第一篇：水電廠仿真培訓系統

FS系列華勝水電廠仿真培訓系統

FS系列華勝水電站仿真系統

? ? 產品標準： DL/T 1024-2006 試驗標準： DL/T 1040-2007《電網運行準則》 ◆概述

水電站仿真系統是電氣值班員職業技能鑒定實操項目的規定軟件，也是電氣類專業課程和實訓項目的重要教學軟件。華勝FS系列水電站仿真軟件符合 DL/T 1024-2006《水力發電廠仿真機技術規范》，完全可以仿真實現水電站值班員工作職責,即巡視和監視電站所有電氣設備，電氣設備的倒閘操作，電站各種事故、不正常工作狀態的處理。

◆ 華勝FS水電站仿真系統內容

一、水輪機系統

1.最低水頭和最高水頭之間任一水頭均能仿真；

2.引水系統：引水管道、閘門、液壓啟閉機控系統；

3.水輪機：混流式水輪機或其它類型水輪機；

4.調速系統：調速器機調控制系統、調速器電調控制系統、壓油裝置系統、分段關閉、漏油泵控制系統、過速限制器及接力器；

5.水導軸承冷卻系統：軸承瓦溫、、水壓、油溫、油位、冷卻油盆中油混水監控部分；

6.頂蓋排水系統: 頂蓋排水控制系統；

二、發電機系統

1.制動系統：2號發電機制動混合制動、機械制動控制系統;4號發電機制動方式為混合制動、電制動、機械制動控制系統；

2.推力、上導軸承冷卻系統：軸承瓦溫、、水壓、油溫、油位、冷卻油盆中油混水監控部分；

3.頂轉子操作系統：手動操作頂轉子操作系統；

三、勵磁系統

發電機勵磁系統勵采用自并激勵磁方式，包含勵磁變、可控硅整流裝置、自動勵磁調節裝置、發電機轉子滅磁裝置、起勵設備等部分組成，四、主變壓器

主變系統包括主變壓器本體、主變壓器冷卻系統、主變冷卻系統控制系統、主變中性點等設備。

五、開關站

開關站系統設備包括110KV開關站、220KV開關一次系統接線圖，各線路開關、刀閘、母線及配電裝置實際布局圖，各線路開關和隔離刀閘、PT隔離開關控制箱。

六、量測系統

用于表計和保護的電流、電壓量測回路，包括電壓互感器、電流互感器；

七、同期系統

同期系統包括手動同期和自動準同期回路;

八、廠用電系統

廠用電變壓器、廠用母線及其附屬設備，廠用電開關控制盤及儀表、廠用變低壓側負荷開關，廠用電的備自投系統；

九、直流系統

直流系統包含：蓄電池、直流母線、直流聯絡屏、可控硅充電設備、直流負荷屏、直流屏上儀表、負荷開關；

十、繼電保護、自動裝置和中央信號系統

1.發電機、變壓器、線路、開關、母線、切機、廠用電交流系統中的繼電保護和自動裝置，保護和自動裝置的種類、型號、數量按原始資料中的保護配置，自動裝置包括備用電源自動投入、自動重合閘、自動同期、自動啟動／停機裝置。

2.中央信號系統：包括所屬光字、簡報信息、報警等。

十一、機組輔助系統

1.風系統

風系統由高壓風系統、低壓風系統。風系統設備主要由高低壓空氣壓縮機、高低壓機控制柜，高壓儲氣罐、工業用氣儲氣罐，制動用氣儲氣罐、制動風閘、調相補齊、空氣圍帶布局圖及控制系統。

2.技術供水系統

技術供水系統由取水口、各電動閥門，水過濾器，減壓閥、各部冷卻器，示流器、壓力表計、電動閥控制柜，過濾器控制柜設備布局及控制系統。各部水壓在監控棒圖中按比例表示出來，水壓過高、過低時棒圖的顏色相應的發生變化，具備實時監視功能。

