CN113421472B - 一种基于物联网的室内电力实训系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于物联网的室内电力实训系统，包括：在实训室内搭建的模拟电网，所述模拟电网包括多个训练节点，训练节点设置有故障模拟训练模块；训练节点安装有相关的传感器，多个所述训练节点的相关传感器组成传感器组，所述传感器组和故障模拟训练模块均与安装在实训室内的物联网终端通信连接，所述传感器组将采集的数据发送至所述物联网终端；所述物联网终端与上位机通信连接。本发明能够模拟多种电网故障，对学员进行综合仿真实训，各训练现场从实训内容到情景氛围仿真还原实际工作场景典型案例，训练内容丰富且能够实际操作，大大提升了实训效果。

Description

一种基于物联网的室内电力实训系统

技术领域

本发明涉及电力实训技术领域，具体涉及一种基于物联网的室内电力实训系统。

背景技术

现有电力实训方法大多是先理论学习，然后车间实习、训练。但是这种实训方法学员实际操作学习不多，在车间实习时故障种类不多，且一般是参观实习和单一操作练习，无法贴近现实工作中发生的技能应用案例体验进行综合实习，因此现有电力实训方法的效果不佳。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供一种基于物联网的室内电力实训系统，以解决上述技术问题。

第一方面，本发明提供一种基于物联网的室内电力实训系统，包括：

在实训室内搭建的模拟电网，所述模拟电网包括多个训练节点，训练节点设置有故障模拟训练模块；

训练节点安装有相关的传感器，多个所述训练节点的相关传感器组成传感器组，所述传感器组和故障模拟训练模块均与安装在实训室内的物联网终端通信连接，所述传感器组将采集的数据发送至所述物联网终端；

所述物联网终端与上位机通信连接，接受上位机核心控制程序集中处理和控制。

进一步的，所述故障模拟训练模块包括：

答题训练模块，所述答题训练模块包括信息输入器，所述信息输入器与物联网终端通信连接；

动作训练模块，所述动作训练模块包括动作训练工具，所述动作训练工具安装在所述模拟电网的电线杆或定影故障处理场景的仿真电力设备上；

电路训练模块，所述电路训练模块包括故障线路接线节点，与物联网终端通信连接。

进一步的，所述传感器组包括：

动作监测传感器组和电路相关传感器组，其中电路相关传感器组包括电压传感器、电流传感器、电容传感器、电磁传感器、光电传感器和扭力传感器。

进一步的，所述信息输入器包括：

触屏输入系统、多路USB与门判断电路、触控式多与门判断电路、多路IC卡与门判断电路、多路干触点与门判断电路、铁磁式顺序判断电路、远程语音采集模块。

进一步的，所述动作监测传感器组包括：

霍尔传感器、金属接近开关、多路触控开关单片机判断电路、微波接近传感器、红外热释传感器、温度传感器、电流传感器、机械力传感器、激光对射模块和对射式红外栅栏。

进一步的，所述系统还包括：

执行器，所述执行器安装在实训室内，且所述执行器与物联网终端通信连接；

程控语音播放器、程控视频显示器和光效设备，程控语音播放器、程控视频显示器和光效设备均与物联网终端通信连接。

进一步的，所述物联网终端包括：

16进16出物联网模块，部署在各综合性实训隔间，根据接受的上位机指令控制，对各综合性实训隔间内的各种传感器和执行器进行控制；

8进2出物联网模块，部署在小型实训隔间，根据上位机的指令控制小型实训隔间内的各种传感器和执行器；

32进32出物联网模块，部署在集中控制室，采集各实训隔间的传感器信号和16进16出物联网模块的返回信号，并根据上位机指令控制程控语音播放器、程控视频显示器和光效设备。

进一步的，所述执行器包括：

电磁锁、电动滑门、电动吊桥、电控液晶膜。

本发明的有益效果在于，

本发明提供的基于物联网的室内电力实训系统，能够模拟多种电网故障典型案例场景，对学员进行技能综合应用性训练，训练内容丰富且能够实际操作，大大提升了实训效果。

此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例的系统的示意性流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

为了便于对本发明的理解，下面以本发明基于物联网的室内电力实训系统的原理，结合实施例对本发明提供的基于物联网的室内电力实训系统做进一步的描述。

具体的，请参考图1，基于物联网的室内电力实训系统包括：

S1、在实训室内搭建模拟电网，模拟电网需要包括电线杆、配电线路和常用仿真电力设备，其中，仿真电力设备应用于定影故障处理场景。搭建好后为模拟电网通电(12V仿真安全电流)。

