拼装式化工仿真设备的制作方法

本发明涉及一种拼装式化工仿真设备。适用于教育与展示领域。

背景技术：

化工、核电等相关流程工业的操作培训中两种较为先进的教学和展示手段为：1使用流程软件，2半实物设备的。目前这两种情况存在不同的缺点：流程软件的界面比较抽象，不能满足学习者对于实际工艺和设备的认知，且对于使用者来说需要较高的理论基础；而半实物设备占地较大，设备昂贵，且只能选择某一个具体工艺搭建，不能认知更多的工艺。

目前，一些学校和工厂会做一些沙盘作为展示品，但传统沙盘有一些缺点：如使用人员不能改变单元的位置，模型缺少内部的高精度数据计算，使用人员难以改变沙盘上设备的状态等。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种成本较低、生动直观的拼装式化工仿真设备。

本发明所采用的技术方案是：一种拼装式化工仿真设备，其特征在于包括：

外部控制器；

若干设备单元模型件，相互之间存在拓扑关系；该拓扑关系可以为物理连接关系、电路连接关系、通信信号传输、设备单元模型件两两配对后形成的拓扑结构或设备单元模型件之间画线后由线条产生的连接关系等；

拓扑结构获取模块，用于获取各模型件之间的拓扑结构信息；

所述外部控制器与拓扑结构获取模块通信，通过拓扑结构获取模块获取相连后各设备单元模型件之间的拓扑结构信息，并根据拓扑结构信息在外部控制器的仿真软件中生成相应的拓扑结构模型；外部控制器与各设备单元模型件通信，获取各模型件发出的信息，并根据模型件发出的信息结合相应的仿真模拟程序得出仿真结果，根据仿真结果向相应的模型件发送控制信号。

所述设备单元模型件包括：

若干化工设备模型件，具有至少一个第一连接单元；

若干阀门模型件，具有至少两个第一连接单元；

若干仪表模型件，具有一个可与所述第一连接单元插装配合的第二连接单元；

若干传输管道模型件，具有至少两个可与所述第一连接单元插装配合的第二连接单元；

集中控制模型件，各化工设备模型件、阀门模型件和仪表模型件经集中控制模型件与所述外部控制器通信。

所述第一连接单元包括数据传输触点、用于接收电力的第一电源触点和用于提供输出电力的第二电源触点；

所述第二连接单元与所述第一连接单元向相适配；

同一传输管道模型件上的第二连接单元之间经数据线相连。

所述化工设备模型件包括化工设备控制单元，该化工设备控制单元与该化工设备模型件上的第一连接单元电路连接。

所述化工设备控制单元电路连接开关。

所述阀门模型件包括阀门控制单元，阀门控制单元电路连接旋转变阻器，该阀门控制单元与该阀门模型件上的第一连接单元电路连接。

所述仪表模型件包括仪表控制单元，仪表控制单元电路连接显示模块，该仪表控制单元与该仪表模型件上的第二连接单元电路连接。

所述集中控制模型件包括集中控制单元，集中控制单元电路连接可与所述外部控制器通信的通信单元和至少一个所述第一连接单元。

所述集中控制模型件还包括电源模块，电源模块与该集中控制模型件的集中控制单元、通信单元和第一连接单元电路连接。

所述集中控制模型件具有用于获取各模型件经传输管道模型件相连组成的通信供电网络拓扑结构信息的所述拓扑结构获取模块。

本发明的有益效果是：

本发明中各化工设备模型件、阀门模型件之间可通过传输管道模型件相连，可根据不同的展示需求拼装出不同的连接形式，仪表模型件可根据需要插装在相应的化工设备模型件上。在教学过程中，通过动手拼装，有助于提升对化工设备的认识，使教学更加生动。

本发明中外部控制器获取经传输管道模型件相连后各模型件之间的拓扑结构信息，并根据拓扑结构信息在外部控制器的仿真软件中生成相应的拓扑结构模型，实现虚拟与现实的结合。

本发明可在外部控制器拓的扑结构模型中的对各个拼装件进行参数等的设置，并结合外部控制器从各模型件获取的相关信息、相应的仿真模拟程序得出仿真结果，外部控制器可根据仿真结果控制相应的仪表模型件显示相应的内容，实现虚拟结果现实输出，使仿真展示更加生动形象。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图。

图2为实施例1中一种化工设备模型件的电路框图。

图3为实施例1中一种化工设备模型件的示意图。

图4为图3的俯视图。

图5为实施例1中另一种化工设备模型件的电路框图。

图6为实施例1中另一种化工设备模型件的示意图。

图7为实施例1中一种阀门模型件的电路框图。

图8为实施例1中一种阀门模型件的的侧视图。

图9为实施例1中仪表模型件的电路框图。

图10为实施例1中仪表模型件的示意图。

图11为实施例1中集中控制模型件的电路框图。

图12为实施例1中一种传输管道模型件的电路框图。

图13为实施例1中一种传输管道模型件的示意图。

图14为实施例1中的一种拼装后完成的模型示意图。

1、化工设备模型件；2、阀门模型件；3、仪表模型件；4、传输管道模型件；5、集中控制模型件；6、外部控制器；7、第一连接单元；8、开关；9、显示模块；10、第二连接单元。

具体实施方式

实施例1：如图1所示，本实施例为一种拼装式化工仿真设备，包括外部控制器6、集中控制模型件5、若干用于模拟化工设备的化工设备模型件1、若干用于模拟阀门的阀门模型件2、若干用于模拟仪表的仪表模型件3和若干用于模拟化工管道的传输管道模型件4。

