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DMS-2002 大型集装箱船轮机仿真器

郭晨，史成军，孙建波，孙才勤，李晖，沈智鹏

（大连海事大学 航海动态仿真与控制交通部重点实验室，大连 116026）

摘要 本文讨论了作者所研制的DMS-2002大型集装箱船轮机仿真器的结构组成和各主要

系统的仿真功能。综合应用三维图形技术和采用高精度的船舶动力装置各分系统的仿真数

学模型有助于提高本仿真器的仿真性能。本仿真器可设置大量各类型的轮机系统故障，能

够全面满足 STCW 78/95 国际公约有关轮机模拟器培训的要求。

关键词 集装箱船 轮机仿真器 船舶动力装置 数学模型

1 引 言

我国远洋集装箱运输船队近年来引进的世界上第五代超巴拿马型 5446 标准箱

（TEU）集装箱船，是一种集箱位多、设备新、航速高特点为一体的全集装箱船。5446TEU

装箱船的主机选用 MAN B&W 10L 90MC 大型低速船用柴油机，额定转速 82 转/分, 额

定功率 43 100 kW。主机遥控系统采用 AutoChief-IV，可在驾驶室对主机进行启动、停

止、换向、调速及应急停车等遥控操作，也可转换到集控室对主机进行遥控或在机旁对

主机直接进行控制。柴油发电机组 4 台，原动机选用 WARTSILA 6R32 中速柴油机，单

机功率 2430 kW，额定转速 720 转/分，发电机总容量 9420 kW。船舶电站控制系统采用

GAC-16M。发电机组可在集控室遥控启停，并具有备用机组自动启动、自动并车、自

动负荷分配及功率管理等功能。该型集装箱船在设计吃水 12.5 米，主机功率正常输出

并有 20% 的海上储备时，航速可达 24.5 节，相应的续航力为 20200 海里，总体性能

优越。作者以 5446 TEU 大型集装箱船为母型船，近期研制完成了 DMS-2002 大型集装

箱船全功能轮机仿真器。

2 DMS-2002 轮机仿真器的结构和和组成

DMS-2002 大型轮机模拟器对于 5446 TEU 全集装箱船先进的动力装置实船系统进

行全功能模拟，建立了该船主柴油机及其推进系统，主机遥控系统，压缩空气系统，机

舱污水系统，压载水（调平）系统，中央冷却水系统，蒸汽系统，燃油系统，滑油系统，

分油机系统，电站系统（发电柴油机，船舶主电站，电站系统故障设置，应急电站），

集中监测系统，主机工况检测系统等各主要系统仿真数学模型和物理模型，各主要轮机

仿真系统操作、显示功能与实船相同。DMS-2002 轮机仿真器的系统结构如图 1 所示。

本仿真器所有仿真控制台、配电盘、机舱设备的外观、布局与实船一致，研制了可

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控三维主机模型和可运转的大型低速船用柴油机的实物模型，两模型均可与模拟器系统

同步运行。

图 1 DMS-2002 轮机仿真器的系统结构

图 2 DMS-2002 轮机仿真器的主控台和配电盘

本仿真器所有仿真子系统设计成与实船一致的逼真的显示界面，实现了船舶动力装

置全功能仿真和可视化交互式仿真，含有三维主机可控模型大屏幕投影系统和机舱音响

系统，有助于用户感受身临机舱的现场感。图 2 为 DMS-2002 轮机仿真器的主控台和配

电盘，其中左边 2 台计算机分别为三维主机模型和 AutoChief-IV 主机遥控系统软操作界

面，中间为主机遥控系统和主控台，右边 2 台计算机分别为集中监测系统和电站仿真系

仿真 主机

接口

机

主开关板

(配电盘)船桥主机

遥控台 集中控制

室控制台 可操作大

型图示板

可控实物柴

油机模型

报警及 辅助设备

教练

员站 巡检与报

警系统

RS485 通信

网络通信

就地 操作站 1

就地 操作站 N

就地操作站 2(子系统流程图)

