汽轮机监测与保护虚拟仿真实验
汽轮机是大型火电机组中的重要设备,汽轮机监测(TSI)和保护(ETS)系统对其安全、经济运行有重要影响。汽轮机运行条件极端,TSI和ETS系统设备价格昂贵,相关实验的开展一直是一个难点。本实验项目利用三维图形、虚拟现实、云计算等先进技术手段,通过开展三维虚拟实验,使学生更充分地了解汽轮机的结构和工作原理,了解TSI和ETS系统的组成和工作原理;在此基础上,开展任务导向的虚拟仿真实验,通过三维虚拟操作,完成汽轮机TSI和ETS系统的安装、调试、检修任务,培养学生进行汽轮机TSI和ETS系统安装、调试、检修的基本技能和实践能力...
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技术架构

  汽轮机监测与保护虚拟仿真实验教学项目的开放运行依托于开放式虚拟仿真实验教学管理平台的支撑,二者通过数据接口无缝对接,保证用户能够随时随地的通过浏览器访问该项目,并通过平台提供的面向用户的智能指导、自动批改服务功能,尽可能帮助用户实现自主的实验,加强实验项目的开放服务能力,提升开放服务效果。

  开放式虚拟仿真实验教学管理平台以WebGL轻量化模型技术、三维可视化技术、多媒体技术和网络技术为依托,采用面向服务的软件架构开发,集三维模型仿真、原理演示、创新设计、智能指导、虚拟实验结果自动批改和教学管理于一体,是具有良好自主性、交互性和扩展性的虚拟实验教学平台。

  支撑项目运行的平台及项目运行的架构共分为五层(如下图所示),每一层都为其上层提供服务,直到完成具体虚拟实验教学环境的构建。

 

系统架构图


(1)数据层

  汽轮机监测与保护虚拟仿真实验教学项目涉及到多个子系统的虚拟实验组件及数据,这里分别设置虚拟实验的基础零部件库、实验课程库、典型实验库、标准答案库、规则库、实验数据、用户信息等来实现对相应数据的存取和管理。

(2)支撑层

  支撑层是虚拟仿真实验教学与开放共享平台的核心框架,是实验项目正常开放运行的基础,负责整个基础系统的运行、维护和管理。支撑平台包括以下几个功能子系统:安全管理、服务容器、数据管理、资源管理与监控、域管理、域间信息服务等。

(3)通用服务层

  通用服务层即开放式虚拟仿真实验教学管理平台,提供虚拟实验教学环境的一些通用支持组件,以便用户能够快速在虚拟实验环境完成虚拟仿真实验。通用服务包括:实验教务管理、实验教学管理、理论知识学习、实验资源管理、智能指导、互动交流、实验结果自动批改、实验报告管理、教学效果评、项目开放与共等,同时提供相应集成接口工具,以便该平台能够方便集成第三方的虚拟实验软件进入统一管理。

(4)仿真层

  仿真层主要针对该项目进行相应的设备结构可视化展示、工作原理可视化展示、实验场景构建及展示、设备虚拟操作过程和操作工艺仿真、人机交互操作开发和构建,提供通用的设备虚拟操作仿真器,并为应用层提供实验结果数据的格式化输出。

(5)应用层

  基于底层的服务,最终汽轮机组监测与保护虚拟仿真实验项目教学与开放共享。该框架的应用层具有良好的扩展性,实验教师可根据教学需要,利用服务层提供的各种工具和仿真层提供的相应的器材模型,设计各种典型实验实例,最后面向学校开展实验教学应用。


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