CN116013126A - 基于半实物与三维仿真相结合的集中供热实验教学系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于半实物与三维仿真相结合的集中供热实验教学系统，涉及供热教学实验系统技术领域。包括半实物集中供热系统模拟装置、实验教学管理平台、三维虚拟仿真模型；其中，所述三维虚拟仿真模型与所述半实物集中供热系统模拟装置相连，用于以三维形式显示所述半实物集中供热系统模拟装置与工艺流程画面及参数；所述实验教学管理平台用于加载和操作三维虚拟仿真模型以及常规教学过程管理。本发明提供了一个看得见、摸得着、易理解且安全、结构紧凑的实验环境和客户端操作平台，有助于提升学生的实操能力和相关人员的专业知识水平。

Description

基于半实物与三维仿真相结合的集中供热实验教学系统

技术领域

本发明涉及供热教学实验系统技术领域，更具体的说是涉及一种基于半实物与三维仿真相结合的集中供热实验教学系统。

背景技术

集中供热系统规模庞大，运行调控复杂、难度大。我国从上世纪八十年代开始，集中供热系统运行开始了信息化进程，历经基本信息化、自动化、智能化，到目前出现了智慧化技术。智慧供热是针对“源-网-荷-储”供热系统全过程，以供热物理系统与信息系统深度融合为技术路径，运用大数据、物联网、云计算及人工智能等现代信息技术，以最小的代价实现供热量与需热量在时空上的精准匹配。

实验教学对学习供热理论知识和锻炼实际动手操作能力是极为重要的。实际的集中供热系统都规模巨大且大部分为隐蔽工程，结构复杂，难以一览系统全貌，使学生对系统构成、部件的逻辑关系及运行规律理解困难。另外，冬季供暖期正常运行的供热系统也不可能以实验操作形式来辅助学习供热知识，这会对正常供热造成影响。绝大多数院校中《供热工程》课程配置的实验教学项目很少，实验教学设备相对简陋、大多针对集中供热系统的局部或某个环节的物理原理演示，基本只有一两项，如利用简易装置绘制水压图、室内供暖系统演示等，与实际供热系统脱节严重；难以使学习者认识系统全貌以及掌握运行调节原理等，且很少涉及先进自动化或智慧化供热技术知识。供热企业也会对员工进行定期或不定期的技术培训。但通过调研发现，目前的培训大多采用电子课件(PPT)、教材甚至黑板板书等教学方式。供热企业员工教育背景多种多样，上述教学方式很难让学生真正理解和扎实掌握供热相关知识，对提升实操技能的帮助更是微乎其微。

目前也有一些完全基于计算机虚拟仿真的集中供热实验教学产品，可突破实验场地、时间的限制，可多次重复，提高实验效率，对学生理解抽象知识是有一定帮助的。但是，毕竟仿真系统不能等同于实物，其弱点也是很明显的，较难培养学生的实际动手能力，学生无法对供热系统、设备实物进行直接的观察认识、操作、验证和感受，将抽象理论知识联系并运用到实际工程中的效果是可想而知的。

因此，如何提供一种更加有效、经济的智慧供热实验教学系统对本领域技术人员来说是亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于半实物与三维仿真相结合的集中供热实验教学系统，以解决背景技术中提出的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于半实物与三维仿真相结合的集中供热实验教学系统，包括半实物集中供热系统模拟装置、实验教学管理平台、三维虚拟仿真模型；其中，所述三维虚拟仿真模型与所述半实物集中供热系统模拟装置相连，用于以三维形式显示所述半实物集中供热系统模拟装置与工艺流程画面及参数；所述实验教学管理平台用于加载和操作三维虚拟仿真模型以及常规教学过程管理。

可选的，所述半实物集中供热系统模拟装置包括热源、供热管网、热用户、感知与调控单元；其中，所述热源，用于制备热水；所述供热管网包括一级网、换热站、二级网，所述一级网与所述二级网通过所述换热站相连；所述感知与调控单元，用于对所述半实物集中供热系统模拟装置各组成部件的运行状态进行实时采集和调控。

