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建筑设备监控虚实结合一体化实训装置

一、装置概述

建筑设备监控虚实结合一体化实训装置要求是一款集3D资源学习、虚拟仿真训练、DDC编程与上位机组态监控、过程评价考核于一体的综合性实训装置，适用于建筑电气与智能化、建筑智能化工程技术等专业中的《建筑设备监控系统》、《建筑电气控制技术》、《建筑给排水与空调工程》、《供配电与照明》等主干课程的理论教学与实践教学，采用虚实结合模式，将虚拟场景与实际控制器进行信号连通，满足系统信号的控制与反馈，培养学生在点位设计、接线、编程、集成、开发、调试、运行、检修及维护等方面的专业技术能力。

二、产品结构

（1）物理架构

建筑设备监控虚实结合一体化实训装置采用虚实结合模式，具备不少于8个虚拟仿真应用场景以供学生进行仿真训练，同时采用DDC控制器与仿真场景进行真实信号通讯。

（2）软件架构

要求产品软件部分采用C/S（客户端/服务器）架构。该架构是基于内部网络的应用系统，充分发挥客户端PC的处理能力，很多工作在客户端处理之后再提交给服务器，增加客户端响应速度，将应用程序与服务器分离，系统具有稳定性和灵活性，适用于局域网，安全性高。

要求客户端是采用基于.NET平台的WinForm程序，一方面起到调用并定位Unity3D虚拟仿真程序的功能，同时兼具WEB容器功能，可灵活扩展更多互联网平台的业务功能；另一方面客户端通过与服务器的数据通讯，减少Unity3D虚拟仿真程序本地运行压力，增加了虚拟仿真程序运行稳定性和安全性。

三、技术要求

（1）输入电压：AC220V±10% 50HZ

（2）工作电压：DC12V、DC24V；

（3）过载保护：装置带漏电保护、通道过载保护，带熔断器；

（4）工作环境：温度-10℃～+40℃ 相对湿度＜85%(25℃)  海拔＜4000m

（5）加工工艺：装置CNC加工工艺，表面拉丝处理；

（6）装置外形尺寸：不小于L935mm×W170mm×H428mm

（7）提供建筑设备监控虚拟仿真实训装置软件的软件著作权证书；

（8）提供建筑设备监控虚拟仿真实训装置软件的软件测试报告；

四、功能要求

（1）支持多种虚拟仿真场景

虚拟仿真场景数量≥8个，包括但不限于空调新风系统、空调回风系统、空调水系统、给水系统、排水系统、电梯监控系统、照明监控系统、供配电系统等软件场景。要求提供上述8个虚拟仿真场景的软件界面截图。

（2）采用虚实结合模式

装置由管理层、控制层、现场层三个原理结构层组成，仿真真实工程系统运行，并满足控制单元与仿真系统进行实际信号交互。

1）管理层：即上位机电脑，可进行DDC的编程与组态软件的编辑

2）控制层：控制器模块

3）现场层：建筑设备监控的8个子系统软件场景及配套的设备模块。

（3）支持多种教学模式

要求具备学、练、考三种模式，覆盖用户实训教学的各个环节，可结合数字资源多维度了解实训过程，并通过虚拟仿真达到反复训练，同时具备过程评价考核功能，达到检验学习效果的目的。

（4）支持多种品牌的真实DDC通讯

通过SuperIO信号处理模块以实体跳线的连接方式，将仿真软件与真实DDC进通讯连接，学生可以按设计的点位进行跳线连接。

（5）支持仿真软件内部进行点位分配

学生可以跟据设计自由分配DDC的I/O点位；硬件端口可在软件中自由定义，适配数字量输入与输出、模拟量（0-10V）输入与输出。要求提供仿真软件的点位分配功能的软件界面截图。

（6）支持DDC编程功能

学生在DDC配套软件（CPT Tools）中按设计的点位进行策略编程。要求提供DDC编程软件程序界面截图不少于一张。

（7）支持上位机组态监控

同步监控仿真场景设备的状态与执行情况。

（8）支持多种控制模式

支持就地与远程控制两种模式。软件内部需要配置调试按钮，对软件场景内的参数进行设置，对事件进行触发；远程控制由DDC进行监控。

（9）支持故障设置与排除

仿真场景内部可以设置各类电气故障，学员排除故障后提交故障信息，并手动排除。

（10）支持实体信号测量

支持实体万用表进行虚拟仿真输入输出信号的测量，包括但不限于开关量信号、0-10V模拟信号。

（11）具备3D资源库

设备种类≥30个，包含3D设备模型（可旋转）、设备描述、功能参数、安装说明、接线说明、通信端子等内容。要求提供软件设备3D模型截图，单个模型截图不少于10张。

（12）支持远程更新

软件支持联网情况下更新。

五、教学模式要求

建筑设备监控虚实结合一体化实训装置，具备学习、练习和考核三种模式，覆盖用户实训教学的各个环节，可结合数字资源多维度了解实训过程，并通过虚拟仿真达到反复训练，同时具备过程评价考核功能，达到检验学习效果的目的。

