基本信息
- 项目名称：
- 基于WinCE的嵌入式主机遥控模拟装置设计与实现
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 船舶主机遥控系统是是船舶自动化中最为复杂的系统之一，对于船舶航行安全性、可靠性及可操纵性至关重要。本作品主要针对船舶轮机模拟器仿真装置中重要的AutoChief C20型主机遥控装置提出模拟仿真方案，并分别开发制作了模拟仿真装置的机械部分和软件功能。所开发的主机遥控装置具有结构简单、界面友好、功能齐全、成本低廉等特点，适用于大型全任务轮机模拟器系统中对于主要遥控装置所必需的各项操作、训练要求。
- 详细介绍：
- 研究意义 根据国际海事组织(IMO)所制定的78/95 STCW公约规定高级轮机员及大专院校轮机专业毕业生必须进行轮机模拟器培训后才能由当地海事主管机关颁发适任证书。在轮机模拟器培训及评估中超过1/3的内容是关于主机遥控系统的，所以开发一套先进且装船率较高的主机遥控模拟装置对于建设轮机模拟器至关重要。综合考察目前国内装船率较高的主机遥控系统类型，AutoChief C20是当下最为先进的主机遥控系统型号之一，几乎占了新建远洋船舶40%以上的市场份额，而目前对其使用及维护管理经验一般要在通过实际船舶操作才可获得。本课题旨在开发一套可用于大型全任务轮机模拟器中的AC C20主机遥控系统模拟装置并用于轮机管理人员培训中，从而使模拟器培训更加具有针对性，提高学员整体素质和管理水平。 整体设计方案 AC C20采用CAN网络结合局域网模型实现主机各项参数上传及操纵指令的下达及各个控制位之间的数据通信，率先采用软界面形式实现了主机遥控中的大部分功能，包括转速调速、安保、逻辑控制等，这种形式不但大大简化整个主机遥控系统的硬件结构，减小了系统体积和重量，而且友好的人机交互功能更加方便调试和使用。实船系统主要包含以下模块： 控制面板（Control panels） 遥控系统（Remote control system） 车钟系统（Engine telegraph system） 主机安全系统（Engine safety system） 数字调速器（Digital governor system） 操纵记录装置（Manoeuvring recorder） 分布式处理单元（Distributed processing units） 在具体的轮机模拟器应用中，部分功能及模块可以做合理简化和合并，主要需要设计制作内容包含硬件中主机操纵装置和核心控制面板部分及软件整体功能模块。 方案中所有设备均通过以太网进行数据交互，数据采集和通信协议采用常规TCP/IP协议。各设备之间、驾控/集控单元采用RJ-45标准网线通过交换机连接。主机模型在仿真服务内运行，通过以太网与驾/集控单元进行数据交互。AC C20主机遥控系统人机交互界面采用嵌入式开发板自行开发，基于Microsoft Win CE嵌入式开发平台通过 2005仿真Kongsberg AC C20主机遥控系统各操作界面和逻辑控制功能。驾控、集控单元控制面板及主机操纵器自行设计并绘制图纸，请外协厂家协助加工并调试。主机操纵器数据与控制面板之间通过RS-323总线连接，并在通信协议中加入奇偶校验方式保证通信数据的准确性。机旁应急车钟数据同样采用标准以太网协议进行数据通信，机旁主机操纵器通过RS232转以太网协议与集控单元控制面板进行数据传输。各外围设备如主机模型、主机气动操纵系统、机舱图解屏和其他外围设备均通过以太网直接与仿真服务器进行数据通信。以太网传输发方式可以保证仿真数据通信的实时性、可靠性，并且网络结构简单，布线方便。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 根据国际海事组织(IMO)所制定的78/95 STCW公约规定高级轮机员及大专院校轮机专业毕业生必须进行轮机模拟器培训后才能由当地海事主管机关颁发适任证书。在轮机模拟器培训及评估中超过1/3的内容是关于主机遥控系统的，所以开发一套先进且装船率较高的主机遥控模拟装置对于建设轮机模拟器至关重要。综合考察目前国内装船率较高的主机遥控系统类型，AutoChief C20是当下最为先进的主机遥控系统型号之一，几乎占了新建远洋船舶40%以上的市场份额，而目前对其使用及维护管理经验一般要在通过实际船舶操作才可获得。本课题旨在开发一套可用于大型全任务轮机模拟器中的AC C20主机遥控系统模拟装置并用于轮机管理人员培训中，从而使模拟器培训更加具有针对性，提高学员整体素质和管理水平。