可选的，所述感知与调控单元包括感知层、数据传输层、调控层；所述感知层用于检测数据；所述数据传输层，用于将从所述感知层获取的数据传输到所述调控层；所述调控层用于根据检测数据进行决策。

可选的，所述实验教学管理平台安装在移动终端上，所述移动终端包括电脑、手持平板电脑、手机、可穿戴设备。

可选的，在所述半实物集中供热系统模拟装置中设置有透明管段。

可选的，还包括通过所述数据传输层将检测数据上传至云服务器，所述云服务器配有客户端软件系统，所述客户端软件系统将决策或操作指令通过所述数据传输层下发至本地服务器，所述本地服务器与手持终端通讯，所述手持终端为平板电脑，学生通过所述平板电脑将仿真模型与实物进行对照。

可选的，所述实验教学管理平台包括学生登录模块、教师登录模块、实验报告生成模块；其中，所述学生登录模块，用于学生登录系统并为其随机分配实验参数；所述教师登录模块，用于教师在后台实时观察学生操作及分析结果；所述实验报告生成模块，用于综合学生的虚拟仿真实验结果、实验过程中的随堂测试成绩，由系统自动生成实验报告。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于半实物与三维仿真相结合的集中供热实验教学系统，具有以下有益的技术效果：

1、提供了一种全新理念的关于提升供热专业技能和水平的学习模式和实验系统。将通用基础理论知识与具体工程应用进行有机结合，有利于提高学生学习的主动性，调动学生的好奇心和求知欲；能鼓励学生“从做中学”，通过“做”达到“学”的目的。

2.本发明提供了一个看得见、摸得着、易理解且安全、结构紧凑的实验环境和客户端操作平台。该实验系统可让学生学习到供热工程基础理论知识，也能学习到现代供热技术(智慧供热)；从理论到实践，从抽象概念到仿真模型与实体，从初步认识到较好地掌握知识与技术，可以满足学生实验和职业培训的要求。

3.将流体力学基本原理实验与实物供热系统相结合，利于学生更好掌握流体力学、传热学、供热工程在实际中的应用，避免了原流体力学、传热学、供热工程实验装置简单化以及与实际供热工程应用脱节的弊端。

4.本发明能演示物联网、大数据、云计算、人工智能及三维可视化等现代信息技术在集中供热系统中的应用(即智慧供热系统)，有助于学生扩展学习跨专业知识，促进供热与信息化等行业的技术交叉融合。

5.本发明有助于提升学生的实操能力，有助于提升相关人员的专业知识水平，同时有助于推广和发展先进供热技术(如智慧供热)

6.本发明教学效果好、经济、安全，且实物装置紧凑、可扩展的集中供热实验教学实训手段或工具，将有效提升学生和从业人员的专业技术水平，进而助力供热企业提升供热质量、增加经济效益、节约能耗以及减少温室气体和其它污染物的排放。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明的集中供热实验教学系统结构图；

