一种用于共享教育的水泵远程综合实验平台的制作方法

本发明涉及工业控制技术领域，尤其涉及一种用于共享教育的水泵远程综合实验平台。

背景技术：

目前国内各高校给排水科学与工程专业一般需开设相关专业实验，其中包括水泵性能曲线实验、并联工况实验、调速运行工况实验、汽蚀试验等。现阶段水泵实验设备一般包括功率表、电机电源插座、光电转速仪、电动机、稳水压力罐、功率表开关、输水管道、水泵、流量调节阀、压力表、压力传感器、文丘里流量计、蓄水箱、进水阀、压力真空表、压差电测仪、电测仪稳压筒、压力表稳压筒、进水管道等。在水泵运行过程中，通过设备上安装的压力表、真空表等得出实验结果数据。

现阶段国内水泵实验平台可归为两种：一是由学生动手进行实验操作。由于实际操作必须根据实验指导书进行操作，要排除各种因素的影响，且实验中不可避免的存在系统误差，为得到准确的实验结果需进行多次实验，但在实际操作中，很难进行多次实验以得到准确的实验结果；且在实际操作中，在记录每一个数据前，需人为观察仪表数值，待其稳定后方可得到有效数据。以上导致购置了实验设备的高校仅能为本地学生提供实验机会，实验资源得不到充分利用，并且本地学生的实验过程存在不方便性、难以得到准确实验数据等缺点，而在缺乏实验条件的地区无法开展相关实验，学生缺乏实际操作机会，无法掌握实验操作能力，得不到切实直观的实验数据。

二是基于互联网的远程实验方案，主要是采用软件仿真实验平台进行网上仿真或虚拟实验，这种方案的实验现象和数据都是在理想情况下由软件计算得到的，完全由软件来虚拟化实验环境，不具有实验过程中应有的真实性，实验过程固化，不能模拟实际情况中存在的各种干扰因素和误差，实验虽便于了解实验过程，但实验效果难以比拟真实实验，对学生创新能力和发现问题意识的培养不利。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种依托于互联网与传感器等相关实验仪器，将水泵相关实验结合成一个的共享系统，从而在真实实验环境和条件下进行水泵相关实验。

