談汽艇電氣模擬訓練平臺

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摘要:目前電氣模擬訓練平臺的研究，主要集中于車輛、工程機械電氣系統教學實訓平臺的研究，對汽艇電氣模擬訓練平臺的課題研究較少，本文針對汽艇電氣模擬訓練平臺進行了研究。

關鍵詞:汽艇;電氣系統;模擬訓練平臺

隨著國家經濟的發展和我國海洋權益意識的增強，汽艇在水上指揮、交通、救護和巡邏執法等任務中發揮著重要作用。現代汽艇大量運用電氣系統來提升性能，汽艇電路越來越復雜，維修保障難度逐漸增大。因此研制能展示汽艇電氣系統結構的教學器材，解決汽艇電氣系統培訓難題任務擺在面前。汽艇電氣模擬訓練平臺實訓平臺用于教學實訓和考核，可以模擬出汽艇在實際使用過程中出現的電氣故障現象，進行故障排除訓練，對提高汽艇電氣系統維修課程的教學效果和受訓人員維修技能水平都有顯著效果。

一、汽艇電氣實物模擬系統方案研究

(一)方案目標通過研究汽艇電氣系統，設計功能全面、布局合理的“汽艇電氣實物模擬訓練平臺”;方案中創新性加入了用于模擬電氣系統故障的設置模塊，通過對故障現象的分析、診斷與排除培養學員對電氣系統結構、工作原理、故障排除及設備性能恢復等知識和技能的掌握;通過研究汽艇電氣實物模擬系統的使用方法，編寫使用指導，為訓練平臺的推廣應用奠定基礎。

(二)開發原則(1)實用性:模擬訓練平臺基于專家和技術人員經驗和實裝研制，受訓人員可迅速掌握汽艇電氣系統原理、操作和維修技能。(2)真實性:模擬訓練平臺應用汽艇實物研制，訓練操作和維修過程有極高的相似度、訓練交互性優良。(3)易操作性:平臺簡潔直觀，操作方式具有易學、易用、易維護特點。(4)啟發性:專家與技術人員的經驗缺乏嚴謹的理論依據，很難建立精確的數學模型，但對問題解決有很強的針對性，即啟發性知識。模擬訓練平臺有使用邏輯性，也有啟發性，結合專業知識和經驗來解決實際問題。

(三)總體方案總體方案含教學和考核模式內容，通過對汽艇電氣系統模擬，使學員掌握電氣系統結構、工作原理;培養學員根據故障現象分析原因，判斷排除故障的能力;達到理論聯系實際，以模擬平臺統代替實物的教學目的。訓練平臺含電源起動及系統、儀表與報警系統、助航電氣系統、故障模擬模塊等組成，需與實物同樣的操作按鈕，顯示儀表及助航設備，再現各部件對電氣系統操作的邏輯反應。(1)總體設計。用實物模擬方法實現，系統總體設計如圖1所示。模擬平臺具有:電源及起動系統、儀表與報警系統、助航電氣系統、故障模擬系統。(2)基本功能模式。教學訓練模式:教學訓練模式主要用于學員或維修人員的初級訓練，提供電氣系統各部分結構、系統工作原理、裝備操作、電氣故障設置及排除等。考核訓練模式:考核訓練模式用于對學員或維修人員技能考核，在模擬訓練平臺上考核進行電氣系統操作和故障排除等。(3)系統物理邏輯結構。從物理結構上看，如圖2示，電源及起動系統給儀表及報警系統和助航電氣設備系統提供電能，故障模擬系統在電源及起動系統、儀表報警系統和助航電氣設備系統中分別設置了故障點。

(四)系統布局參考實裝結構、根據理論教學和故障考核的實際需求，模擬訓練平臺布局基于安全、易于觀察、操作方便，便于現場教學等要求，系統布局如圖3所示。模擬訓練平臺以開關電源代替部分電源，以直流電機代替柴油發動機，用可調電阻替代傳感器，利用開關狀態模擬故障的設置和排除。

二、汽艇電氣模擬訓練平臺功能

“汽艇電氣模擬訓練平臺”具有完整的電氣結構，布局合理，創新性加入故障設置模塊，可模擬各種電氣系統故障，平臺具有功能:(1)原理教學:幫助受訓人員掌握汽艇電氣系統的組成、功能和構造原理．學習汽艇電氣系統常見故障的排除方法。(2)操作訓練:以強化操作技能為目的，培養受訓人員按照相關規程，準確、迅速地完成汽艇電氣系統操作。(3)維修訓練:幫助受訓人員掌握型汽艇電氣系統維修技能。提供實物模擬的汽艇電氣系統的維修，受訓人員在實物模擬系統的幫助下，快速診斷汽艇電氣系統故障，并進行故障排除。(4)訓練考核:在完成汽艇電氣系統的教學任務后，可對受訓人員直接進行維修技能考核，確認受訓人員技能水平。汽艇電氣模擬訓練平臺可以實現“講學練考評”一體化多和功能化，提高了教學的方便性和效率。

