Web技術的艦船供電系統的模擬器研究范文

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摘要:艦船供電系統為船舶自動化設備、武器系統、照明等設備提供穩定的電能，對于艦船的正常運行具有重要的意義，而艦船供電系統的操作復雜，對操作人員有很高的要求，因此，加強船舶供電系統操作人員的訓練有重要意義。本文針對艦船操作人員的訓練問題，設計了一種基于web技術的艦船供電系統模擬器，這種模擬器可以提供艦船操作人員的多種訓練模式，克服了操作人員實際操作過程中的容錯率低、效率低、成本高等缺點，具有推廣使用的意義。

關鍵詞：Web技術；供電系統；模擬器；仿真

0引言

隨著船舶工業向著數字化、自動化方向不斷發展，船載自動化設備的裝機量越來越大，船載導航設備、自動舵、照明設備的正常運行都需要高質量的電力供應。此外，隨著新能源技術的發展，電力推進技術逐漸發展成熟，電能推進動力系統由于具有高能量轉換率、調速方便等特點，已經在船舶工業領域獲得了相當一部分市場份額。船舶電力推進系統的能量來源于發電機和配電設備，為了使船舶獲取穩定、充足的電力，必須提高船舶供電系統的性能[1]。船舶供電系統的結構復雜，配電設備和輸電線路眾多，再加上供電系統的工況較為惡劣，不僅要克服船舶機艙的振動因素，還要克服海上的高溫、高濕度等惡劣環境。因此，為了確保船舶供電系統的平穩運行，不僅要切實提高船舶供電系統的設備質量，還必須要提高艦船供電系統的可操作性，改善工作人員的操作水平。模擬訓練器是近年來逐漸興起的一種培訓方式，通過仿真技術搭建某機械系統的模擬器，使操作人員不受實際操作環境、訓練成本的限制，提高操作人員的水平，具有經濟性好、靈活性強、訓練效率高等優點[2]。本文主要對艦船供電系統的結構與功能進行了介紹，基于Web技術研發了艦船供電系統的模擬仿真系統，并詳細介紹了該供電系統模擬仿真系統的原理。本文開發的模擬仿真系統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操作知識提供了良好的平臺。

1船舶供電系統的結構

船舶供電系統包括電站、配電裝置、負載等。艦船供電系統的主要設備包括發電機、配電板、電動機、聯絡開關、變壓器、照明設備負載、導航設備等。1）發電機艦船供電系統的發電機分為主發電機、副發電機、應急發電機3種，主發電機的作用是保障船舶具有正常的操作狀態和滿足正常生活條件所需的電力能源。副發電機和應急發電機主要針對緊急工況下的船舶供電，比如極端惡劣的天氣條件、主發電機失效等情況等。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、電網故障檢測、電源保護和控制電流傳輸等作用。配電板有很多附件，比如轉換和控制開關、互感器、監測儀表等。3）負載艦船供電系統的負載包括電氣照明設備、輔助航向控制設備、船舶通訊導航設備、通信設備、電動起重機等，隨著艦船自動化程度的提高，供電系統的負載也逐漸增加。

2基于Web技術的艦船供電系統的模擬仿真

2.1Web技術的原理

互聯網技術的迅猛發展為其它工業領域帶來技術革新，包括ActiveX控件技術[3]、Web技術、ASP技術[4]等，這些技術為實現工業控制系統的模擬與仿真提供了技術條件。Web技術是從B/S結構發展而來的，主要分為數據庫服務器、Web服務器和客戶瀏覽器等3個層次結構。Web技術的應用系統是Internet的集成，其網絡結構根據原理可分為網關集成和串口通信集成2種類型，如下：1）網關集成結構網關集成是指不同的Web功能層采用不同的通信方式，數據庫與服務器之間使用現場總線進行通信，工作站之間和數據庫服務器之間使用以太網通信，通信網關的作用是信息的轉接與調度。2）串口通信集成串口通信集成方式將網絡中的工作站、Web服務器直接掛在互聯網上，工作站與設備之間仍采用串口通信。相對于網關通信集成，串口通信集成方式傳輸的大多是短數據流。

2.2基于Web技術的艦船供電系統建模

為了建立艦船供電系統的模擬仿真器，使模擬仿真器可以具有供電系統必須的功能屬性，必須要對供電系統進行建模，對供電系統的電路進行簡化。本文將艦船供電系統設備分為兩大類進行建模，1）發電機組，包括柴油主機、發電機等設備；2）供電系統的監視、報警和控制設備。其中，柴油主機的函數模型主要是動態數學模型，而監控、控制設備的模型主要是指邏輯與控制電路[3]。為經過簡化的艦船供電系統邏輯與控制電路模型。為了提高艦船供電系統輸出電能的質量，勵磁系統產生的電流必須要經過坐標轉換和電力網絡方程的調節才能到達負載。由圖3可知，發電機的動態過程主要分為2部分：1）調速系統與轉子運動方程。這部分內容體現了發電機的輸入功率與輸出功率的對比，當出現不平衡時，調速器接收到發電機的轉速信號，并將速度偏差作為控制量。2）電磁回路方程這部分動態方程主要描述了艦船發電機的定子、轉子等，通過電磁效應產生電能的過程。

2.3基于Web技術的艦船供電系統模擬器設計

本文基于Web技術開發了艦船供電系統的模擬仿真系統，仿真系統的客戶端為安裝有VRML插件的瀏覽器，平臺為任意1臺運行Windows7及以上的計算機，通過腳本編程接口控制鍵盤、鼠標等外部設備操作和交互。供電系統的三維場景的建模過程基于三維建模軟件CREO平臺和Web服務器，通過接口接收服務器發送的場景更新數據，在客戶端進行場景的調試和更新過程[4]。圖4為基于Web技術的艦船供電系統模擬仿真系統的原理圖。如圖所示，該模擬仿真系統主要包括3個部分，MySQL數據庫、Web服務器、供電系統的操縱模型瀏覽器和界面等。

3結語

為了提高艦船供電系統操作人員的訓練水平，提高操作技能，保障艦船供電系統的正常運行，本文基于Web技術和三維建模技術開發了艦船供電系統的模擬仿真系統，并介紹了該模擬仿真系統的技術要點和工作原理。

參考文獻：

[1]楊秀霞,張曉鋒,張毅.艦船電力系統的發展趨勢[J].中國修船,2004(3):12–14.

[2]桂永勝,唐劍飛.艦船電力系統的限流保護技術[J].中國艦船研究,2007,2(2):27–30.

[3]李冬麗,趙躍平,朱永權.負載變化對艦船綜合全電力系統暫態穩定性的影響[J].中國造船,2004(b12):238–245.

[4]龔喜文,郁立虎.人因工程在艦船電力監控系統中的應用[J].上海船舶運輸科學研究所學報,2016,39(3):58–62.

作者:張磊 單位:內蒙古交通職業技術學院