船舶自動化實訓(xùn)機艙教學(xué)實踐探討

操江能

摘 要：自動化機艙在現(xiàn)代船舶中應(yīng)用越來越廣泛，建設(shè)自動化實訓(xùn)機艙是輪機工程專業(yè)教學(xué)的必然選擇。本文探討了自動化實訓(xùn)機艙的功能以及在教學(xué)、科研和培訓(xùn)等方面的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：自動化機艙;航海教育;實訓(xùn)教學(xué);控制系統(tǒng)

中圖分類號：U676.2? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2019）03-0060-02

隨著航海科技水平的發(fā)展，現(xiàn)代船舶對操縱的安全性、可靠性和運營的經(jīng)濟性有著更高的要求。為了避免和防止船員判斷和操作失誤，減輕船員大量重復(fù)的體力勞動，確保船舶安全運行，自動化機艙在現(xiàn)代船舶中應(yīng)用越來越廣泛，是未來船舶控制的發(fā)展方向。

1 自動化實訓(xùn)機艙建設(shè)的意義

經(jīng)過多年的建設(shè)，很多航海院校都已經(jīng)建設(shè)有船舶輪機實訓(xùn)機艙和輪機模擬器，取得了良好的教學(xué)效 果。隨著輪機自動化知識作為輪機員培訓(xùn)的必修課程以來，自動化的理論和實踐教學(xué)成為不可缺少的教學(xué)環(huán)節(jié)，而現(xiàn)有的教學(xué)設(shè)施并不能完全滿足教學(xué)的要求。船舶輪機自動化實訓(xùn)機艙的建設(shè)不僅可以讓學(xué)生在真實的環(huán)境下進行實際操作與評估訓(xùn)練，還可以進行輪機工程專業(yè)教學(xué)、培訓(xùn)與技術(shù)開發(fā)，以彌補輪機模擬器的不足，使其和輪機模擬器在功能上互補，形成較為完善的輪機自動化教學(xué)培訓(xùn)系統(tǒng)和技術(shù)開發(fā)條件。因此，建設(shè)現(xiàn)代化的輪機自動化實訓(xùn)機艙是各航海院校的必然選擇。

2 船舶自動化實訓(xùn)機艙的功能

船舶自動化實訓(xùn)機艙建設(shè)的理念是將真實的船舶工作環(huán)境搬到學(xué)校的實訓(xùn)室，在空間布置和操控方式上，力求和真實的船舶機艙一致，以達到最好的教學(xué)培訓(xùn)效果。武漢交通職業(yè)學(xué)院輪機自動化實訓(xùn)機艙是在原有船舶機艙實訓(xùn)室基礎(chǔ)上增加集控室以及相應(yīng)的主機遙控監(jiān)控系統(tǒng)、船舶電站監(jiān)控系統(tǒng)、船舶動力管系監(jiān)控系統(tǒng)等，組成一個完整的輪機實訓(xùn)機艙。

2.1主機遙控監(jiān)控系統(tǒng)

實訓(xùn)機艙遵循船舶主機實際控制方式，由遙控操縱臺、遙控裝置、調(diào)速裝置、安全保護裝置以及遙控執(zhí)行機構(gòu)五大部分組成。

實訓(xùn)機艙主機遙控系統(tǒng)采用可編程序控制器為控制核心的控制單元，主要硬件采用西門子PLC控制器，軟件分別是PLC控制軟件和組態(tài)軟件。數(shù)據(jù)的采集與通訊通過PLC硬件獲得，PLC控制軟件程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)處理、邏輯判斷與控制執(zhí)行等功能;組態(tài)軟件程序通過網(wǎng)絡(luò)直接訪問和修改PLC變量，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、狀態(tài)的輸出、顯示和存儲等功能。兩者配合使用使得系統(tǒng)實現(xiàn)起來更加方便、更加人性化。整個系統(tǒng)將通過軟硬件結(jié)合的方式來滿足船舶機艙控制的需要。

主機遙控系統(tǒng)在駕駛室和集控室均能實現(xiàn)對實訓(xùn)機艙柴油機的遠(yuǎn)距離控制，其功能包括起動邏輯控制、換向邏輯控制、重復(fù)起動邏輯控制、主機運行中的換向與制動邏輯控制、轉(zhuǎn)速與負(fù)荷控制;駕駛臺操縱、集控室操縱和機旁操縱三種控制方式及操縱部位切換功能。還具備有主機出現(xiàn)安全故障和緊急情況時，能自動減速、自動停車、應(yīng)急起動及應(yīng)急加速和越控等功能。

