CN212933902U - 一种可远程共享的水面曲线演示实验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可远程共享的水面曲线演示实验系统。包括可电脑操控的水面曲线演示实验装置、服务管理器及用户终端；可电脑操控的水面曲线演示实验平台与服务管理器之间通过互联网连接；服务管理器与用户终端之间通过互联网连接；可电脑操控的水面曲线演示实验装置包括：电控柜、触摸屏电脑、PLC控制系统、摄像头、变坡轴承、电动闸板A、底坡水准泡、液位计、电动闸板B、闸板锁紧轮、升降杆、升降机构、回水管路、电磁流量计、出水闸阀、出水电磁阀、水箱、进水闸阀、出水管路、出水电磁阀、稳压孔板、恒压水箱和变频泵。本实用新型解决了高校开设水面曲线演示实验存在的问题，解决仿真模拟实验缺乏真实体验的问题，实现共享教育理念。

Description

一种可远程共享的水面曲线演示实验系统

技术领域

本实用新型涉及教育教学及工业控制技术领域，尤其涉及一种可远程共享的水面曲线演示实验系统。

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，其中包括水面曲线演示实验等。现阶段实验设备一般包括自循环供水器、可控硅无极调速器、变坡底槽、闸板、底坡水准泡、变坡轴承、长度标尺、闸板锁紧轮、垂向滑尺、带标尺的升降杆、升降机构等。在水力学实验运行过程中，通过设备上安装的带标尺的升降杆、垂向滑尺、电磁流量计等得出实验数据，进而调控升降机构和闸板得到实验现象。

现阶段国内水面曲线演示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，需人为观察尺子、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。

发明内容

本实用新型的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种依托于可电脑操控的水面曲线演示实验装置、互联网与用户终端等相关设备，将水面曲线演示实验平台结合成一个的共享系统，用户在真实实验环境和条件下开展水面曲线演示实验。

一种可远程共享的水面曲线演示实验系统，包括：1个或多个可电脑操控的水面曲线演示实验装置、服务管理器以及1个或多个用户终端。

所述可电脑操控的水面曲线演示实验装置与服务管理器之间通过互联网 (有线或无线)连接；所述服务管理器与用户终端之间通过互联网(有线或无线)连接。

所述可电脑操控的水面曲线演示实验装置包括：电控柜、触摸屏电脑、PLC 控制系统、摄像头、变坡轴承、电动闸板A、底坡水准泡、液位计、电动闸板B、闸板锁紧轮、升降杆、升降机构、回水管路、电磁流量计、出水闸阀、进水电磁阀、水箱、进水闸阀、出水管路、出水电磁阀、稳压孔板、恒压水箱和变频泵。

在水箱的进水口与出水口之间通过可远程操控的变频泵连通有进出水管路，在恒压水箱下部的出水口与水箱进水口之间连通有回水管路，同时水流经实验管路后会通过回水管路流回水箱；所在实验管路上装有变坡轴承、电动闸板A、液位计、电动闸板B、电磁流量计和可远程操控的电磁阀；通过PLC控制系统PLC信号线(采集)信息和PLC信号线(控制)进行数据的实时处理与转化；PLC系统与计算机进行数据的传输和传入；摄像头同样通过信号线(采集) 连接到PLC控制系统并传输到计算机可进行实验的实时监控，开启变频泵后，由电磁阀向恒压水箱注水，水流流过液位计和电磁流量计时传输信号到PLC控制系统测得水深和流量，从而计算出该流量下的临界底坡，控制变坡轴承改变水槽坡度，同时调节电动闸板形成不同的水面曲线。

进一步，如上所述的可远程共享的水面曲线演示实验系统，所述服务管理器含一个管理平台，管理平台包括可电脑操控的水面曲线演示实验装置的登录接口及用户登录及选择某台可电脑操控的水面曲线演示实验装置开展相关实验的接口，服务管理器与可电脑操控的水面曲线演示实验装置之间通过互联网(有线或无线)连接；服务管理器与用户终端通过互联网(有线或无线)连接。

进一步，如上所述的可远程共享的水面曲线演示实验系统，所述用户终端包括计算机或手机；所述手机或计算机通过互联网(有线或无线)与服务管理器的操作平台连接，远程操控所选择的可电脑操控的水面曲线演示实验装置，完成水面曲线演示实验。

进一步地，如上所述的可远程共享的水面曲线演示实验系统，所述可远程操控的电磁阀与可远程操控的变频泵可调节管路的流量；所述电磁流量计可测得管路内流量；所述摄像头可远程监控实时实验真实情况，看到实验现象；所述变坡轴承可调整水槽底坡坡度；所述液位计可测量水深；所述电动闸板可调控上下游水位，以形成不同水面线型；把所测的数据通过采集传输到PLC控制系统，数据反映在电脑触摸屏上，计算临界底坡，通过调节水槽底坡坡度的大小与电动闸板的升落可形成不同的水面曲线；PLC控制系统、触摸屏电脑及电气设备集成在电控柜中。