S2、项目训练构建。

本项目将线路抢修、反窃电、抄核收等23个重要实训科目及硬件，通过物联网整合到一个智能实训平台上，学员在与智能平台的情景互动中以闯关的形式完成各项实操综合训练。上位机主控程序是整个平台的大脑，物联网智能控制终端部署在每个房间构成物联局域网，作为上位机“大脑”的“神经网络”，各类传感器和执行器通过接口技术改造接入物联网平台，支撑主控程序对实训现场的信号采集和远程控制，实现情景与学员的智能互动。

为使实际操作更加贴合故事情节，还根据实训装置技术特性，及考核要点，研发了多种基于可编程控制器技术的自动实训装置，实现了装表接电、电机正反转接线等项目的自主检测、在线控制和智能互动。装置均采用12V直流供电，保证了学员独立操作安全性。

借助主控程序，管理员可以在控制室内监控学员操作过程，可以向场外观众转播闯关实况；必要时也可以通过程序界面和手机APP控制端，对在线设备进行参数监控甚至远程干预，确保现场实训秩序和安全。

具体实训内容如下：

在集中控制机房服务器侧部署龙腾32进32出物联网智能控制器担任系统主干，负责接受处理各公共区域、各实训隔间出入关口的传感器信号，并控制程控背景音响子系统、程控视频播放子系统等功能子系统按照故事情节设计完成预定内容播放动作；采用龙腾16进16出物联网智能控制器担任各房间控制终端，负责对房间内微波传感器、接近开关、信号继电器、仿真电力实训装置内置电气传感器(电流、电压、扭力、铁磁等传感器)等传感器的信号采集和电推杆、电磁锁、自动门、电控液晶膜等执行器的在线控制；上位机编程开发的主控程序担任系统的“大脑”，负责根据各物联网智能控制终端上传的电信号，按照预先设定的流程图和逻辑关系，驱动不同房间电动执行器动作，相关信号收发同步反映在上位机(上位机界面和手机APP)上，以便后台管理员监控，保障实训秩序和现场人员设备安全。

本实施例中，故障模拟训练模块包括：答题训练模块，包括信息输入器，信息输入器与物联网终端通信连接，信息输入器包括：触屏输入系统、多路USB与门判断电路、触控式多与门判断电路、铁磁式顺序判断电路、远程语音采集模块，信息输入器用于采集学员的答案信息；动作训练模块，包括动作训练工具，动作训练工具安装在所述模拟电网的电线杆或电力设备上，用于采集反映学员的操作动作的电器传感信号；电路训练模块，包括故障线路节点。

相应的，传感器组包括：动作监测传感器组和电路相关传感器组，其中电路相关传感器组包括电压传感器、电流传感器、电容传感器、电磁传感器、光电传感器和扭力传感器。动作监测传感器组包括：霍尔传感器、金属接近开关、多路触控开关单片机判断电路、微波接近传感器、红外热释传感器、温度传感器、电流传感器、机械力传感器、激光对射模块和对射式红外栅栏等。

物联网终端通过传感器组和信息输入器获取学员在实训项目中的操作情况，判断操作情况的正确与否，然后控制执行器，若系统判断反映学员现场操作的电气传感信号触发顺序和信号强弱符合上位机程序对应逻辑控制拓扑，说明现场学员操作正确则控制对应实训隔间执行器播放现场任务引导音视频信号并开启门禁使学员通过。

具体实训项目例如：

利用STC89C51型单片机和HMI可编程触摸液晶屏独立开发四款仿真农网常见电表型号的自动装表接线实训台。具有分线自动判别和现实接线正确性，支持物联网上位机在线控制接口规范可以为上位机提供学员接线通关继电器信号状态量并接受其在线控制信号，装置全部使用12V低压直流电信号无学员独立操作触电危险。四种装表台全部接线正确后，可以通过上位机开启下一关门禁、工具柜门电磁锁并激活情景任务音视频播放，引导学员前往下一关。

借助触摸显示屏电脑作为搭载平台，结合10kV终端杆备料实训考核要点，运用VB编程技术开发答题界面和与物联网控制模块通讯的底层驱动程序，集成了微波传感器用于启动背景任务因和激活材料录入界面，与此同时，利用270度裸眼3D显示技术，在体验式实训区货仓实景房间中形象展示10kV终端杆的立体全景，引导学员在触屏终端上录入正确的物料编码完成考核。该实训装置安全可靠，能够灵活的随机抽取25项材料中的8件生成考核界面，在其微波传感器发现学员进入房间后，经过房间16进16出物联网终端报告上位机，驱动背景任务音播放，要求学员按照安装顺序、采集数量等要求正确录入物料编码，通关后，自动开启通关电磁门。