科学性、先进性
- 1．AC C20采用千兆以太网实现主机各项参数上传及操纵指令的下达及各个控制位之间的数据通信，采用软界面形式实现了主机遥控中的大部分功能，包括转速调速、安保、逻辑控制等，这种形式不但大大简化整个主机遥控系统的硬件结构，减小了系统体积和重量，而且友好的人机交互功能更加方便调试和使用。 2.采用WinCE操作系统作为软件开发的平台。选取Microsoft公司的VisualStudio.NET 2005开发平台作为仿真软件的开发环境，充分利用.NET Framework提供的图形设备接口(GDI+)、ActiveX Data Objects.NET(ADO.NET)、Component Object Model(COM)等类库资源，完成组件设计并整合成系统，完善船舶主机遥控系统的其它功能。所开发的人机界面美观实用，采用GDI+反锯齿编程技术实现了任意角度上指针的直线处理，克服了特殊角度线性失真现象。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 生产阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物产品，现场演示。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本作品采用了较为先进的Wince嵌入式开发平台设计了软件操作界面，并封装了大量的自定义控件提高代码可复用性，使整个系统代码执行效率提高，且开发式平台有利于系统的进一步维护、修改和升级。系统中数据采用通信速率较高的千兆以太网协议，增强了系统数据传输的实时性。TCP/IP协议可以确保数据的实时性、可靠性，避免了仿真数据的丢失和控制不及时等因素。采用GDI+技术开发的多功能控件不仅有效提高了代码编写和执行效率，而且克服了以往技术的线性失真现象，进一步增强了界面的美观性。针对仿真功能所开发的上位机软件及故障设置功能对于轮机管理人员训练更为方便和有效。
同类课题研究水平概述
- 国产的轮机模拟器系统目前研究单位主要集中在多个航海类高等院校，多数产品目前无法进入国际市场。原因之一是当前我国造船行业虽然在量上达到了国际一流水品，但是普遍存在科技含量较低，多为重复性代工的行业现状有关。在主机遥控系统方面，国产产品装船率很低，并且大部分应用于国内航线上的小型船舶。进一步提升我国造船也的科技含量是当前船舶制造单位和各大科研院所所面临的较为紧迫问题。国外的轮机模拟器及主机遥控系统研制以以挪威的Kongsberg公司目前处于国际领先水平，其产品具有较强的代表性，多年以来一直引领着行业发展趋势。本作品在吸收当前较为先进的Kongberg AC C20主机遥控系统基础上进一步开发出适用于大型全任务轮机模拟器的主机遥控系统。 目前轮机模拟器仿真系统中大量选用AC C20作为模拟对象，所主要采用的方法包括单台计算机作为主机遥控系统仿真服务器的分布式仿真、采用分屏技术实现的多界面仿真等。分布式仿真方式存在多仿真服务器间数据同步问题，并且从原理上无法做到仿真实时性。分屏技术实现的仿真系统实际上是基于仿真服务器多屏幕显示方案，系统布置缺少灵活性，并且对于同时需要驾控位、集控位等多位置仿真服务器间也存在数据同步问题。采用嵌入式仿真系统将是未来轮机模拟器仿真中的主要方向，其中主要问题是系统开发方法及网络结构问题。
