(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210707868.X (22)申请日 2022.06.21 (71)申请人 中国计量大 学 地址 310018 浙江省杭州市下沙高教园区 学源街258号 (72)发明人 赵鹏　闫琦　石婉婷　许金建　 张凯　孙斌　 (74)专利代理 机构 重庆信必达知识产权代理有 限公司 5 0286 专利代理师 刘会锋 (51)Int.Cl. G09B 5/14(2006.01) G09B 5/06(2006.01) G06F 9/451(2018.01) G06Q 50/20(2012.01) (54)发明名称 一种桌面型过程控制远程实验教学平台 (57)摘要 本发明提供一种桌面型过程控制远程实验 教学平台， 包括： 服务器端、 采集端、 客户端。 采用 TCP/IP协议实现远程数据交互； 采用RTMP推流技 术实现远程沉浸式实验； 紧凑型桌面过程控制硬 件平台可以满足温度、 流量、 液位、 压力等工业参 数的对象特性参数实验、 单闭环控制实验、 串级 控制实验的远程实验教学。 解决了高校过程控制 系统实验教学设备台套数不足、 设备体积大、 教 学效率低等问题， 同时解决高校学生无法到实验 室聚集性实验的问题。 权利要求书2页 说明书5页 附图6页 CN 115171448 A 2022.10.11 CN 115171448 A 1.一种桌面型过程控制远程实验教学平台， 其特征在于： 包括服务器端(1)、 客户端(2， 3)、 采集端； 所述采集端包括计算机(4)、 数据采集模块(5)、 紧凑型桌面过程控制实验装置 (6)； 所述紧凑型桌面过程控制实验装置包括框架(7)、 电气箱(8)、 变频器(9)、 下储水箱 (10)、 下平台(11)、 水泵(12)、 推流摄像头(13)、 管路(14)、 流量计(15)、 液位变送器(16)、 上 水箱(17)、 压力变送器(18)、 调节阀(19)、 温度实验模块(20)、 固定支架(21)、 上平台(22)； 水泵(12)的进出口分别使用软 管与下水箱(10)和管路(14)连接 。 2.根据权利要求书1所述的服务器端， 其特征在于： 包括预约管理功能、 数据交互功能、 云端报告生成功能； 所述预约管理功能使用数据库记录学生预约及实验完成情况； 所述数 据交互功能使用TCP /IP协议将采集端的数据与客户端的数据进 行交互； 所述云端报告生成 功能将学生 客户端生成的实验报告上传至服 务器。 3.根据权利要求书1所述的客户端， 其特征在于： 包括学生客户端和教师客户端； 所述 学生客户端包括登陆界面、 预约界面、 实验界面、 报告生成界面； 所述登陆界面可以进行用 户信息填写并登陆； 所述预约界面可以预约使用设备和实验时间； 所述实验界面可以进行 实验选择与操作； 所述报告生成界面可以自动生成实验报告并上传至服 务器。 4.根据权利要求书3所述的实验 界面， 其特征在于： 包括实验选择界面、 数据处理界面、 声画界面； 所述 实验选择界面进 行实验项目选择， 包括 “两点法”或“切线法”对象特性 实验、 “经验公式法 ”或“临界比例度法 ”单闭环控制实验、 串级控制实验； 所述实验选择界面可以 选择温度、 流量、 液位、 压力为被测对象参数； 所述数据处理界面包括对 象特性参数求取界 面、 PID参数整定界面； 所述声画界面使用RTMP推流摄像技术观测实验现场仪表及装置状 态。 5.根据权利 要求书1所述的上水箱， 其特征在于： 上水箱上盖有一个进水孔(171)， 下盖 有三个开孔， 分别是溢流孔(172)、 排水孔(173)、 取压孔(174)， 溢流孔(172)与溢流管(175) 连接， 排水孔(173)与手动球阀(177)连接， 取压孔(174)与液位传感器连接， 上水箱中间有 稳流挡板(176)， 挡板上下边缘各有一个方形开口； 所述溢流管(175)用于防止实验 时水位 过高导致外 溢； 所述挡板(176)用于防止水流冲击所产生的液位波动， 挡板上下边缘方孔用 于保持挡板 两侧液位高度相同。 