CN102881202B - 基于虚拟现实的有载分接开关检修实训方法 - Google Patents
基于虚拟现实的有载分接开关检修实训方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于虚拟现实的有载分接开关检修实训方法，涉及分接开关三维仿真交互实训技术领域。该系统是在服务器上设有教学单元和考核单元，教学单元包括设备介绍模块、检修动画模块、操作练习模块；设备介绍模块对CV、CM型有载分接开关结构、原理进行简单讲解；检修动画模块通过动画的方式对CV、CM型有载分接开关正常检修和故障检修过程进行演示；操作练习模块通过交互的方式对分接开关正常检修和故障检修过程进行模拟；考核单元进入CV、CM型有载分接开关正常检修和故障检修的考核。优点：通过三维仿真技术来模拟的虚拟教学，而且可以大大的节约成本，大大提高学员的学习兴趣和效率。
Description
技术领域
本发明涉及分接开关三维仿真交互实训技术领域，具体是一种基于虚拟现实
的有载分接开关检修实训方法；以用来在系统内培训中心培训变压器检修工，也可以用于员工自学的一种方式。
背景技术
电力变压器是电力系统输变电的枢纽性设备，其安全运行直接关系着电力系统的可靠性水平，一旦发生停运必将引起局部以至全部地区的停电，大型变压器设备故障造成的经济损失尤其巨大，所以确保电力变压器的安全运行是电力系统技术人员的重要职责。而变压器检修工是供用电单位专门从事检查、修理、改装和调试变压器类设备的员工，只有提高该类人员的技能操作水平，促进和加强变压器检修人员的技术管理，才能保障变压器设备的安全运行。
变压器有载分接开关结构复杂，检修技能要求高。长期以来，变压器检修工技术水平的提高，只能依赖理论讲解和老师傅的现场示范，受到设备运行带电和设备缺陷类型以及师傅技术水平的制约，难以形成系统的、规范的专业技能提高手段。先进的知识讲解、设备结构演示和技能训练手段的缺乏，已经成为阻碍变压器检修工人业务能力提高的重要问题。
虚拟现实技术（简称VR）早在20世纪70年代便用于培训宇航员，后应用于车辆制造、军事、医疗和娱乐中，目前的虚拟现实技术已经和理论分析，科学实验一起成为人类探索客观世界的三大手段。
国内外虚拟现实技术在培训方面应用已经十分广泛，在飞机驾驶、船舶驾驶、火箭运行等方面已经十分普及，但在我们电力生产培训中，对其使用的并不广泛。日前在个别变电运行仿真系统中会有使用虚拟现实技术搭建起的变电站场景。但在高压设备检修方面还没有实现类似的培训。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供一种基于虚拟现实的有载分接开关检修实训方法，通过三维可视化仿真的形式，用于分接开关检修人员培训学习。
本发明是以如下技术方案实现的：一种基于虚拟现实的有载分接开关检修实训方法，其特征在于：参照图纸，并测量实物尺寸和外观，然后利用建模软件，将CV、CM型有载分接开关从里到外，全部进行三维建模；每一个单独零件都建成零件体，然后根据设备的装配关系添加几何约束进行装配，最终生成一套CV、CM型有载分接开关三维虚拟模型；在服务器上设有教学单元和考核单元，教学单元包括设备介绍模块、检修动画模块、操作练习模块；
用鼠标点击设备介绍模块，对CV、CM型有载分接开关结构、原理进行简单讲解，帮助用户了解分接开关；
用鼠标点击检修动画模块，通过动画的方式对CV、CM型有载分接开关正常检修和故障检修过程进行演示，用户可以通过该模块进行学习；
用鼠标点击操作练习模块，通过交互的方式对分接开关正常检修和故障检修过程进行模拟，用户可以通过该模块达到练习巩固的效果；
用鼠标点击考核单元，进入CV、CM型有载分接开关正常检修和故障检修的的考核；交互操作部分将没有提示，完全靠用户自主完成操作，在检修完毕后，系统会根据用户的操作来进行评估打分。
本发明的有益效果是：使用虚拟现实的手段将分接开关内部结构展现在用户，并且为用户搭建虚拟场景可以在此场景中进行检修操作；项目中可以根据分接开关检修作业指导书设置相关题目及标准作业展示；为从事分接开关检修的技术人员提供了一种全新的、先进的、理想的培训手段，此培训手段可广泛应用于其它电力工种岗位的培训。
可在较短时间内提高变压器检修人员的针对有载分接开关检修的技术能力，同时可以承担各种级别的变压器专业的技术比赛、技能考核，另外还可以有效的促进检修人员技能水平的提高和故障操作处理的训练。
