山东济矿鲁能煤电股份有限公司阳城电厂 山东省济宁市 272000
摘要：电力行业是我国经济建设中重要的能源产业，电厂是提供电力能源的重要设施。近年来，电厂单元机组正朝着大容量、高参数和高自动化方向发展，电厂智能化水平也在不断提高。在此背景下，机组运行人员的专业知识、操作技能和现场应变能力以及电厂的维护检修系统面临着更高的标准和要求。因此，加强对运行人员的培训和对维护检修系统的智能化提升对于电厂的安全、稳定、经济运行具有至关重要的意义。
关键词：虚拟现实；电厂智慧维护；培训仿真系统
引言
虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR）是仿真技术与计算机图形学、传感器技术、网络技术等多种技术的集合，它可以创建和交互虚拟世界，支持视觉、听觉、力觉等多感官交互反馈，具有较强的交互性和沉浸感。
1三维虚拟现实技术应用理论
目前三维虚拟现实技术在许多领域都有广泛应用，它追求目标真实性，希望利用仿真培训技术模型来将数据从计算机中转化出来，达到一种数据可视化效果，即人们所需要的高质量沉浸仿真效果。客观讲，智能家居在三维虚拟现实技术与仿真培训系统背景下的设计效果需要达到实时性和模型真实度二者平衡，保证精细逼真，解决场景画面所存在的实时性与真实性对立矛盾。为此，仿真培训系统一方面要改善硬件性能，一方面也要优化对多层次细节与纹理映射技术的合理应用，充分利用GPU性能，减小三维虚拟模型中顶点和三角面的大幅度渲染效率，考虑多提升场景真实度，强化沉浸感和交互性，建立高质量的智能家居三维虚拟现实模型。
2基于虚拟现实的电厂智慧维护培训仿真系统
2.1三维建模
三维建模是整个虚拟仿真培训系统的基本要素，三维建模通常有几何建模以及物理建模这两种形式。换句话说，虚拟仿真培训系统中需要几何模型必须与实际相符合，同时也必须要具有与实际物体相同的运动特征，构建出的模型必须要真实，这样才能够更好的达到培训的目的。在三维建模的过程中必须要充分利用各种先进技术，将实际物体的具体尺寸、纹理细节等作为最原始的数据，通过一些模型制作软件（3dsmax、maya等），以多方面数据（照片、图纸等）为依据，建立配电变压器、环网柜、绝缘子相关数据模型，通过Unity集成配电变压器试验、环网柜停电作业（断路器柜误操作触电）、绝缘子更换作业（高空坠落）虚拟场景。在这一过程进行中，必须要结合虚拟仿真培训系统的实际要求以及对实际物体的等级需求来进行，如此才能够更好的构建模型，从而增强培训系统的真实性。
2.2仿真培训系统开发
建立基于虚拟分布式处理单元（VDPU）的激励式仿真系统。所谓VDPU，就是将实际分散控制单元（DPU）中的功能移植到VDPU软件上，采用软件仿真的方法在计算机上模拟一个或者多个DPU的工作过程，使分散控制功能脱离电厂实际硬件而实现。使用VisualC++开发服务器平台下的VDPU程序，根据电厂的实际操作环境建立人机交互界面，根据需要添加各种控件，包括按钮、导航图、图片等，从而实现在服务器中模拟多个DPU的工作过程，然后通过数据传输反馈至人机交互界面。在服务器操作系统中编写程序实现DPU功能的移植，VDPU可以直接使用实际分散控制系统生成的下载文件，从而方便地再现DPU功能。此外，针对关键的操作规范和操作流程制作动画，并与相应的设施或设备关联，方便学员在教学环节调用观看。
2.3仿真培训管理
建立学员信息库和培训资料库，学员信息包含学员姓名、岗位级别、成绩评定等，培训资料库包含操作规程、培训案例、培训记录等。使用虚拟现实眼镜终端设备和三维投影屏相结合的方式实现智慧维护培训仿真功能。
