海水淡化装置模拟操作系统技术报告.

报告人：课题组船用海水淡化装置模拟操作系统技术报告船用海水淡化装置是现代化柴油机船舶机舱的重要设备，能够为船舶提供和补充符合一定水质标准的淡水，以满足船舶动力装置冷却、锅炉给水以及船员和旅客的饮用、洗涤等生活用水。为了使设备能够安全、平稳、高效地运行，轮机员除了要有扎实的专业理论基础，还必须按照海事局的评估规范要求接受严格的评估训练。实验室内建设的实际系统因为缺少实船环境（如缺少实船的主机缸套水系统、海水系统等）造成在实际的训练中受到很大的局限性。目前国内各航海院校均没有开发过完整的针对船舶海水淡化装置系统模拟操作和评估方面的设备。而针对大型轮机模拟器中关于海水淡化装置部分的功能均不健全，可扩展性差，不贴近教学实际，在某些方面无法满足国家海事局的评估规范要求的现状。课题的背景课题的目的以国际海事组织颁布的“海员培训、发证及值班标准国际公约”和我国海事局制订并颁布的“海船船员适任证书考试、评估和发证规则与大纲”为标准，以远洋船舶的典型船用海水淡化装置为研究对象，研发一套完整的符合海事局评估训练要求和具有自动评估功能的船舶海水淡化装置的模拟操作系统。课题的技术路线建立船舶海水淡化装置中热、质传递过程数学模型和管网水力计算模型，并以VisualStudio.net2008为开发平台、C#为开发语言，设计并实现船舶海水淡化装置仿真系统。操作系统实物是采用实物控制箱加模拟板的方式。电气控制系统采用实际的控制箱进行控制，装置和系统采用MIMIC板。MIMIC板上系统的各种控制阀可以操作，能够进行实际系统的操作和控制。装置系统实际制作的控制箱内采用西门子PLCS7-200编程进行实际控制MIMIC板上的系统。PC机包含仿真模型、数据库和与硬件盘台操作功能相同的仿真操纵软界面。装置的工作原理实现的评估功能1．船舶海水淡化装置起动操作及停止操作；2．调整船舶海水淡化装置冷却水流量；3．船舶海水淡化装置给水水位调整操作；4．船舶海水淡化装置凝水抽出及凝水水位控制；5．船舶海水淡化装置加热水量的调整操作；6．盐度计的操作和调整7．常见故障的排除海水淡化装置热、质传递过程模型p1．装置真空度海水淡化装置热、质传递过程模型p2．蒸发器加热淡水出口温度海水淡化装置热、质传递过程模型p3．蒸发器海水表面温度海水淡化装置热、质传递过程模型p4．蒸发器蒸汽流量海水淡化装置热、质传递过程模型p5．冷凝器冷却水出口温度海水淡化装置热、质传递过程模型p6．冷凝器凝水量海水淡化装置热、质传递过程模型p7．盐水的盐度海水淡化装置热、质传递过程模型p8．蒸汽带水量海水淡化装置热、质传递过程模型p9．凝水的盐度船舶海水淡化装置系统管路水力计算p1．管网模型—管路的阻力系数船舶海水淡化装置系统管路水力计算p2．管网模型—截止阀的局部阻力系数船舶海水淡化装置系统管路水力计算p3．管网模型—管路的阻力船舶海水淡化装置系统管路水力计算p4．管网模型—管路的串、并联船舶海水淡化装置系统管路水力计算p5．管网模型—离心泵船舶海水淡化装置系统管路水力计算p6．管网模型—喷射泵船舶海水淡化装置系统管路水力计算p7．管网模型—液位船舶海水淡化装置系统管路水力计算p8．管网模型—盐度控制本系统模拟ALFA-LAVAL公司的DS-20型盐度计。该盐度计监测的含盐量质量分数范围是0.5～20ppm。水温会影响电阻值，电路有温度补偿功能，能在水温为5～85℃范围内自动修正读数。该盐度计盐度控制较为简单，盐度测量凝水泵出口凝水盐度，如果盐度超标，则打开回流阀，淡水回流到凝水腔，否则直接排出到淡水柜。