本發(fā)明屬于熱力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真領(lǐng)域，涉及一種基于智能手機(jī)的熱力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真教學(xué)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

熱力系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)仿真是指仿真模型的時(shí)間比例與真實(shí)系統(tǒng)的時(shí)間比例完全相同的仿真。根據(jù)不同的建模范圍和模型精度，其被廣泛應(yīng)用于系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性研究、系統(tǒng)運(yùn)行培訓(xùn)、系統(tǒng)原理教學(xué)等領(lǐng)域。目前，現(xiàn)有的系統(tǒng)仿真教學(xué)產(chǎn)品大多基于計(jì)算機(jī)群或計(jì)算機(jī)-盤(pán)臺(tái)設(shè)計(jì)，其軟、硬件投入成本較高，維護(hù)成本較高，容納學(xué)員數(shù)量有限，且一般不具備升級(jí)功能，不具備離線教學(xué)/仿真功能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種利用智能手機(jī)作為學(xué)員終端機(jī)的熱力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真教學(xué)系統(tǒng)。同時(shí)解決了傳統(tǒng)仿真教學(xué)系統(tǒng)初始投入高、維護(hù)成本高、容納學(xué)員數(shù)量少的問(wèn)題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于智能手機(jī)的熱力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真教學(xué)系統(tǒng)，其特征在于：包括仿真服務(wù)器、實(shí)時(shí)熱力仿真教學(xué)平臺(tái)、智能手機(jī)、app應(yīng)用模塊、通訊設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)、顯示投影設(shè)備；

所述實(shí)時(shí)熱力仿真教學(xué)平臺(tái)運(yùn)行在所述仿真服務(wù)器上，所述app應(yīng)用模塊運(yùn)行在所述智能手機(jī)上；所述仿真服務(wù)器與所述智能手機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接；所述顯示投影設(shè)備與所述仿真服務(wù)器連接，用于將實(shí)時(shí)熱力仿真教學(xué)平臺(tái)和/或app應(yīng)用模塊上的操作投影顯示；

教師操作所述實(shí)時(shí)熱力仿真教學(xué)平臺(tái)，并根據(jù)授課重點(diǎn)，開(kāi)放所述app應(yīng)用模塊中相應(yīng)的子系統(tǒng)模塊操作授權(quán)給學(xué)生，講解本節(jié)課相應(yīng)的子系統(tǒng)運(yùn)行原理；學(xué)生根據(jù)按照教師的授權(quán)次序，依次選擇所述app應(yīng)用模塊，并執(zhí)行相應(yīng)的仿真操作。

相比傳統(tǒng)技術(shù)本系統(tǒng)的優(yōu)越性在于：

(1)投資成本低。本專利提出的熱力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真教學(xué)系統(tǒng)，僅需要一臺(tái)虛擬服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備即可。而傳統(tǒng)的仿真教學(xué)系統(tǒng)，需要至少一臺(tái)教練機(jī)，并根據(jù)學(xué)生數(shù)量，配備相應(yīng)的學(xué)員機(jī)。

(2)維護(hù)成本低。該教學(xué)系統(tǒng)在硬件方面，僅需要維護(hù)服務(wù)器和相應(yīng)的通訊設(shè)備，傳統(tǒng)的教學(xué)系統(tǒng)不僅需要維護(hù)教練機(jī)，而且需要對(duì)每臺(tái)學(xué)員機(jī)進(jìn)行維護(hù)，且成本相對(duì)較高。

(3)教學(xué)地點(diǎn)靈活。傳統(tǒng)的仿真系統(tǒng)需要在機(jī)房或具有盤(pán)臺(tái)的仿真實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行。而本專利所提出的仿真教學(xué)系統(tǒng)，可以在一般的多媒體教室中應(yīng)用，如果配備的是便攜式服務(wù)器及投影系統(tǒng)，則可以在普通教室中應(yīng)用。