相比传统实物教学方式，通过三维仿真技术来模拟的虚拟教学，不仅有传统教学的大部分特点，而且可以大大的节约成本，突破传统上因为设备数量的限制造成的教学瓶颈。对学员来说，也是一种新鲜并附有乐趣的学习经历，大大提高学员的学习兴趣和效率。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明原理框图；
图2是发明本流程图；
图3是本系统功能原理框图。
具体实施方式
如图1和图2所示，基于虚拟现实的有载分接开关检修实训方法，参照图纸，并测量实物尺寸和外观，然后利用建模软件，将CV、CM型有载分接开关从里到外，全部进行三维建模；每一个单独零件都建成零件体，然后根据设备的装配关系添加几何约束进行装配，最终生成一套CV、CM型有载分接开关三维虚拟模型；在服务器上设有教学单元和考核单元，教学单元包括设备介绍模块、检修动画模块、操作练习模块；
用鼠标点击设备介绍模块，对CV、CM型有载分接开关结构、原理进行简单讲解，帮助用户了解分接开关；
用鼠标点击检修动画模块，通过动画的方式对CV、CM型有载分接开关正常检修和故障检修过程进行演示，用户可以通过该模块进行学习；
用鼠标点击操作练习模块，通过交互的方式对分接开关正常检修和故障检修过程进行模拟，用户可以通过该模块达到练习巩固的效果；
用鼠标点击考核单元，进入CV、CM型有载分接开关正常检修和故障检修的的考核；交互操作部分将没有提示，完全靠用户自主完成操作，在检修完毕后，系统会根据用户的操作来进行评估打分。
其中，检修动画模块包括
（1）CV、CM型有载分接开关正常情况下的检修
（2）给上电源即跳闸故障检修；
（3）给上电源就起动故障检修；
（4）机构停止时级进位置显示盘上的红线偏移故障检修；
（5）启动操作后电机保护开关跳闸故障检修；
（6）显示器无显示故障检修；
（7）电动机构仅能作一个方向分接变换操作故障检修；
（8）手摇操作正常而就地电动操作拒动故障检修；
（9）操作机构动作而电压表及电流表均无相应变动故障检修；
（10）分接开关储油柜油位异常故障检修；
（11）连同变压器测量直流电阻不合格或直流电阻呈不稳定状态故障检修；
（12）有载分接开关油室的绝缘油渗漏到变压器本体油中故障检修；
（13）有载开关重瓦斯问题分析故障检修；
（14）运行中分接开关频繁发信动作故障检修。
整个场景设备全三维化，CV、CM型有载分接开关的每一个零件全部按照真实比例采用三维技术进行建模，在三维虚拟场景中再现真实的设备；三维场景实时渲染技术，用户能够自由对三维场景进行旋转缩放，而非传统的视频表现形式，带入性更强；人机交互感强，用户能够通过选择对应的工具来拆卸设备；多数据引擎相互结合。使用图像渲染系统对三维真实场景进行仿真，使用动画脚本系统控制培训剧本发展，通过声效引擎模拟声音效果。在三维环境中，通过鼠标和模型之间的点击，拖动。构建简单方便的人机交互体验，用户需要和现实中一样，拆卸螺丝需要选择扳手工具，模型拆卸检修有物体干涉碰撞的约束。使用户能够体验到实物一样的检修体验。
如图3所示，该系统从整体功能上具有模型引擎、数据引擎、声音引擎、脚本引擎、逻辑引擎，每个引擎之间互相关联调用；其中，模型引擎负责三维模型的显示、渲染、运动调用。数据引擎记录用户登录信息、仪表数据信息、文字参数信息。声音引擎负责声效、配音文件管理声音的启动和关闭。脚本引擎解析脚本，使开发人员便携的脚本转化为计算机语言。逻辑引擎指定数学逻辑关系，模拟现实中出现的逻辑运算等。
运用计算机虚拟现实技术模拟变压器及其零部件的基本工作原理、设备类型及结构、设备特点，并模拟各种故障以及处理方法，采用文本、声音、图像、动画、视频等多种表现形式，这样就能对生产技能人员进行很好的现场演示和指导，提高他们的消除缺陷的能力。
在交互操作模块中，我们利用了大量变量来组成逻辑数学模型，有用来记录用户当前操作步骤的变量，有记录模型物体状态的变量，有计算分数的变量，有模块内部标识的变量。通过这些变量的互相调用，来组建一套模拟现实操作的仿真数学模型。
在虚拟场景中，通过鼠标完成整个检修过程。
（1）菜单选择；
（2）选择故障；
（3）观察故障现象；
（4）根据提示完成故障检修步骤；
（5）操作步骤辅助功能；
（6）交互操作展示。
