船舶自动化实训机舱教学实践探讨

    操江能

    摘 要：自动化机舱在现代船舶中应用越来越广泛，建设自动化实训机舱是轮机工程专业教学的必然选择。本文探讨了自动化实训机舱的功能以及在教学、科研和培训等方面的应用。

    关键词：自动化机舱;航海教育;实训教学;控制系统

    中图分类号：U676.2? ? ? ? ? ? 文献标识码：A? ? ? ? ? ? 文章编号：1006—7973（2019）03-0060-02

    随着航海科技水平的发展，现代船舶对操纵的安全性、可靠性和运营的经济性有着更高的要求。为了避免和防止船员判断和操作失误，减轻船员大量重复的体力劳动，确保船舶安全运行，自动化机舱在现代船舶中应用越来越广泛，是未来船舶控制的发展方向。

    1 自动化实训机舱建设的意义

    经过多年的建设，很多航海院校都已经建设有船舶轮机实训机舱和轮机模拟器，取得了良好的教学效 果。随着轮机自动化知识作为轮机员培训的必修课程以来，自动化的理论和实践教学成为不可缺少的教学环节，而现有的教学设施并不能完全满足教学的要求。船舶轮机自动化实训机舱的建设不仅可以让学生在真实的环境下进行实际操作与评估训练，还可以进行轮机工程专业教学、培训与技术开发，以弥补轮机模拟器的不足，使其和轮机模拟器在功能上互补，形成较为完善的轮机自动化教学培训系统和技术开发条件。因此，建设现代化的轮机自动化实训机舱是各航海院校的必然选择。

    2 船舶自动化实训机舱的功能

    船舶自动化实训机舱建设的理念是将真实的船舶工作环境搬到学校的实训室，在空间布置和操控方式上，力求和真实的船舶机舱一致，以达到最好的教學培训效果。武汉交通职业学院轮机自动化实训机舱是在原有船舶机舱实训室基础上增加集控室以及相应的主机遥控监控系统、船舶电站监控系统、船舶动力管系监控系统等，组成一个完整的轮机实训机舱。

    2.1主机遥控监控系统

    实训机舱遵循船舶主机实际控制方式，由遥控操纵台、遥控装置、调速装置、安全保护装置以及遥控执行机构五大部分组成。

    实训机舱主机遥控系统采用可编程序控制器为控制核心的控制单元，主要硬件采用西门子PLC控制器，软件分别是PLC控制软件和组态软件。数据的采集与通讯通过PLC硬件获得，PLC控制软件程序实现数据处理、逻辑判断与控制执行等功能;组态软件程序通过网络直接访问和修改PLC变量，实现数据、状态的输出、显示和存储等功能。两者配合使用使得系统实现起来更加方便、更加人性化。整个系统将通过软硬件结合的方式来满足船舶机舱控制的需要。

    主机遥控系统在驾驶室和集控室均能实现对实训机舱柴油机的远距离控制，其功能包括起动逻辑控制、换向逻辑控制、重复起动逻辑控制、主机运行中的换向与制动逻辑控制、转速与负荷控制;驾驶台操纵、集控室操纵和机旁操纵三种控制方式及操纵部位切换功能。还具备有主机出现安全故障和紧急情况时，能自动减速、自动停车、应急起动及应急加速和越控等功能。

    船舶机舱监控报警系统可实现对主机、辅助设备、舵机、电站、燃油等机舱设备的监控，能准确可靠地监测到机舱内各设备的运行状态及其参数，同时把实时数据储存在数据库中，并用实时曲线监控运行参数的实时状态。主机监控系统可通过三个界面来观察数据实时曲线的变化，三个转换界面分别为转速及增压空气曲线、压力曲线和温度曲线。在每个界面中可通过多选框来选择具体参数，通过参数的实时走向来分析其参数的变化原因及对柴油机的影响，并对故障作出声光报警、打印记录和延伸报警等。

    2.2船舶电站监控系统

    船舶电站的监控系统由电站自动控制系统、自动监测报警系统和安全系统三个互相独立又互相关联的系统组成，实现对机舱发电设备和用电设备的监控。船舶电站自动控制系统能够自动处理电站出现的一般故障、严重故障、电站功率的自动管理以及电压、频率的恒定和柴油发电机组的自动起动并车、解列等各项控制功能。