三、汽艇電氣模擬訓練平臺特色

“汽艇電氣模擬訓練平臺”包括電源起動系統、儀表與報警系統、助航電氣系統、故障模擬系統等部分，是高相似度模擬訓練平臺。臺面設計了集成性接線端子，用于電氣系統的檢測、故障設置及排除。平臺的布線針對不同電路和功率的選用不同顏色、線徑的導線用于連接和標識(參考圖3)。電氣系統布線用明線，開關電源及故障設置模塊布線用暗線布設方式。

(一)汽艇起動系統汽艇動力系統有兩套柴油發動機組，對應兩個起動系統，其包括蓄電池組、起動開關、起動按鈕、起動繼電器、起動機、發電機組、狀體檢測儀表等。平臺所用器件均與汽艇實物相同，從使用和維護等方面考慮，供電系統用小容量蓄電池和開關電源供電(24V30A)。直流電機(柴油發動機)用皮帶驅動發電機產生電力，為理解發電機轉速與輸出電壓關系，發電機組內加裝調速電位器，用于調節直流電機轉速，改變發電機輸出電壓。開關電源及直流電機裝在訓練平臺背面。

(二)汽艇儀表及報警指示系統設備儀表及報警指示系統用于顯示系統運行狀態，讓駕駛員實時了解各系統的工作情態。兩套儀表報警系統主要包括油壓表、油位表、轉速表、水溫表、油壓報警指示燈、水溫報警指示燈、消警音、各種傳感器、儀表斷路器等。平臺所用各傳感器由可調電阻器替代，來模擬汽艇燃油箱中燃油的油位、發動機的機油溫度和壓力、冷卻水溫度、齒輪箱的機油壓力等傳感器產生的信號，經線束與控制總成和儀表相連接。燃油位置傳感器檢測燃油箱的油量，旋轉油位旋鈕即模擬當前油量。模擬水溫傳感器可以模擬當前冷卻水的溫度。油溫傳感器檢測當前發動機機油的溫度，旋轉油溫旋鈕可以模擬當前機油溫度。發動機機油壓力傳感器檢測當前發動機機油壓力，旋轉發動機機油壓力旋鈕可以模擬當前發動機機油壓力。齒輪箱機油壓力傳感器檢測齒輪箱機油壓力，旋轉齒輪箱油壓旋鈕可以模擬當前齒輪箱機油壓力。油壓報警開關、水溫報警開關采用鈕子開關模擬。合上儀表燈斷路器，按下儀表燈按鈕給各個儀表燈供電，調節電位器旋鈕調模擬油壓、油位、水溫、油溫的變化，觀察相應儀表數值變化情況。合上油壓報警開關，油壓過低，報警指示燈亮。合上水溫報警開關，水溫過高，水溫指示燈亮，同時水溫報警喇叭進行聲音報警，按下消警音按鈕，喇叭停止工作。

(三)汽艇助航電氣設備系統汽艇助航電氣設備幫助汽艇正常工作，該系統共用了五個斷路器，斷路器起短路、過載、失壓保護功能，助航電氣設備主要包括航行燈、搜索燈、電喇叭、雨刮電機、疏水泵、手提燈及左右投錨等。接通電源，合上航行燈斷路器，按下航行燈按鈕，觀察航行燈情況，一切正常后，依次合上其他各路斷路器，按下相應按鈕，觀察其他助航設備工作情況。

(四)電氣系統故障設置模塊故障排除可以培養學員或維修人員電氣維修能力。故障設置有兩種方式:一是可以隨機設置故障，無故障指示燈。隨機故障可通過改變系統中接線端子的狀態來實現，也可通過改變設備結構等方式實現。二是可以通過故障設置開關模擬故障，有故障指示燈指示。系統設置故障設置開關，以鈕子開關控制故障點，模擬相應的電氣故障產生，且對應指示燈亮。模擬訓練平臺可靜態展示汽艇電氣系統、動態演示工作過程和故障設置及排除功能。教員利用實訓平臺系統講授電氣系統結構和工作原理，幫助學員厘清汽艇電氣系統的工作過程，掌握常見的故障現象、原因及排除方法，提升汽艇電氣系統維修的教學效果。總之，汽艇電氣模擬訓練平臺滿足了汽艇電氣系統的理論教學和實踐教學的需要，滿足電氣系統訓練和維修技能考核的需要，解決理實一體化教學需求，提高了教學效果和教學效率。

參考文獻:

［1］劉照，何珊，等．自主開放式汽車實訓平臺建設探索．實驗技術與管理雜志，2016，11．

作者：王正蘭 單位：陸軍工程大學訓練基地