一种基于模型的LNG中控及安保监控系统测试验证方法

技术领域

本发明涉及计算机仿真测试验证技术领域，特别涉及一种基于模型的LNG中控及安保监控系统测试验证方法。

背景技术

随着对船舶安全、绿色、智能的要求不断提高，船舶综合自动化系统的技术突破与创新是船舶行业技术创新和发展的中流砥柱。LNG运输船作为高技术、高难度、高附加值的“三高”船舶。当前，中控及安保监测系统及关键技术完全被国外企业垄断，攻破海上LNG输送的核心部件及关键技术，对推进海上LNG产业链装备全面国产化发展具有重要意义。

现有仿真测试验证方法的缺点主要表现：针对待测试验证系统，进行全系统的仿真建模，全部在仿真软件上模拟运行测试，对实际运行中的异常情况，测试验证的可靠性和全面性不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于模型的LNG中控及安保监控系统测试验证方法，该方法通过搭建LNG仿真平台和半实物模型平台，为LNGIAS平台测试验证提供测试验证环境，LNG仿真模型和半实物模型模拟实船IAS液货、机舱、安全等自动化系统，实现中控及安保监测系统的高质量、高安全的快速测试验证。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于模型的LNG中控及安保监控系统测试验证方法，其特点是，包括以下步骤：

第一步，通过分析LNG中控及安保监控系统组成，采用自上而下的方式进行系统分解，设计基础模型库架构包括液货监控分系统、机舱监控分系统和安全监控分系统；

第二步，基于第一步构建的基础模型库，针对具体LNG船中控及安保监控系统的管控要求与控制工艺，自下向上构建LNG中控及安保全系统船上设备系统的仿真模型，进行系统调试和参数标定；

第三步，通过构建仿真工程师站PC1、仿真操作员站PC2和模型服务器，来建立LNG仿真平台，通过LNG船中控及安保监控系统的接口柜、触摸屏、泵、阀构建半实物模型平台，通过IAS系统人机界面和DCS控制站构建LNG IAS平台，

基于LNG仿真平台与LNG IAS平台和半实物模型平台通信交互，实现三个平台的融合，为基于模型对LNG中控及安保监测系统进行测试验证提供模拟仿真测试基础平台；

第四步，将构建的LNG中控及安保系统仿真模型和半实物模型作为被控对象，开展LNG中控及安保监测系统的测试验证工作；

第五步，通过测试验证结果，协助LNG中控及安保监控系统的程序优化与逻辑完善。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案实现，步骤一中，所述液货监控分系统包括货物装卸、压载控制、绝缘空间保护、其他辅助系统，机舱监控分系统包括功率管理、润滑油系统、推进系统、发电机系统、其他辅助系统，安全监控分系统包括ESD紧急停车触发、液货舱保护控制、ESD测试/屏蔽控制。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案实现，步骤二具体为：基于第一步构建的系统基础模型库，针对具体LNG船中控及安保监控系统的管控要求与控制工艺，自下向上构建LNG中控及安保全系统的单体设备、子系统、分系统，针对每个模型进行离线的测试验证，并预留与其它平台的数据通信接口。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案实现，步骤三具体为：开展与仿真平台的数据交互类型、交互方式进行研究，基于通讯协议与接口交互方式，实现与LNG IAS平台和半实物模型平台的融合，为基于模型对LNG中控及安保监测系统进行测试验证，提供测试验证环境。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案实现，步骤三中，LNG IAS平台包括包括IAS系统人机界面和DCS控制站；IAS系统人机界面包括液货、机舱和安全监控系统HMI界面，方便人员对现场系统进行远程监视与管控；DCS控制站采用和利时DCS机柜，实现IAS控制系统的逻辑控制、数据采集及任务下发。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案实现，步骤三中，半实物模型平台包括接口柜、触摸屏、泵、阀等设备；接口柜用于模拟I/O信号发送给DCS控制站，同时接收仿真平台的模拟任务指令；触控屏用于显示IAS仿真操作界面，可通过触摸屏幕来实现与仿真平台的交互要求；泵、阀等仪表用于接收DCS控制站的操作指令，并模拟现场仪表设备动作，相关输入输出信号。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案实现，步骤三中，所述LNG仿真平台包括仿真工程师站PC1、仿真操作员站PC2和模型服务器；其中，模型服务器作为模型站使用，用于关键设备复杂模型的运算处理，为仿真平台提供模型服务，模型机理满足质量守恒、能量守恒、热力学公式，主要设备模型包括货舱、液货泵、扫舱/喷淋泵、应急泵、HD压缩机、LD压缩机、LNG汽化器、压载泵、发电机、断路器、主发电机燃油供给泵。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案实现，步骤三中，上述平台之间的通信交互采用网线连接以太网交换机，并按TCP/IP或OPC协议进行通信；接口柜与DCS控制站之间采用硬接线I/0连接，与仿真计算机之间采用以太网连接，采用TCP/IP协议通信。

