武汉电力职院水电机组运行维护虚拟实训系统

一、系统概述
1.1项目背景
依托武汉电力职业技术学院，拟建设与实施水电机组运行维护虚拟实训系统。
结合国内外仿真技术、虚拟现实技术及网络技术的较新成果和方法，整合现有资源，高起点、严要求、逐级建设、逐级使用，完成水电机组运行维护虚拟实训系统的建设。
水电机组运行维护虚拟实训系统以服务在校学生为主，构建兼顾基础技能培养与学生个性化发展相结合的水电机组运行过程虚拟仿真实训教学体系。
1.2项目目标
水电机组运行维护虚拟实训系统，可通过虚拟仿真系统构建的水电站实际场景的三维实景画面，让学生对水电站场景、水力机组生产相关设备及运行操作流程，形成直观的认识。
通过该系统的学习，使学生能了解水电机组相关设备、熟练掌握机组设备的组成模块以及设备在各种条件下的开/停机操作过程，提高学生综合运用实践技能分析和解决问题的能力。
二、系统功能概述
2.1水电站三维展示系统
水电站三维展示系统，根据洞坪水电站实景，通过三维建模，搭建水电站虚拟场景，让学生通过浏览虚拟场景了解水电站全貌、水电机组设备间、机组设备的分布关系及设备基本信息。
1)	场景漫游：
1:1还原洞坪水电站三维场景模型，包括厂房、办公楼、道路设施、机组车间、水力机组设备等，用户可在三维场景中进行任意漫游，任意观察水电站内场景及设备的构造布局，如同置身于实际的水电站中。
2)	浏览模式：
系统提供两种操作方式，分别是动画游览和自主游览，可自主切换游览方式。可以根据游览需求，更换视角（**人称和*三人称），并实现观看视角的摇移、放大和缩小。
3)	热点导航：
系统中支持二维导航图功能，该功能实时显示学员所处的水电站位置。在二维导航图中预设了场景热点，学员点击导航图热点，可即时切换到热点所指区域。
4)	设备基本认知：
在场景的浏览过程中，用户可通过设备的铭牌或三维界面对设备的名称以及所属位置进行初步认知。
2.2 水电机组运行维护培训系统
水电机组运行维护培训系统，结合水电运行机组操作相关的资料及规程，针对水电机组设备外观认知、主要设备结构认知以及主要设备开/关机模拟操作的培训，让学生在虚拟的环境下逐步了解设备的属性及构成，学习设备的操作方法，提高学生的学习和实践能力。
水电机组运行维护培训系统包含以下培训功能：
1)	设备认知培训：
	主机设备
对设备外观、内部结构进行详细认知，可逐一查看设备及各零部件的
外观结构、所在位置、详细技术参数以及运行原理。
	辅机设备
对设备外观认知，可逐一查看设备及各零部件的外观形态、所在位置、
详细技术参数、操作原理以及设备运行操作仿真教学。
2)	设备操作培训：
主机设备机组运行过程中的开/关机流程的仿真培训，系统按照主机设
备机组运行过程的标准操作规程，逐一拆解操作步骤，结合二维界面提示和
三位场景仿真操作，逐步**学员学习开/关机流程中的各项操作。
2.3 水电机组运行维护考核系统
水电机组运行维护考核系统，在认知培训及运行机组开/关机操作培训的基础之上建立考核机制，让学生能够在培训的基础上进行测试，加深印象，进一步巩固学习内容。
1)	操作考核：
在操作考核的模式下，系统*按照操作规程步骤进行考核，中途无提示，学员在真实考试的情况下进行操作，直至考核结束。
2)	考核评分：
在考核完成后，系统会根据实际考核过程中每个步骤的分值进行计算，得出当前考核的较终成绩，并记录入数据库中。
2.4 用户管理系统
用户管理系统，进行了游客、学生、教师、管理员四类用户的划分，分类记录各个用户的使用数据，用户可针对自身权限的数据进行分类统计及管理。
三、系统详细功能说明
3.1 水电站三维展示系统
场景漫游作为系统的基础功能，辅助用户熟悉及了解系统的基本操作和浏览方式，对水电站场景及设备进行初步的浏览及认知。
1)	基本操作
通过对鼠标及键盘的配合操作，用户可以在水电站场景内自由行走查看水电站的室内外环境，各类设施的分布。也可旋转、放大和缩小当前视图，对站内设备或环境进行更细致的观察。
2)	游览形式
在系统的功能菜单中，用户可切换当前的游览形式，包含动画漫游和自主游览。
	热点导航：
漫游系统中含有二维导航图功能，辅助用户认知当前水电站设施的平面地图分布，点击导航图中的热点信息，画面会**跳转至当前选中的目标位置。
	快捷传送：
针对系统的主要区域，设置了快捷传送菜单，点击快捷传送菜单中的设备或区域名称，可快捷传送至所选的设备或区域。
3.2 水电机组运行维护培训系统
3.2.1主机设备
主机设备包含水轮机、发电机、主变压器、开关站、调速器系统、励磁系统六类设备。
3.2.1.1功能描述
1)	外观认知
系统内三维场景模型以洞屏水电站为参考1:1搭建，如上图所示，用户**捷传送菜单切换至设备面前，可清晰的查看设备的外观形态、自身比例以及当前人视角观察的比例。
2)	位置认知
设备的位置认知分为两种，一种是**位置，一种是相对位置。
	**位置：
如上图所示，通过*三视角鸟瞰，二维导航图分布或者室内设备间铭牌类标识信息所认知到的设备所处的厂房、设备间等，与真实水电站场景中设备所处位置相同且不会改变的，为设备的**位置。
	相对位置：
如上图所示，属于设备自身的组成部分，通过设备结构认知可查看到的设备组成件所处位置为设备零部件的相对位置。
3)	内部结构仿真
场景内设备细节根据实际设备内部结构零部件1:1建模，用户可孤立主机设备对设备内部零部件进一步的查看，通过三维模型的孤立、高亮等效果，逐一查看设备内部结构的形态、组成关系。
4)	技术参数
通过功能菜单的选择，用户可在弹出对话框中选择参数类型，查看完整设备的主要技术参数文本或数据图片。
5)	运行原理
通过功能菜单的选择，用户可调取设备整体的运行原理文档或视频，详细了解和学习设备的运行原理。
6)	设备装配顺序
系统根据设备的标准拆装顺序编辑设备拆卸和安装流程，用户通过提示顺序点击，逐步学习设备的拆卸和安装顺序。
	设备拆卸：
设备单独显示，设备初始为完整状态，根据三维模型及二维界面的提示，依次拆卸设备各个零部件，拆卸步骤完成后，较终展示为设备的爆炸图形态。
	设备安装：
设备单独显示，设备初始为爆炸图状态，根据三维模型及二维界面的提示，依次安装设备各个零部件，安装步骤完成后，较终展示为设备的完整形态。
7)	调速器调节建压原理
通过功能菜单的选择，用户可调取调速器系统建压过程的原理文档或视频，详细了解和学习调速器系统的建压原理。
8)	机组励磁并网原理
通过功能菜单的选择，用户可调取励磁系统的原理数据图文或视频，详细了解和学习励磁系统的原理过程。

