摘要：为培养轮机专业学员管理现代船舶机舱的实际需求, 采用引进和自研相结合的技术路线成功探索了新型机舱综合实验室,其中引进了国际一流的电控低速二冲程柴油机和各类辅机设备，自主开发了机舱综合监控报警系统和自动化电站等。论文介绍了新建成的机舱实验室构架和特色，阐述了基于现场总线技术开发的综合监控等系统。实验室运行一年来，实践效果良好，社会效益巨大。
关键词：机舱 实验室 电控主柴油机 电站 综合监控 CAN网络
0 引言
国际航运中心的建设，迫切需要现代化的高层次船舶机舱管理人才，培养远洋船舶需要的机电复合型轮机员是上海海事大学当前的一个重要任务。
现代轮机工程是机电知识相贯通的大型综合系统（包括机、电、控制的大类系统），航海教学理念和方法顺应着航运事业的发展而不断变化和完善，航海类专业学员素质的提高，关键在于强化训练和实践。近数十年来航海教学界遵循IMO明确的指导意见，对配置科学、合理的航海教育设施形成了共识。陆上机舱实验室是其中一个有效的教学设施，其本质是一艘现代化大型船舶机舱的缩影，具备大型船舶机舱的设备、系统与功能，以及与船舶机舱类同的操作方式和实操氛围。它雷同于实船，而教学效果优于实船,更适合本科学员的实践和认知。诸如，极大部分学员在船上难以遇到的瘫船、全船失电和其他突发性的故障工况，在此机舱实验室中能得到应急应变的训练。
上世纪80～90年代，我国交通部所属部分院校曾建设了一些自动化机舱实验室，但目前已经彰现了不少缺点：机舱柴油主机机型落后（当时选用的是近海渔轮主机或发电机组的四冲程柴油主机）、缺少机舱综合配套格局、场地环境窄小不适合大规模轮机专业学员的实践。一流航海教育需要一流的航海教育设施，把握当代船舶发展的方向，建设新型机舱综合实验室，已是时代的呼求。
上海海事大学在上海国际航运中心中肩负着建设教育高地的重任，值新校搬迁之际根据学校的定位和发展，规划和建设了一个现代化船舶的机舱综合实验室。该实验室装备了世界一流的电控二冲程柴油机，并结合机电学科的新技术，开拓了多项自主创新的成果。实验室于2010年年底通过初步验收，经过一个学年的实践检验，效果良好，为今后轮机工程技术的发展创造了一定的条件。本文介绍新机舱实验室的建设和探索概况，尤其对我校自行研发的技术成果做了部分阐述。
1 规划和探索
围绕机舱实验室建设的水平和当代主动力装置设备的发展，课题组曾历经多年开展了调研和论证。以往机舱实验室注重四冲程柴油机的实训，而远洋船舶则装备二冲程柴油机，学生所学非所用,这是教学实践落后于航运实际所致。调研过程中发现，远洋船舶机舱的当代发展已远远超过我们航海教学现状：IMO针对世界气候变暖而制定通过了防止船舶污染大气规则（简称MAPOL73/78附则VI），于2005年5月19日生效；国际海事组织（IMO）对未来5-10年的时间内，船用柴油机的排放指标限制得十分严厉：到2011年，要求低速机的 NOX排放量为13．6克/千瓦小时；到2015/2016年，为8．1克/千瓦小时。这迫使船舶低速机的运行和控制方式发生变革。
MAN公司结合今后船舶防大气污染的发展方向，于2003年研究出小型电控二冲程柴油机，SOX，NOX的排放满足Marpol 公约Annex VI的标准，MAN公司在船舶动力柴油机使用多种燃料方面有了成功的突破并处于领跑的地位，为今后继续降低排放指标展示了良好的前景。经过多方面考察比较，课题组确定以电控二冲程柴油机为主体规划机舱实验室，并寻找到了可行的机型--MAN公司6S35ME-B9柴油机。
