MAN B&W 主机遥控气动装置计算机辅助分析系统研制与开发

MAN B&W 主机遥控气动装置计算机 辅助系统研制与开发 上 海 海 运 学 院 向 阳 郑士君 中远集装箱运输有限公司 黄志涵 韩成敏 [内容提要】此文结合中远总公司科研项目“船舶 主机遥控装置计算机故障诊断及辅助分析系统”，对 MAN B&w主机遥控气动装置，运用计算机技术，实 现其原理仿真和故障分析。所研制的应用程序已实船 使用，效果良好。 关键词：主机遥控 动态仿真 故障分析 The development of computer——based system in which aided analysis of pneumatic device in auto- matic remote control system for MAN B& W main diesel engine is actualized Abstract：In this article，based on the research item in C0SC0N “Fault Diagnosis and Aided Analy sis of Marine M／ E remote control device for Com． puter—Based System”， both principle emulating and fault analysis of pneumatic device in MAN B&W M／ E remote control system are made by adopted the computer multimedia technique．The developed ap— plications software has been installed in some vessels and a good result has been gained． Keywords：M／E remote control，dynamic emula— tion，fault analysis l 引言 船舶主机遥控系统是船舶机电设备中自动化程度 较高的控制装置之一。由于遥控系统的各种故障而造 成主机设备不能正常运行，降低了主机 运行质量；由于故障源不能及时识别和 排除，造成故障蔓延或系统瘫痪，导致自 动化船舶只能手动操作。这些都影响船 舶的航行安全，也增加了机务管理难 度。 由于主机遥控系统对主机控制的重 要性，船舶轮机管理人员迫切希望能有 一 种借助于计算机技术使轮机人员正确 掌握主机遥控系统的工作原理、帮助轮 机人员进行故障诊断等。 本文结合中远总公司科研项目 “船 舶主机遥控装置计算机故障诊断及辅助 分析系统”，对中远集运大型集装箱船舶 上的MAN B&W 主机遥控气动装置，运 用计算机技术，实现其原理仿真和故障分析。对主机的 起动、停车、换向三种操纵工况，依据气路逻辑关系动 态地描述逻辑控制气路走向。对气动装置执行部件，以 二维动态图像播放形式描述。运用 FTA(故障树分析) 和 FEA(故障效应分析)对主机遥控气动装置进行故 障信息流分析。通过热点链接实现 FTA和FEA的搜 ． 索。 2 遥控系统气动控制装置原理图分析 在一个独立的窗口屏幕中，装入主机遥控气动控 制原理图。所有元器件(包括气动阀件和电气元件等) 通过设置热点，以图文方式显示热点所对应的元器件 的有关作用与工作原理说明，结构图，操作与调节 等。实现这种计算机分析与查询程序，需建立热点文件 和图文资源数据库。 热点链接文件是根据在主窗口中所显示的气动控 制原理图尺寸，来确定元器件热点的位置座标。对应一 个热点，就有一个相应指针指向系统基本数据库某一 条元器件记录，再搜索图文资源库中相应的图文资 源。热点被激活后，则能在主窗口弹出相应图文说明。 从而达到了对原理图分析目的。图 l所示为热点调用 图蠢 辇蓍口卜 薹]_— 蒌重呈 誉 曩 图 1 原理图分析热点调用示意图 、 。 ’ 《_ — 一 r i 图2 原理图分析多层次图文窗口 <航海技术> 2001年 第3期 维普资讯 http://www.cqvip.com 王 不意图。 构造热点链接文件的优点是使应用程序具有开放 性。B&W 机型主机型号从46MC到98MC，相应的气 动控制系统的一些功能块或组件可根据用户要求而选 用。所以当原理图变动时，我们只要修改热点文件，增 加或删除热点，而不用去修改主程序。图2所示为原理 图热点多层次弹出窗口。 