12000hp油服船舱底水系统监测与仿真开发(附件)【字数：14767】
摘 要摘 要舱底水系统是船舶上非常重要的系统，担负着将聚集在船舶各个舱室的舱底水进行处理后排除舷外的重要作用，从而避免造成船体结构腐蚀、货物浸泡损失和机电设备损坏，确保排出舷外的舱底水含油量低于IMO的规定要求。因此对舱底水系统进行仿真与监测可以真实再现船舶舱底水系统，并模拟出监测画面，有利于提高船舶舱底水系统处理自动化、智能化、信息化水平，也能够对舱底水系统进行优化设计和预测。本课题以12000HP油服船为研究对象，通过分析舱底水系统管系原理图，对舱底水储存舱，废油舱，舱底水沉淀舱以及油渣舱这四个舱室建立液位数学模型，同时设定第一甲板十九个监控点和油水分离机的工作状态。之后再运用MATLAB中SIMUINK进行仿真，得出各舱室液位随时间变化的曲线。本课题最后使用Webaccess软件绘制监控界面，通过中转程序实现MATLAB，Access数据库和Webaccess这三者之间的连接，监控界面上就会实时显示simulink中的仿真结果，从而实现对舱底水系统的模拟监测。关键词12000HP油服船；舱底水系统；MATLAB/SIMULINK；建模仿真；Webaccess
目 录
第一章 绪 论 1
1.1 本课题的学术背景及意义 1
1.2 舱底水系统仿真监测的概述 1
1.3 国内外舱底水系统监测与仿真情况 2
1.4 本课题的主要内容 2
第二章 舱底水系统设计分析与建模 4
2.1 舱底水管系原理图设计与分析 4
2.1.1 舱底水系统概述 4
2.1.2 舱底水管路布置方式的确定 4
2.1.3 舱底水管路管径的确定 5
2.1.4 舱底水泵的选型 8
2.1.5 舱底水管路附件的相关设计原理 10
2.2 各个舱室液位数学模型的建立与分析 11
2.2.1 舱底水储存舱的液位模型建立 11
2.2.2 废油舱的液位模型建立 18
2.2.3 舱底水沉淀舱的液位模型建立 20
2.2.4 油渣舱的液位模型建立 25
2.3 监控界面各监控点工作状态的设定以及滤网的压力降计算 26
2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
.4 本章小结 27
第三章 运用Simulink进行仿真 29
3.1 SIMULINK的简介 29
3.2 舱底水系统仿真模型的建立 29
3.2.1 舱底水储存舱的液位仿真模型建立 30
3.2.2 废油舱的液位仿真模型建立 35
3.2.3 舱底水沉淀舱的液位仿真模型建立 36
3.2.4 油渣舱的液位仿真模型建立 40
3.2.5 第一甲板中各监控点仿真图 40
3.3 本章小节 41
第四章 Access数据库的建立 42
4.1 Access数据库介绍 42
4.2 Matlab/Simulink与Access的数据通信原理 42
4.3 Matlab/Simulink与access数据库连接的建立 42
4.3.1 Simulink中的相关连接工程 42
4.3.2 Access数据库的建立 44
4.4修改数据库与Simulink的连接程序 45
4.5建立数据库连接的通用文件 45
4.6 本章小结 47
第五章 操作Webaccess建立监控界面 48
5.1 Webaccess工具简介 48
5.2 DSN的设置 48
5.3 监控界面的建立 49
5.4 本章小结 56
结论与展望 56
致 谢 59
参考文献 60
第一章 绪 论
1.1 本课题的学术背景及意义