3.排水系統

排水系統概況：排水系統由滲漏水泵，檢修水泵，滲漏集水井，檢修集水井，排水閥門，廠區排水和機組頂蓋排水泵設備布局及控制系統。

◆ 華勝FS變電站仿真系統的優勢

☆ 歷史悠久：20年電力系統仿真技術研究、開發。

☆ 經驗豐富：已成功仿真300MW、600MW火電機組，500kV變電站綜合自動化系統。正在開發1000MW超超臨界火電機組和1000kV特高壓變電站仿真軟件。

☆ 技術先進：具有自主知識產權的電力系統仿真開發平臺，維護方便、系統穩定、持續開發。

☆ 專業專職：專業的計算機仿真專家和電氣工程專家，專職的仿真培訓教師。

☆ 培訓經驗：已培訓國內、國外（巴基斯坦、印尼等）發電廠、變電站技術人員和大專院校師生上萬人。

☆ 權威鑒定：參與國家職業資格技能鑒定變電站值班員中級工、高級工、技師和高級技師試題庫的編制和國家標準《變電站仿真機技術規范 DL/T 1024-2006》的起草工作。☆ 系列產品：500kV及以下電壓綜自站和普通站，包括：500kV變電站仿真系統（軟件），220kV變電站仿真系統（軟件），110kV變電站仿真系統（軟件），35kV變電站仿真系統（軟件），各類型水電站仿真系統。

◆ 華勝FS變電站仿真系統的特點和意義

☆ 對電腦配置要求低，軟件容量?。s300MB），運行速度快；

☆ 設置幾百種故障和不正常工作狀態，涵蓋電站值班員職業技能鑒定的考試范圍； ☆ 全中文界面提示，易學易用；

☆ 基于典型的電站，可根據用戶的要求適當修改仿真系統； ☆ 局域網連接，可集中或分散培訓，一機在手，隨時學習； ☆ 降低培訓費用，一次性投入，反復培訓，無需維護、管理人員； ☆ 實用性強，適合不同層次電運行人員的培訓；

☆ 提高電氣運行人員的技術水平和電站值班員職業技能鑒定考試能力，培養電站運行人員快速準確的判斷和處理異常事故的能力，避免電站各種事故特別是人為原因誤操作事故的發生。

◆ 產品別稱

水電站仿真軟件，水電站仿真培訓軟件，電力系統仿真軟件，水電站仿真機，水電廠仿真軟件，水電廠仿真培訓軟件

第二篇：水電廠運行仿真培訓指導教師考試大綱

水電廠運行仿真培訓指導教師考試大綱

第一部分 基礎理論知識

【要求】

掌握電工基礎、水力學基本概念和基本知識；掌握三相電路的概念和基本原理；同步、異步電機的工作原理及其暫態特性；勵磁系統的種類和工作原理；掌握水電仿真機的功能和使用方法。

【考試內容】

電路，電路基本定律向量法與三相正弦電路分析；繼電保護，高頻、距離、零序保護的主要構成及原理；水力學計算，靜水壓、效率等方面的概念和計算；電機，同步、異步發電機的基本知識和結構，掌握必要計算；勵磁系統的分類和基本原理，勵磁控制的原理和分類及電力系統穩定的基本概念。

第二部分 專業知識

【要求】

掌握水電廠自動裝置、線路保護、發電機、變壓器組差動保護圖以及主要電氣設備原理圖；掌握輔機系統的組成和工作原理；掌握水輪發電機組各部件的結構、原理、技術參數及工作特性；了解水輪機的空蝕與振動特性；了解水輪機的運轉及綜合特性曲線；掌握調速器的基本知識；掌握自動勵磁調節系統的原理；

掌握電力系統一次接線方式特點及穩定性概念；了解水能利用、水庫調度知識；了解水力發電廠的經濟運行方式及經濟負荷分配方法。

【考試內容】

掌握電氣一次主接線圖，熟知各種工況下的運行方式；廠用電的操作；直流電系統的操作；一次設備停送電操作；冷卻水系統的啟停操作；壓油裝置的操作；高低壓氣系統的操作；發電機手動、自動同期的操作；掌握機、電方面的各類事故、故障現象、原因及處理方法；掌握水電機組的開機、停機流程的內容

