一種虛擬核電站仿真教學(xué)系統(tǒng)與構(gòu)建方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種仿真教學(xué)系統(tǒng)，尤其是設(shè)及一種虛擬核電站仿真教學(xué)系統(tǒng)與構(gòu)建 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是近年來(lái)出現(xiàn)的一項(xiàng)高新技術(shù)，是利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)=維空間 的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般， 可W及時(shí)、沒(méi)有限制地觀察S度空間內(nèi)的事物。虛擬現(xiàn)實(shí)在大型工業(yè)系統(tǒng)中也得到了廣泛 的應(yīng)用。它可W逼真地仿真構(gòu)筑物、系統(tǒng)和設(shè)備的設(shè)計(jì)、安裝和運(yùn)行。
[0003] 核電站由于其安全性需求，禁止人員隨意出入，該就對(duì)核電專業(yè)的人員培訓(xùn)帶來(lái) 了很大的困難，很難實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)與實(shí)踐。該使得面向核電站的虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)很有必要，很 有價(jià)值。目前國(guó)內(nèi)在核電站虛擬仿真的應(yīng)用研究方面，從早期簡(jiǎn)單的廠房和系統(tǒng)的漫游、設(shè) 備的拆裝，已逐漸拓展到與設(shè)備的虛擬維修、人因工程相關(guān)的各個(gè)方向，其中還應(yīng)該包括與 人因工程緊密相關(guān)的各個(gè)儀表、測(cè)控方面。
[0004] 在虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)方面，發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始普及，政府投入巨資在海洋、天體物理、 分子生物等學(xué)科領(lǐng)域建造了各自的虛擬實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)展了探索性研究并取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。一 些政府部n，正在制定計(jì)劃將其所屬的科研機(jī)構(gòu)過(guò)渡到虛擬實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中。目前，越來(lái)越多 的科學(xué)家已投入到構(gòu)筑一個(gè)覆蓋全美國(guó)的虛擬實(shí)驗(yàn)室的工作中來(lái)。
[0005] 在我國(guó)，虛擬實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展起步較晚。在工業(yè)領(lǐng)域中，虛擬儀器在航天、車輛、儀表等 行業(yè)的應(yīng)用日益廣泛。在教育領(lǐng)域，已有部分高校初步建立了虛擬實(shí)驗(yàn)。例如：清華大學(xué)利 用虛擬儀器構(gòu)建了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)；華中理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院工程測(cè)試實(shí)驗(yàn)室將其虛擬 實(shí)驗(yàn)成果在網(wǎng)上公開(kāi)展示，供遠(yuǎn)程教育使用；四川聯(lián)合大學(xué)基于虛擬儀器的設(shè)計(jì)思路，研制 了 "航空電臺(tái)二線綜合測(cè)試儀"；復(fù)旦大學(xué)、上海交通大學(xué)、廣州暨南大學(xué)等一批高校也開(kāi) 發(fā)了一批新的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)用于教學(xué)和科研。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種便于培訓(xùn)、數(shù)據(jù) 全面、教學(xué)效果好、操作便捷、易實(shí)現(xiàn)的虛擬核電站仿真教學(xué)系統(tǒng)與構(gòu)建方法。
[0007] 本發(fā)明的目的可W通過(guò)W下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[000引一種虛擬核電站仿真教學(xué)系統(tǒng)，用于核電站的模擬真實(shí)數(shù)據(jù)的仿真教學(xué)，所述的 仿真教學(xué)系統(tǒng)包括依次連接的OPC客戶機(jī)、數(shù)字仿真機(jī)、服務(wù)器組、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和在線虛擬客 戶端，所述的服務(wù)器組包括應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和Web服務(wù)器，所述的應(yīng)用服務(wù)器分 別與數(shù)字仿真機(jī)和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器連接，所述的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與在線虛擬客戶 端連接。
[0009] 所述的OPC客戶機(jī)包括基于Matl油的數(shù)據(jù)源和基于工業(yè)組態(tài)軟件的數(shù)據(jù)源，所述 的基于Matl油的數(shù)據(jù)源和基于工業(yè)組態(tài)軟件的數(shù)據(jù)源分別與數(shù)字仿真機(jī)連接。
