Web技术的舰船供电系统的模拟器研究范文

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摘要:舰船供电系统为船舶自动化设备、武器系统、照明等设备提供稳定的电能，对于舰船的正常运行具有重要的意义，而舰船供电系统的操作复杂，对操作人员有很高的要求，因此，加强船舶供电系统操作人员的训练有重要意义。本文针对舰船操作人员的训练问题，设计了一种基于web技术的舰船供电系统模拟器，这种模拟器可以提供舰船操作人员的多种训练模式，克服了操作人员实际操作过程中的容错率低、效率低、成本高等缺点，具有推广使用的意义。

关键词：Web技术；供电系统；模拟器；仿真

0引言

随着船舶工业向着数字化、自动化方向不断发展，船载自动化设备的装机量越来越大，船载导航设备、自动舵、照明设备的正常运行都需要高质量的电力供应。此外，随着新能源技术的发展，电力推进技术逐渐发展成熟，电能推进动力系统由于具有高能量转换率、调速方便等特点，已经在船舶工业领域获得了相当一部分市场份额。船舶电力推进系统的能量来源于发电机和配电设备，为了使船舶获取稳定、充足的电力，必须提高船舶供电系统的性能[1]。船舶供电系统的结构复杂，配电设备和输电线路众多，再加上供电系统的工况较为恶劣，不仅要克服船舶机舱的振动因素，还要克服海上的高温、高湿度等恶劣环境。因此，为了确保船舶供电系统的平稳运行，不仅要切实提高船舶供电系统的设备质量，还必须要提高舰船供电系统的可操作性，改善工作人员的操作水平。模拟训练器是近年来逐渐兴起的一种培训方式，通过仿真技术搭建某机械系统的模拟器，使操作人员不受实际操作环境、训练成本的限制，提高操作人员的水平，具有经济性好、灵活性强、训练效率高等优点[2]。本文主要对舰船供电系统的结构与功能进行了介绍，基于Web技术研发了舰船供电系统的模拟仿真系统，并详细介绍了该供电系统模拟仿真系统的原理。本文开发的模拟仿真系统具有良好的操作效果，为船舶工作人员更好的掌握供电系统操作知识提供了良好的平台。

1船舶供电系统的结构

船舶供电系统包括电站、配电装置、负载等。舰船供电系统的主要设备包括发电机、配电板、电动机、联络开关、变压器、照明设备负载、导航设备等。1）发电机舰船供电系统的发电机分为主发电机、副发电机、应急发电机3种，主发电机的作用是保障船舶具有正常的操作状态和满足正常生活条件所需的电力能源。副发电机和应急发电机主要针对紧急工况下的船舶供电，比如极端恶劣的天气条件、主发电机失效等情况等。2）配电装置配电装置主要是指配电板，起到接收并分配电能、电网故障检测、电源保护和控制电流传输等作用。配电板有很多附件，比如转换和控制开关、互感器、监测仪表等。3）负载舰船供电系统的负载包括电气照明设备、辅助航向控制设备、船舶通讯导航设备、通信设备、电动起重机等，随着舰船自动化程度的提高，供电系统的负载也逐渐增加。

2基于Web技术的舰船供电系统的模拟仿真

2.1Web技术的原理

互联网技术的迅猛发展为其它工业领域带来技术革新，包括ActiveX控件技术[3]、Web技术、ASP技术[4]等，这些技术为实现工业控制系统的模拟与仿真提供了技术条件。Web技术是从B/S结构发展而来的，主要分为数据库服务器、Web服务器和客户浏览器等3个层次结构。Web技术的应用系统是Internet的集成，其网络结构根据原理可分为网关集成和串口通信集成2种类型，如下：1）网关集成结构网关集成是指不同的Web功能层采用不同的通信方式，数据库与服务器之间使用现场总线进行通信，工作站之间和数据库服务器之间使用以太网通信，通信网关的作用是信息的转接与调度。2）串口通信集成串口通信集成方式将网络中的工作站、Web服务器直接挂在互联网上，工作站与设备之间仍采用串口通信。相对于网关通信集成，串口通信集成方式传输的大多是短数据流。

2.2基于Web技术的舰船供电系统建模

为了建立舰船供电系统的模拟仿真器，使模拟仿真器可以具有供电系统必须的功能属性，必须要对供电系统进行建模，对供电系统的电路进行简化。本文将舰船供电系统设备分为两大类进行建模，1）发电机组，包括柴油主机、发电机等设备；2）供电系统的监视、报警和控制设备。其中，柴油主机的函数模型主要是动态数学模型，而监控、控制设备的模型主要是指逻辑与控制电路[3]。为经过简化的舰船供电系统逻辑与控制电路模型。为了提高舰船供电系统输出电能的质量，励磁系统产生的电流必须要经过坐标转换和电力网络方程的调节才能到达负载。由图3可知，发电机的动态过程主要分为2部分：1）调速系统与转子运动方程。这部分内容体现了发电机的输入功率与输出功率的对比，当出现不平衡时，调速器接收到发电机的转速信号，并将速度偏差作为控制量。2）电磁回路方程这部分动态方程主要描述了舰船发电机的定子、转子等，通过电磁效应产生电能的过程。

2.3基于Web技术的舰船供电系统模拟器设计

本文基于Web技术开发了舰船供电系统的模拟仿真系统，仿真系统的客户端为安装有VRML插件的浏览器，平台为任意1台运行Windows7及以上的计算机，通过脚本编程接口控制键盘、鼠标等外部设备操作和交互。供电系统的三维场景的建模过程基于三维建模软件CREO平台和Web服务器，通过接口接收服务器发送的场景更新数据，在客户端进行场景的调试和更新过程[4]。图4为基于Web技术的舰船供电系统模拟仿真系统的原理图。如图所示，该模拟仿真系统主要包括3个部分，MySQL数据库、Web服务器、供电系统的操纵模型浏览器和界面等。

3结语

为了提高舰船供电系统操作人员的训练水平，提高操作技能，保障舰船供电系统的正常运行，本文基于Web技术和三维建模技术开发了舰船供电系统的模拟仿真系统，并介绍了该模拟仿真系统的技术要点和工作原理。

参考文献：

[1]杨秀霞,张晓锋,张毅.舰船电力系统的发展趋势[J].中国修船,2004(3):12–14.

[2]桂永胜,唐剑飞.舰船电力系统的限流保护技术[J].中国舰船研究,2007,2(2):27–30.

[3]李冬丽,赵跃平,朱永权.负载变化对舰船综合全电力系统暂态稳定性的影响[J].中国造船,2004(b12):238–245.

[4]龚喜文,郁立虎.人因工程在舰船电力监控系统中的应用[J].上海船舶运输科学研究所学报,2016,39(3):58–62.

作者:张磊 单位:内蒙古交通职业技术学院