器件排列,主要器件的外形和动作情况,同时,难以观察到的内部变化以结构示意图或Flash小动画方式呈现.

变频系统分为两个子菜单,“电动机示例、变频器示例”.“电动机示例”包含“直流电动机、异步电动机、同步电动机、永磁同步电动机”等四种典型船用推进电动机,主要以文字图片形式呈现,同时配合参考视频.“变频器示例”又分为两个部分,第一部分以文字图片方式介绍常见的变频调速方式；第二部分以动画方式介绍主流变频器.

推进器系统分为三个子菜单,“常见推进器示例、ABB_XO推进器结构示例、常见推进器产品示例”.“常见推进器示例”中,以三维交互模型方式,分别呈现“轴系推进、全方位角推进器、吊舱推进器”,可以旋转缩放,可以点击主要部件,配合介绍文字和图片素材.“ABB_XO推进器结构示例”,模型可以旋转缩放,主要部件可以点击查询,可以用不同色彩显示各主要构成部件,清晰展现推进器内部的结构,如图4.“常见推进器产品示例”主要为文字图片介绍,分别介绍Azipod的标准型、紧凑型、对转式,Mermaid与Azipod区别,SSP双螺旋浆设计高效推进,Dolphin低噪低振高效,呈现各自的外形结构图以及在实船中的应用情况.

功率管理系统PMS主要呈现电力推进船舶的功率管理系统的功率管理控制的各个层级,各个层级的功能构成.

动力定位系统的呈现模拟海上钻井平台实景,二级菜单为图标,分别是“监控界面、DP系统分级、DP系统工作模式及应用场合、控制系统原理介绍”.

2仿真平台的特点

为了确保本仿真实训平台能够反映现代船舶电力推进技术的先进性,使学员在工作中遇到类似船舶的时候,做到“所见即所学”,在资料调研的过程中,多渠道,多途径的搜集相关的行业资料,与多家相关行业的企业包括扬州易倍得,武汉712研究所,无锡714研究所,ABB,西门子,芬兰delft大学等多家国内外业界的知名的公司和研究所,主动交流,参加国内“船舶电力推进技术峰会”等等,获得了第一手的现场资料.

软件教学平台与硬件平台相比,大大降低了研发成本,减小了占地面积,降低了硬件设备维护和管理中的工作量,在教学工作中显示了突出的优点.这种新颖的教学平台形象、生动、直观、动态,充分调动了学生的学习积极性,激发了学生的学习兴趣,而且,在平台的设计之初已经充分考虑了电子电气员考试的知识点要求,因此满足了电力推进知识的补差培训教学.