图2为本发明的半实物集中供热系统模拟装置系统原理图；

其中，100-电锅炉，101-板式换热器，102-一级网供水管，103-级网回水管，104-一级网循环水泵，105-一级网循环水泵，106-电动开关阀，107-电动开关阀，108-电动开关阀，109-电动开关阀，110-止回阀，111-止回阀，112-压力传感器，113-压力传感器，114-电动比例调节阀，115-热量表，116-压力传感器，117-电动开关阀，118-电动比例调节阀，119-手动球阀，120-手动球阀，121-压力传感器，122-除污器，123-压力传感器，124-定压补水箱，125-定压补水管，126-手动球阀，127-浮球阀，128-电动浮球阀，129-水箱液位，130-泄水管，131-水箱泄水电磁阀，132-压差传感器，200-二级网供水管，201-二级网回水管，202-压力传感器，203-除污器，204-压力传感器，205-压力传感器，206-二级网循环水泵，207-止回阀，208-二级网循环水泵，209-止回阀，210-压力传感器，211-电动比例调节阀，212-热量表，213-手动球阀，214-水温传感器，215-电动开关阀，216-电动开关阀，217-电动开关阀，218-电动开关阀，219-水泵，220-储水箱，221-压力传感器，222-手动球阀，223-止回阀，224-压力传感器，225-电动调节阀，300-供暖建筑模型(1#楼)，301-散热器双管采暖系统供水管，302-手动球阀，303-压力传感器，304-手动球阀，305-压力传感器，306-手动球阀，307-压力传感器，308-手动球阀，309-压力传感器，310-热量表，311-手动球阀，312-散热器，313-手动球阀，314-散热器，315-电动比例调节阀，316-供暖支管，317-散热器温控阀，318-散热器，319-散热器，320-热量表，321-供暖支管，322-散热器，323-动态平衡电动两通阀，324-热量表，325-供暖支管，326-回水干管，327-压力传感器，328-手动球阀，329-回水干管，330-压力传感器，331-手动球阀，332-热量表，333-回水干管，334-热量表，335-压力传感器，336-手动球阀，337-压差平衡阀，338-压力传感器，339-手动球阀，340-手动球阀，341-动态平衡电动两通阀，342-手动球阀，343-静态平衡阀，344-手动球阀，345-电动比例调节阀，346-压差传感器，347-自动排气阀，400-供暖建筑模型(2#楼)，401-散热器单管采暖系统供水管，402-手动球阀，403-压力传感器，404-散热器三通温控阀，405-散热器，406-散热器，407-散热器，408-散热器两通温控阀，409-散热器，410-手动球阀，411-回水干管，412-热量表，413-压力传感器，414-压力传感器，415-手动球阀，416-手动球阀，417-压差平衡阀，418-手动球阀，419-电动比例调节阀，420-手动球阀，421-静态平衡阀，422-压差传感器，423-自动排气阀，424-手动球阀，425-手动球阀，426-有线通讯功能的室温传感器，427-具备NB-IoT5无线通讯功能的室温传感器，501-电气控制柜，502-云服务器，503-手持终端。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种基于半实物与三维仿真相结合的集中供热实验教学系统，如图1所示，包括半实物集中供热系统模拟装置、实验教学管理平台、三维虚拟仿真模型；其中，三维虚拟仿真模型与半实物集中供热系统模拟装置相连，用于以三维形式显示所述半实物集中供热系统模拟装置与工艺流程画面及参数；实验教学管理平台与三维虚拟仿真模型相连，用于为用户随机分配实验参数进行实验操作并综合虚拟仿真实验结果生成测试成绩。

进一步的，半实物集中供热系统模拟装置在管路适当位置装设了透明管段，可用于观察管内水流动以及气泡、水锈等现象。

进一步的，半实物集中供热系统模拟装置包括热源、供热管网、热用户、感知与调控单元；其中，热源，用于制备热水，在本发明中，热源为电锅炉100；供热管网包括一级网、换热站、二级网，一级网与二级网通过所述换热站相连；感知与调控单元，用于对半实物集中供热系统模拟装置各组成部件的运行状态进行实时采集和调控。电锅炉100与板式换热器101一次侧由一级网的供水管102和回水管103联通并形成循环回路。板式换热器二次侧与热用户室内热水散热器供暖系统由二级网的供水管200和回水管201联通并形成循环回路。