(4)具備課下仿真運(yùn)行操作、學(xué)習(xí)功能。傳統(tǒng)的仿真教學(xué)系統(tǒng)，學(xué)生必須在課堂上進(jìn)行仿真運(yùn)行操作，離開(kāi)課堂后，僅能進(jìn)行理論知識(shí)的學(xué)習(xí)。本專利提出的仿真系統(tǒng)，如果將服務(wù)器連接至internet，則課后，學(xué)生可以通過(guò)智能手機(jī)連接internet，并利用app應(yīng)用進(jìn)行相應(yīng)的仿真操作和學(xué)習(xí)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實(shí)施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實(shí)施示例僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請(qǐng)見(jiàn)圖1，本發(fā)明提供的一種基于智能手機(jī)的熱力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真教學(xué)系統(tǒng)，包括仿真服務(wù)器1、實(shí)時(shí)熱力仿真教學(xué)平臺(tái)4、智能手機(jī)3、app應(yīng)用模塊5、通訊設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)2、顯示投影設(shè)備6；

實(shí)時(shí)熱力仿真教學(xué)平臺(tái)4包括熱力系統(tǒng)仿真模型、工藝系統(tǒng)開(kāi)發(fā)模塊、控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)模塊、人機(jī)交互模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)；app應(yīng)用模塊5包括基礎(chǔ)包：系統(tǒng)運(yùn)行工況原理介紹模塊、系統(tǒng)操作規(guī)程介紹模塊、系統(tǒng)設(shè)備介紹模塊、在線交互模塊，以及模塊包：主蒸汽系統(tǒng)模塊、凝給水系統(tǒng)模塊、原動(dòng)機(jī)系統(tǒng)模塊、輔助系統(tǒng)模塊、循環(huán)水系統(tǒng)模塊。

實(shí)時(shí)熱力仿真教學(xué)平臺(tái)4運(yùn)行在仿真服務(wù)器1連接，app應(yīng)用模塊5運(yùn)行在智能手機(jī)3上；仿真服務(wù)器1與智能手機(jī)3通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接；顯示投影設(shè)備6與仿真服務(wù)器1連接，用于將實(shí)時(shí)熱力仿真教學(xué)平臺(tái)4和/或app應(yīng)用模塊5上的操作投影顯示；

教師操作實(shí)時(shí)熱力仿真教學(xué)平臺(tái)4，并根據(jù)授課重點(diǎn)，開(kāi)放app應(yīng)用模塊5中相應(yīng)的子系統(tǒng)模塊操作授權(quán)給學(xué)生，講解本節(jié)課相應(yīng)的子系統(tǒng)運(yùn)行原理；學(xué)生根據(jù)按照教師的授權(quán)次序，依次選擇所述app應(yīng)用模塊，并執(zhí)行相應(yīng)的仿真操作。

本實(shí)施例的仿真服務(wù)器1安放于具備投影儀的常規(guī)多媒體教室中。通過(guò)無(wú)線路由器發(fā)射wi-fi信號(hào)進(jìn)行教室內(nèi)數(shù)據(jù)通訊。教練員(教師)在仿真服務(wù)器1(教練機(jī))運(yùn)行相應(yīng)的實(shí)時(shí)熱力仿真教學(xué)平臺(tái)4，并投放至投影儀。學(xué)員(學(xué)生)根據(jù)本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容，安裝app應(yīng)用模塊5中的基礎(chǔ)包和部分模塊包。教師根據(jù)本節(jié)課重點(diǎn)，開(kāi)放app應(yīng)用模塊5中相應(yīng)子系統(tǒng)模塊操作授權(quán)，并調(diào)入相應(yīng)的運(yùn)行工況(initialcondition，ic)，講解本節(jié)課相應(yīng)的子系統(tǒng)模塊運(yùn)行原理。同時(shí)，學(xué)生可以根據(jù)按照教師的授權(quán)次序，依次通過(guò)手機(jī)中的app應(yīng)用模塊5操作相應(yīng)的閥門(mén)、按鈕等，當(dāng)操作的同學(xué)在操作app應(yīng)用模塊5時(shí)，其他同學(xué)可以通過(guò)大屏幕進(jìn)行觀看。當(dāng)進(jìn)行全系統(tǒng)運(yùn)行授課和虛擬練習(xí)時(shí)，教師根據(jù)班級(jí)人數(shù)，進(jìn)行設(shè)備區(qū)域的分配和操作授權(quán)，這樣全班學(xué)員就可以通過(guò)app應(yīng)用模塊5操作自己所負(fù)責(zé)的設(shè)備模塊，并進(jìn)行相應(yīng)的仿真學(xué)習(xí)和訓(xùn)練。在學(xué)習(xí)過(guò)程中，同學(xué)可以借助app應(yīng)用模塊5，調(diào)取相應(yīng)的系統(tǒng)運(yùn)行圖紙、說(shuō)明書(shū)，進(jìn)行學(xué)習(xí)或參考，同時(shí)，可以通過(guò)app應(yīng)用模塊5與同學(xué)間、老師進(jìn)行在線答題、留言互動(dòng)。在進(jìn)行仿真教學(xué)時(shí)，教師還可以運(yùn)行仿真服務(wù)器1中預(yù)先編譯好的“故障邏輯”，對(duì)仿真教學(xué)系統(tǒng)認(rèn)為添加故障，考核學(xué)生的解決現(xiàn)場(chǎng)故障和應(yīng)急處理系統(tǒng)問(wèn)題的能力。