一种用于共享教育的水泵远程综合实验平台，包括：多台水泵综合实验装置、服务管理器、以及用户终端；

所述多台水泵综合实验装置与服务管理器之间通过无线连接；所述服务管理器与用户终端之间通过无线连接；

所述水泵综合实验装置包括：水箱、压力罐；在水箱的出水口与压力罐底部的进水口之间通过水泵连通有进水管路，在压力罐上部的出水口与水箱顶部的进水口之间连通有回水管路；

在进水管路、回水管路上安装有用于泵性能曲线实验、并联工况实验、调速运行工况实验、汽蚀试验所需的数据采集装置；在水箱内设置有液位计。

进一步地，如上所述的共享教育的水泵远程综合实验平台，所述服务管理器包括：工控机、图像采集设备、处理模块、存储模块；

所述数据采集装置通过无线与工控机连接；所述图像采集设备通过数据总线与工控机连接；

所述工控机将数据采集装置以及图像采集设备得到的信息同通过无线的方式传送给处理模块；

所述处理模块与存储模块连接；存储模块用于存储数据处理模块处理的数据以及用于终端发送的数据。

进一步地，如上所述的共享教育的水泵远程综合实验平台，所述用户终端包括显示屏和操作设备；

所述显示屏和操作设备分别通过无线通信接口与所述处理模块连接。

进一步地，如上所述的共享教育的水泵远程综合实验平台，所述进水管路上安装有：进水闸阀、进水电磁阀、真空压力表、真空压力传感器、进水流量计；

所述进水闸阀、进水电磁阀、真空压力表、真空压力传感器、进水流量计安装在水泵的进水口与水箱底部的出水口之间的管路。

进一步地，如上所述的共享教育的水泵远程综合实验平台，包括至少2条所述进水管路，每条进水管路的出水通过压力罐进水管汇集到压力罐。

进一步地，如上所述的共享教育的水泵远程综合实验平台，所述回水管路上安装有：第一出水闸阀、出水压力表、出水压力传感器、出水电磁阀、第二出水闸阀。

有益效果：

本发明提供的用于共享教育的水泵远程综合实验平台，依托于互联网与传感器等相关实验仪器，将水泵相关实验结合成一个共享系统，在真实实验环境和条件下进行水泵相关实验，在用户端实时显示水泵的流量、压力、流速、温度、扬程、功率、效率，汽蚀余量等要求的测量参数。在保证实验真实性以及可操作性的前提下，可将结果进行输出、曲线绘制等，各传感器及其摄像头可将实验过程及数据实时展现在用户端上，用户通过远程操控可在移动便携设备输入实验前相关数据，并实时观察实验过程及数据，并导出相关实验数据表和曲线。

本发明在一定程度上解决了如今高校开设水泵实验存在的相关问题，并合理利用资源，为国内缺乏该实验条件的高校的给排水科学与工程专业的学生服务，通过共享远程实验，达到教学目的，实现共享教育理念。

附图说明

图1为本发明共享教育的水泵远程综合实验平台的整体结构示意图；

图2为本发明水泵综合实验装置结构图；

图3为本发明共享教育的水泵远程综合实验平台的具体细节结构示意图；

1-吸水管；2-水箱；3-液位计；4-进水闸阀；5-进水电磁阀；6-真空压力表；7-真空压力传感器；8-进水流量计；9-水泵；10-压力罐；11-第一出水闸阀；12-出水压力表；13-出水压力传感器；14-出水电磁阀；15-第二出水闸阀；16-压力罐进水管；17-压力罐出水管。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。

图1为本发明共享教育的水泵远程综合实验平台的整体结构示意图；如图1所示，本发明提供的一种用于共享教育的水泵远程综合实验平台，包括：多台水泵综合实验装置、服务管理器、以及用户终端；

所述多台水泵综合实验装置与服务管理器之间通过无线连接；所述服务管理器与用户终端之间通过无线连接。

本发明提供的共享教育的水泵远程综合实验平台，用户终端的形式为电脑客户端或移动终端等，管理服务器可连接至少一个用户终端。所述用户终端包括显示屏和操作部分，所述用户终端通过无线通信方式与所述处理模块连接。

本发明提供的共享教育的水泵远程综合实验平台，利用所述用户终端上配有的键盘或触摸屏，可控制管理服务器，进而控制远程控制多功能水泵实验装置，完成远程实验操作，获取实时实验影像及数据，通过管理服务器传至用户终端，完成一个共享远程水泵实验。

所述水泵综合实验装置可同时开展水泵平台验证实验、泵与泵站实验、仪表与控制实验等多项教学实验。实际应用中，该远程实验系统中可以有多个水泵综合实验装置，由管理服务器统一管理。

图2为本发明多功能水泵实验装置结构图，如图2所示，所述多台水泵综合实验装置包括：水箱2、压力罐10；在水箱2的出水口与压力罐10底部的进水口之间通过水泵9连通有进水管路，在压力罐10上部的出水口与水箱2顶部的进水口之间连通有回水管路；

在进水管路、回水管路上安装有用于泵性能曲线实验、并联工况实验、调速运行工况实验、汽蚀试验所需的各种测试装置；在水箱2内设置有液位计3。

本发明提供的用于共享教育的水泵远程综合实验平台，依托于互联网与传感器等相关实验仪器，将水泵相关实验结合成一个共享系统，在真实实验环境和条件下进行水泵相关实验，在用户端实时显示水泵的流量、压力、流速、温度、扬程、功率、效率，汽蚀余量等要求的测量参数。在保证实验真实性以及可操作性的前提下，可将结果进行输出、曲线绘制等，各传感器及其摄像头可将实验过程及数据实时展现在用户端上，用户通过远程操控可在移动便携设备输入实验前相关数据，并实时观察实验过程及数据，并导出相关实验数据表和曲线。

该远程实验系统中可以同时容纳多个用户终端通过网络访问管理服务器，各个用户终端之间独立存在，不同学生在不同的用户终端上进行实验。用户终端可以为电脑客户端，也可以为手机等移动终端，具体形式不做限定。