有益效果：

本实用新型提供的可远程共享的水面曲线演示实验系统，依托于互联网与传感器等相关实验仪器，将水面曲线演示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面曲线演示相关实验，在用户端实时显示各测点的流量、流速、水槽底坡坡度、水深等要求的测量参数。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，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或计算机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。

本实用新型在一定程度上解决了如今高校开设水面曲线演示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为本实用新型可远程共享的水面曲线演示实验系统的原理图。

图2为本实用新型可电脑操控的水面曲线演示实验装置结构示意图。

图中标记：1-电控柜；2-触摸屏电脑；3-PLC控制系统；4-摄像头；5-变坡轴承；6-电动闸板A；7-底坡水准泡；8-液位计；9-电动闸板B；10-闸板锁紧轮；11-升降杆；12-升降机构；13-回水管路；14-电磁流量计；15-出水闸阀； 16出水电磁阀；17-水箱；18进水闸阀；19-出水管路；20-出水电磁阀；21-稳压孔板；22-恒压水箱；23-变频泵。

图3为本实用新型可电脑操控的水面曲线演示实验装置的原理图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

实施例：

图1为本实用新型可远程共享的水面曲线演示实验系统的原理图；本实施例提供的一种可远程共享的水面曲线演示实验系统，包括：3个可远程共享的水面曲线演示实验平台、服务管理器以及30用户终端；

所述可电脑操控的水面曲线演示实验装置与服务管理器之间通过互联网 (有线或无线)连接；所述服务管理器与用户终端之间通过互联网(有线或无线) 连接。

本实用新型提供的可远程共享的水面曲线演示实验系统，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。

本实用新型提供的可远程共享的水面曲线演示实验系统，利用所述用户终端上配有的键盘或触摸屏，进入管理服务器中的操作平台，进而控制所选择的可电脑操控的水面曲线演示实验装置，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，完成一个水面曲线演示实验。

所述可远程共享的水面曲线演示实验系统可同时开展水面曲线演示实验平台教学实验。实际应用中，该远程实验系统中可以有多台可电脑操控水面曲线演示实验装置，由管理服务器统一管理。

图2为本实用新型可电脑操控的水面曲线演示实验装置结构示意图；如图2 所示，所述可电脑操控的水面曲线演示实验装置包括：电控柜1、触摸屏电脑2、 PLC控制系统3、摄像头4、变坡轴承5、电动闸板A6、底坡水准泡7、液位计8、电动闸板B9、闸板锁紧轮10、升降杆11、升降机构12、回水管路13、电磁流量计14、出水闸阀15、出水电磁阀16、水箱17、进水闸阀18、出水管路19、进水电磁阀20、稳压孔板21、恒压水箱22和变频泵23。

在水箱17的进水口与出水口之间通过可远程操控的变频泵23连通有进出水管路，在恒压水箱22下部的出水口与水箱17进水口之间连通有回水管路13，同时水流经实验管路后会通过回水管路13流回水箱17；所在实验管路上装有变坡轴承5、电动闸板A6、液位计8、电动闸板B9、电磁流量计14和可远程操控的出水电磁阀16；通过PLC控制系统3信号线(采集)信息和PLC控制系统3 信号线(控制)进行数据的实时处理与转化；PLC控制系统3与计算机进行数据的传输和传入；摄像头4同样通过信号线(采集)连接到PLC控制系统3并传输到触摸屏电脑2进行实验的实时监控，开启变频泵23后，由出水电磁阀16 向恒压水箱22注水，水流流过液位计8和电磁流量计14时传输信号到PLC控制系统3测得水深和流量，从而计算出该流量下的临界底坡，控制变坡轴承5 改变水槽坡度，同时调节电动闸板形成不同的水面曲线；PLC控制系统3、触摸屏电脑2及电气设备集成在电控柜1中。

本实用新型提供的可远程共享的水面曲线演示实验系统，依托于互联网与传感器等相关实验仪器，将水面曲线演示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面曲线演示相关实验，在用户端实时显示各测点的流量、流速、水槽底坡坡度、水深等要求的测量参数。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，各传感器及其摄像头4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或计算机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。

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 18、进水电磁阀20。

所述进水闸阀18、进水电磁阀20安装在变频泵23的进水口与恒压水箱22 底部的出水口之间的管路

为了精确测量回水管路13上各项参数，所述回水管路13上安装有：电磁流量计14、出水闸阀15和出水电磁阀16。

所述出水闸阀15、出水电磁阀16安装在变频泵23与水面曲线实验管路末端之间的管路。

所述水面曲线实验管路安装电动闸板A6和电动闸板B9，电动闸板A6安装于水槽上游，电动闸板B9安装在水槽下游，通过变坡轴承5调节水槽底坡坡度后，升落电动闸板A6和电动闸板B9可形成不同的水面曲线，实验平台上装有摄像头4，可直观观察水面曲线形态。

