| 基于虚拟现实技术的船舶辅锅炉控制系统研究 |
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作者：李建伟 徐轶群 杨国豪
论文关键词：船舶辅锅炉 虚拟现实 控制
论文摘要：结合实船燃油辅锅炉的实际情况和具体操作要求，通过建立维模型、人机交互、Web 3D网页浏览技术等米构建船舶辅锅炉虚拟操控系统，达到以虚拟操作代替实际操作，节省开支、实现远程培训、以及人机交互的目的，克服了船舶辅锅炉控制系统实际训练中不可避免的资源消耗、维护费用高等难题。
辅锅炉是船舶动力装置中的重要组成部分其控制的可靠性和经济性对保证船舶安全航行有着重要的意义。
船舶辅锅炉是一个多输入、多输出且相互关联的复杂的控制对象，其实际操作必须遵循严格的步骤，在实习和教学环节中，实现每个人都进行实际操作有难度。因燃油运行成本且可能出现操作失误，会给实习和教学带来一定的困难和不安全因素。随着虚拟现实技术的产生，这些问题将逐步得到解决。
1 控制系统的组成
辅锅炉是船舶上最早实现自动控制的装置之一，其控制项目包括：水位自动控制，燃烧自动控制 ，锅炉点火及燃烧 时序 自动控制和 自动安全保护。
1)水位自动控制。控制给水量的多少，使进人锅炉的给水量大致大于锅炉的蒸发量。
在蒸发量比较小、蒸汽压力比较低的船舶辅锅炉中，大部分采用双水位自动控制系统。双水位控制系统指辅锅炉的水位可以在一定范围内波动，辅锅炉水位所允许的变化范围是 60～120 mm。当水位下降到水位下限时，自动起动给水泵 ，给水泵开始向辅锅炉供水，辅锅炉水位就会逐渐升高 ；当给水量达到一定限度，也就是水位上限时，给水泵自动停止工作，不再向辅锅炉供水。
2)燃烧自动控制。被控量是辅锅炉内的蒸汽压力，根据汽压的高低自动改变进入炉膛的喷油量和送风量。
对货船辅锅炉，燃烧自动控制系统的要求简单、可靠，对辅锅炉运行的经济性要求不是很严格，大多数这样的辅锅炉采用汽压的双位控制，少数采用比例控制，并保证辅锅炉在不同负荷下，其送风量基本适应喷油量的要求。在油船辅锅炉中，要求汽压必须稳定，同时对辅锅炉的运行经济性要求比较高，这样辅锅炉才能在不同的负荷情况下，保证有一个最佳的风油比，所以通常采用比例积分控制或更好的控制算法。
3)点火及燃烧时序控制。给锅炉一个起动信号后，按时序的先后进行预扫风、预点火、喷油点火，点火成功后对锅炉进行预热，接着转入正常燃烧的负荷控制阶段，同时对锅炉进行一系列的安全保护。
按下辅锅炉启动按钮后，自动启动燃油泵和鼓风机，关闭燃油电磁阀使燃油在辅锅炉外面循环，此时风门开的最大，以最大风量进行预扫风，防止炉内残存的油气在点火中产生冷爆。
预扫风的时间根据辅锅炉的结构形式不同而异，一般是 20～6O S。达到预扫风的时问后自动关小风门，同时点火电极打出火花进行预点火，时间约为3 S。然后打开燃油电磁阀或开大回油阀，或让一个油头喷油工作，即以小风量和少喷油进行点火。点火成功后，先维持一段 时间低火燃烧，对辅锅炉进行预热，再开大风门关小 回油阀或增加一个油头向炉膛喷油，使辅锅炉转入高火燃烧，即进入正常燃烧的负荷控制阶段。在预定的时间内若点火不成功或风机失压、中间熄火等，会自动停炉，待故障排除后按恢复按钮使时序控制恢复到起动前的状态，方能重新起动辅锅炉 。
2 设计的实现
该系统采用 TCP／IP结构，是一个开放 的模块化环境 ，系统 的管理和三维模型 的实时渲染都在 web服务器上运行 ，客户端只要连接到 Internet上的任意一 台计算机，下载一个很小的网页插件就可以遍览该系统。而它的实现方式就是通过网络传输反映三维场景的模型文件，用户根据自己的需求将相应的模型文件下载到客户端，通过网页插件来提供对模型文件的动态实施和实时渲染。方案流程见图 1。
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