（1）学习模式

用户进入学习模式操作界面后，该产品提供任务来源、任务描述、能力目标、相关知识与技能、知识准备、设备认知、理论学习等内容。完成每个训练任务的知识准备和理论知识学习，系统将自动完成理论水平测试。

1）实训目的：了解训练任务完成后应能够全面掌握的基本技能、关键技能、知识目标和职业素养目标；

  2）DDC控制图纸：I/O点位表、DDC电气接线图等；

  3）相关知识与技能模块：提供与训练任务相关的专业理论知识学习。

  4）设备认知模块：包含每个训练任务使用到的设备，展示设备详情。可查看设备信息，例如设备3D模型、产品描述、技术参数等产品介绍；3D模型展可以任意360°旋转，可放大缩小，可任意移动位置，从而认知设备外形。对于复杂设备，可通过爆炸图分解元件内部结构，帮助学生学习元件内部结构原理。

（2）练习模式

用户进入练习模式，该装置提供3D模拟实训场景，学员可以通过鼠标或键盘控制视角在场景中任意漫游，并且可以进行建筑设备监控系统仿真操作。同时系统提供教学视频、操作手册、系统接线图、示范操作任务等相关资料，通过展示设备结构、接线效果、操作指引和功能演示，让用户了解任务内容和场景，掌握实操方法和结果演示。可完成DDC的点位分配、程序编辑、组态监控等操作；

在进行实训练习模式时，通过协议转换中间件的I/O点位配置功能，实现与外部硬件（SuperIO信号转换模块与真实DDC控制器）通讯。

（3）考核模式

用户进入考核模式界面后，系统提供3D模拟实训场景，学员按照实训任务的考核评分标准内容，要求完成建筑设备监控系统实训任务。每个训练任务均有具体考核评分标准考核项，每完成一考核项，则显示该项考核通过；当所有考核项全部通过，该任务考核通过。系统将自动完成结果评价和自动打分，完成过程评价考核。

六、配置清单

七、硬件装置及配套附件说明

（1）虚拟仿真实训终端

1）工业外观设计，CNC加工工艺，表面拉丝处理

2）工作电压：DC12V、DC24V

3）CPU：   Intel I5 4300U 1.9G双核处理器

4）内存：4G DDR3

5）硬盘：64G固态硬盘

6）显卡：Intel HD Graphics 4400核心显卡

7）分辨率：不低于1920*1080

8）显示器：IPS 21.5"液晶显示器

9）通讯接口：2个USB   2.0；1个无线WIFI，1个VGA，1个COM口，1个RJ45口

10）标准配件：鼠标键盘、出厂合格证、售后服务卡、纸箱包装

11）提供CCC认证证书

12）提供ROHS认证证书

（2）SuperIO信号处理模块

1）SuperIO信号处理模块是基于自主研发的协议转换板卡，一端通过各种接口及协议与硬件装置进行数据交互，经过转换的信号，通过另一端与软件运行电脑的串口进行连接，做到让虚拟仿真软件能够识别硬件装置的信号。

2）支持多种通信接口并存：USB2.0、COM口、VGA口、共27组数据通道，其中至少24组通道以上均支持DI、DO、AI、AO自适应端口。

3）测量电压AC/DC 0-50V，精度千分之一；ADC测量精度：10位

4）嵌入式安装于虚拟仿真实训终端；

（3）虚拟仿真实训终端系统软件

1）虚拟仿真实训终端系统软件运行在虚拟仿真实训终端后台，将SuperIO信号处理模块与应用软件连通，使信号可正常进行输送与反馈，是虚实结合一体化实训装置必不可缺少的中间件软件。

2）提供虚拟仿真实训终端系统软件的软件著作权证书；

3）提供虚拟仿真实训终端系统软件的软件测试报告；

（4）DDC控制器

1）模拟量输入：8通道，12位元。支持电流电压、电阻和热电偶；电压 0-10V(±0.01V)，0-5V(±   0.01V)；电流 4-20mA(±0.01mA)，0-20mA(±0.01mA)；电阻 0-30K(±10 Ohm)，0-10K（±5 Ohm），0-1.5K(±1   Ohm)；热电阻 NTC: 10K TYPE 2/3，3K，20K（±0.1°C） RTD:1K Balco，1K；Platinum（±0.2°C）

2）数字输入：4通道。热敏传感器 NTC 10K Type 2/3, 20K(±0.1ºC), 12-Bit ADC

3）数字输出：8通道。类型 继电器,SPST NO,48Vac/30Vdc, 2A

4）模拟量输出：4通道，12位元。电流：0-20mA，4-20mA   （负载电阻达到 800Ω）；电压：0-10V

5）接口 1 EIA-485 两线,半双工

6）协议 Modbus RTU, BACnet MSTP

7）BACnet Speed: 9.6K, 19.2K,   38.4K, 57.6K, 76.8K bit/s   Data Bit:8   bits, Parity: None

8）Modbus Data Bit:8 bits, Parity:   None, Even,Odd    Speed: 9.6K, 19.2K,   38.4K, 57.6K, 115.2K bit/s