    船舶电站自动监测报警系统能自动地实时监测电站各设备运行参数和运行状态，这些设备包括机组原动机、发电机、配电系统的机械参数、电气参数和运行状态，监测量可以是模拟量，也可以是开关量。自动监测报警系统将监测量的监测结果实时与事先设定的限定值进行比较，当被测量越限时，将会发出相应的声光报警信号，并设有相应的报警应答装置。监测系统对监测结果进行打印、记录、并对被测参数的越限情况进行登记。当电站控制系统和监测系统在运行过程中发生危及电站系统内各主要设备安全的严重故障时，自动化电站安全系统应能自动产生保护性动作，避免事故的进一步扩大，保护船员的人身安全。

    2.3机舱动力管系监控系统

    船舶实训机舱布置了各种管路，将各个设备有机地联系起来，组成船舶机舱动力管系。机舱动力管系监控系统包括淡水系统、海水系统、滑油系统、压缩空气系统、燃油系统的运行参数、报警数据列表以及各油柜和动力管系的运行状态、参数、报警等，并把实时数据储存在数据库中，实时液位监控各参数的实时状态。通过观察各状态参数和报警状态，来分析确认系统是否正常运行，故障时予以停机修理、维护保养。通过监控软件，可以实现对机舱整体的远程监控，实时调控机舱各大动力管系，通过对参数对比及报警内容的分析，最大可能地保护系统安全，提高系统的可操作性。

    3 自动化实训机舱教学实践

    当前船舶电气自动化程度越来越高，对轮机专业学员的教学实践提出更高的要求，船舶自动化实训机舱的建立对轮机专业的教学提供了一个很好的平台。

    3.1教学实践平台

    轮机自动化知识是轮机工程专业的核心课程，在理论教学和实践教学上都有较高的要求。船舶自动化实训机舱可以将理论教学和实践教学有机地结合起来，将教室移到实训机舱，一边讲授机舱设备的工作原理和操作管理，一边进行现场操作演示，这样可以大大加深学生对理论知识的理解，教学效果也将明显提高。自动控制系统是对船舶设备的控制，是动力设备的组成部分，可作为轮机工程专业所有专业课程现场教学的实训实施。自动化实训教学环节更可以让学生在自动化实训机舱设备上操作训练学习，完成诸如主机运转控制、巡回检测及警报故障等实操评估项目的教学。新的《海船船员培训大纲（2016）》要求加强对船员在实践方面的教学，船舶自动化实训机舱是满足教学大纲实践的不可或缺的教学设施。

    3.2综合训练平台

    现有的大多数航海类院校都建有轮机模拟器，通过鼠标和键盘来模拟操纵机器设备，并通过显示屏和展示板来呈现船舶设备的运行。轮机模拟器虽然可以给没有上过船的学生建立起一个完整的机舱概念，但并不能给学生一个真实的机舱感受，而自动化实训机舱是在原有的船舶机舱的基础上建立一个具有控制和监控功能的集控中心，组合成一个完整的轮机机舱，具有真实的船舶机舱几乎一样的功能，极大地增强了学生对专业的认知感。另外，轮机工程专业先后按学科将专业知识分为5门课程和7门课程组织教学，但就专业知识体系来讲，船舶轮机是一个相互关联的整体学科，相关设备之间相辅相成，不可分割。因此，在完成相应的专业课教学之后，船舶自动化实训机舱可以让学生建立一个完整的知识体系和整体性的機舱概念，教学效果也将大大提高。

    3.3船员培训考试评估基地

    近几年，随着世界经济形势萎靡不振，航运业也迎来了寒冬，船员需求减少，航海教育也进入了调整期。自动化实训机舱的建设将大大增强我校的办学实力，一方面可以满足我校船员考试的评估工作，另一方面还可以与社会船员服务机构开展校企合作，充分利用我校的教学资源，组织社会船员进行各类船员培训，扩大我校行业知名度，将我校建成中部地区海船船员考试评估基地。

    3.4 教师提升和科研活动平台

    随着科技的发展，船舶自动化技术也在不断发展，作为教学一线的教师，也需要不断地学习最新的专业知识，跟上船舶自动化技术的步伐。船舶自动化机舱一方面为教师提供了一个提升自我的学习机会。教师可参与到自动化机舱的建设中去，不仅可以使建设的自动化实训机舱更好地服务教学，还可以锻炼教师的业务能力。另一方面，教师还可以利用实训机舱开展自动控制方面的科研工作，并可作为轮机工程专业的综合科研平台，进行各项专题科研活动。

    4 结语

    船舶机舱的自动化是当今船舶发展的大趋势。作为培养高级轮机管理人员的航海院校，迫切需要建设一座与实船相似的轮机自动化实训机舱，使学生能够在真实的环境和气氛中进行训练。自动化实训机舱的建设为我们老师提升专业技能和开展教学、科研活动提供了一个好的平台，将极大地改善船员培训教育的办学条件。

    参考文献：

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