一种虚拟核电站仿真教学系统与构建方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种仿真教学系统，尤其是设及一种虚拟核电站仿真教学系统与构建 方法。
【背景技术】
[0002] 虚拟现实技术是近年来出现的一项高新技术，是利用电脑模拟产生一个=维空间 的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般， 可W及时、没有限制地观察S度空间内的事物。虚拟现实在大型工业系统中也得到了广泛 的应用。它可W逼真地仿真构筑物、系统和设备的设计、安装和运行。
[0003] 核电站由于其安全性需求，禁止人员随意出入，该就对核电专业的人员培训带来 了很大的困难，很难实现现场培训与实践。该使得面向核电站的虚拟现实教学很有必要，很 有价值。目前国内在核电站虚拟仿真的应用研究方面，从早期简单的厂房和系统的漫游、设 备的拆装，已逐渐拓展到与设备的虚拟维修、人因工程相关的各个方向，其中还应该包括与 人因工程紧密相关的各个仪表、测控方面。
[0004] 在虚拟现实教学方面，发达国家已经开始普及，政府投入巨资在海洋、天体物理、 分子生物等学科领域建造了各自的虚拟实验室，开展了探索性研究并取得实质性进展。一 些政府部n，正在制定计划将其所属的科研机构过渡到虚拟实验室环境中。目前，越来越多 的科学家已投入到构筑一个覆盖全美国的虚拟实验室的工作中来。
[0005] 在我国，虚拟实验的开展起步较晚。在工业领域中，虚拟仪器在航天、车辆、仪表等 行业的应用日益广泛。在教育领域，已有部分高校初步建立了虚拟实验。例如：清华大学利 用虚拟仪器构建了汽车发动机检测系统；华中理工大学机械学院工程测试实验室将其虚拟 实验成果在网上公开展示，供远程教育使用；四川联合大学基于虚拟仪器的设计思路，研制 了 "航空电台二线综合测试仪"；复旦大学、上海交通大学、广州暨南大学等一批高校也开 发了一批新的虚拟实验系统用于教学和科研。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种便于培训、数据 全面、教学效果好、操作便捷、易实现的虚拟核电站仿真教学系统与构建方法。
[0007] 本发明的目的可W通过W下技术方案来实现：
[000引一种虚拟核电站仿真教学系统，用于核电站的模拟真实数据的仿真教学，所述的 仿真教学系统包括依次连接的OPC客户机、数字仿真机、服务器组、无线网络和在线虚拟客 户端，所述的服务器组包括应用服务器、数据库服务器和Web服务器，所述的应用服务器分 别与数字仿真机和数据库服务器连接，所述的数据库服务器通过无线网络与在线虚拟客户 端连接。
[0009] 所述的OPC客户机包括基于Matl油的数据源和基于工业组态软件的数据源，所述 的基于Matl油的数据源和基于工业组态软件的数据源分别与数字仿真机连接。
[0010] 所述的数字仿真机为OPC服务器。
[0011] 所述的无线网络包括依次连接的因特网、防火墙和交换机，所述的因特网与数据 库服务器连接，所述的交换机分别与Web服务器和在线虚拟客户端连接。
[0012] 所述的数据库服务器包括静态数据库服务器和动态数据库服务器。
[0013] 所述的在线虚拟客户端包括虚拟模拟工业对象模块、虚拟仪表模块、虚拟操作盘 模块和虚拟操作员模块，所述的数据库服务器分别与虚拟模拟工业对象模块、虚拟仪表模 块、虚拟操作盘模块和虚拟操作员模块连接。
[0014] 一种构建虚拟核电站仿真教学系统的构建方法，包括W下步骤：
[0015] 1)根据核电站设备的实际尺寸，构建核电站基础S维模型；
[0016] 2)根据电站基础=维模型的实际数据和动态系统运行参数，分别构建静态数据库 和动态数据库，所述的静态数据库的数据包括设备的名称、设备编号、尺寸信息、材质、设计 参数、功能和工作原理，用于教学中的自定义查询功能，所述的动态数据库包括动态的保存 系统运行参数，包括温度、压力、流量和功率的实时数据；
[0017] 3)根据建立交互式客户端程序。