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统操作界面。

3 DMS-2002 轮机仿真器主要分系统的数学模型和仿真功能

3.1 主柴油机及其推进系统仿真

主柴油机数学模型包括：额定工况数学模型；变负荷动态数学模型；增压系统动态

数学模型；柴油机轴系扭振数学模型；柴油机轴系轴向振动数学模型（包括一缸熄火的

模型）；船舶推进系统数学模型；柴油机故障数学模型。仿真功能包含：大功率柴油主

机三维横剖面彩色图，4 缸运动部件实时动作，实时同步音响；主机各种工况参数实时

显示：（1）参数显示和报警；（2）示功图显示；（3）故障示功图显示；（4）主要热工参

数 bar 图；（5）船舶运动参数：航速、航向、海况影响、吃水影响等。

图 3 为在投影机屏幕上显示的柴油主机三维可控运动模型。

图 3 在投影屏幕上显示的船舶柴油主机三维可控运动模型

3.2 主机遥控系统仿真

本主机遥控仿真系统模拟实船 AutoChief-IV（AC4）主机遥控系统的全部功能，包

括逻辑控制，转速控制，数字调速器 DGS8800e 等部分，软控制面板界面外观和功能与

AC4 实际系统相同。图 4 为 DMS-2002 轮机模拟器主机遥控系统 AC4 的集中控制界面，

图 5 为 AC4 的数字调节器界面。图 4 中所示的三维主机模型，可以在 AutoChief 4 仿真

系统或驾驶台车钟、集控台车钟、油门杆控制下正、反向起动，调速，运行（伴有实时

音响效果）。

3.3 船舶电站系统仿真

柴油发电机组仿真系统建立了 4 台发电柴油机的数学模型。仿真操作功能包括：发

电柴油机可在机旁控制箱、主配电板、软件控制面板三处操作；实时显示功率，转速，

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排气温度，滑油压力，气缸冷却水出口温度，扫气压力，透平转速，每台发电机的累计

运行时间等。船舶主电站仿真系统包括：发电机数学模型；带电压校正器 AVR 自励恒

压模型；电站控制单元 GAC-16MG 模型；发电机控制屏、并车屏和组合起动屏模型；

船舶电力系统数学模型。具有在软、硬主配电板上能动态显示电压、频率和电流等数据；

发电机组的手动启/停和自动启/停；手动调频调载，自动调频调载，自动分级卸载；具

有短路、过载、逆功率保护；在 LCD 显示界面进行各项电站操作；GAC-16M 电力管理

系统；备用机组准备等仿真功能。

中与实船外观和功能相同的集中控制界面

图 4 DMS-2002 轮机仿真器中主机遥控仿真系统的集中控制界面

图 5 DMS-2002 轮机仿真器主机遥控仿真系统中的数字调节器界面

3.4 教练员站仿真功能

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DMS-2002 轮机仿真器的教练员站如图 7 所示，含有： (1) 系统启/停控制；(2) 外

部条件（运行环境）设置；操作训练管理； (4) 故障检索与编辑； (5) 过程控制； (6)

隔离编辑等仿真功能。

图 7 DMS-2002 轮机仿真器的教练员站和驾控台

4 结论

本文讨论了作者研制的大型集装箱船轮机仿真器的结构组成，各主要分系统的数学

模型和仿真功能。本仿真器采用先进的系统仿真支撑软件，可满足船舶轮机实时和超实

时仿真要求。本仿真器建立了符合实船工况的轮机各分系统的数学模型，可设置大量各

类型系统故障，能够全面满足 STCW 78/95 国际公约有关轮机模拟器培训的要求。本仿

真器可满足轮机工程专业本科模拟器教学培训和科研工作需要，更适合于轮机长，大管

轮等管理级船员培训要求。DMS-2002 轮机仿真器是目前国内系统规模大，功能完善，

选用船型、机型先进、故障设置数 多、训练内容 丰富的大型轮机模拟器，该系统兼

顾了先进性，典型性，适用性等仿真培训要求。

参考文献

[1] 何江华. 计算机仿真导论. 北京：科学出版社，2001.

[2] 吴家铸等. 视景仿真技术及应用. 西安：西安电子科技大学出版社，2001.

[3] 郭晨，史成军，吴恒，叶榛. 船舶轮机仿真器引入虚拟现实技术的研究. 中国航海，1999

（2），11-17.