3.2.1.2主机设备制作清单
序号	设备分类	设备名称	场景漫游	位置	外观	内部结构	技术参数	运行原理	装配顺序	调速器调节建压原理	机组励磁并网原理

3.2.2辅机设备
辅机设备包含蝶阀、渗漏泵、检修泵、空气压缩机、机械制动（风闸）五类设备。
3.2.2.1功能描述
1)	外观认知
系统内三维场景模型以洞屏水电站为参考1:1搭建，如上图所示，用户**捷传送菜单切换至设备面前，可清晰的查看设备的外观形态、自身比例以及当前人视角观察的比例。
2)	位置认知
设备的位置认知分为两种，一种是**位置，一种是相对位置。

	**位置：
如上图所示，通过*三视角鸟瞰，二维导航图分布或者室内设备间铭牌类标识信息所认知到的设备所处的厂房、设备间等，与真实水电站场景中设备所处位置相同且不会改变的，为设备的**位置。
 
	相对位置：
如上图所示，属于设备自身的组成部分，通过设备结构认知可查看到的设备组成件所处位置为设备零部件的相对位置。
3)	技术参数
通过功能菜单的选择，用户可在提示信息菜单内选择参数类型，查看完整设备的主要技术参数文本或数据图片。

4)	运行操作仿真
系统根据设备的运行操作步骤编辑后台逻辑，用户通过二维界面及三维模型提示顺序点击，逐步学习设备的运行操作流程。
5)	操作原理

通过功能菜单的选择，用户可调取设备整体的操作原理文档或图片，详细了解和学习设备的操作原理。

3.2.2.2辅机设备制作清单
 
3.2.3机组运行仿真培训流程
机组运行仿真培训分为开机和关机两个流程，系统分别根据机组运行仿真培训的开机和关机脚本，结合水电站三维场景，编辑标准的开机和关机流程逻辑。
系统结合二维说明菜单、流程动画的提示以及三维场景高亮，操作动画的表现，逐步引导用户完成整个流程的操作学习。
3.2.3.1功能描述
1)	外观认知
 