9）尺寸 不小于196mm(长)×122 mm（宽）×42mm(高)

10）采用DDC控制器进行模块化定制，与虚拟仿真实训终端内的仿真场景及设备进行通讯

11）DDC硬件端口全部引到模块面板上，所有端子都必须具有短路、过压、漏电保护。

（5）电源模块

1）电源输入：AC220V±50HZ，电源接口接入方便、安全

2）多种电源输出：AC24V/2A、DC12V、DC24V/2A等

3）漏电保护：漏电开关、具有短路、过载、漏电保护功能

4）选用高灵敏漏电保护断路器：工作电流：6-25A，分断能力：4.5KA，漏电动作电流：10mA

5）采用跳线模式：多模块组合，插接方便、安全、便捷

（6）模块固定架

1）实训装置台架用于安装虚拟仿真实训终端、控制器及电源模块；

2）其设计新颖、美观实用，体积适中，稳定性好，可直接固定在实训台上；

3）采用优质钣金工艺，磷化，喷塑，钢板采用不小于1.2mm，结构坚实连接可靠。

4）无棱角，防止学生划伤。

5）具有稳定牢固，美观大方，布局合理，空间利用率高的优点

（7）编程终端

1）CPU:Intel i5-1035G4处理器 4核

2）内存：8G DDR4；

3）硬盘：128G SSD

4）显示器：12.3英寸 分辨率：2736×1824

5）视频接口：USB Type-C

6）USB接口：Type-C

7）音频接口：3.5mm

8）厚度：7.1mm-9mm

9)材质：镁合金，全摩擦铰链多角度一体式支架

10）连接：WiFi功能，蓝牙功能

11）平板电脑二合一

12）配置原装键盘与Surface触控笔

13）屏幕比例：3：2   触控10点触控

（8）配套线缆

1）虚拟仿真实训终端外置接线端子，控制仿真设备内虚拟设备的运行；并配备实训连接导线：ø2mm*0.3mm²*1000mm每台不小于50根。

2）配套RJ45网络跳线2m 1根；

（9）CPT编程软件

CPT软件是是一款做的比较成功的编程软件，通过内置大量HVAC控制逻辑及模块，不懂DDC编程的人员也能迅速入门。支持Workbench图形化编程工具；支持远程实时编程；内置大量HVAC控制逻辑及模块；P2P，历史记录，日程，报警，Email，NTP，DNS等一系列高级功能。

八、实训项目

（1）空调新风系统的仿真控制实验、空调回风系统的仿真控制实验、空调水系统的仿真控制实验

1）空调系统的结构与原理的认识实验

2）机电设备及传感器设备的认识实验（3D模型、功能描述、安装接线）

3）DDC设备的认识实验

4）开关量设备单点控制与反馈实验：送风机、排风机、冷水机组、冷却塔、水泵、电动蝶阀、电磁阀等的控制、状态传输实验；水流开关、液位开关、压差开关、防冻开关等的状态反馈实验

5）模拟量设备的控制与反馈实验：电动调节阀（冷水、热水）、风阀驱动器（新风、回风、排风）的开度控制及状态传输实验；温度传感器（室内、风管）、湿度传感器、液位传感器

6）空调风系统（新风、回风、排风）点位设计

7）空调水系统（冷水、热水）点位设计

8）空调风系统考工系统实验

9）空调水系统考工系统实验

10）DDC编程与虚拟场景联动实验

11）DDC的组态监控实验

（2）给水系统的仿真控制实验、排水系统的仿真控制实验

1）给排水系统的结构与原理的认识实验

2）给排水设备及传感器设备的认识实验（3D模型、功能描述、安装接线）

3）DDC设备的认识实验

4）开关量设备单点控制与反馈实验

5）模拟量设备的控制与反馈实验

6）给水系统点位设计实验

7）排水系统点位设计实验

8）给排水系统考工系统实验

9）DDC编程与虚拟场景联动实验

10）DDC的组态监控实验

（3）电梯监控系统的仿真控制实验

1）电梯系统的结构与原理的认识实验

2）DDC设备的认识实验

3）开关量设备单点控制与反馈实验

4）电梯系统点位设计实验

5）电梯系统考工系统实验

6）DDC编程与虚拟场景联动实验

7）DDC的组态监控实验

（4）照明监控系统的仿真控制实验

1）照明系统的结构与原理的认识实验

2）照明多个场景的认识实验

3）DDC设备的认识实验

4）开关量设备单点控制与反馈实验

5）模拟量设备的控制与反馈实验

6）照明监控系统点位设计实验

7）照明监控系统考工系统实验

8）DDC编程与虚拟场景联动实验

9）DDC的组态监控实验

（5）供配电系统的仿真控制实验

1）配电系统的结构与原理的认识实验

2）DDC设备的认识实验

3）开关量设备单点控制与反馈实验

4）模拟量设备的控制与反馈实验

5）配电监控系统点位设计实验

6）配电监控系统考工系统实验

7）DDC编程与虚拟场景联动

8）DDC的组态监控实验

套

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