在課后，仿真服務(wù)器1可以與internet連接，并實(shí)時(shí)運(yùn)行。學(xué)生課后可以利用智能手機(jī)連接internet，進(jìn)而在課下通過(guò)手機(jī)完成虛擬運(yùn)行練習(xí)和相關(guān)操作的學(xué)習(xí)。

以主蒸汽系統(tǒng)操作教學(xué)為例。在教學(xué)過(guò)程中，教師首先將實(shí)時(shí)熱力仿真教學(xué)平臺(tái)4安裝在仿真服務(wù)器1中，通過(guò)路由器建立局域網(wǎng)絡(luò)2，并將仿真平臺(tái)的人機(jī)界面投入顯示投影設(shè)備6中。學(xué)員將app應(yīng)用模塊5中的基礎(chǔ)包(系統(tǒng)運(yùn)行工況原理介紹模塊、系統(tǒng)操作規(guī)程介紹模塊、系統(tǒng)設(shè)備介紹模塊、在線交互模塊)和主蒸汽模塊包5安裝在自己的智能手機(jī)3中，并連接局域網(wǎng)，注冊(cè)并登錄帳號(hào)。教師通過(guò)實(shí)時(shí)熱力仿真教學(xué)平臺(tái)4中的數(shù)據(jù)庫(kù)模塊授權(quán)每個(gè)學(xué)院的操作權(quán)限。確保所教學(xué)的操作點(diǎn)和操作規(guī)程均授權(quán)給相應(yīng)的學(xué)員。教師運(yùn)行實(shí)時(shí)熱力仿真教學(xué)平臺(tái)4，并調(diào)入指定的工況(ic)。學(xué)員可以根據(jù)顯示投影設(shè)備6查看當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，并利用智能手機(jī)3進(jìn)行相應(yīng)的操作交互，例如打開(kāi)某閥門(mén)，或按下某按鈕。在此過(guò)程中，學(xué)員僅能操作被授權(quán)的相關(guān)按鈕或設(shè)備，如操作沒(méi)有被授權(quán)的設(shè)備，則提示操作有誤，或沒(méi)有權(quán)限。實(shí)時(shí)熱力仿真教學(xué)平臺(tái)4具備暫停、加速、慢速等功能，教師可以利用暫停、慢速、加速功能，進(jìn)行運(yùn)行指令分布講解。

本發(fā)明的仿真服務(wù)器可以是臺(tái)式或便攜式，app應(yīng)用模塊5支持android系統(tǒng)或iso系統(tǒng)。實(shí)時(shí)熱力仿真教學(xué)平臺(tái)安裝于仿真服務(wù)器中，熱力仿真代碼基于fortran語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，求解一維非定常汽液兩相連續(xù)方程、動(dòng)量方程、能量方程。