船舶機艙監(jiān)控報警系統(tǒng)可實現(xiàn)對主機、輔助設(shè)備、舵機、電站、燃油等機艙設(shè)備的監(jiān)控，能準(zhǔn)確可靠地監(jiān)測到機艙內(nèi)各設(shè)備的運行狀態(tài)及其參數(shù)，同時把實時數(shù)據(jù)儲存在數(shù)據(jù)庫中，并用實時曲線監(jiān)控運行參數(shù)的實時狀態(tài)。主機監(jiān)控系統(tǒng)可通過三個界面來觀察數(shù)據(jù)實時曲線的變化，三個轉(zhuǎn)換界面分別為轉(zhuǎn)速及增壓空氣曲線、壓力曲線和溫度曲線。在每個界面中可通過多選框來選擇具體參數(shù)，通過參數(shù)的實時走向來分析其參數(shù)的變化原因及對柴油機的影響，并對故障作出聲光報警、打印記錄和延伸報警等。

2.2船舶電站監(jiān)控系統(tǒng)

船舶電站的監(jiān)控系統(tǒng)由電站自動控制系統(tǒng)、自動監(jiān)測報警系統(tǒng)和安全系統(tǒng)三個互相獨立又互相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)組成，實現(xiàn)對機艙發(fā)電設(shè)備和用電設(shè)備的監(jiān)控。船舶電站自動控制系統(tǒng)能夠自動處理電站出現(xiàn)的一般故障、嚴(yán)重故障、電站功率的自動管理以及電壓、頻率的恒定和柴油發(fā)電機組的自動起動并車、解列等各項控制功能。

船舶電站自動監(jiān)測報警系統(tǒng)能自動地實時監(jiān)測電站各設(shè)備運行參數(shù)和運行狀態(tài)，這些設(shè)備包括機組原動機、發(fā)電機、配電系統(tǒng)的機械參數(shù)、電氣參數(shù)和運行狀態(tài)，監(jiān)測量可以是模擬量，也可以是開關(guān)量。自動監(jiān)測報警系統(tǒng)將監(jiān)測量的監(jiān)測結(jié)果實時與事先設(shè)定的限定值進行比較，當(dāng)被測量越限時，將會發(fā)出相應(yīng)的聲光報警信號，并設(shè)有相應(yīng)的報警應(yīng)答裝置。監(jiān)測系統(tǒng)對監(jiān)測結(jié)果進行打印、記錄、并對被測參數(shù)的越限情況進行登記。當(dāng)電站控制系統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng)在運行過程中發(fā)生危及電站系統(tǒng)內(nèi)各主要設(shè)備安全的嚴(yán)重故障時，自動化電站安全系統(tǒng)應(yīng)能自動產(chǎn)生保護性動作，避免事故的進一步擴大，保護船員的人身安全。

2.3機艙動力管系監(jiān)控系統(tǒng)

船舶實訓(xùn)機艙布置了各種管路，將各個設(shè)備有機地聯(lián)系起來，組成船舶機艙動力管系。機艙動力管系監(jiān)控系統(tǒng)包括淡水系統(tǒng)、海水系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)的運行參數(shù)、報警數(shù)據(jù)列表以及各油柜和動力管系的運行狀態(tài)、參數(shù)、報警等，并把實時數(shù)據(jù)儲存在數(shù)據(jù)庫中，實時液位監(jiān)控各參數(shù)的實時狀態(tài)。通過觀察各狀態(tài)參數(shù)和報警狀態(tài)，來分析確認(rèn)系統(tǒng)是否正常運行，故障時予以停機修理、維護保養(yǎng)。通過監(jiān)控軟件，可以實現(xiàn)對機艙整體的遠(yuǎn)程監(jiān)控，實時調(diào)控機艙各大動力管系，通過對參數(shù)對比及報警內(nèi)容的分析，最大可能地保護系統(tǒng)安全，提高系統(tǒng)的可操作性。

3 自動化實訓(xùn)機艙教學(xué)實踐

當(dāng)前船舶電氣自動化程度越來越高，對輪機專業(yè)學(xué)員的教學(xué)實踐提出更高的要求，船舶自動化實訓(xùn)機艙的建立對輪機專業(yè)的教學(xué)提供了一個很好的平臺。