3 主机操纵工况动态仿真 对MAN B&W 主机遥控气动装置工作原理进行 原理仿真。实现如下要求：1)对主机的三种操纵控制 (起动、停车、换向)，动态地描述逻辑控制气路走向；2) 对气动装置执行部件，如主／副起动阀，燃油泵凸轮机 构等，以动态图像播放形式描述；3)主机备车，以人机 对答方式描述。 气动控制系统的气路原理仿真是根据控制气路原 理图按照备车过程所给出的条件以及当前仿真状态， 以醒目颜色沿所控制的气路流动，给人一种直观的感 觉。图3(a)为动态仿真主窗口界面图形，图3(b)是从 仿真主窗口弹出的三种操纵工况(超动、停车、换向)演 示图以及备车项目。 气动系统中的一些执行部件，如高压油泵的凸轮 机构运动等。这些运动形态仿真以二维动画形式实 现。这里的关键难点是：在仿真主窗口界面图形中，执 行部件有多个，其运动形态是相互关联的，如主机曲轴 和活塞运动必须与高压燃油泵凸轮转动保持同步。因 此，不同部件运动时必须保持动画帧频的同步。我们较 好地解决了这一问。其动态仿真较为逼真。 4 气动装置FTA信息流 对于 B&W 主机遥控气动装置的 FrA(Fault Tree Analysis故障树分析)，我们所采取的步骤是：1) 分析气动装置，充分调研后选定系统某功能失效的顶 事件；2)根据气动装置原理图和系统元器件、组件、功 能块的使用，维护及故障表现，直接建立最小路集的三 级故障树。 根据调研结果及专家经验，主机遥控气动控制装 置可能出现的系统级故障现象归纳为五大类：备车故 障、起动故障、点火故障、换向故障和调速故障。造成系 统级故障的原因必然是系统中相应的功能块失效 (故 障)而引起。而功能块是由一些组件构成，所以功能块 失效必然是其中某些组件失效所造成。功能组件的失 效又必然是构成该组件的若干元器件失效所造成。我 们把系统级故障 (顶事件)发生原因，从系统的功能块 追查到不可再分解的系统元器件 (底事件)，从而建立 相应的故障树。 5 气动装置FEA信息流 对 B&W 主机遥控气动装置的FEA(Failure Ef- fect Analysis故障效应分析)，其步骤是：1)确定系统 主要元器件的故障模式对系统的危害程度 (效应)；2) 以表格形式建立 FEA档案。 主机遥控气动控制装置元器件、组件或功能块的 故障模式及其故障效应按其作用类别可分为：气源单 元、起动单元、停车单元、换向单元和调速单元。它们的 某一失效行为(即故障模式)将导致某系统级故障的发 生。 每一元器件建立一 FEA表格档案，记述该元器件 的失效模式、失效原因、对系统的影响、以及预防失效 的措施等。 6 FTA与FEA的计算机实现 故障信息流计算机查询程序实现方法，是通过热 点文件连接故障数据库，其步骤为：1)创建FTA顶事 件屏幕窗口和 FEA元器件分类表屏幕窗口；2)创建 FTA和FEA热点文件：3)由热点文件指针搜索FTA 和 FEA故障数据库，由弹出模式框显示故障信息。 图4为故障信息流计算机查询程序示意图。图5 日D @ I 毒 一 ●Ⅷ 口_毒 广●■●■■ ‘ 一 ． 三 ：墨 } ．． 毒慕 萋鲞 鸯 f ‘’矗 。。 ●『、： ‘ (a)动态仿真主窗口 (b)气路演示弹出窗口 图3 动态仿真界面图形 MAN B&W 主机遥控气动装置计算机辅助分析系统研制与开发——向 阳 郑士君 黄志涵 韩成敏 维普资讯 http://www.cqvip.com 圈倒 翟 图4 故障信息流计算机查询程序结构示意图 (b) FEA信息流屏幕窗口 图5 故障信息流计算机查询窗口 主机遥控装置计算机故 障诊断与辅助分析系统 ● ●______’___-_●-_●___。●。________●●_____-_●一 l菜单或按钮选择I 主机遥控气 动装置基本 数据库窗口 数据记 录编辑 基本数据库 原理图 l l 遥控原理 l I FrA I21l l I 说明窗 I I(动态模拟)I 内 I回 回 回I l 司l FEA 分析窗口 图文数据库I I动态控制 l l故障数据库 图6应用程序结构示意图 (a)和图5(b)分别为FTA和FEA的程序实现。 7 计算机应用程序框架结构 MAN B&W主机遥控气动装置故障信息流分析 的计算机应用程序采用Microsoft VisualC”5．0工具 开发。界面为多文档多窗口屏幕界面。应用程序结 构如图6所示。 应用程序主要组成部分为：数据库；热点链接文件 和界面(窗口)。 7．1应用程序数据库 基本数据库将系统所有元器件作为记录存放在此 数据库中。记录的若干字段，用作登记元器件属性，可 以允许使用者修改。