[0010] 所述的數(shù)字仿真機(jī)為OPC服務(wù)器。
[0011] 所述的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)包括依次連接的因特網(wǎng)、防火墻和交換機(jī)，所述的因特網(wǎng)與數(shù)據(jù) 庫(kù)服務(wù)器連接，所述的交換機(jī)分別與Web服務(wù)器和在線虛擬客戶端連接。
[0012] 所述的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器包括靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。
[0013] 所述的在線虛擬客戶端包括虛擬模擬工業(yè)對(duì)象模塊、虛擬儀表模塊、虛擬操作盤(pán) 模塊和虛擬操作員模塊，所述的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器分別與虛擬模擬工業(yè)對(duì)象模塊、虛擬儀表模 塊、虛擬操作盤(pán)模塊和虛擬操作員模塊連接。
[0014] 一種構(gòu)建虛擬核電站仿真教學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)建方法，包括W下步驟：
[0015] 1)根據(jù)核電站設(shè)備的實(shí)際尺寸，構(gòu)建核電站基礎(chǔ)S維模型；
[0016] 2)根據(jù)電站基礎(chǔ)=維模型的實(shí)際數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，分別構(gòu)建靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù) 和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，所述的靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)包括設(shè)備的名稱、設(shè)備編號(hào)、尺寸信息、材質(zhì)、設(shè)計(jì) 參數(shù)、功能和工作原理，用于教學(xué)中的自定義查詢功能，所述的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)包括動(dòng)態(tài)的保存 系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，包括溫度、壓力、流量和功率的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；
[0017] 3)根據(jù)建立交互式客戶端程序。
[0018] 所述的步驟3)中的交互式客戶端程序的基本功能包括虛擬環(huán)境的漫游、=維對(duì) 象的交互式訪問(wèn)和設(shè)備查詢與定位。
[0019] 所述的步驟3)中的交互式客戶端程序的功能還包括虛擬人物行走、場(chǎng)景視角的 改變、設(shè)備狀態(tài)的刷新和虛擬設(shè)備操控、調(diào)節(jié)及查詢。
[0020] 所述的靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中的數(shù)據(jù)包括核電站設(shè)備的名稱、設(shè)備編號(hào)、尺寸信息、 材質(zhì)、設(shè)計(jì)參數(shù)、功能和工作原理，用于教學(xué)中的自定義查詢功能，所述的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù) 器中的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)為系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，包括溫度、壓力、流量和功率的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。
[0021] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[0022] 一、便于培訓(xùn)；本發(fā)明解決了由于核電站安全性需求，禁止人員隨意出入，無(wú)法對(duì) 核電專業(yè)的人員培訓(xùn)的困難，實(shí)現(xiàn)了核電站安全操作的在線培訓(xùn)。
[0023] 二、數(shù)據(jù)全面、教學(xué)效果好：虛擬仿真系統(tǒng)與運(yùn)行數(shù)據(jù)互聯(lián)，W數(shù)據(jù)、模型動(dòng)作、變 形等方式體現(xiàn)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，同時(shí)進(jìn)行虛擬儀表的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)儀表的全方位的 仿真，并且能夠通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)交互使用。
[0024] =、操作便捷、易實(shí)現(xiàn)；本操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作和維護(hù)容易，能夠適應(yīng)絕大部分 的核電站教學(xué)工作。
【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026] 圖2為動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)接入示意圖。
[0027] 圖3為仿真數(shù)字虛擬儀表的執(zhí)行流程圖。
