本發明屬于熱力系統動態仿真領域，涉及一種基于智能手機的熱力系統實時仿真教學系統。

背景技術：

熱力系統實時動態仿真是指仿真模型的時間比例與真實系統的時間比例完全相同的仿真。根據不同的建模范圍和模型精度，其被廣泛應用于系統動態特性研究、系統運行培訓、系統原理教學等領域。目前，現有的系統仿真教學產品大多基于計算機群或計算機-盤臺設計，其軟、硬件投入成本較高，維護成本較高，容納學員數量有限，且一般不具備升級功能，不具備離線教學/仿真功能。

技術實現要素：

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種利用智能手機作為學員終端機的熱力系統實時仿真教學系統。同時解決了傳統仿真教學系統初始投入高、維護成本高、容納學員數量少的問題。

本發明所采用的技術方案是：一種基于智能手機的熱力系統實時仿真教學系統，其特征在于：包括仿真服務器、實時熱力仿真教學平臺、智能手機、app應用模塊、通訊設備及網絡、顯示投影設備；

所述實時熱力仿真教學平臺運行在所述仿真服務器上，所述app應用模塊運行在所述智能手機上；所述仿真服務器與所述智能手機通過網絡連接；所述顯示投影設備與所述仿真服務器連接，用于將實時熱力仿真教學平臺和/或app應用模塊上的操作投影顯示；

教師操作所述實時熱力仿真教學平臺，并根據授課重點，開放所述app應用模塊中相應的子系統模塊操作授權給學生，講解本節課相應的子系統運行原理；學生根據按照教師的授權次序，依次選擇所述app應用模塊，并執行相應的仿真操作。

相比傳統技術本系統的優越性在于：

(1)投資成本低。本專利提出的熱力系統實時仿真教學系統，僅需要一臺虛擬服務器和網絡通訊設備即可。而傳統的仿真教學系統，需要至少一臺教練機，并根據學生數量，配備相應的學員機。

(2)維護成本低。該教學系統在硬件方面，僅需要維護服務器和相應的通訊設備，傳統的教學系統不僅需要維護教練機，而且需要對每臺學員機進行維護，且成本相對較高。

(3)教學地點靈活。傳統的仿真系統需要在機房或具有盤臺的仿真實驗室中進行。而本專利所提出的仿真教學系統，可以在一般的多媒體教室中應用，如果配備的是便攜式服務器及投影系統，則可以在普通教室中應用。

(4)具備課下仿真運行操作、學習功能。傳統的仿真教學系統，學生必須在課堂上進行仿真運行操作，離開課堂后，僅能進行理論知識的學習。本專利提出的仿真系統，如果將服務器連接至internet，則課后，學生可以通過智能手機連接internet，并利用app應用進行相應的仿真操作和學習。

附圖說明

圖1為本發明實施例的系統結構示意圖。

具體實施方式

為了便于本領域普通技術人員理解和實施本發明，下面結合附圖及實施例對本發明作進一步的詳細描述，應當理解，此處所描述的實施示例僅用于說明和解釋本發明，并不用于限定本發明。

請見圖1，本發明提供的一種基于智能手機的熱力系統實時仿真教學系統，包括仿真服務器1、實時熱力仿真教學平臺4、智能手機3、app應用模塊5、通訊設備及網絡2、顯示投影設備6；

實時熱力仿真教學平臺4包括熱力系統仿真模型、工藝系統開發模塊、控制系統開發模塊、人機交互模塊、數據庫；app應用模塊5包括基礎包：系統運行工況原理介紹模塊、系統操作規程介紹模塊、系統設備介紹模塊、在線交互模塊，以及模塊包：主蒸汽系統模塊、凝給水系統模塊、原動機系統模塊、輔助系統模塊、循環水系統模塊。

實時熱力仿真教學平臺4運行在仿真服務器1連接，app應用模塊5運行在智能手機3上；仿真服務器1與智能手機3通過網絡連接；顯示投影設備6與仿真服務器1連接，用于將實時熱力仿真教學平臺4和/或app應用模塊5上的操作投影顯示；

教師操作實時熱力仿真教學平臺4，并根據授課重點，開放app應用模塊5中相應的子系統模塊操作授權給學生，講解本節課相應的子系統運行原理；學生根據按照教師的授權次序，依次選擇所述app應用模塊，并執行相應的仿真操作。