船舶舱底水系统主要由舱底水泵、舱底水管路、油水分离机及有关阀件组成，系统的作用是：根据船舶营运的需要，对全船舱底水进行油水分离处理后排除，达到清除船舶舱底积累的污油水的目的[1]。船舶在运输过程中，由于外板渗漏，舱口盖不够水密，管路渗漏，尾轴套筒和舵杆套筒填料箱的渗漏以及温差引起的湿气冷凝，都会在舱底形成积水，俗称舱底水。舱底水的来源有机械设备的泄水、管路漏泄、冲洗用水经船壳不严密处的渗水、舱口流入的雨水以及船舶破损、消防等积水。在正常情况下，一般以机舱舱底水为最多。舱底水不仅腐蚀船体，而且造成货损，影响操作，严重时影响船舶的稳性和航行安全，所以要及时地排出。此外，当发生海损事故时，船体破损而大量进水，舱底水系统可担负排水的任务[2]。
舱底水需要及时地排出，不然会使货物受潮损坏，导致船体发生锈蚀，甚至会影响船舶的航行安全。排除的方法是在各舱舱底设置集水井，使污水沿污水沟流至集水井内聚集，在集水井处装上吸水过滤器，并与吸水管路相通，当舱底水泵开动时，通过吸水管将舱底水抽出并排至船外[9]。
舱底水系统不仅有着排除日常舱底水的作用，同时当船体因海损导致破舱进水时，也承担着紧急排水的任务。因此，舱底水系统包括：舱底泵、舱底水总管、支管、吸口滤器、分配阀箱、泥箱、污水分油器等设备。不仅如此，舱底水系统还应备有应急的排水管，用以机舱浸水的紧急情况下，通过应急排水支管由主循环水泵或主海水冷却泵排水[4]。
既然如此，那么对船舶舱底水系统的监测与仿真模拟就可以真实再现船舶舱底水系统处理过程，并模拟出监测画面，能够集中监控，有利于极大提高船舶舱底水系统处理自动化、智能化、信息化水平。在整个系统的调试阶段可用仿真来提供调整的数据，也避免了大量没必要的实验，节省了时间和人力，同时具有快捷性，也能够对系统进行优化设计和预测。
1.2 舱底水系统仿真监测的概述
仿真是利用物理的或数学的模型来类比模仿现实的过程，以寻求对真实过程的认识。它所遵循的基本原则是相似性原理。由计算机通过MATLAB中的SIMULINK模块进行仿真，包含三个基本活动：建立系统模型、构造仿真模型和进行仿真实验[5]。计算机仿真是对舱底水系统油渣舱，舱底水沉淀舱，废油舱和舱底水储存舱这四个舱室液位监测进行仿真，同时对整个船舱中各个泥箱点位的工作状态，各个吸入滤网点位的工作状态和空舱的工作状态进行监测仿真。模型的种类有物理模型，数学模型和仿真模型这三种[5]。首先需要分析图纸建立数学模型，再将系统的数学模型通过数学仿真算法转化成能在计算机上运行的数字模型，接着将各种仿真算法有机结合构成仿真模型。之后通过VC++程序将SIMULIMK的仿真模块连接到Webaccess的监控界面，进行调试运行，同时将仿真的各个舱室液位以及各工作点工作状态直观的显示出来。
1.3 国内外舱底水系统监测与仿真情况
计算机仿真用于船舶各系统研究是开始于20世纪七十年代初期，美国的海军研究与发展中心、德国的MTU公司、英国的Yard公司、法国的ALSTOM公司都有专门从事舰船系统仿真研究的机构，他们的研究领域主要有两个方面：一是数字仿真，二是研制训练模拟器[16]。国内的计算机仿真在船舶系统方面的应用开始于20世纪80年代初。哈尔滨工程大学、上海交通大学、海军论证中心、海军工程大学、武汉理工大学等高校和研究单位都相继从不同侧面和角度开展研究工作，分别在船舶推进装置、船舶燃气轮机、船舶柴油机和船舶各个系统以及机舱自动等方面展开了对计算机仿真技术的应用研究[6]。目前，随着轮机模拟器的发展和研制带动了船舶舱底水系统的仿真发展，而独立地展开对船舶舱底水系统仿真器的研制则起步较晚。