进一步，如上所述的可远程共享的水面曲线演示实验系统，所述服务管理器含一个管理平台，管理平台包括可电脑操控的水面曲线演示实验平台的登录接口及用户登录及选择某台可电脑操控的水面曲线演示实验装置开展相关实验的接口，所述服务管理器与可电脑操控的水面曲线演示实验装置之间通过互联网(有线或无线)连接。

所述服务管理器与用户终端通过互联网(有线或无线)连接。

进一步，如上所述的可远程共享的水面曲线演示实验系统，所述用户终端包括计算机或手机。

所述手机或计算机通过互联网(有线或无线)与服务管理器的操作平台连接，远程操控所选择的可电脑操控的水面曲线演示实验装置，完成水面曲线演示实验。

所述数据采集设备包括流量：由回水管路13上的电磁流量计14测得；水槽高差改变量由变坡轴承5控制；水深由液位计8测得。

所述图像采集设备包括但不限于摄像头4，所述摄像头4固定于可电脑操控的水面曲线演示实验装置操作平台支架上，与PLC控制系统3相连，进而与触摸屏电脑2相连，在触摸屏电脑2上显示及控制(远景或近景)。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头4来观察设备的运行情况及相关实验现象或实验结果。

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可电脑操控的水面曲线演示实验装置，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。本实用新型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实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种可远程共享的水面曲线演示实验系统，其特征在于可远程共享的水面曲线演示实验平台包括：1个或多个可电脑操控的水面曲线演示实验装置、服务管理器以及1个或多个用户终端；

所述可电脑操控的水面曲线演示实验装置包括：电控柜（1）、触摸屏电脑（2）、PLC控制系统（3）、摄像头（4）、变坡轴承（5）、电动闸板A（6）、底坡水准泡（7）、液位计（8）、电动闸板B（9）、闸板锁紧轮（10）、升降杆（11）、升降机构（12）、回水管路（13）、电磁流量计（14）、出水闸阀（15）、出水电磁阀（16）、水箱（17）、进水闸阀（18）、出水管路（19）、进水电磁阀（20）、稳压孔板（21）、恒压水箱（22）和变频泵（23）；

进水闸阀（18）、进水电磁阀（20）安装在变频泵（23）的进水口与恒压水箱（22）底部的出水口之间的管路；

出水闸阀（15）、出水电磁阀（16）安装在变频泵（23）与水面曲线实验管路末端之间的管路；

在水箱（17）的进水口与出水口之间通过可远程操控的变频泵（23）连通有进出水管路，在恒压水箱（22）下部的出水口与水箱（17）进水口之间连通有回水管路（13），同时水流经实验管路后会通过回水管路（13）流回水箱（17）；所在实验管路上装有变坡轴承（5）、电动闸板A（6）、液位计（8）、电动闸板B（9）、电磁流量计（14）和出水电磁阀（16）；通过PLC控制系统（3）信号线采集信息和PLC控制系统（3）信号线控制进行数据的实时处理与转化；PLC控制系统（3）与触摸屏电脑（2）进行数据的传输和传入；摄像头（4）同样通过与信号线连接到电控柜（1）并传输到触摸屏电脑（2）进行实验的实时监控，开启变频泵（23）后，由出水电磁阀（16）向恒压水箱（22）注水，水流流过液位计（8）和电磁流量计（14）时传输信号到PLC控制系统（3）测得水深和流量，从而计算出该流量下的临界底坡，控制变坡轴承（5）改变水槽坡度，同时调节电动闸板形成不同的水面曲线。

2.根据权利要求1所述的可远程共享的水面曲线演示实验系统，其特征在于，所述服务管理器含一个管理平台，管理平台包括可电脑操控的水面曲线演示实验装置的登录接口及用户登录及选择某台可电脑操控的水面曲线演示实验装置开展相关实验的接口，服务管理器与可电脑操控的水面曲线演示实验平台之间通过互联网有线或无线连接；服务管理器与用户终端通过互联网有线或无线连接。

3.根据权利要求1所述的可远程共享的水面曲线演示实验系统，其特征在于，所述用户终端包括计算机或手机；所述手机或计算机通过互联网有线或无线与服务管理器的操作平台连接，远程操控所选择的可电脑操控的水面曲线演示实验装置，完成水面曲线演示实验。

4.根据权利要求1所述的可远程共享的水面曲线演示实验系统，其特征在于，所述出水电磁阀（16）与可远程操控的变频泵（23）调节管路的流量；所述电磁流量计（14）测得管路内流量；摄像头（4）可远程监控实时实验真实情况，看到实验现象；所述变坡轴承（5）调整水槽底坡坡度；液位计（8）测量水深；电动闸板A（6）、电动闸板B（9）调控上下游水位，以形成不同水面线型；把所测的数据通过采集传输到PLC控制系统（3），数据反映在触摸屏电脑（2），计算临界底坡，通过调节水槽底坡坡度的大小与电动闸板的升落形成不同的水面曲线；PLC控制系统（3）、触摸屏电脑（2）及电气设备集成在电控柜（1）中。

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