专利名称：一种液化天然气船液货操作仿真器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于船舶仿真系统技术领域，尤其涉及一种液化天然气船液货操作仿真器。
背景技术：
随着能源价格的日益飞涨，液化天然气已成为我国目前能源进口的重点之一。我国已开始组建自己的液化天然气船队，广东大鹏液化天然气项目己经落实3艘液化天然气运输船建造并营运，福建液化天然气项目已有2艘液化天然气运输船的建造并营运，而上海和浙江的液化天然气项目也将要开始计划落实液化天然气运输船的建造。未来10年内，随着中国沿海近十个液化天然气接收站的建成投产，中国将需要30艘液化天然气运输船进行液化天然气运输，而中国没有一家公司有液化天然气船的管理和营运经验，因此液化天然气船营运充满了挑战。由于液化天然气除了具有和原油相似的危险性外，还存在因超低温特性可能导致的特殊危险性，所以为确保液化天然气海上运输的安全，液化天然气船舶液货装卸作业相比其他船舶就显得尤为繁琐和危险。解决液化天然气海上运输的安全问题，一个很重要的因素就是要重视船员操作技能的培训。如何在短期内全面提高液化天然气船舶公司的专业管理水平和船员的技术力量就成了迫在眉睫的大问题。无疑，对液化天然气船舶管理人员和船员进行模拟器训练是较为有效的途径之一。全球排名靠前的航运公司一般都有自己的液化天然气船队，中远集团作为全球知名的、中国最大的航运企业，航运业务和船舶种类齐全，迟早肯定会有自己强大的液化天然气船队。目前，大连远洋运输公司已经与中海油合作，对正在营运的6艘液化天然气船舶(福建和广东天然气项目)进行船员派遣，这是中远集团液化天然气船队发展的初步，但是中远派遣到该船的船员多为支持级或操作级船员，没有一个管理级船员，完全靠英国等有经验的液化天然气船舶管理公司派遣。所以要组建自己强大的液化天然气船队就必须要有相关管理人才和自己的各级别船员储备，否则，完全依赖国外有经验的公司，不仅增加船员管理成本，而且和我们的航运大国不相适应。目前，国内液货船液货操作系统的仿真研究主要集中在大连海事大学、上海海事大学及武汉理工大学等几大航海院校。1999年，大连海事大学吴宛青教授为核心的研究团队最早对油船货油装卸操作仿真设计研究，设计了货油装卸系统软件的结构、实现方式，并且针对该模拟器的功能、要求及特点，阐述了装卸油模拟系统的硬件拓扑结构、并行智能化的软件内核设计以及模拟器的各项仿真作业功能。此外，其研究团队还对液化石油气及液化天然气船舶液货系统进行理论研究:针对液货系统的蒸汽压力控制系统进行理论分析和数学建模，对预冷系统建立了舱内气体的温度和压力随时间变化的数学模型，并进行了液货管网水力计算研究等。2003年，武汉理工大学以陈辉教授为核心的科研团队对油船操作系统和全压式LPG船进行了仿真研究，并开发了油轮货物操作模拟器和LPG货物操模拟器。近几年，上海海事大学对液化气船液货舱的传热计算及预冷装置热力计算方面也进行了一定的理论研究。总之，由于液化天然气船在我国发展较晚和技术难度相对较大，目前国内还 没有科研机构对液化天然气船液货操作仿真进行系统的开发与研究。
实用新型内容针对目前存在的问题，本实用新型提供了一种液化天然气船液货操作仿真器，是一个能够对学员进行操作模拟训练的液化天然气船液货操作训练仿真器，除满足一般船舶模拟器的要求之外，还具有对学员某些操作进行自动评估的功能。本实用新型实施例是这样实现的，一种液化天然气船液货操作仿真器，主要包括控制台、电压表、电流表、光柱表、启动/停止按钮、指示灯、报警灯、通信电缆及数据线，该船液货操作训练仿真器包括:用于对开关量数据的采集处理，并将开关量数据传输到PC机上的PLC模块；用于实现模拟量仪表的输出、各种指示灯的输出等功能，与PC机直接连接的数据采集卡；用于接收数据信息，并控制开关量模块和模拟量模块做出相应处理的PC机；用于实现面板上的仪表、按钮、指示灯元件的状态采集和输出显示功能的开关量模块和模拟量模块；用于控制显示器进行显示的多屏显卡；至少一个用于将不同的画面进行显示的显示器。