2003年上海海事大学航运仿真中心在开发船舶轮机模拟器的同时，应用微机软件开发技术和硬件接口技术在Windows98系统平台下运用Visual Basic集成开发环境对船舶舱底污水处理进行系统仿真，专门研制了船舶舱底水处理仿真系统[8]。武汉理工大学和大连海事大学也在其研制的轮机仿真训练器中将船舶污水系统模拟器作为子项目进行开发。目前这方面仿真的重点在油水处理装置方面，而专门针对船舶污水系统的各舱液位监控与仿真很少[8]。本课题旨在对舱底水系统里的油渣舱、舱底水沉淀舱、污油舱和舱底水储存舱液位进行监控，同时对油水分离机状态进行监控并显示工作状态。
目 录
第一章 绪 论 1
1.1 本课题的学术背景及意义 1
1.2 舱底水系统仿真监测的概述 1
1.3 国内外舱底水系统监测与仿真情况 2
1.4 本课题的主要内容 2
第二章 舱底水系统设计分析与建模 4
2.1 舱底水管系原理图设计与分析 4
2.1.1 舱底水系统概述 4
2.1.2 舱底水管路布置方式的确定 4
2.1.3 舱底水管路管径的确定 5
2.1.4 舱底水泵的选型 8
2.1.5 舱底水管路附件的相关设计原理 10
2.2 各个舱室液位数学模型的建立与分析 11
2.2.1 舱底水储存舱的液位模型建立 11
2.2.2 废油舱的液位模型建立 18
2.2.3 舱底水沉淀舱的液位模型建立 20
2.2.4 油渣舱的液位模型建立 25
2.3 监控界面各监控点工作状态的设定以及滤网的压力降计算 26
2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
.4 本章小结 27
第三章 运用Simulink进行仿真 29
3.1 SIMULINK的简介 29
3.2 舱底水系统仿真模型的建立 29
3.2.1 舱底水储存舱的液位仿真模型建立 30
3.2.2 废油舱的液位仿真模型建立 35
3.2.3 舱底水沉淀舱的液位仿真模型建立 36
3.2.4 油渣舱的液位仿真模型建立 40
3.2.5 第一甲板中各监控点仿真图 40
3.3 本章小节 41
第四章 Access数据库的建立 42
4.1 Access数据库介绍 42
4.2 Matlab/Simulink与Access的数据通信原理 42
4.3 Matlab/Simulink与access数据库连接的建立 42
4.3.1 Simulink中的相关连接工程 42
4.3.2 Access数据库的建立 44
4.4修改数据库与Simulink的连接程序 45
4.5建立数据库连接的通用文件 45
4.6 本章小结 47
第五章 操作Webaccess建立监控界面 48
5.1 Webaccess工具简介 48
5.2 DSN的设置 48
5.3 监控界面的建立 49
5.4 本章小结 56
结论与展望 56
致 谢 59
参考文献 60
第一章 绪 论
1.1 本课题的学术背景及意义
船舶舱底水系统主要由舱底水泵、舱底水管路、油水分离机及有关阀件组成，系统的作用是：根据船舶营运的需要，对全船舱底水进行油水分离处理后排除，达到清除船舶舱底积累的污油水的目的[1]。船舶在运输过程中，由于外板渗漏，舱口盖不够水密，管路渗漏，尾轴套筒和舵杆套筒填料箱的渗漏以及温差引起的湿气冷凝，都会在舱底形成积水，俗称舱底水。舱底水的来源有机械设备的泄水、管路漏泄、冲洗用水经船壳不严密处的渗水、舱口流入的雨水以及船舶破损、消防等积水。在正常情况下，一般以机舱舱底水为最多。舱底水不仅腐蚀船体，而且造成货损，影响操作，严重时影响船舶的稳性和航行安全，所以要及时地排出。此外，当发生海损事故时，船体破损而大量进水，舱底水系统可担负排水的任务[2]。