利用计算机仿真和三维动画技术进行仿真培训，通过培训使检修人员掌握如下技能:
1、掌握CV型分接开关正常情况下的检修方法；
2、掌握CM型分接开关正常情况下的检修方法；
3、给上电源即跳闸故障检修；
4、给上电源就起动故障检修；
5、机构停止时级进位置显示盘上的红线偏移故障检修；
6、启动操作后电机保护开关跳闸故障检修；
7、显示器无显示故障检修；
8、电动机构仅能作一个方向分接变换操作故障检修；
9、手摇操作正常而就地电动操作拒动故障检修；
10、操作机构动作而电压表及电流表均无相应变动故障检修；
11、分接开关储油柜油位异常故障检修；
12、连同变压器测量直流电阻不合格或直流电阻呈不稳定状态故障检修；
13、有载分接开关油室的绝缘油渗漏到变压器本体油中故障检修；
14、有载开关重瓦斯问题分析故障检修
15、运行中分接开关频繁发信动作故障检修
用户能够通过该系统考核单元进行考核评估测试，对前面学习到的分接开关检修知识进行测试，系统会根据用户的操作来进行评估打分，并能够进行考核操作过程回放，帮助用户检验自己的学习成果。考核内容有：
1、CV型分接开关正常时的检修流程；
2、CM型分接开关正常时的检修流程；
3、给上电源即跳闸故障检修；
4、给上电源就起动故障检修；
5、机构停止时级进位置显示盘上的红线偏移故障检修；
6、启动操作后电机保护开关跳闸故障检修；
7、显示器无显示故障检修；
8、电动机构仅能作一个方向分接变换操作故障检修；
9、手摇操作正常而就地电动操作拒动故障检修；
10、操作机构动作而电压表及电流表均无相应变动故障检修；
11、分接开关储油柜油位异常故障检修；
12、连同变压器测量直流电阻不合格或直流电阻呈不稳定状态故障检修；
13、有载分接开关油室的绝缘油渗漏到变压器本体油中故障检修；
14、有载开关重瓦斯问题分析故障检修；
15、运行中分接开关频繁发信动作故障检修。
Claims (3)
1.一种基于虚拟现实的有载分接开关检修实训方法，参照图纸，并测量实物尺寸和外观，然后利用建模软件，将CV、CM型有载分接开关从里到外，全部进行三维建模；每一个单独零件都建成零件体，然后根据设备的装配关系添加几何约束进行装配，最终生成一套CV、CM型有载分接开关三维虚拟模型；其特征在于：在服务器上设有教学单元和考核单元，教学单元包括设备介绍模块、检修动画模块、操作练习模块；
用鼠标点击设备介绍模块，对CV、CM型有载分接开关结构、原理进行简单讲解，帮助用户了解分接开关；
用鼠标点击检修动画模块，通过动画的方式对CV、CM型有载分接开关正常检修和故障检修过程进行演示，用户可以通过该模块进行学习；
用鼠标点击操作练习模块，通过交互的方式对分接开关正常检修和故障检修过程进行模拟，用户可以通过该模块达到练习巩固的效果；
用鼠标点击考核单元，进入CV、CM型有载分接开关正常检修和故障检修的的考核；交互操作部分将没有提示，完全靠用户自主完成操作，在检修完毕后，系统会根据用户的操作来进行评估打分。
2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实的有载分接开关检修实训方法，其特征在于：所述的检修动画模块包括
（1）CV、CM型有载分接开关正常情况下的检修
（2）给上电源即跳闸故障检修；
（3）给上电源就起动故障检修；
（4）机构停止时级进位置显示盘上的红线偏移故障检修；
（5）启动操作后电机保护开关跳闸故障检修；
（6）显示器无显示故障检修；
（7）电动机构仅能作一个方向分接变换操作故障检修；
（8）手摇操作正常而就地电动操作拒动故障检修；
（9）操作机构动作而电压表及电流表均无相应变动故障检修；
（10）分接开关储油柜油位异常故障检修；
（11）连同变压器测量直流电阻不合格或直流电阻呈不稳定状态故障检修；
（12）有载分接开关油室的绝缘油渗漏到变压器本体油中故障检修；
（13）有载开关重瓦斯问题分析故障检修；
（14）运行中分接开关频繁发信动作故障检修。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于虚拟现实的有载分接开关检修实训方法，其特征在于：CV、CM型有载分接开关的每一个零件全部按照真实比例采用三维技术进行建模。
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