建立一套“教-学-练-考-评”的完整培训考核评价体系，操作员的最终成绩可由2部分组成，一部分为系统根据记录的操作数据与标准答案对照自动形成的评价结果，另一部分为教练员调阅学员操作记录，根据实际情况做出的评价优化。通过上述考核工作，保证岗位定级工作的客观、公平、准确进行。
2.4系统功能
2.4.1电厂虚拟全景漫游
平台利用实时动态三维数据加载技术实现三维数据的分布式加载。操作人员可以选定厂区内场景，自定义漫游路径，在全厂区域内进行虚拟漫游浏览，还可通过人机交互输出多种格式的场景漫游图片或视频。通过点击场景中的设备模型，显示该设备的的详细信息，例如，设备名称、设备监控视频、安全参数以及操作规程等。通过漫游，学员可以熟悉电厂各设备的位置，对于电站巡检人员准确快速找到巡检设备尤其有用。场景漫游界面还可以设置路线导航图，显示漫游人员所处的位置和行进的方向，起到小地图指引的作用。
2.4.2实时信息可视化展示
智慧维护仿真培训系统的一个重要功能是通过虚拟现实技术，结合5G通信技术将厂区内重要的监测信息可视化展示，主要包含生产控制系统数据、视频监控数据和厂区环境信息。制作电厂模型构建和场景渲染时，将建筑、设备、传感装置等单独建立且设置编号，在后台数据库将模型编号与监测数据（如视频监控数据、传感监测数据等）进行一对多的关联。操作人员可以通过查询设备唯一编号直接定位到模型所在位置，也可以直接点击模型查询设备编号并且读取设备对应的监测信息。运行人员可以在人机交互界面同时查询不同种类的电厂运行数据，全面掌握厂区内部运行状态。
2.4.3多角色互动教学
将关键的电厂运行人员操作流程制作成三维模拟演练脚本，学员可以在操作界面选择执行不同的脚本从而加载相应的培训场景。培训过程中，交互界面按照工作规程进行提示，以三维工业游戏的形式，在虚拟场景中进行模拟训练，如开关的操作、阀门的控制、机械的装配等。利用虚拟现实技术，还原真实的生产作业环境。对于复杂的培训演练过程，系统支持多人合作培训仿真，通过多台虚拟现实设备终端同时登陆操作，分角色布置培训学习任务，完成操作全过程仿真。系统通过对比学员操作和标准规范自动打分评价，并对错误操作进行纠正讲解和正确操作演示。建立培训历史数据库，方便后期调用复习，加强培训效果。
2.4.4智能预警维护
系统将历史运行工况的关键参数（如温度、湿度、气压、流量等）分种类保存，将实时运行数据与历史监测值比较，判断当前工况是否运行正常；同时在后台服务器处理平台添加数学模型计算和趋势化分析功能，对锅炉、汽机等关键生产设备进行全寿命周期的管控，若监测到数据异常，则会在对应的三维模型上标记突出，并在人机交互界面进行弹窗提示。此外，异常信息会在数据库中进行备份记录，方便电厂运行人员进行复查分析。系统着重针对锅炉四管泄漏和寿命管理、汽轮发电机组振动监测、红外成像监测、转机滚动轴承寿命管理和自动调节系统状态监测等设立专门的预警维护模块，提升整体安全管理能力。
结语
基于虚拟现实技术的仿真培训系统其灵活性非常强，能够在很大程度上满足电力作业人员的培训需求，该系统可以实时检测培训对象的受训过程，在模拟培训的过程中第一时间作出信息的反馈，另外该系统能够让培训对象在任何地点进行培训，打破了以往培训对空间、时间的限制，同时也能够极大的提升电力人员业务培训效果，从而提升电力作业质量，保证电网及人身安全。
参考文献：
[1]周泽伟，冯毅萍，吴玉成，等.基于虚拟现实的流程工业过程模拟仿真系统[J].计算机工程与应用，2011，47（10）：204-208.
[2]郭燕秋，朱远征，程平，等.虚拟仿真技术的应用进展[J].科技创新与应用，2020（1）：149-151.