[发明专利]一种产学研结合的场景式远程实验教学装置及设计方法

权利要求书

1.一种产学研结合的场景式远程实验教学装置，其特征在于，包括：数据硬件平台和实验场景部分；

所述数据硬件平台包括算法运行控制器、数据同步器和工业实验服务器；所述实验场景部分包括实验系统三维设备及场景模型、模拟控制中心、数据同步系统、实验服务系统及仿真监控界面；

所述算法运行控制器，用于实现对被控实验系统的远程控制；

所述数据同步器，用于通过通讯协议将工业应用场景的实际生产数据同步到工业实验服务器上，并存储供实验调取和比对；

所述工业实验服务器，用于连接实际生产数据、实验系统三维设备及场景模型、所述算法运行控制器及理论教学，以形成完整的产学研试验系统；

所述实验系统三维设备及场景模型为以实际生产设备及场景为蓝本制作的三维影像模型，能够实时显示系统的运行状况，且设备均能通过三维剖面清晰展示；

所述模拟控制中心为被控实验系统中控室，包括不同级别的管理员操作站，各个站内对应有相关的监控界面及控制等级区别；

所述数据同步系统，用于将实际生产数据按时进行同步，供实验系统所用；

所述实验服务系统，用于对实验资源进行合理调度和优化，保证实验系统的有效运行和数据传递；

所述仿真监控界面为可视化的监控界面，直接关联设备运行数据，还原实际生产中控制室的监控画面，实验认知更全面。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述算法运行控制器，用于基于MATLAB/Simulink搭建被控实验系统中控制对象和/或实验系统的原理框图，并通过real-timeworkshop生成可执行代码，且在可执行代码运行过程中，用户能够随时调节被控实验系统的各变量。

3.一种产学研结合的场景式远程实验教学装置的设计方法，其特征在于，包括：

(1)搭建被控实验系统的数据硬件平台，其中，所述数据硬件平台包括算法运行控制器、数据同步器和工业实验服务器；

(2)通过数据同步器实现数据同步，并与工业应用场景的实际生产数据接口进行数据对接，实现数据实时同步传输和存储功能；

(3)通过算法运行控制器实现被控实验系统的远程控制；

(4)通过算法运行控制器搭建被控实验系统的三维设备及场景模型；

(5)利用组态软件搭建中控室监控界面，并将需要的现场数据采集点数据、监控界面监控数据与实验运行数据关联；

(6)通过工业实验服务器连接实际生产数据、实验系统三维设备及场景模型、所述算法运行控制器及理论教学，以形成完整的产学研试验系统。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(3)包括：

(3.1)抽象出被控实验系统的控制对象和/或实验系统的控制原理，并根据控制原理建立相对应的数学模型；

(3.2)根据建立的数学模型，在MATLAB/Simulink中搭建原理框图，并根据实际运行状况进行控制原理的仿真验证，将验证无误的数学模型作为仿真模型；

(3.3)通过修改过的Simulink的Real-Time Workshop运行方式，将运行步长作为变量，使得操作者能够在运行过程中进行步长更改，灵活调整运行时长，最后实现实验系统的远程控制。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，步骤(4)包括：

(4.1)获取实验系统的三维设备外观及布置全貌，再利用三维建模软件进行被控实验系统中各控制对象的三维模型重建，还原实际生产场景；

(4.2)制作数据模型接口，将三维模型与数学模型对应的变量参数关联，并根据实际工程需要关联三维模型动作。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述算法运行控制器、所述数据同步器和所述工业实验服务器均为分立的单独设备，各设备间通过数据互通进行连接，各设备之间没有相互干扰，可以集中部署也可以分布式部署。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述实验系统的三维设备及场景模型均通过三维扫描重建或直接三维绘制而成，可以根据控制对象的改变来修改和更换三维模型。