在一级网循环回路中，电锅炉100制备的热水由一级网循环水泵104和一级网循环水泵105经一级网供水管102输运至设置在换热站内的板式换热器101内，与二级网侧水换热降温后经一级网供水管103返回至电锅炉100再加热升温。一级网循环水泵104和一级网循环水泵105通过切换电动开关阀106、电动开关阀107、电动开关阀108、电动开关阀109开闭实现串联、并联、单台运行。两台一级网循环水泵出口分别安装止回阀110和止回阀111，水泵104进口安装压力传感器112，水泵105出口安装压力传感器113，电动比例调节阀114和热量表115。电锅炉100制备的热水依次流经压力传感器116，电动开关阀117后进入板式换热器101。板式换热器一级网侧入口安装旁通管，通过电动比例调节阀118调控旁通水量。电动比例调节阀118旁安装手动球阀119，防止电动比例调节阀118关闭不严。经板式换热器101换热后的一级网侧回水依次流经手动球阀120，压力传感器121，除污器122，压力传感器123后，与定压补水系统的水汇聚，进入循环水泵。定压补水系统由定压补水箱124，定压补水管125，手动球阀126组成。定压补水箱配套安装了浮球阀127、电动浮球阀128、水箱液位129，一级网通过泄水管130、水箱泄水电磁阀131泄水，泄水管130安装泄水球阀，压力传感器112的压力与压力传感器116的压力之差用于监测热源压降，该值与压差传感器132的测量值相互校验，所述一级网管道坡向定压补水箱所在位置，水力坡度为3/1000。

在二级网循环回路中，热用户建筑热力入口处的回水依次流经二级网回水管201，压力传感器202，除污器203，压力传感器204，压力传感器205，二级网循环水泵206，止回阀207，二级网循环水泵208，止回阀209，压力传感器210，电动比例调节阀211，热量表212后，进入板式换热器101的二级网侧。经板式换热器101加热后的水进入二级网供水管200，依次流经手动球阀213，水温传感器214后直接与热用户相连。板式换热器101通过关闭电动开关阀117，手动球阀120，电动比例调节阀211，手动球阀213实现检修。二级网循环水泵206和二级网循环水泵208通过切换电动开关阀215，电动开关阀216，电动开关阀217，电动开关阀218开闭实现水泵串联、并联、单台运行。二级网通过水泵219实现系统定压补水，水泵219抽取储水箱220的水，依次流经压力传感器221，手动球阀222，止回阀223，压力传感器224，电动调节阀225进入二级网回水管201。储水箱220配套安装浮球阀221、电动浮球阀222、水箱液位223，二级网通过泄水管224、水箱泄水电磁阀225泄水。泄水管224安装泄水球阀，二级网管道坡向热用户排气阀所在位置，水力坡度为3/1000。

热用户包含：供暖建筑模型(1#楼)300、供暖建筑模型(2#楼)400、热力入口、室内供暖系统管路、散热器及附件(如阀门、排气装置等)。供暖建筑模型(1#楼)300设置了散热器双管采暖系统，竖向共3层房间；供暖建筑模型(2#楼)400设置了散热器单管采暖系统，竖向共3层房间。

所述供暖建筑模型(1#楼)300散热器双管采暖系统的供水依次流经供水管301、手动球阀302、压力传感器303、手动球阀304、压力传感器305后，分别进入并联的3个热用户。供水部分流经首层热用户外，其余热水依次流经手动球阀306、压力传感器307后，部分供水进入2层热用户，部分供水进入3层热用户。供水经过2层热用户后依次流经手动球阀308、压力传感器309后，进入3层热用户室内采暖管网。所述3层热用户室内采暖管网由：热量表310，手动球阀311，散热器312，手动球阀313，散热器314，电动比例调节阀315，供暖支管316组成。2层热用户的室内采暖管网由散热器温控阀317，散热器318，散热器319，热量表320，供暖支管321组成。首层热用户的室内采暖管网由散热器322，动态平衡电动两通阀323，热量表324，供暖支管325组成。3层热用户与2层热用户的之间的回水干管326安装压力传感器327，手动球阀328。2层热用户与首层热用户之间的回水干管329安装压力传感器330，手动球阀331，热量表332。散热器双管采暖系统的各热用户的回水汇聚于回水干管333，流入楼栋热力入口。楼栋热力入口的回水依次流经热量表334、压力传感器335、手动球阀336、压差平衡阀337、压力传感器338、手动球阀339后，与散热器单管采暖系统的总回水汇合流向换热站。手动球阀336和压差平衡阀337组成的管路，与其他三个管路形成并联管路。这四个管路用于对比楼栋不同调控阀门的调控效果。其他三个管路为手动球阀340与动态平衡电动两通阀341所组成的管路，手动球阀342与静态平衡阀343所组成的管路，手动球阀344与电动比例调节阀345所组成的管路。压力传感器303的示值和压力传感器338的示值之差为散热器双管采暖系统压差，其与压差传感器346的示值互相校验。在散热器双管采暖系统的最高点安装自动排气阀347。