[0018] 所述的步骤3)中的交互式客户端程序的基本功能包括虚拟环境的漫游、=维对 象的交互式访问和设备查询与定位。
[0019] 所述的步骤3)中的交互式客户端程序的功能还包括虚拟人物行走、场景视角的 改变、设备状态的刷新和虚拟设备操控、调节及查询。
[0020] 所述的静态数据库服务器中的数据包括核电站设备的名称、设备编号、尺寸信息、 材质、设计参数、功能和工作原理，用于教学中的自定义查询功能，所述的动态数据库服务 器中的动态数据为系统的运行参数，包括温度、压力、流量和功率的实时数据。
[0021] 与现有技术相比，本发明具有W下优点：
[0022] 一、便于培训；本发明解决了由于核电站安全性需求，禁止人员随意出入，无法对 核电专业的人员培训的困难，实现了核电站安全操作的在线培训。
[0023] 二、数据全面、教学效果好：虚拟仿真系统与运行数据互联，W数据、模型动作、变 形等方式体现实际运行参数，同时进行虚拟仪表的设计与实现，能够实现仪表的全方位的 仿真，并且能够通过互联网交互使用。
[0024] =、操作便捷、易实现；本操作系统结构简单，操作和维护容易，能够适应绝大部分 的核电站教学工作。
【附图说明】
[0025] 图1为本发明的结构示意图。
[0026] 图2为动态数据接入示意图。
[0027] 图3为仿真数字虚拟仪表的执行流程图。
[002引其中，1、0PC客户机，11、基于Matl油的数据源，12、基于工业组态软件的数据源， 2、数字仿真机，3、服务器组，31、应用服务器，32、数据库服务器，33、Web服务器，4、无线网 络，41、因特网，42、防火墙，43、交换机，5、在线虚拟客户端，51、虚拟模拟工业对象模块，52、 虚拟仪表模块，53、虚拟操作盘模块，54、虚拟操作员模块。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0030] 实施例；
[0031] 如图1所示，本发明提出一种虚拟核电站仿真教学系统，用于核电站的模拟真实 数据的仿真教学，仿真教学系统包括依次连接的OPC客户机1、数字仿真机2、服务器组3、无 线网络4、在线虚拟客户端5,服务器组3包括应用服务器31、数据库服务器32和Web服务 器33,应用服务器31分别与数字仿真机2和数据库服务器32连接，数据库服务器32通过 无线网络4与在线虚拟客户端5连接。
[003引OPC客户机1包括基于Matl油的数据源11和基于工业组态软件的数据源12,基 于Matl油的数据源11和基于工业组态软件的数据源12分别与数字仿真机2连接，数字仿 真机2为OPC服务器，无线网络4包括依次连接的因特网41、防火墙42和交换机43,因特 网41与数据库服务器32连接，交换机43分别与Web服务器33和在线虚拟客户端5连接， 数据库服务器32包括静态数据库服务器和动态数据库服务器。
[0033] 在线虚拟客户端5包括虚拟模拟工业对象模块51、虚拟仪表模块52、虚拟操作盘 模块53和虚拟操作员模块54,数据库服务器32分别与虚拟模拟工业对象模块51、虚拟仪 表模块52、虚拟操作盘模块53和虚拟操作员模块54连接。
[0034] 其特点是在Web环境下，不仅能提供核电站反应堆、蒸汽发生器等主要设备的虚 拟=维模型的漫游、查询和学习，而且可W与核电站控制系统或数字仿真机进行对接，根据 实际数据控制设备的运作、实时数据的展示、水、汽等工质的变化展示，实现符合现实逻辑 的互动式仿真教学，现有的虚拟现实系统大多只提供漫游、简单互动等功能。本发明提出的 虚拟仿真教学系统不同于现有大多数的虚拟现实系统，在提供虚拟核电站漫游和互动的同 时，通过工业组态软件的OPC接口、Matl油的OPC接口或数据库的访问，建立虚拟现实系统 与实际运行数据的联系，该就使得虚拟教学系统能够实现设备本体、仪表、操作盘、工作介 质的实时参数准确的动态展示。能够更有效地将核电站的运行过程展示给用户，达到超越 现实、现场教学的效果。
[0035] 核电站虚拟现实仿真系统整体上是一个互联网应用系统，包括客户端和服务器端 两部分，客户端主要实现用户的接入、交互等操作。服务器端包括数据库服务器、应用服务 器和Web服务器组成。多台服