6.根据权利要求书1所述的温度实验模块， 其特征在于： 包括PT100温度传感器(201)、 上通风盖(202)、 隔热外 壳(203)、 支柱(204)、 下通风盖(205)、 风扇(206)、 固定基座(207)、 铜柱(208)、 加热棒(209)； 所述隔热外壳(203)为双层隔热结构， 中间填充隔热棉； 所述加热 棒(209)用于加热铜柱(208)， 通过调整加热棒的输入电压调节加热功率， 铜柱(208)温度由 PT100温度传感器(201)测量； 所述隔热外壳(203)、 上通风盖(202)、 下通风盖(205)上分别 开通风孔(2031、 2021、 2051)， 用于空气流通， 风扇(206)采用吹风的方式带走铜柱热量， 提 高降温速率。 7.根据权利要求书1所述的电气箱， 其特征在于： 包括电源模块、 温度变送模块、 电流电 压转换模块、 调压模块、 变频器； 所述电源模块， 用于水泵、 仪表、 变频器、 调压模块的供电； 所述温度变送模块， 用于将PT100的阻值转换成电信号； 所述电流电压转换模块， 用于将仪 表的电流输出转换成电压信号； 所述调压模块， 输出端与加热棒(209)连接， 通过改变输入 电压值， 调节输出电压， 用于调节加热棒(209)的加热共功率； 所述变频器， 输出端与水泵 (12)连接， 通过调整变频器的频率， 调节水泵的功率。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115171448 A 28.根据权利要求书1所述的数据采集模块， 其特征在于： 包括 四通道的模拟量输入与两 通道的模拟量输出； 所述模拟量输入通道用于分别用于采集温度、 流量、 液位、 压力仪表的 输出电信号； 所述模拟量输出分别用于控制变频器和调压模块， 从而分别控制水泵和加热 棒。 9.一种桌面型过程控制远程实验教学平台的实验方法， 使用权利要求1至8中的任意一 种实验教学平台， 其特 征在于， 实验步骤为： 步骤一： 实验准备， 在服务器端和采集端分别部署软件； 打开实验装置电源， 将变频器调制 “run”状态， 调整调节阀(19)开度， 使水泵最大功率工作时上水箱(17)的液位高度接近但不 超过溢流管(175)的高度。 步骤二： 在用户计算机上安装客户端， 打开学生客户端， 填写个人信息并授权使用摄像头权限 和隐私声明， 进入预约界面； 实验人员选择预约日期及时间段， 进行预约登记； 服务器端根 据预约信息自动分配设备并记录 。 步骤三： 打开学生客户端， 填写个人信息并授权使用摄像头权限和隐私声明， 在预约的时间段 内进入实验界面； 实验人员在实验选择界面进行实验项目选择， 包括 “两点法”或“切线法” 对象特性 实验、“经验公式法 ”或“临界比例度法 ”单闭环控制实验、 串级控制实验， 可以选择 温度、 流量、 液位、 压力为被测对象参数， 点击 “开始实验 ”； 实验过程中可以进入声画界面查 看现场仪表及 装置实时状态； 实验过程中客户端摄像头会随机拍摄实验人员的实验过程及 实验状态。 步骤四： 服务器端将采集端数据与客户端数据进行交互， 对被控参量进行测量， 对执行器进行 控制， 并将实验过程曲线显示在客户端实验界面。 步骤五： 学生客户端点击 “结束实验 ”， 进入数据处理界面对数据进行处理， 包括对象特性参数 求取界面、 PID参数整定界面； 步骤六： 学生客户端点击 “生成报告 ”， 自动生成本地实验报告， 并将报告上传到服务器， 实验报 告包括个人信息、 实验项目、 实验参数、 实验结果及实验过程拍照。 步骤七： 教师客户端可以对实验人员 信息查验、 对实验设备状态监控、 对预约信息进行管理、 对 实验报告 进行批阅。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115171448 A 3