内容发布更新时间 : 2024/5/22 9:23:31星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

2H-4000轮机仿真训练器数据通讯方案设计

摘 要：针对2H-4000轮机仿真训练器的通讯量大、高可靠性的要求，设计了如下的数据通讯方案：软件模型采用分布式运算架构，用通讯代理实现数据在共享内存中的通讯；采用USB2.0技术实现盘台数据与计算机之间的通讯。实际运行效果显示，数据通讯方案实现了2H-4000轮机仿真训练器的可靠性、易维护性、可扩展性和数据通讯的快速性。 关健词：轮机仿真训练器；数据通讯；USB2.0技术；分布式运算；通讯代理 中图分类号：TK223.5 文献标志码：A

The Data Communication of 2H-4000 Marine Simulator

Abstract: To satisfy the communication requirements of 2H-4000 Marine Simulator, the following data communication program has been designed: the distributed computing software model, has been on communication by delegate through the shared memory; the communication between hardware and PC has been achieved by USB2.0 communication agreement. The running results show that reliability, maintainability, scalability，data communication rapidity has been achieved by the communication program.

Keywords: Marine Simulator; Data Communication；USB 2.0; Distributed Computing; Delegate

0 引言

在轮机管理人员适任能力培训中，轮机仿真训练器以其培训的经济性、安全性、高效性得到了越来越广泛的应用。STCW 78/95公约要求轮机仿真训练器必须具有足够的仿真环境，使受训者能够获得并表现出培训目标所要求的技能。该公约同时还规定轮机模拟器要能够模拟船上有关设备的操作，达到规定培训目标的实际水平，并包括这种设备的性能、局限性和可能产生的误差。目前，国内外已有多家公司和科研机构研究和开发了轮机仿真训练器，较有代表性的有：国外主要包括挪威 N0RCON公司、英国Transas公司，国内主要有武汉理工大学（WMS-2000型，充分体现STCW公约要求的功能，具有很强的实用性、实时性和以及较高仿真精度）、上海海事大学（SMSC－2000型，首次应用了基于人工智能的神经网络故障诊断技术，起点高，功能强大，技术先进，可靠性和稳定性好）和大连海事大学（DMS-2000型，采用VR技术，成本较高）。

作为培养符合STCW 78/95公约的国际型高技能轮机管理人才的高职院校，我院（南通航运职业技术学院，下同）在上世纪末同上海宏皓公司合作，以“边研发、边使用、边更新改造”的思路开展2H-4000轮机仿真训练器的研发工作。2H-4000轮机仿真训练器以上海远

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洋公司第五代全集装箱船“鲁河”轮为母型船，在设计时突出“真”字，从盘台设备、操作过程、控制原理、模拟仿真界面等均与实船一样。硬件上采取盘台界面按照船舶实际结构布置，软件模型数据通讯采用计算机软件进行分布式架构的全仿真实现，盘台设备与软件模型系统间的数据通讯采用总线型架构、USB2.0技术。本项目经过几年持续发展，首先完成了船舶电站模拟器的研发工作，并在此基础上先后研发了主机遥控模拟器、机电控制箱仿真系统、机舱集中监视报警仿真系统以及大型示教板，并不断进行技术更新以保证技术先进性和教学功能要求。在研发过程中，主要考虑了以下两个因素：（1）轮机模拟器操作是海事局的评估项目，所以轮机模拟器研发成功后需要满足轮机专业学生教学、实操培训、评估考核等要求，使用频率很高且培训项目众多，对其运行的可靠性、易维护性、可扩展性提出很高的要求。（2）轮机仿真训练器中包括近百个数学模型、逻辑控制模型和上千个点的硬件控制/显示，计算机仿真运行数据通讯的快速性保证是另一个问题。本文将介绍本仿真训练器的各部分组成特点，并针对以上问题提出了切实可行的技术方案。实际运行效果显示，本系统所采用的技术方案完全满足所提出的要求，大大提高了轮机仿真训练器的可靠性、实时性、可维护性，也满足了数据通讯快速性要求，为轮机仿真训练器的研发提供了新的研发思路和技术方案。

1 2H-4000仿真训练器的系统组成

本仿真训练系统主要由盘台设备、软件模型、数据通讯三个部分组成。其中盘台设备部分包括：电站（发电屏、配电屏、应急发电屏），示教板，机电控制箱（机舱设备控制箱，如主海水控制箱、辅锅炉控制箱、压缩空气控制箱等），集控台（AC-4主机遥控控制面板、SSU安全保护控制面板、DGU电子调速系统控制面板、ETU机舱监测报警控制面板），驾驶台，机旁操作台；软件部分包括五个分系统模型模块构成，即：主机模型，机电控制箱模型，辅机及管路模型，监测报警系统，电站系统。数据通讯部分主要是两种方法：计算机仿真模型采用分布式运算架构，基于TCP/IP协议用通讯代理实现数据在共享内存的通讯，实现软件模型数据通讯的快速性；对于硬件盘台数据采集系统，采用485总线结构采集数据，再通过USB2.0通讯接口实现盘台设备与计算机模型之间的通讯，实现轮机仿真训练器的可维护性与可扩展性。其数据通讯系统组成框图如图1所示。

图1 数据通讯系统组成框图

2 分布式运算架构下的通信代理技术

2H-4000轮机仿真训练器的计算机系统采用最新的分布式运算架构。所谓分布式计算就是在两个或多个软件互相共享信息，这些软件既可以在同一台计算机上运行，也可以在通过网络连接起来的多台计算机上运行。2H-4000轮机仿真训练器中包括多个管路系统和主机遥控系统，细分为近百个数学模型和逻辑模型；同时涉及到上千个点的硬件控制/显示。所有这些工作如果集中在一起来实现，会因为大量的模型计算导致系统资源的极度消耗。因此，合理地将模型计算分布到各计算机中，将大大降低单台计算机的资源，保证仿真系统的实时性。在这种架构下，系统的模型分布在各模块中，每个模块单独进行运算，并将计算结果通过网络发送给其他模块。这种架构的特点是各模块相对独立，模块之间通过网络通讯传递数据。这种松散的藕合结构使得系统调试更为方便，即在其他模块不工作的情况下，可以进行单模块调试，所有的模块集中到一个局域网内，又可以进行系统联调，这也体现了仿真系统的灵活性、可扩展性和可维护性（如进行电站培训评估时，可将其他盘台设备及软件模型隔离不用，仅用计算机1中的PowerStation.exe模块以及电站盘台设备即可）。模块间的数据交换都是通过通信代理间接进行的。通信代理和应用程序之间通过一块共享内存区域来进行

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