记录的另一些字段存放着调用其 它数据库的指针或关键字。这些字段不允许用户修 改。图文数据库保存着原理图分析的所有图文资源。图 文数据库的内容，需通过基本数据相应记录给出的关 键字来检索和寻找。故障数据库将FTA的所有不可分 解故障源和FEA的主要元器件故障模式作为记录保 存在其中。通过基本数据库相应的记录给出的关键字 来调用数据库中的相应内容。上述数据库之间的关系 如图7所示。 关键字与指针 图7 应用程序数据库关系图 7．2 热点链4t-文件 应用程序热点文件所起的作用是把窗口界面与数 据联系起来，这种联系是通过特定的指针或关键字实 现的。 7．3 窗口界面 窗口界面即屏幕界面，有五大窗口：1)主机遥控气 动装置基本数据库窗口。它以表格形式给出了MAN B&w 主机遥控气动装置的全部元器件列表和它们的 属性(名称、型号、安装位置、结构图等)。2)原理图分析 和说明窗口。对气动系统原理图，以热点弹出方式进行 深入、仔细的分析说明。3)气动控制系统动态仿真窗 口。此窗口仿真三种主机操纵原理：起动、停车和换 向。将在第二版中加人调速仿真，形成一个较为完整的 <航海技术) 2001年 第 3期 ▲ 维普资讯 http://www.cqvip.com C型制冷压缩机能量卸载机构之原理及其管理要点 青岛远洋运输公司 史绍华 C型制冷压缩机是由“NAMIREI”厂(15本)生产 的船用制冷压缩机，它的规格齐全，能满足各类船舶的 需要，广泛应用于船舶的空气调节装置及伙食制冷系 统，在大中型船舶的空气调节装置中，尤以NSA26LR 使用较多，该压缩机为高速，多缸，半封闭型，采用外部 装置型卸载机构，尤其是嵌入式压缩机马达，更是其显 著特点之一。现将其能量卸载系统简介如下，并对使用 管理过程中的一些注意事项进行探讨，仅供参考。 1 两种类型卸载机构 1．1 高压气体卸裁机构 (HIGH PRESSURE GAS UNLoADER UNIT) 高压气体卸载机构【用于(H)C55，(H)C75⋯等机 型1的基本原理就是通过气体压力作功的方法来顶开 气缸吸人阀，以达到使气缸卸载的目的。其原理与液压 卸载机构非常相似。 该机构具有下列优点： -h-卸载机构可与压缩机一起使用，而不必象传统 的制冷压缩机那样与缸套结合在一起。 -h-易于拆装，只要拆卸气缸顶部部分便可进行卸 载机构的检查，调整。 卸载装置动作过程： 当卸载活塞处于低压状态时，卸载弹簧将卸载活 塞推向下方，于此同时，卸载推杆将吸人阀向下顶开使 其保持开启。一般每对气缸含有两只卸载活塞并同时 动作。当卸载活塞处于高压状态时，气体压力大于卸载 弹簧的弹力，使活塞提起，卸载推杆在其复位弹簧的作 用下向上抬起，使吸人阀片关闭，以便使气缸加载。 图 1所示为卸载机构处于停机和卸载时的工况， 卸载活塞处于低压状态，卸载弹簧将活塞推向下方，随 后卸载推杆将吸入阀片向下顶开，使其保持开启状态 (减压)。 图2所示为卸载机构处于加载时的工况，当加在 卸载活塞上的气压比低压值高出0．3MPa时，气体压 力便大于弹簧之弹力，随后将卸载活塞向上推，以使气 缸加载。 图1 Unloading condition 卸栽工况 主机遥控系统动态仿真软件。4)气动控制系统的FTA 窗口。此窗口以热点弹出方式进行FTA图文显示和搜 索。5)气动控制系统的FEA窗口。此窗口以热点弹出 方式进行FEA图文显示。应用程序的上述5大视窗． 图8 应用程序窗口界面 如图8所示。 从结构化程序角度看，这五个窗口实际上是主程 序的五个子程序。由于WINDOWS支持多线程操作， 因此这五大窗口可以同时工作而互不 响，通过窗口 中的事件触发来执行窗口任务。 本文所介绍的船舶主机遥控系统计算机铺助分析 应用软件第一版，已安装在中远集运十余艘集装箱船 舶上。因其界面良好，图形逼真，效果直观明了，资料丰 富，操作方便，实用性强，而深受轮机人员欢迎。目前在 认真听取各方的基础上，已着手应用程序第-版 的开发。同时积极将该成果向航运界的船公司推广。 参考文献 1 俞勇、盛焕 ，计算机图形学，上海交通大学出版社 1996 2 孙俊 ．实时仿真建摸技术及其在轮机仿真训练器中的应用．计算机 仿真．2000(3)．pp64—66 3 史定华、王松瑞 ．故障树分析技术方法和理论 ．北京师范大学社， 1993 4 易宏等 ．船舶可靠性工程导论 ．国防工业出版社．1995 C型制冷压缩机能量卸载机构之原理及其管理要点——史绍华 维普资讯 http://www.cqvip.com