舱底水需要及时地排出，不然会使货物受潮损坏，导致船体发生锈蚀，甚至会影响船舶的航行安全。排除的方法是在各舱舱底设置集水井，使污水沿污水沟流至集水井内聚集，在集水井处装上吸水过滤器，并与吸水管路相通，当舱底水泵开动时，通过吸水管将舱底水抽出并排至船外[9]。
舱底水系统不仅有着排除日常舱底水的作用，同时当船体因海损导致破舱进水时，也承担着紧急排水的任务。因此，舱底水系统包括：舱底泵、舱底水总管、支管、吸口滤器、分配阀箱、泥箱、污水分油器等设备。不仅如此，舱底水系统还应备有应急的排水管，用以机舱浸水的紧急情况下，通过应急排水支管由主循环水泵或主海水冷却泵排水[4]。
既然如此，那么对船舶舱底水系统的监测与仿真模拟就可以真实再现船舶舱底水系统处理过程，并模拟出监测画面，能够集中监控，有利于极大提高船舶舱底水系统处理自动化、智能化、信息化水平。在整个系统的调试阶段可用仿真来提供调整的数据，也避免了大量没必要的实验，节省了时间和人力，同时具有快捷性，也能够对系统进行优化设计和预测。
1.2 舱底水系统仿真监测的概述
仿真是利用物理的或数学的模型来类比模仿现实的过程，以寻求对真实过程的认识。它所遵循的基本原则是相似性原理。由计算机通过MATLAB中的SIMULINK模块进行仿真，包含三个基本活动：建立系统模型、构造仿真模型和进行仿真实验[5]。计算机仿真是对舱底水系统油渣舱，舱底水沉淀舱，废油舱和舱底水储存舱这四个舱室液位监测进行仿真，同时对整个船舱中各个泥箱点位的工作状态，各个吸入滤网点位的工作状态和空舱的工作状态进行监测仿真。模型的种类有物理模型，数学模型和仿真模型这三种[5]。首先需要分析图纸建立数学模型，再将系统的数学模型通过数学仿真算法转化成能在计算机上运行的数字模型，接着将各种仿真算法有机结合构成仿真模型。之后通过VC++程序将SIMULIMK的仿真模块连接到Webaccess的监控界面，进行调试运行，同时将仿真的各个舱室液位以及各工作点工作状态直观的显示出来。
1.3 国内外舱底水系统监测与仿真情况
计算机仿真用于船舶各系统研究是开始于20世纪七十年代初期，美国的海军研究与发展中心、德国的MTU公司、英国的Yard公司、法国的ALSTOM公司都有专门从事舰船系统仿真研究的机构，他们的研究领域主要有两个方面：一是数字仿真，二是研制训练模拟器[16]。国内的计算机仿真在船舶系统方面的应用开始于20世纪80年代初。哈尔滨工程大学、上海交通大学、海军论证中心、海军工程大学、武汉理工大学等高校和研究单位都相继从不同侧面和角度开展研究工作，分别在船舶推进装置、船舶燃气轮机、船舶柴油机和船舶各个系统以及机舱自动等方面展开了对计算机仿真技术的应用研究[6]。目前，随着轮机模拟器的发展和研制带动了船舶舱底水系统的仿真发展，而独立地展开对船舶舱底水系统仿真器的研制则起步较晚。2003年上海海事大学航运仿真中心在开发船舶轮机模拟器的同时，应用微机软件开发技术和硬件接口技术在Windows98系统平台下运用Visual Basic集成开发环境对船舶舱底污水处理进行系统仿真，专门研制了船舶舱底水处理仿真系统[8]。武汉理工大学和大连海事大学也在其研制的轮机仿真训练器中将船舶污水系统模拟器作为子项目进行开发。目前这方面仿真的重点在油水处理装置方面，而专门针对船舶污水系统的各舱液位监控与仿真很少[8]。本课题旨在对舱底水系统里的油渣舱、舱底水沉淀舱、污油舱和舱底水储存舱液位进行监控，同时对油水分离机状态进行监控并显示工作状态。
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