第三篇：電力系統調度員培訓仿真系統

電力系統調度員培訓仿真系統關鍵技術研究

摘要：調度員培訓仿真系統（DTS）作為電網調度自動化系統一個重要的子系統，為科學分析電網，提高人員素質，保證電網安全可靠、穩定運行奠定了基礎。本文在介紹DTS系統發展現狀的基礎上，闡述了該系統的原理、組成及其主要功能，并重點探究了DTS系統的關鍵技術。

關鍵詞：DTS；電網調度自動化系統；發展現狀；關鍵技術 0 引言

調度員培訓仿真系統(DTS）是電網調度自動化系統的一個組成部分，是現代計算機軟硬件技術和電力系統分析技術相結合的產物。隨著電網規模的不斷壯大，電網結線也越來越復雜、運行方式也更加多樣化。提高調度員的專業水平，預防不安全運行方式的出現，己被調度部門認為是最積極的反事故措施之一。在這種環境下，DTS將成為培訓調度員的強有力的工具，在調度日常工作中越來越起到舉足輕重的作用。1 DTS系統國內外發展現狀

由于電力系統的結構復雜和對安全性要求高，調度員培訓仿真系統（DTS）的建設顯得十分重要，事實證明，它是培訓調度員的最佳工具[1]。

國外于1976年提出DTS的概念，1977年研制出第一套DTS，1978年美國EPRI組織了關于DTS的大討論后，DTS在國外迅速推廣，經過十年多的發展，已基本穩定，從上世紀90年代開始將動態仿真將面向對象等技術引入DTS。國內 DTS的研究從上世紀80年代末開始，1990年第一套DTS系統投運，經過十幾年的發展，已從理論研究走向實際運用，并逐漸形成為一個產業。DTS的應用從東北、華北和華東三大網調的試點，推廣到各個網省調、大中型地調、集控中心和大型變電站，并拓展到電力培訓中心和高等院校電力專業。

DTS的體系結構從與EMS接口采用“定制”方式的獨立型異構系統到與EMS采用統一支持平臺的一體化系統，直至目前正在研究的與EMS接口采用“即插即用”方式的跨平臺系統（遵循IEC 61970標準），使DTS的軟件功能經歷了從單一到綜合，從簡單到復雜的發展過程。其仿真方法包括對電網的穩態仿真、準動態仿真、故障仿真、暫態仿真和全動態仿真以及對保護的邏輯仿真和定值仿真，其設備模型包括一次設備、二次設備、遠動設備以及部分動力設備。DTS的現場運行從被動到主動，從偶爾使用到日常使用，其作用也由演示性轉變為指導性，并成為調度自動化的一個重要產品和控制中心培訓調度員的得力工具。DTS系統原理[2]

電網調度自動化系統由三個子系統組成，分別是:SCADA系統、EMS系統和DTS系統。其中SCADA為數據采集和監控，為調度員提供電網潮流的實時數據:EMS為能量管理系統，提供分析決策電網的各項功能;DTS為調度員培訓仿真系統，根據EMS的歷史斷面或實時斷面所形成的初始教案供調度員分析和研究。

DTS系統的原理，一邊表示實際的電網和調度系統，它通過遠動設備采集電力系統中各電力設備的運行狀態(如頻率、潮流、電壓、開關狀態、繼電保護信號‘和事故信號等)通過通信通道送到調度室的實時調度系統上，調度員坐在調度室中，面對數據采集監控(SCADA)系統和高級應用軟件組成的EMS系統，完成對實際電力系統的實時監控和分析決策。另一邊表示DTS系統，它好似實際電網及調度系統的“鏡像系統”，學員坐在學員室中充當“調度員”，接受培訓，學員室中配備與實際調度室一致的EMS軟硬件系統(即學員臺)，讓學員有一種身臨其境的感覺；而教員一般由經驗豐富的資深調度員充當，他坐在教員室里，利用教員臺，在培訓前準備教案，在培訓中控制培訓過程、設置電網事故，并充當 廠站值班員，執行由學員下達的“調度命令”，在培訓結束后評價學員的調度能力。在培訓進行過程中，學員與教員之間的通信采用電話進行，來模擬調度室調度員和廠站值班員之間的通信方式。教員室與學員室是同一個屋子，電力系統模型和遠動設備模型分別是實際電力系統和遠動設備的數字仿真。3 DTS系統的組成