在机组运行仿真培训过程中，系统关键步骤三维模型展示时，用户可以直观的看到当前步骤设备的外观形态。
2)	位置认知
 
在机组运行仿真培训过程中，系统关键步骤三维模型展示时，用户可以直观的看到当前步骤设备的与周围设备的位置关系。

3)	步骤提示
 
在机组运行仿真培训过程中，系统的提示菜单栏会根据后台编译的操作逻辑，逐步提示当前所需操作步骤、已操作完成历史步骤、下一操作步骤，逐步引导用户完成机组运行仿真培训流程的操作，当流程完整操作完成后，提示菜单栏也累计显示了整个操作流程中的完整步骤供用户学习查看。
4)	开机监视系统
 
以开机监视流程图为主线的形式，在开机监视流程图中，可以完整的查看系统开/关机流程图，用户可跟随提示信息点击开机监视流程图主线上的操作环节，查看当前流程的动向，了解设备开/关机流程中的检查项和操作项。

5)	三维设备操作
 
在二维流程图中，涉及到主要设备动作的环节，点击二维流程图上的操作按钮，系统会切换至对应的三维模型面前，查看三维模型的按钮操作、设备内部结构动态或阀门动态。
6)	设备状态图片
 
在开机监视系统中，涉及到特殊设备状态展示（如计量表、曲线图等）的环节，点击开机监视系统上的操作按钮，系统会调取当前设备状态细节图，查看设备在流程中的状态。
  
3.2.3.2机组运行仿真培训功能清单
序号	流程	操作步骤	外观认知	位置认知	步骤提示	开机监视系统	三维设备操作	设备状态图片	场景及设备
1	机组运行仿真培训
		
2	机组运行仿真培训
关机流程	进入中控制操作画面		

3.3 水电机组运行维护考核系统
3.3.1 功能描述
1)	设备认知考核
 
设备认知考核主要针对主机、辅机设备的外观、名称以及所在位置的认知考核，在考核过程中，系统会显示当前认知考核的设备名称，考生需在水电站内找到当前考核设备，点击确认，系统会根据用户的选择判断是否正确并记录得分。
2)	设备运行操作仿真考核
 
设备运行操作仿真考核，主要针对辅机设备的基本运行操作步骤进行考核，系统后台会按照正确运行操作流程编译操作步骤以及每个步骤对应的分值，在考核过程中，考生需按正确的运行操作顺序依次操作场景中设备的开关、旋钮或阀门等部件，操作完成后，系统会根据用户的操作判断是否正确并记录得分。

3)	机组运行仿真流程考核
 
机组运行仿真流程考核，主要针对机组运行仿真开/关机流程步骤进行考核（详细步骤见“机组运行仿真培训功能清单”），系统后台会按照机组运行仿真开/关机流程的正确步骤编译后台脚本以及每个步骤对应的分值，在考核过程中，考生需按正确的操作顺序操作开机监视系统以及场景中设备，操作完成后，系统会根据用户的操作判断是否正确并记录得分。
 
3.3.2 考核内容对照表
序号	考核内容	设备认知	运行操作流程	完整操作流程
1	主机设备	水轮机	√		
		发电机	√		
2	辅机设备	蝶阀	√	√	
		渗漏泵	√	√	
		检修泵	√	√	
		空气压缩机	√	√	
		机械制动（风闸）	√	√	
3	机组运行仿真流程	机组运行仿真开机流程			√
		机组运行仿真关机流程			√

  
3.4 用户管理系统
3.4.1 功能描述
1)	用户分类
系统用户分为游客、学生、教师、管理员四类用户
2)	用户功能说明
	游客
游客用户*账号密码即可直接登录系统，并可浏览水电站场景，以及使用培训系统功能对水电站内设备内容进行学习。
	学生
学生用户登录时需输入自己的**账户登录系统，学生用户除了包含场景浏览与培训功能外，还可对主要培训内容进行考核，并查询自己的个人考核成绩。
	教师
教师用户登录时需输入自己的**账户登录系统，教师用户的培训功能与学生用户一致，在教师的成绩查询界面，可以查询所有学生的考核成绩。
	管理员
管理员用户登录时需输入自己的**账户登录系统，登录后可对学生、教师以及管理员账户进行添加、删除、修改和查询。
3.4.2 用户功能清单
序号	用户
类型	账户	场景
漫游	培训
系统	考核
系统	管理系统