3.1教學(xué)實踐平臺

輪機自動化知識是輪機工程專業(yè)的核心課程，在理論教學(xué)和實踐教學(xué)上都有較高的要求。船舶自動化實訓(xùn)機艙可以將理論教學(xué)和實踐教學(xué)有機地結(jié)合起來，將教室移到實訓(xùn)機艙，一邊講授機艙設(shè)備的工作原理和操作管理，一邊進行現(xiàn)場操作演示，這樣可以大大加深學(xué)生對理論知識的理解，教學(xué)效果也將明顯提高。自動控制系統(tǒng)是對船舶設(shè)備的控制，是動力設(shè)備的組成部分，可作為輪機工程專業(yè)所有專業(yè)課程現(xiàn)場教學(xué)的實訓(xùn)實施。自動化實訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)更可以讓學(xué)生在自動化實訓(xùn)機艙設(shè)備上操作訓(xùn)練學(xué)習(xí)，完成諸如主機運轉(zhuǎn)控制、巡回檢測及警報故障等實操評估項目的教學(xué)。新的《海船船員培訓(xùn)大綱（2016）》要求加強對船員在實踐方面的教學(xué)，船舶自動化實訓(xùn)機艙是滿足教學(xué)大綱實踐的不可或缺的教學(xué)設(shè)施。

3.2綜合訓(xùn)練平臺

現(xiàn)有的大多數(shù)航海類院校都建有輪機模擬器，通過鼠標(biāo)和鍵盤來模擬操縱機器設(shè)備，并通過顯示屏和展示板來呈現(xiàn)船舶設(shè)備的運行。輪機模擬器雖然可以給沒有上過船的學(xué)生建立起一個完整的機艙概念，但并不能給學(xué)生一個真實的機艙感受，而自動化實訓(xùn)機艙是在原有的船舶機艙的基礎(chǔ)上建立一個具有控制和監(jiān)控功能的集控中心，組合成一個完整的輪機機艙，具有真實的船舶機艙幾乎一樣的功能，極大地增強了學(xué)生對專業(yè)的認(rèn)知感。另外，輪機工程專業(yè)先后按學(xué)科將專業(yè)知識分為5門課程和7門課程組織教學(xué)，但就專業(yè)知識體系來講，船舶輪機是一個相互關(guān)聯(lián)的整體學(xué)科，相關(guān)設(shè)備之間相輔相成，不可分割。因此，在完成相應(yīng)的專業(yè)課教學(xué)之后，船舶自動化實訓(xùn)機艙可以讓學(xué)生建立一個完整的知識體系和整體性的機艙概念，教學(xué)效果也將大大提高。

3.3船員培訓(xùn)考試評估基地

近幾年，隨著世界經(jīng)濟形勢萎靡不振，航運業(yè)也迎來了寒冬，船員需求減少，航海教育也進入了調(diào)整期。自動化實訓(xùn)機艙的建設(shè)將大大增強我校的辦學(xué)實力，一方面可以滿足我校船員考試的評估工作，另一方面還可以與社會船員服務(wù)機構(gòu)開展校企合作，充分利用我校的教學(xué)資源，組織社會船員進行各類船員培訓(xùn)，擴大我校行業(yè)知名度，將我校建成中部地區(qū)海船船員考試評估基地。

3.4 教師提升和科研活動平臺

隨著科技的發(fā)展，船舶自動化技術(shù)也在不斷發(fā)展，作為教學(xué)一線的教師，也需要不斷地學(xué)習(xí)最新的專業(yè)知識，跟上船舶自動化技術(shù)的步伐。船舶自動化機艙一方面為教師提供了一個提升自我的學(xué)習(xí)機會。教師可參與到自動化機艙的建設(shè)中去，不僅可以使建設(shè)的自動化實訓(xùn)機艙更好地服務(wù)教學(xué)，還可以鍛煉教師的業(yè)務(wù)能力。另一方面，教師還可以利用實訓(xùn)機艙開展自動控制方面的科研工作，并可作為輪機工程專業(yè)的綜合科研平臺，進行各項專題科研活動。

4 結(jié)語

船舶機艙的自動化是當(dāng)今船舶發(fā)展的大趨勢。作為培養(yǎng)高級輪機管理人員的航海院校，迫切需要建設(shè)一座與實船相似的輪機自動化實訓(xùn)機艙，使學(xué)生能夠在真實的環(huán)境和氣氛中進行訓(xùn)練。自動化實訓(xùn)機艙的建設(shè)為我們老師提升專業(yè)技能和開展教學(xué)、科研活動提供了一個好的平臺，將極大地改善船員培訓(xùn)教育的辦學(xué)條件。

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