[002引其中，1、0PC客戶機(jī)，11、基于Matl油的數(shù)據(jù)源，12、基于工業(yè)組態(tài)軟件的數(shù)據(jù)源， 2、數(shù)字仿真機(jī)，3、服務(wù)器組，31、應(yīng)用服務(wù)器，32、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，33、Web服務(wù)器，4、無(wú)線網(wǎng) 絡(luò)，41、因特網(wǎng)，42、防火墻，43、交換機(jī)，5、在線虛擬客戶端，51、虛擬模擬工業(yè)對(duì)象模塊，52、 虛擬儀表模塊，53、虛擬操作盤(pán)模塊，54、虛擬操作員模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0030] 實(shí)施例；
[0031] 如圖1所示，本發(fā)明提出一種虛擬核電站仿真教學(xué)系統(tǒng)，用于核電站的模擬真實(shí) 數(shù)據(jù)的仿真教學(xué)，仿真教學(xué)系統(tǒng)包括依次連接的OPC客戶機(jī)1、數(shù)字仿真機(jī)2、服務(wù)器組3、無(wú) 線網(wǎng)絡(luò)4、在線虛擬客戶端5,服務(wù)器組3包括應(yīng)用服務(wù)器31、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器32和Web服務(wù) 器33,應(yīng)用服務(wù)器31分別與數(shù)字仿真機(jī)2和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器32連接，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器32通過(guò) 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)4與在線虛擬客戶端5連接。
[003引OPC客戶機(jī)1包括基于Matl油的數(shù)據(jù)源11和基于工業(yè)組態(tài)軟件的數(shù)據(jù)源12,基 于Matl油的數(shù)據(jù)源11和基于工業(yè)組態(tài)軟件的數(shù)據(jù)源12分別與數(shù)字仿真機(jī)2連接，數(shù)字仿 真機(jī)2為OPC服務(wù)器，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)4包括依次連接的因特網(wǎng)41、防火墻42和交換機(jī)43,因特 網(wǎng)41與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器32連接，交換機(jī)43分別與Web服務(wù)器33和在線虛擬客戶端5連接， 數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器32包括靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。
[0033] 在線虛擬客戶端5包括虛擬模擬工業(yè)對(duì)象模塊51、虛擬儀表模塊52、虛擬操作盤(pán) 模塊53和虛擬操作員模塊54,數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器32分別與虛擬模擬工業(yè)對(duì)象模塊51、虛擬儀 表模塊52、虛擬操作盤(pán)模塊53和虛擬操作員模塊54連接。
[0034] 其特點(diǎn)是在Web環(huán)境下，不僅能提供核電站反應(yīng)堆、蒸汽發(fā)生器等主要設(shè)備的虛 擬=維模型的漫游、查詢和學(xué)習(xí)，而且可W與核電站控制系統(tǒng)或數(shù)字仿真機(jī)進(jìn)行對(duì)接，根據(jù) 實(shí)際數(shù)據(jù)控制設(shè)備的運(yùn)作、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的展示、水、汽等工質(zhì)的變化展示，實(shí)現(xiàn)符合現(xiàn)實(shí)邏輯 的互動(dòng)式仿真教學(xué)，現(xiàn)有的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)大多只提供漫游、簡(jiǎn)單互動(dòng)等功能。本發(fā)明提出的 虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)不同于現(xiàn)有大多數(shù)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，在提供虛擬核電站漫游和互動(dòng)的同 時(shí)，通過(guò)工業(yè)組態(tài)軟件的OPC接口、Matl油的OPC接口或數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)，建立虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng) 與實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的聯(lián)系，該就使得虛擬教學(xué)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備本體、儀表、操作盤(pán)、工作介 質(zhì)的實(shí)時(shí)參數(shù)準(zhǔn)確的動(dòng)態(tài)展示。能夠更有效地將核電站的運(yùn)行過(guò)程展示給用戶，達(dá)到超越 現(xiàn)實(shí)、現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)的效果。
[0035] 核電站虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)整體上是一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)，包括客戶端和服務(wù)器端 兩部分，客戶端主要實(shí)現(xiàn)用戶的接入、交互等操作。服務(wù)器端包括數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù) 器和Web服務(wù)器組成。多臺(tái)服