本實施例的仿真服務器1安放于具備投影儀的常規多媒體教室中。通過無線路由器發射wi-fi信號進行教室內數據通訊。教練員(教師)在仿真服務器1(教練機)運行相應的實時熱力仿真教學平臺4，并投放至投影儀。學員(學生)根據本節課教學內容，安裝app應用模塊5中的基礎包和部分模塊包。教師根據本節課重點，開放app應用模塊5中相應子系統模塊操作授權，并調入相應的運行工況(initialcondition，ic)，講解本節課相應的子系統模塊運行原理。同時，學生可以根據按照教師的授權次序，依次通過手機中的app應用模塊5操作相應的閥門、按鈕等，當操作的同學在操作app應用模塊5時，其他同學可以通過大屏幕進行觀看。當進行全系統運行授課和虛擬練習時，教師根據班級人數，進行設備區域的分配和操作授權，這樣全班學員就可以通過app應用模塊5操作自己所負責的設備模塊，并進行相應的仿真學習和訓練。在學習過程中，同學可以借助app應用模塊5，調取相應的系統運行圖紙、說明書，進行學習或參考，同時，可以通過app應用模塊5與同學間、老師進行在線答題、留言互動。在進行仿真教學時，教師還可以運行仿真服務器1中預先編譯好的“故障邏輯”，對仿真教學系統認為添加故障，考核學生的解決現場故障和應急處理系統問題的能力。

在課后，仿真服務器1可以與internet連接，并實時運行。學生課后可以利用智能手機連接internet，進而在課下通過手機完成虛擬運行練習和相關操作的學習。

以主蒸汽系統操作教學為例。在教學過程中，教師首先將實時熱力仿真教學平臺4安裝在仿真服務器1中，通過路由器建立局域網絡2，并將仿真平臺的人機界面投入顯示投影設備6中。學員將app應用模塊5中的基礎包(系統運行工況原理介紹模塊、系統操作規程介紹模塊、系統設備介紹模塊、在線交互模塊)和主蒸汽模塊包5安裝在自己的智能手機3中，并連接局域網，注冊并登錄帳號。教師通過實時熱力仿真教學平臺4中的數據庫模塊授權每個學院的操作權限。確保所教學的操作點和操作規程均授權給相應的學員。教師運行實時熱力仿真教學平臺4，并調入指定的工況(ic)。學員可以根據顯示投影設備6查看當前系統運行狀態，并利用智能手機3進行相應的操作交互，例如打開某閥門，或按下某按鈕。在此過程中，學員僅能操作被授權的相關按鈕或設備，如操作沒有被授權的設備，則提示操作有誤，或沒有權限。實時熱力仿真教學平臺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，進行運行指令分布講解。

本發明的仿真服務器可以是臺式或便攜式，app應用模塊5支持android系統或iso系統。實時熱力仿真教學平臺安裝于仿真服務器中，熱力仿真代碼基于fortran語言開發，求解一維非定常汽液兩相連續方程、動量方程、能量方程。

本實施例的實時熱力仿真教學平臺4的控制系統建模算法基于pid過程控制程序，實時熱力仿真教學平臺具備基于sqlserver的數據庫功能，實時熱力仿真教學平臺具備人機交互界面，實時熱力仿真平臺具備網絡通訊接口。

本實施例的實時熱力仿真平臺在服務器中虛擬運行時，其虛擬操作響應周期≤0.1秒；快過程模型運算周期≤0.1秒；慢過程模型運算周期≤1秒；暫態過程運算周期不大于暫態過程最小時間常數和暫態過程主要時間常數的1/10；暫態過程中電氣量計算步長≤0.01秒/次。

本實施例的app應用模塊5基于udp協議的socket通信機制。

本發明公開的一種基于智能手機的熱力系統實時仿真教學系統，將操作員站(學員站)由盤臺或計算機替換成智能手機及app應用模塊，大大降低了仿真機的初始投入成本，同時支持在線用戶數量極大提高，并且具備離線教學功能。

熱力系統實時仿真技術主要面向于汽水工質為主體的火電站、核電站及其他工業領域。通過對三維多項流方程的合理簡化，并配合相應的控制仿真建模，達到對系統動態特性進行實時虛擬復現的仿真效果。結合人機輸入接口(學員站)，達到教練員與學員互動培訓或教學的目的。實時熱力仿真系統的底層代碼一般基于fortran語言開發，通過求解一維非定常的氣相、液相連續方程、動量方程、能量方程，復現系統熱力特性；通過控制方程程序復現系統控制邏輯；進一步在編譯環境中進行熱力、控制系統程序聯調運行，達到對整個系統實時動態特性的復現。智能手機可以通過單獨開發的第三方應用程序(app，application)，借助wi-fi(wirelessfidelity)與仿真服務器進行數據通訊。本專利在實時仿真教學系統app設計方面，采用基礎包和模塊包的組合形式。學員全部下載基礎包，根據教學內容和課程重點，選擇安裝模塊包。本專利通過合理設計組合式app軟件包的方案，避免了整套仿真系統無法在現有智能手機中運行的問題(硬件資源占用過大)。在教學過程中的在線交互、系統原理知識、在線/離線答題、操作規程查詢功能在基礎包中完成，而對熱力系統的各個子系統操作、虛擬運行、動態特性教學等在模塊包中完成。

應當理解的是，本說明書未詳細闡述的部分均屬于現有技術。

應當理解的是，上述針對較佳實施例的描述較為詳細，并不能因此而認為是對本發明專利保護范圍的限制，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明權利要求所保護的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發明的保護范圍之內，本發明的請求保護范圍應以所附權利要求為準。