供暖建筑模型(2#楼)400散热器单管采暖系统的供水依次流经供水管401，手动球阀402，压力传感器403，散热器三通温控阀404，散热器405，散热器406和散热器407，散热器两通温控阀408，散热器409，手动球阀410后，进入楼栋热力入口的回水干管411。楼栋热力入口的总回水依次流经热量表412，压力传感器413，楼栋调控的三个并联管路，压力传感器414，手动球阀415后，与散热器双管采暖系统的回水汇合，进入换热站。三个并联管路用于对比楼栋不同调控阀门的调控效果，三个并联管路为手动球阀416和压差平衡阀417组成的管路，手动球阀418和电动比例调节阀419组成的管路，手动球阀420和静态平衡阀421组成的管路。压力传感器403的示值和压力传感器414的示值之差为散热器单管采暖系统压差，其与压差传感器422的示值互相校验。在散热器单管采暖系统的最高点安装自动排气阀423。

室内供暖系统管路包括单管式与双管式、水平式与垂直式、有无跨越管式。室内供暖系统管路，通过开闭手动球阀311和手动球阀313实现室内供暖系统有无跨越管的切换。热用户管网，通过开闭手动球阀424和手动球阀425实现同程式与异程式的切换。

在建筑缩尺模型的6个房间，每个房间均安装具备有线通讯的室温传感器426和具备NB-IoT无线通讯功能的室温传感器427。两种室温传感器用于演示和对比不同通讯方式的室温传感器的监测效果。

进一步的，感知与调控单元通过无线或有线数据传输与连接的方式，对半实物集中供热系统模拟装置各组成部分(包括热源、供热管网、热用户以及其他一些关键部位)的主要参数及设备的运行状态实行采集、监视、调节和控制的软件系统及硬件设施。感知与调控单元包括：感知层、数据传输层、调控层。感知层包括水泵电参数传感器(电压、电流、频率、瞬时功率及累积耗电量)，安装在系统中的供水温度传感器214，压力传感器(121，202，305，403等)，压差传感器(104，346，422)，热量表(115，212，334，412等)，以及安装在建筑模型中的具备有线通讯的室温传感器426和具备NB-IoT5无线通讯功能的室温传感器427。数据传输层包括线缆，以太网，NB-IoT，互联网，蓝牙。调控层包括PLC、水泵变频器、电动调节阀执行机构等。感知层，除具备NB-IoT5无线通讯功能的室温传感器427外，均通过线缆与电气控制柜500通讯。具备NB-IoT5无线通讯功能的室温传感器427通过NB-IoT与NB基站通讯，NB基站通过互联网与云服务器502通讯，电气控制柜500内设有PLC、信号转换端子、MCGS显示屏、配电设备。PLC的CPU型号为西门子6ES72881ST300AA1。电气控制柜500通过以太网与本地服务器501通讯。本地服务器501配置为：CPU采用Inter I912900K，内存16G，硬盘3T。本地服务器501通过数据传输层上传数据至云服务器502。所述云服务器502配有客户端软件系统。客户端软件系统通过互联网将决策或操作指令通过数据传输层下发至本地服务器501。本地服务器501通过蓝牙与多个手持终端503通讯。手持终端503为手持平板电脑，学生可使用之就近方便对照实物系统与仿真模型，方便学生之间及师生之间交流，加深对知识的理解与掌握。

进一步的，热用户的附件包括：水泵(104，105等)、阀门(114，217等)、高位定压补水水箱(124)、储水箱(220)、除污器(122，203)等实际集中供热系统中常用设备。