答题项目中，系统在设计上参考团队拓展训练，引入了互动式教学和沉浸式体验理念，以台式PC为子平台，利用可编程串口继电器结合多种传感器、触发器、时间继电器组、3D显示器和物联网控制继电器技术，使用VB编程开发的一款多接口多输出综合答题系统。台式PC终端通过与物联网模块通讯获得人员进入房间信号，联动激活任务提示视频和相应串联数独、团队拓展训练机关，答题程序在学员完成前段机关后自动显示，并提示学员以10秒为周期，组队抢答安全实训问题，累计回答对15个方可通关，由PC通讯物联网上位机开启通往系要关的电磁门。试用过程中，学员需要始终以团队配合的形式完成系列闯关，房间内在答题系统控制的声光效果和360度裸眼3D显示效果下进行环境渲染，需要团队配合才能按对按钮的抢答系统，实操安全指示记忆效果远超常规背诵。

以原有实训台接线板为基础开展技术改造，仅保留接线板上设备布局和主线路，将原线路中强电电源更换为直流5V、12V电源，依托XZ232X4Y4型可编程串口继电器开发就地完成接线正确性检测和自动任务提示的计算机程序实现学员在触屏终端文字任务提示引导下完成接线实操和结果检测。通过开发专用信号转换模块将就地计算机检测回的评判结果通过物联网模块上传主控机联动任务音视频和门禁系统，操作全程不存在接触强电风险。该型实训台有效集成了触摸屏、可编程串口继电器、三相电机调速接线板和电动安全闸门，能够分阶段通过文字任务提示窗口和触屏按钮与学员形成互动，杜绝了独立接线时的触电风险，实现了无人自动检测和与上位机主控程序的在线通讯。

配电线路相关实训：

(1)实训室入口走廊采用灯光渲染。

(2)播放试题内容，接收学员通过触摸屏输入的答案。

(3)模拟了飞船的物资仓库场景，由多个货架和答题机组成。学员从货架上众多种类的物料中甄别出屏幕上缺失的物料编码，并按照组装顺序将物料相应的将编码输入到答题机方可。

(4)放置了人工急救假人，学员在背景任务配音提示下按规程规范“救活”假人才能激活低压排故仿真实训设备。在进行低压排故前，学员还需完成低压排故流程实训模块答题操作，才能拿到低压排故所用的工具，正确排除低压排故实训装置上预设的故障后才能通过考核。

(5)考察学员对电机正反转接线、星角启动线路的熟练掌握程度，前者需要学员在仿真电机控制装置的二次回路上通多实际接线和关键部件安装，补全正反转控制接线，后者需在学员模拟接线实训版上，使用描绘有线路图纸关键部分图案的ic卡正确补全系统完成接线图纸，现场所有反映学员操作的电气传感量在上位机侧判定正确，方能远程控制隔间内声光效果和任务提示多媒体信号激活，电控液晶膜及门禁动作，引导学员通往下一关考核。

(6)通过任务语音引导学员观看现场播放的无人机拍摄线路视频的方式，要求学员从中找出视频中展示的所巡视线路存在的装置性故障缺陷，并在“星盘”上用道具正确的标示，才能出发上位机侧本隔间实训控制子程序认定操作合格，并激活隔间内电控液晶膜玻璃投影出下一关的任务提示信息，并通过多媒体播放内容引导学员进入最终实训关卡。

(7)将断线修复抢修工作业务流程与相关技能全面融入场景中，学员需要完全按照现场实际使用事故应急抢修单、完成业务知识问答和现场装置性违章纠错等操作任务关卡方能拿到需用的工器具；在抢修过程中需要按照业务流程逐步完成相应的动作操作、问题提问、设置专人监护动作方能通关，任何一个关键考评点的遗漏都能够被系统发现并在现场语音提示下重新开始，完全按照标准操作要求完成供电线路断线钳压修复方可通过全部考评，穿过电控门禁离开仿真实训考核区。

营销专业技能实训：

(1)采用蓝色灯光地板，使体验着一进入密室就仿佛身处异域空间的感觉。密室大门关闭后，根据情境设置暗藏在墙内的投影仪会自动投放任务视频语音，体验者根据提示在规定的时间内连续答对问题，安全工器具橱柜自动打开，拿去个人安全工器具后，暗室的门自动打开，进入密室2。

(2)从暗室进入密室2，接听电话接受客户新上变压器任务，通过观察所处环境及电话提示内容，在触摸屏上点选用户信息，完成业扩报装书，得到通关密码。进入密室3。

(3)房间内的四面墙分别彩绘出四种场景，每一面墙下都有一张电能表接线台，台子上各放有一只型号不同的仿真电能表，需要体验者通过在第一关拿到的个人安全工器具及房间内事先放置的导线连接正确，接线台下方的暗柜打开得到下关所用通关道具。密室4门禁自动打开。