本實(shí)施例的實(shí)時(shí)熱力仿真教學(xué)平臺(tái)4的控制系統(tǒng)建模算法基于pid過(guò)程控制程序，實(shí)時(shí)熱力仿真教學(xué)平臺(tái)具備基于sqlserver的數(shù)據(jù)庫(kù)功能，實(shí)時(shí)熱力仿真教學(xué)平臺(tái)具備人機(jī)交互界面，實(shí)時(shí)熱力仿真平臺(tái)具備網(wǎng)絡(luò)通訊接口。

本實(shí)施例的實(shí)時(shí)熱力仿真平臺(tái)在服務(wù)器中虛擬運(yùn)行時(shí)，其虛擬操作響應(yīng)周期≤0.1秒；快過(guò)程模型運(yùn)算周期≤0.1秒；慢過(guò)程模型運(yùn)算周期≤1秒；暫態(tài)過(guò)程運(yùn)算周期不大于暫態(tài)過(guò)程最小時(shí)間常數(shù)和暫態(tài)過(guò)程主要時(shí)間常數(shù)的1/10；暫態(tài)過(guò)程中電氣量計(jì)算步長(zhǎng)≤0.01秒/次。

本實(shí)施例的app應(yīng)用模塊5基于udp協(xié)議的socket通信機(jī)制。

本發(fā)明公開(kāi)的一種基于智能手機(jī)的熱力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真教學(xué)系統(tǒng)，將操作員站(學(xué)員站)由盤(pán)臺(tái)或計(jì)算機(jī)替換成智能手機(jī)及app應(yīng)用模塊，大大降低了仿真機(jī)的初始投入成本，同時(shí)支持在線用戶數(shù)量極大提高，并且具備離線教學(xué)功能。

熱力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真技術(shù)主要面向于汽水工質(zhì)為主體的火電站、核電站及其他工業(yè)領(lǐng)域。通過(guò)對(duì)三維多項(xiàng)流方程的合理簡(jiǎn)化，并配合相應(yīng)的控制仿真建模，達(dá)到對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行實(shí)時(shí)虛擬復(fù)現(xiàn)的仿真效果。結(jié)合人機(jī)輸入接口(學(xué)員站)，達(dá)到教練員與學(xué)員互動(dòng)培訓(xùn)或教學(xué)的目的。實(shí)時(shí)熱力仿真系統(tǒng)的底層代碼一般基于fortran語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，通過(guò)求解一維非定常的氣相、液相連續(xù)方程、動(dòng)量方程、能量方程，復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)熱力特性；通過(guò)控制方程程序復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)控制邏輯；進(jìn)一步在編譯環(huán)境中進(jìn)行熱力、控制系統(tǒng)程序聯(lián)調(diào)運(yùn)行，達(dá)到對(duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)特性的復(fù)現(xiàn)。智能手機(jī)可以通過(guò)單獨(dú)開(kāi)發(fā)的第三方應(yīng)用程序(app，application)，借助wi-fi(wirelessfidelity)與仿真服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。本專利在實(shí)時(shí)仿真教學(xué)系統(tǒng)app設(shè)計(jì)方面，采用基礎(chǔ)包和模塊包的組合形式。學(xué)員全部下載基礎(chǔ)包，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和課程重點(diǎn)，選擇安裝模塊包。本專利通過(guò)合理設(shè)計(jì)組合式app軟件包的方案，避免了整套仿真系統(tǒng)無(wú)法在現(xiàn)有智能手機(jī)中運(yùn)行的問(wèn)題(硬件資源占用過(guò)大)。在教學(xué)過(guò)程中的在線交互、系統(tǒng)原理知識(shí)、在線/離線答題、操作規(guī)程查詢功能在基礎(chǔ)包中完成，而對(duì)熱力系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)操作、虛擬運(yùn)行、動(dòng)態(tài)特性教學(xué)等在模塊包中完成。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本說(shuō)明書(shū)未詳細(xì)闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。

應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對(duì)較佳實(shí)施例的描述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，本發(fā)明的請(qǐng)求保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。