三维虚拟仿真模型通过有线或无线通讯方式与半实物集中供热系统模拟装置实现信息与数据的传输与交互；实验教学管理平台安装在移动终端上，移动终端包括电脑、手持平板电脑、手机、可穿戴设备，可供教师和多名学生同时使用。移动终端提供两种使用模式，即本地化部署与基于“互联网+”部署。本地化模式为满足性能要求的本地服务器501。“互联网+”模式是将基于Web GL技术的软件部分以B/S(Browser/Server，浏览器/服务器模式)架构署在云端服务器502上，用户仅需安装浏览器即可通过互联网使用访问实验教学系统。

三维虚拟仿真模型可以显示半实物集中供热系统模拟装置的工艺流程，可接收系统运行状态参数，也可以形成决策指令并下发；可以进行数据存储、统计及分析；可以进行人工智能调控算法导入、演示、测试及学习。完善调节方案；实验系统导览，通过三位虚拟仿真模型还可快速实验系统及集中供热系统知识进行概要性了解。

进一步的，实验教学管理平台包括学生登录模块、教师登录模块、实验报告生成模块；其中，学生登录模块，用于学生登录系统并为其随机分配实验参数；教师登录模块，用于教师在后台实时观察学生操作及分析结果；实验报告生成模块，用于综合学生的虚拟仿真实验结果、实验过程中的随堂测试成绩，由系统自动生成实验报告。

基于上述半实物集中供热系统模拟装置与三维虚拟仿真模型，可完成多个实验项目，包括预置实验项目和自主实验项目，帮助学生理解掌握课堂所学理论知识。预置实验项目包括供热系统管路阻抗计算及特性曲线绘制、供热系统水压图绘制及其在运行中的应用、离心泵单泵及串并联运行性能实验、水泵变频运行节能效果验证实验、楼栋之间/楼内房间的水力平衡自动调节、室外气温与热负荷预测、智慧化运行调控实验等。自主实验项目是由学生根据自己的兴趣、思路或实际工程遇到的问题，基于该实验教学系统，自行设计并实施、操作或验证。例如，集中供热系统构成的认识实验、感知与调控系统认识实验、物联网技术架构认识实验、集中供热系统运行初调节实验、手动阀与电动阀的流量调节准确性对比实验、设备(如泵、阀、表具、传感器等的认识实验，分时分温供暖节能效果验证、围护结构保温性能对供暖能耗的影响及开窗通风对供暖能耗的影响，等等。

以下以“离心泵单泵、串并联运行性能实验”为例，来说明本发明实施方式工作过程：

1.打开电源，开启实验系统。

2.学生、教师通过浏览器注册和登录客户端。学生浏览实验系统客户端。学生通过视频、网页浏览等方式学习实验目的、实验原理、实验方法、实验结果处理方法。

3.学生根据实验方法开展实验，记录实验数据，绘制实验结果曲线。实验数据和实验结果曲线保存至云服务器。教师指导实验。

4.学生提交包含实验数据和实验结果曲线的实验报告至教师端。

5.教师查阅实验报告，给出实验成绩。教师端显示实验报告整体情况(合格率等)、实验耗时，实验存在问题等信息。

具体实验过程为：

(1)单泵实验

选择水泵105为例，进行实验说明。

A.水泵工频运行

1)实验开始前，水泵电源频率设定为50Hz；

2)全开水泵入口电动阀门107，出口电动调节阀114处于关闭状态，启动水泵；

3)全开出口电动调节阀114。待运行稳定，读取以下数据并记录：流量(热量表115)，进出口水温(热量表115)，泵进出口压力(压力传感器112与压力传感器113)，电机的瞬时功率、电流、电压、累积耗电量(智能电表)，电源频率、电机转数(变频器)；