进一步，所述仿真器采用了对6个界面进行监控6个显示器。进一步，所述PLC模块采用西门子S7-200PLC。本实用新型既可以硬件操作，又可以软件操作，首次采用了多屏显示技术，并能进行多界面同时显示与操作，实现对多个操作系统及设备同时操作与监控；采用西门子S7-200PLC进行数据部分采集，并实现与PC机的双向通信功能；通过研华采集卡将控制台硬件与PC机直接连接，实现高速实时的数据通信；开发设计了液化天然气船液货系统进、出坞过程及单舱处理过程的训练、评估考核功能。该仿真器是国内第一套具有物理盘台实物仿真系统和基于C#的软件界面两种模拟方式的仿真器。
图1是本实用新型实施例提供的液化天然气船液货操作仿真器的结构框图；图2是本实用新型实施例提供的主机与多屏示意图；图3是本实用新型实施例提供的PLC模块的工作原理图。图中:1、PLC模块；2、数据采集卡；3、PC机；4、开关量模块和模拟量模块；5、显卡；
6、显不器。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，
以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。图1示出了本实用新型实施例提供的液化天然气船液货操作仿真器的结构框图。为了便于说明仅仅示出了与本实用新型实施例相关的部分。[0022]该液化天然气船液货操作仿真器主要包括:PLC模块I，用于按钮、开关等开关量数据的采集处理，并将数据传输到PC机3上；数据采集卡2，用于实现模拟量仪表的输出、各种指示灯的输出等功能，与PC机3直接连接；PC机3，用于接收数据信息，并控制开关量模块和模拟量模块4做出相应处理；开关量模块和模拟量模块4，用于实现面板上的仪表、按钮、指示灯等元件的状态采集和输出显示功能；显卡5，用于控制显示器6进行显示；显示器6，根据不同的需求可以将不同的画面进行显示。本液化天然气船液货操作仿真器采用了 PLC模块I和数据采集卡2混合使用的方式，通过PLC模块和上位PC机的双向通信功能，实现对整个系统的硬件操作和显示功能。PLC模块I用于按钮、开关等开关量数据的采集处理，并将数据传输到PC机3上，数据采集卡2实现模拟量仪表的输出、各种指示灯的输出等功能。PLC模块I将采集数据传输到PC机3，并将来自于PC机3的变量状态输出到面板上，通过显示器6进行显示。本方案实用新型的液化天然气船液货操作仿真器，采用了 PLC模块I和数据采集卡2混合使用的方式，通过PLC模块和上位PC机的双向通信功能，实现对整个系统的硬件操作和显示功能。PLC模块I用于按钮、开关等开关量数据的采集处理，并将数据传输到PC机3上，数据采集卡2主要实现模拟量仪表的输出、各种指示灯的输出等功能。PLC模块I将采集数据传输到PC机3，并将来自于PC机3的变量状态输出到面板上，为了尽可能的对装卸货过程中各个重要操作的参数进行监控，该仿真器采用了 6个显示器，也就是至少可以对6个界面进行监控。
以下结合附图以及具体的实施方案对本实用新型作进一步的说明。由于本实用新型实施例液货操作系统的操作界面和需要监控的参数较多，因此需要多屏显示技术。另外，为了让学习者能够更接近实船实际操作，采用了实际的控制台、操作面板、显示元件及报警等硬件设施。硬件的组成:液货操作训练仿真器控制台，仿真器硬件主要包括控制台、软件运行的主机、PLC模块、显示器、多屏显卡、采集卡、电压表、电流表、光柱表、启动/停止按钮、指示灯、报警灯、通信电缆及数据线等。硬件实现的功能:硬件实现的功能，一方面可以通过鼠标在多个屏幕进行各种操作并且还可以实现多屏监控，另一方面可以从硬件中进行各种重要的操作(系统装卸货过程)和重要过程及参数的监控，如启动/停止货泵及其电压电流显示、各种液货阀的操作及其开度显示、液位显示与报警、输液臂的连接监控、货物流动指示等。在本系统中，PLC模块主要和研华的数据采集卡配合使用，实现面板上的仪表、按钮、指示灯等元件的状态采集和输出显示功能。