为了精确测量进水管路上各项参数，在所述进水管路上安装有：进水闸阀4、进水电磁阀5、真空压力表6、真空压力传感器7、进水流量计8；

所述进水闸阀4、进水电磁阀5、真空压力表6、真空压力传感器7、进水流量计8安装在水泵9的进水口与水箱2底部的出水口之间的管路。

优选地，本发明实施例提供的共享教育的水泵远程综合实验平台包括至少2条所述进水管路，每条进水管路的出水通过压力罐进水管16汇集到压力罐10。

为了精确测量回水管路上各项参数，所述回水管路上安装有：第一出水闸阀11、出水压力表12、出水压力传感器13、出水电磁阀14、第二出水闸阀15。

实验操作平台、传感器、计算机测控系统为测试回转动力泵的水力性能和汽蚀试验设计，测量流量q、扬程h、轴功率n、效率η等试验参数，打印试验报告，绘制各种性能曲线。系统可以完成的实验项目有：水泵性能曲线实验、并联工况实验、调速运行实验，汽蚀实验等。

所述水泵综合实验装置装置包括放在实验平台架上的水箱，水箱内装有液位计，从水箱底部进水的吸水管，其上装有进水闸阀、进水电磁阀、真空压力表、真空压力传感器，并通过进水连接机构与变频水泵进水端相连，进口处接有进水流量计。从水箱顶部回水的出水管路，其上装有出水控制阀、出水压力表、出水压力传感器、出水电磁阀、出水闸阀，其中从吸水管到出水闸阀，设有两套泵系统，对称布置、并联后接入压力罐，并设有压力罐进水管、压力罐、压力罐出水管。利用进水（出水）电磁阀调节开度，利用真空压力表测压力值、真空度，变频水泵可调节实验水泵频率，其外壳透明，可显示汽蚀情况。

图3为本发明共享教育的水泵远程综合实验平台的具体细节结构示意图，如图3所示，所述服务管理器包括：工控机、图像采集设备、处理模块、存储模块；

所述数据采集装置通过无线与工控机连接；所述图像采集设备通过数据总线与工控机连接；

所述工控机将数据采集装置以及图像采集设备得到的信息同通过无线的方式传送给处理模块；

所述处理模块与存储模块连接；存储模块用于存储数据处理模块处理的数据以及用于终端发送的数据。

所述用户终端包括显示屏和操作设备；

所述显示屏和操作设备分别通过无线通信接口与所述处理模块连接。

执行设备包括进水口、注水阀、水泵叶轮、压力罐、出水口。

所述执行设备、数据采集设备、图像采集设备分别通过有线通讯方式与中控机连接。

所述数据采集设备包括流量（抽水量）：流量传感器由压差电测仪读出文丘里流量计的测压管水头差；扬程（总扬程）：压力表；轴功率：功率传感器；效率：泵的有效功率与轴功率之比值；转速：光电转速仪；允许吸上真空高度及气蚀余量。

所述图像采集设备包括但不限于摄像机，所述摄像机固定于远程控制多功能水泵综合实验装置操作平台支架上，通过水泵综合实验装置支架与所述工控机连接。由于学生远离实验装置，不能去现场观察设备的运行，远端学生可通过摄像机来观察需要观察的设备。

采用“硬件设备实体-真实实验场景-远程操作面板”的模式，根据学生在用户终端输入的实验控制信息远程操控多功能水泵实验装置，开展所需相关专业实验。学生通过网络可以随时随地进行实验，而不需要专门到固定的实验室进行实验，实现了网络异地教学，对学生的创新能力和综合能力的提高可起到很大的促进作用。同时，实验中产生的实验数据为远程实验装置产生的真实数据，而并非是软件模拟仿真数据，为学生提供了便利的同时也能调动学生做是实验的积极性。另外，由于将实验硬件设置在远程实验设备上，对用户终端的硬件要求不高，学生可以在普通的电脑甚至是移动终端上完成实验。本发明实现了实验资源的社会共享，弥补了共享教育实践环节的不足，充分突显了共享教育在当下互联网环境下的新发展。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。