4)逐次减小电动调节阀114开度，每次降低15％，共5次；系统运行稳定后，记录上述数据；

5)停泵，切断电源，结束实验。

B.水泵变频运行

1)电动调节阀114开度保持关闭不变；

2)以50Hz电源频率启动水泵；电动调节阀114开度调整为60％，之后保持不变；

3)改变电源频率，每次以频率梯度2Hz下调离心泵转速，当流量稳定时读取并记录数据；直到24Hz为止。

4)停泵，切断电源，结束实验。

(2)串联实验

1)将水泵104与水泵105组成串联形式：关闭阀门107、109，打开阀门106、108；电动调节阀114暂时关闭；

2)保持电源频率为50Hz；

3)同时启动水泵104和105，调整电动调节阀114开度至10％；待运行稳定后，读取并记录流量(热量表115)、前泵104入口压力(压力传感器112)与后泵105出口压力(压力传感器113)、两泵电参数。

4)逐次增大电动调节阀114开度，每次增大15％，直至100％开度，每次系统运行稳定后，记录上述数据；

5)停泵，切断电源，结束实验。

(3)并联实验

1)将泵104与泵105组成并联形式：关闭阀门108，打开阀门106、107、109；电动调节阀114暂时关闭；

2)保持电源频率为50Hz；

3)同时启动水泵104和105，调整电动调节阀114开度至10％；待运行稳定后，读取并记录流量(热量表115)、泵104入口压力(压力传感器112)与泵105出口压力(压力传感器113)、两泵电参数。

4)逐次增大电动调节阀114开度，每次增大15％，直至100％开度，每次系统运行稳定后，记录上述数据；

5)停泵，切断电源，结束实验。

在上述过程中，学生多次动手操作，训练实操技能。进一步地，学生可开展自主实验项目。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种基于半实物与三维仿真相结合的集中供热实验教学系统，其特征在于，包括半实物集中供热系统模拟装置、实验教学管理平台、三维虚拟仿真模型；其中，所述三维虚拟仿真模型与所述半实物集中供热系统模拟装置相连，用于以三维形式显示所述半实物集中供热系统模拟装置与工艺流程画面及参数；所述实验教学管理平台用于加载和操作三维虚拟仿真模型以及常规教学过程管理。

2.根据权利要求1所述的一种基于半实物与三维仿真相结合的集中供热实验教学系统，其特征在于，所述半实物集中供热系统模拟装置包括热源、供热管网、热用户、感知与调控单元；其中，所述热源，用于制备热水；所述供热管网包括一级网、换热站、二级网，所述一级网与所述二级网通过所述换热站相连；所述感知与调控单元，用于对所述半实物集中供热系统模拟装置各组成部件的运行状态进行实时采集和调控。

3.根据权利要求2所述的一种基于半实物与三维仿真相结合的集中供热实验教学系统，其特征在于，所述感知与调控单元包括感知层、数据传输层、调控层；所述感知层用于检测数据；所述数据传输层，用于将从所述感知层获取的数据传输到所述调控层；所述调控层用于根据检测数据进行决策。

4.根据权利要求1所述的一种基于半实物与三维仿真相结合的集中供热实验教学系统，其特征在于，所述实验教学管理平台安装在移动终端上，所述移动终端包括电脑、手持平板电脑、手机、可穿戴设备。

5.根据权利要求1所述的一种基于半实物与三维仿真相结合的集中供热实验教学系统，其特征在于，在所述半实物集中供热系统模拟装置中设置有透明管段。

6.根据权利要求3所述的一种基于半实物与三维仿真相结合的集中供热实验教学系统，其特征在于，还包括通过所述数据传输层将检测数据上传至云服务器，所述云服务器配有客户端软件系统，所述客户端软件系统将决策或操作指令通过所述数据传输层下发至本地服务器，所述本地服务器与手持终端通讯，所述手持终端为平板电脑，学生通过所述平板电脑将仿真模型与实物进行对照。

7.根据权利要求1所述的一种基于半实物与三维仿真相结合的集中供热实验教学系统，其特征在于，所述实验教学管理平台包括学生登录模块、教师登录模块、实验报告生成模块；其中，所述学生登录模块，用于学生登录系统并为其随机分配实验参数；所述教师登录模块，用于教师在后台实时观察学生操作及分析结果；所述实验报告生成模块，用于综合学生的虚拟仿真实验结果、实验过程中的随堂测试成绩，由系统自动生成实验报告。

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