一、开发环境开发环境选用VisualStudio.net2008为开发平台、C#为开发语言工具，C#是一种面向对象的语言，完整支持对软件组件的编写，可以用来快速创建各种应用程序，有高效易用的特点。仿真与智能评估系统的设计与实现二、系统功能设计软件由运行在PC机上的仿真模型和仿真操纵软界面组成。软件界面完成软件对模型的操作，模型则响应软件操作，根据软件命令完成运算并将数据返回给软件界面。三、软件框架结构仿真与智能评估系统的设计与实现四、模型算法仿真与智能评估系统的设计与实现五、盐度计工作仿真流程图仿真与智能评估系统的设计与实现六、系统显示界面仿真与智能评估系统的设计与实现七、控制台界面仿真与智能评估系统的设计与实现八、装置工作原理界面仿真与智能评估系统的设计与实现九、评估界面仿真与智能评估系统的设计与实现十、评估题目设置仿真与智能评估系统的设计与实现船舶海水淡化装置操作系统硬件设计一、MINIC模拟板船舶海水淡化装置操作系统硬件设计二、系统控制箱船舶海水淡化装置操作系统硬件设计三、PLC的DI信号处理为了节省PLC的DI通道，部分开关量输入点采用了CD40147编码器电路编码输入的方式。应用CD40147编码器电路仅四个PLC点开关量输入点即可完成10个开关量输入。船舶海水淡化装置操作系统硬件设计四、PLC的DO信号处理为了节约成本，节省PLC的开关量输出点，PLC运算输出的开关量信息首先经通讯线传送到单片机，由单片机输出控制MIMIC板的指示灯进行显示。单片机输出的开关量，通过74LS244驱动数据总线，利用CD4514BE进行电路译码，采用74HC373作为锁存器，光电隔离输出。船舶海水淡化装置操作系统硬件设计五、PLC的AO信号处理为了节约成本，减少PLC的模拟量输出点，PLC运算输出的模拟量值首先经通讯线传送到单片机，由单片机输出控制MIMIC板的仪表进行显示。单片机输出的模拟值数据信息通过DAC0832转换成模拟量电压信号，然后经运算放大器LM358处理，变成-5～+5V直流电压信号。由多路开关CD4051、反相器74HC14、3-8线译码器74HC138、采样保持器LF398实现模拟量输出。船舶海水淡化装置操作系统硬件设计六、主板电路设计硬件部分的PLC采用的是西门子S7-200XP，单片机采用的是AT89S52。通过200PLC的Port1与单片机通信，单片机一边用MAX485芯片与PLC的port1连接，采用PLC的自由口模式实现通信，主板电路结构图如图所示。船舶海水淡化装置操作系统硬件设计七、硬件模拟系统PLC与PC间通讯的实现PLC与PC机之间选用的硬件通讯电缆是多主站USB/PPI电缆软件方面，C#程序与S7200PLC的通讯是通过S7-200PCACCESSOPC服务器实现的。在本系统的通讯中，S7-200PCACCESS通过PPI通讯电缆读取S7200的数据，然后，S7-200PCACCESS用作OPC服务器，C#程序是客户机程序，客户机程序从OPC服务器间接取得S7200PLC的数据。结论：本课题所研制的“船用海水淡化装置模拟操作系统”模拟了船用真空沸腾式船舶海水淡化装置的工作原理和工作过程，包括热、质传递热力学计算和管路的水力计算，准确的模拟了在各种不同操作状态下船舶海水淡化装置的工作状态，包括在错误操作下的不正常工作状态。该系统具有良好的、与实际设备一致的人机交互界面，显示界面清晰直观，人员操作简单。同时开发了自动评估系统，能全面对操作人员对海水淡化装置的所有操作和基本故障处理进行全程跟踪，并对操作人员的实际操作水平进行较为准确的评价。谢谢各评委专家！