如图2～4所示，本实施例中各化工设备模型件对应模拟的不同化工设备具有不同形状的外壳，外壳形状与其所模拟的化工设备外形一致。化工设备模型件1内包括化工设备控制单元和至少一个第一连接单元7，化工设备控制单元与第一连接单元7电路连接。本例中在模拟泵的化工设备模型件上设有可供使用者操作的开关8，该开关与化工设备控制单元电路连接(见图5、图6)。

如图7、8所示，本例中各阀门模型件2对应模拟的不同阀门装置具有不同形状的外壳，外壳形状与其所模拟的阀门装置外形一致。阀门模型件2包括阀门控制单元、旋转变阻器和至少两个第一连接单元7，阀门控制单元电路连接旋转变阻器和第一连接单元7。本例中旋转变阻器可供使用者操作，通过旋转变阻器旋转过程中的阻值变化过程模拟器模拟阀门的开关过程。

本实施例中各仪表模型件3对应模拟的不同仪表具有不同形状的外壳，外壳形状与其所模拟的仪表外形一致。仪表模型件3包括仪表控制单元、显示模块9和一个第二连接单元10，仪表控制单元与显示模块9和第二连接单元10电路连接(见图9、10)。

传输管道模型件4包括至少两个第二连接单元10，同一传输管道模型件4上的第二连接单元10之间通过数据线相连(见图12、13)。

如图11所示，本实施例中集中控制模型件5包括集中控制单元、通信单元、电源模块和至少一个第一连接单元7，集中控制单元与通信单元和第一连接单元电路连接，可通过通信单元与外部控制器6通信，本例中通信单元采用蓝牙通信模块。电源模块包括锂电池和锂电池充电电路，该电源模块为集中控制模型件5内的集中控制单元和通信单元供电，还通过第一连接单元7向外供电。

第一连接单元7包括数据传输触点、用于接收电力的第一电源触点和用于提供输出电力的第二电源触点；第二连接单元10可与第一连接单元7插装连接，且第二连接单元10与第一连接单元7适配，在两者相连后可传输电力和数据。本例中第一连接单元7为lighting接口，第二连接单元10为lighting接头。

本例中可通过第一连接单元7与第二连接单元10插装配合实现集中控制模型件5、化工设备模型件1、阀门模型件2与传输管道模型件4、仪表模型件3之间的连接，各化工设备模型件和各阀门模型件2之间通过传输管道模型件4连接成通信和电力传输的网络，仪表模型件3通过插装在化工设备模型件1上实现接入该网络，集中控制模型件5通过传输管道模型件4接入该网络，与各模型件控制单元通信，并为该网络中的各模型件供电。

本实施例在集中控制模型件5的集中控制单元中具有拓扑结构获取模块，该拓扑结构获取模块用于获取该集中控制模型件接入的通信和电力传输网络中各模型件之间的拓扑结构信息。

外部控制器6为具有相应仿真软件的手机或平板电脑等，外部控制器6与集中控制模型件5通信，并通过集中控制模型件实现与集中控制模型件所在通信网络中的各个模型件通信。

本实施例具有乐高式的颗粒底板，化工设备、阀门模型件下端设有可与底板相适配的安装座，可通过安装座固定在底板上。

本实施例的使用方法如下：集中控制模型件5、各化工设备模型件1和各阀门模型件2通过传输管道模型件4按一定排布方式(可根据仿真试验的需求排布或根据外部控制器仿真软件中显示的拓扑结构进行排布)进行连接(图14)，形成通信和电力传输网络；集中控制模型件5经通信单元与外部控制器6通信。

本实施例的工作原理如下：

集中控制模型件5通过传输管道模型件4为与其直接或间接相连的其他模型件供电。

化工设备模型件1在获得集中控制模型件5提供的电力后，其控制单元将其身份识别信息往集中控制模型件5发送；具有开关8等的化工设备模型件1在获得集中控制模型件5提供的电力后，其控制单元将其身份识别信息和开关信息往集中控制模型件5发送。

阀门模型件2在获得集中控制模型件5提供的电力后，其控制单元将其身份识别信息和旋转变阻器的阻值信息往集中控制模型件5发送。

仪表模型件3在获得集中控制模型件5提供的电力后，其控制单元将其身份识别信息往集中控制模型件5发送。

集中控制模型件5通过传输管道模型件4采集与其直接或间接相连的的其他拼装件所发出的信息，通过拓扑结构获取模块获取该集中控制模型件所在的通信网络中各模型件的拓扑结构信息；集中控制模型件5通过通信单元将拓扑结构信息和其接收到的身份识别信息、阻值信息和开关信息发送给外部控制器6。

外部控制器6的仿真软件接收拓扑结构信息、身份识别信息、阻值信息和开关信息，并根据拓扑结构信息、身份识别信息(不同身份识别信息对应不同的设备模型)生成拓扑结构模型；使用者可在仿真软件中对拓扑结构模型的相关参数进行设置，仿真软件通过所设置的相关参数及接收到的阻值信息、开关信息等结合相对应的仿真模拟程序得出仿真结构；仿真结果需要显示在相应的仪表模型件上时，外部控制器6给集中控制模型件5发出相应控制信号。

集中控制模型件5接收外部控制器6发出的控制信号，并将控制信号发送给相应的仪表模型件3。

仪表模型件3接收到控制信号，根据控制信号在其上的显示模块9显示相应的内容。

实施例2：本实施例与实施例1基本相同，不同之处仅在于本实施例中个别化工设备模型件上设有声、光、电模块等，与化工设备控制单元电路连接，可根据外部控制器的控制信号进行变化。