根据论证的目标，针对大功率主机和与之相应的测功器所承载的地基与基础结构、又重新进行了加固、隔震、消音消振改造工程。室内的土建建设，则综合考虑了实践教学训练的需要和研究室的需要，扩展了主机、辅机教学平台，远程控制和操纵室，展览演示厅和多媒体教学环境等。
整个机舱实验室占地1000平方米，主体的三分之二是大舱（装备有主副机和油水气的错综管路、存储柜子以及电缆等），三分之一为集中控制区域和其他教学办公区域。大舱分为主机和辅机两大教学区，它们分别以立体化教学平台展现。
主机教学平台分三层：底层为方便动力装置曲轴和主轴系的维护而设置，中层安放了主机的电控设备、油雾浓度监测等传感器和变送处理单元，以及现场报警控制单元，高层是主机现场操作控制面板、测功器操作控制箱，以及液压控制设备和电控执行组件，是学员主要操作实习区域。主机教学平台相比真实的船舶机舱留有较宽阔的空间，一次至少可以容纳10名学员进行实践培训，扩大了实训效果,符合国情。
辅机教学平台也分三层，层高较富裕。
第一层是船舶电站、燃油组合单元、分油净化、冷却水系统、和各类热交换器。滑油沉淀柜置于地平线之下，主滑油泵位于沉淀柜上方。第二层是压缩空气和控制空气存储系统、各类日用柜、存储柜、燃油锅炉系统以及常用备件和工具等存放场所。第三层是应急发电机等操作区域。
主机教学平台和辅机教学平台通过扶梯沟通，形成有一定层次感的机舱场景。
实验室建设在探索和实践的过程中，颇受国内外企业的关注，思路进一步解放，技术目标进一步提升。基于经费短少，课题组积极开拓校企合作渠道，争取了多家厂商的赞助。一流的机舱除了确保主柴油机先进性，也要相应先进的辅助设施和物品作扶持。学校率先从希腊Costamare 船务公司争取到了一定的建设经费，之后先后获得Shell油品公司提供的实验室五年运行所需的主辅机气缸油和润滑油，AL公司赠送的分油机、自清滤器、热交换器、造水机等，由于校企合作的开展，项目一期建设的资金得到了补充，实验室得以装备先进的燃油组合供应单元、主滑油泵等，增添了机舱的亮色。
机舱实验室净高17米，因而集中控制和教学办公区域分为四层，底层为展览演示厅（专辟该厅用于介绍在建设过程中与我校建立了合作关系的国际著名航运公司和企业，如希腊考斯曼船运公司、英国Shell油品供应公司、瑞典AL公司、德国MAN公司）；二层为机舱集中控制室，包括电站供配电控制屏，主机遥控、综合监控报警和机舱一体化控制台，延伸报警箱，大型多媒体显示屏；三楼为驾驶室，包括主驾驶台、两翼控制台、视频综合监控系统，四楼为专用的多媒体教学环境和研发工作室。
2 研发与创新
现代电控船用柴油机的控制任务已从单一的燃油喷射控制扩展到排气控制、增压控制、排放控制、故障自诊断、气缸油电子控制的全方位控制。现代控制理论与不断进步的新型电控器件相结合，在实用化方面取得了新的突破。目前国内船用柴油机厂已引进了电控船用低速二冲程机的制造技术，但其关键技术（液压和计算机电子控制部件）均有赖进口，加载计算机软件以及日后故障的维护和修理，也必须由外方技术人员解决。对于电控船用低速柴油机的控制系统，国内正处于引进、消化和学习的阶段。
电控柴油机的控制系统（ECS）由一组多用途控制器构成，包括：电子定时气缸注油气缸控制单元CCU （Cylinder oil Control Unit），辅助控制单元ACU（Auxiliary Control Unit），主机控制单元（ECU），主机接口控制单元 EICU（Engine Interface Control Unit）。其中电子定时气缸注油控制装置，控制灵活，不仅可依据柴油机工况自动或手动调节注油量，而且能综合考虑燃油含硫量和柴油机的负荷进行供油率的控制。