(4)通过一些列谜语提示、罗盘指引、手环解锁等提示找处三个密码(远程抄表电脑激活密码，电脑开机密码，采集系统权限密码)，通过现场抄记、远程抄表等方式，采集电表信息，计算出用户追补电量。作为通关密码进入密室5。

(5)墙上设有接线拼图，正确拼对错误接线分析图，得到相位伏安表等必需工具。再对伪装成电表箱的电能表错误接线实训装置上完成电能表误接线分析，并追补出电量，在密码器上数据正确的追补电量数据才能穿过电子门禁进入密室6。

(6)墙上设有两组倒计时炸弹，学员需要在有限时间内根据现场任务视频提示找到被窃电分子破坏的电能表(预设3处考核点)，并根据其窃电原理计算追补电量，从而根据情景预设获得工具箱开启密码，拿到可以打断炸药的导线手枪，接触情景任务中预设的爆炸威胁，即可全部通关离开实训区。

综合专业培训：

(1)运用培训所学的心肺复苏技巧救活假人，根据墙面空缺的企业文化标语从题库中找到正确用语，完成6道行政能力测验题目，自己动手接好房间的照明电路，完成电网员工基础测试。

(2)找到常见装修规格下家庭配电箱位置，接通电源。在电脑中完成基本办公软件能力测试和知识问答考核，得到电控抽屉密码。拿到录音笔，获得全球能源互联网相关报告录音内容，结合所学在地图上找到相应的省份，学会成为一名合格的文秘人员。

(3)隔间在学员进入时发出空气环境控制失效警报声，现场文字线索提示学员在规章制度中找到关键信息，获得并录入空调系统核心设置参数，消除警报。在情景预设团建游戏中运用基本的电力知识完成多到测试题目通关。

本实施例中用到的物联网终端、故障模拟训练模块、传感器组合以及执行器如表1所示。

表1实训室设备列表

尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种基于物联网的室内电力实训系统，其特征在于，包括：

在实训室内搭建的模拟电网，所述模拟电网包括多个训练节点，训练节点设置有故障模拟训练模块；

训练节点安装有相关的传感器，多个所述训练节点的相关传感器组成传感器组，所述传感器组和故障模拟训练模块均与安装在实训室内的物联网终端通信连接，所述传感器组将采集的数据发送至所述物联网终端；

所述物联网终端与上位机通信连接；

所述故障模拟训练模块包括：

答题训练模块，所述答题训练模块包括信息输入器，所述信息输入器与物联网终端通信连接；

动作训练模块，所述动作训练模块包括动作训练工具，所述动作训练工具安装在所述模拟电网的电线杆或仿真电力设备上；

电路训练模块，所述电路训练模块包括故障线路接线节点；

所述系统还包括：

执行器，所述执行器安装在实训室内，且所述执行器与物联网终端通信连接；

程控语音播放器、程控视频显示器和光效设备，程控语音播放器、程控视频显示器和光效设备均与物联网终端通信连接；

所述物联网终端包括：

16进16出物联网模块，部署在各综合性实训隔间，根据接收的上位机指令控制，对各综合性实训隔间内的各种传感器和执行器进行控制；

8进2出物联网模块，部署在小型实训隔间，根据上位机的指令控制小型实训隔间内的各种传感器和执行器；

32进32出物联网模块，部署在集中控制室，采集各实训隔间的传感器信号和16进16出物联网模块的返回信号，并根据上位机指令控制程控语音播放器、程控视频显示器和光效设备；

管理员借助主控程序对在线设备进行参数监控和远程干预，确保实训现场秩序和安全；

物联网终端通过传感器组和信息输入器获取学员在实训项目中的操作情况，判断操作情况的正确与否，然后控制执行器，若系统判断反映学员现场操作的电气传感信号触发顺序和信号强弱符合上位机程序对应逻辑控制拓扑，说明现场学员操作正确则控制对应实训隔间执行器播放现场任务引导音视频信号并开启门禁使学员通过。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传感器组包括：

动作监测传感器组和电路相关传感器组，其中电路相关传感器组包括电压传感器、电流传感器、电容传感器、电磁传感器、光电传感器和扭力传感器。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信息输入器包括：

触屏输入系统、多路USB与门判断电路、触控式多与门判断电路、多路IC卡与门判断电路、多路干触点与门判断电路、铁磁式顺序判断电路、远程语音采集模块。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述动作监测传感器组包括：

霍尔传感器、金属接近开关、多路触控开关单片机判断电路、微波接近传感器、红外热释传感器、温度传感器、电流传感器、机械力传感器、激光对射模块和对射式红外栅栏。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述执行器包括：

电磁锁、电动滑门、电动吊桥、电控液晶膜。

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