与现有技术相比，本发明通过构建LNG船中控及安保监控系统机理仿真模型库，根据不同系统业务需求快速搭建系统仿真模型，模型数量丰富且可迭代性强；通过搭建LNG仿真平台和半实物模型平台，为LNG IAS系统测试验证提供可靠环境，提高安全性的同时，提升验证效率和验证质量。本发明所述的一种基于模型的LNG中控及安保监控系统测试验证方法，能够快速提高IAS系统测试验证效率，降低测试成本、提高实施过程的安全性和验证质量，缩短海上LNG装备建造周期，降低国内船企制造成本，增强我国海上LNG国际竞争力，推动我国船舶工业高质量发展。

附图说明

图1为本发明的LNG中控及安保监控系统测试验证方法整体步骤图；

图2为本发明针对LNG中控及安保监控系统的模型库架构；

图3为本发明的LNG仿真平台、LNG IAS平台和半实物模型平台接口关系图；

图4为本发明的测试验证系统组成图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-4，本发明是一种基于模型的LNG中控及安保监控系统测试验证方法，具体实施方法包括以下步骤：

第一步，构建LNG中控及安保监控系统的基础模型库。

采用自上而下的方式进行系统分解，设计基础模型库架构包括液货监控分系统、机舱监控分系统和安全监控分系统，进一步细分，液货监控分系统包括货物装卸、压载控制、绝缘空间保护等子系统，机舱监控分系统包括功率管理、润滑油系统、推进系统、发电机控制系统等子系统，安全监控分系统包括ESD紧急停车触发、液货舱保护控制、ESD测试、ESD屏蔽控制等子系统。具体分（子）系统如下表所示：

第二步，自下向上构建LNG中控及安保系统仿真模型。

基于第一步构建的系统基础模型库，针对具体LNG船中控及安保监控系统的管控要求与控制工艺，自下向上构建LNG中控及安保全系统的单体设备、子系统、分系统，针对每个模型进行离线的系统调试、参数标定以及测试验证，并预留与其它平台的数据通信接口。

第三步，研究系统间通信接口协议，实现LNG IAS平台、LNG仿真平台和半实物模型平台间的仿真交互。

开展与LNG仿真平台的数据交互类型、交互方式进行研究，基于通讯协议与接口交互方式，实现LNG仿真平台与LNG IAS平台和半实物模型平台的融合，为基于模型对LNG中控及安保监测系统进行测试验证，提供测试验证环境。

LNG仿真平台包括仿真工程师站PC1、仿真操作员站PC2和模型服务器。其中，模型服务器作为模型站使用，用于关键设备复杂模型的运算处理，为仿真平台提供模型服务，模型机理满足质量守恒、能量守恒、热力学等公式，主要设备模型包括货舱、液货泵、扫舱/喷淋泵、应急泵、HD压缩机、LD压缩机、LNG汽化器、压载泵、发电机、断路器、主发电机燃油供给泵等。

半实物模型平台包括接口柜、触摸屏、泵、阀等设备。接口柜用于模拟I/O信号发送给DCS控制站，同时接收仿真平台的模拟任务指令；触控屏用于显示IAS仿真操作界面，可通过触摸屏幕来实现与仿真平台的交互要求；泵、阀等仪表用于接收DCS控制站的操作指令，并模拟现场仪表设备动作，相关输入输出信号如下表：

LNG IAS平台包括包括IAS系统人机界面和DCS控制站。IAS系统人机界面包括液货、机舱和安全监控系统HMI界面，方便人员对现场系统进行远程监视与管控；DCS控制站采用和利时DCS机柜，实现IAS控制系统的逻辑控制、数据采集及任务下发等功能。

各计算机、控制站及模型服务器之间通过网线连接以太网交换机，并按TCP/IP或OPC协议进行通信；接口柜与DCS控制站之间采用硬接线I/0连接，与仿真计算机之间采用以太网连接，采用TCP/IP协议通信。

第四步，开展LNG中控及安保监测系统的测试验证工作。

将构建的LNG中控及安保系统仿真模型和半实物模型作为被控对象，基于LNG船液货、机舱、安全监控系统的试验场景，逐个分、子系统开展LNG中控及安保监测系统的测试验证工作。

第五步，LNG中控及安保监控系统优化与完善。

通过测试验证结果，发现LNG IAS控制系统的问题与缺陷，辅助技术人员进一步完善LNG中控及安保监控系统设计后，再重复步骤四工作，直至没有缺陷。

本发明与现有技术的不同主要体现，第一，通过构建LNG中控及安保系统分（子）系统的机理仿真模型，研究仿真平台与IAS平台和半实物模型平台的接口交互，建立半实物模式下硬件在环的测试验证环境，开展LNG IAS系统的液货、机舱、安全监控系统的仿真测试研究，为IAS系统的实船应用提供基础；第二，搭建LNG仿真平台和半实物模型平台，为LNGIAS平台测试验证提供测试验证环境，LNG仿真模型和半实物模型模拟实船IAS液货、机舱、安全等自动化系统，实现中控及安保监测系统的高质量、高安全的快速测试验证。

本发明所述方法针对LNG船IAS系统仿真测试大场景、多工况的复杂性，能够快速提高IAS系统测试验证效率，降低测试成本、提高实施过程的安全性和验证质量，缩短海上LNG装备建造周期，降低国内船企制造成本，增强我国海上LNG国际竞争力，推动我国船舶工业高质量发展。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。