通过RS — 485通讯端口，PLC模块将采集到的按钮、开关等数据传输到PC机，并将来自于PC机的变量状态输出到面板上显示，通过PLC模块和上位PC机的双向通信功能，实现对整个系统的硬件操作和显示功能。如图3所示，主程序图和PLC模块主程序流程。[0038]在对硬件系统的数据采集和显示功能实现时，由于系统开关量和模拟量输入、输出点数较多，单纯采用多个数据采集卡会受到PC机主板PCI插槽的限制，因此本系统采用了 PLC模块和数据采集卡混合使用的方式。PLC模块主要用于按钮、开关等开关量数据的采集处理，并将数据传输到PC机上。研华数据采集卡主要实现模拟量仪表的输出、各种指示灯的输出等功能，采用的研华采集卡为:1752U和1724U。多屏显示技术的设计与实现:多屏显示也称一机多屏显示，即为一台主机将内容显示到多台显示器，根据不同的需求可以将不同的画面显示到不同的显示屏上。传统的显卡通常最多只能带2个显示器，而且，显示画面往往只能2个屏幕拼接。为了尽可能的对装卸货过程中各个重要操作的参数进行监控，该仿真器采用了 6个显示器，也就是至少可以对6个界面进行监控，因此这就需要单个主机连接多个显示器的技术，利用Visual C#程序语言，把相应的界面发送到指定的显示器上。如图2所示，主机与多屏示意图，鼠标可以左右移动从而实现1#至6#显示器的左右自由切换。1#显示器为主界面图、货物与燃气压缩机操作及船体受力等，2#显示器为CTS监控与压载水操作，3#、4#、5#、6#显示器分别为tankl、tank2、tank3、tank4的各个舱的界面显示。采用多屏技术后，通过仿真器不仅可以使学习者尽可能地监控多个仿真子系统的参数和实现多屏操作，而且与传统的仿真器服务器一终端用户模式相比，该种方法具有数据传输快、响应快等优点。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种液化天然气船液货操作仿真器，主要包括控制台、电压表、电流表、光柱表、启动/停止按钮、指示灯、报警灯、通信电缆及数据线，其特征在于，该液化天然气船液货操作仿真器包括: 用于对开关量数据的采集处理，并将开关量数据传输到PC机上的PLC模块； 用于实现模拟量仪表的输出、各种指示灯的输出功能，与PC机直接连接的数据采集卡; 用于接收数据信息，并控制开关量模块和模拟量模块做出相应处理的PC机； 用于实现面板上的仪表、按钮、指示灯元件的状态采集和输出显示功能的开关量模块和模拟量模块； 用于控制显示器进行显示的多屏显卡； 至少一个用于将不同的画面进行显示的显示器。
2.如权利要求1所述的液化天然气船液货操作仿真器，其特征在于，所述仿真器采用了对不同的6个界面进行显示与监控并可独立对每个界面进行操作的6个显示器。
3.如权利要求1所述的液化天然气船液货操作仿真器，其特征在于，所述PLC模块采用西门子 S7-200PLC。
专利摘要本实用新型公开了一种液化天然气船液货操作仿真器，主要包括控制台、电压表、电流表、光柱表、启动/停止按钮PLC模块、数据采集卡、PC机、开关量模块和模拟量模块、多屏显卡、显示器。本实用新型设有装货阶段、满载航行、卸货阶段、空载航行、预冷过程的仿真模拟训练，既可以硬件操作，又可以软件操作；首次采用了多屏显示技术，并能进行多界面同时显示与操作，实现对多个操作系统及设备同时操作与监控；采用PLC模块进行数据部分采集，并实现与PC机的双向通信功能；通过采集卡将控制台硬件与PC机直接连接，实现高速实时的数据通信；而且还开发设计了液化天然气船液货系统进、出坞过程及单舱处理过程的训练、评估考核功能。
文档编号G05B19/05GK202975702SQ20122063391
公开日2013年6月5日 申请日期2012年11月27日 优先权日2012年11月27日
发明者李博洋, 李迪阳, 何昌伟, 张运秋, 丁立勋, 于洋, 王福秋 申请人:青岛远洋船员职业学院