DTS通過模擬電力系統和控制中心為調度員提供一個逼真的環境，以便培訓在系統正常、故障和恢復情況下的操作[3]。其基本組成部分應有四個：

（1）控制中心模型(CCM)。CCM應與實際控制中心的環境一致，并且具有能量管理系統(EMS)的各種功能。CCM是培訓模擬量中學員所面對的環境，包括網絡分析(NA)、數據采集和監控(SCADA)、自動發電控制(AGC)等功能。

（2）電力系統模型(PSM)。PSM模擬電力系統網絡及各種設備的靜態和動態響應，包括發電機組、輸電線路、負荷、變壓器和繼電器等。對PSM的要求是真實，要協調好計算速度和模型精度之間的關系。

（3）教員臺(IP)。IP提供了監視和控制培訓過程的功能，包括初始化和調整控制參數、設置事件序列、與學員通信及干預培訓進程等。

（4）可以直接采集電力系統模型的狀態真值進行電網的安全經濟運行評估。通過該系統，可以實現培訓評估，以供教員在評估學員水平時參考，可進行培訓評估打分，并給出評估報告，以實現學員自我培訓。4 DTS系統功能

系統分為九大功能[4]：基本調度指令模擬，故障的設置，誤操作的模擬，繼電保護和自動裝置動作的模擬，開關或保護誤、拒動模擬，查詢、監視功能，培訓過程控制，教案制作，培訓評估。

（1）基本調度指令模擬：1）開關分/合操作；2）刀閘投/切操作；3）發電機的并網/退出操作；4）發電機增/減出力操作；5）負荷調節；6）發電機無功(或電壓)調節；7）電容器、電抗器的投切；8）變壓器分接頭轉換；9）AGC控制；10）保護定值、時限的修改及投切操作；11）自動裝置的定值修改、投切、復位操作；12）各種故障處理；13）故障后的復原操作。

（2）故障的設置

用于進行故障培訓時模擬各種故障時間的輸入，教員可以根據需要選擇下列故障要素：1）故障起始時間：以培訓時鐘為參考，選定故障時刻(時、分、秒)；2）故障點：在任何網絡元件(如發電機、線路、變壓器、電抗器、母線等)的某一位置處(如線路距始端處的百分比值)；3）故障的持續時間：瞬時，故障可自動重合成功；延時，故障后自動重合不成功，但一次手動強送能成功;延時，故障后自動重合一次強送不成功，二次強送可成功；永久故障，未經檢修消除，重合永不成功。故障類型:單相接地，兩相短路，兩相短路接地，三相短路，一相斷線，二相斷線，三相斷線，發電機勵磁系統故障以及電力系統其它常見故障。故障點接地阻抗：可零阻抗直接接地，也可輸入某一阻抗值接地。

（2）誤操作的模擬

對于帶負荷拉刀閘、帶負荷合刀閘、用刀閘充空載線路或變壓器、帶空載線路或變壓器拉刀閘、帶電壓合地刀、帶地刀合開關、強送至永久故障上等基本操作均可自動生成相應的故障事件。

（3）繼電保護和自動裝置動作的模擬

故障時繼電保護及自動裝置模型將自動顯示其動作情況，并伴有音響和閃光信號，同時通過跳開相應的元件開關去影響PSM。故障應跳開的開關在繼電保護模擬時，可選用下列 兩種方法：邏輯判斷法和定值比較法。

（4）開關或保護誤、拒動模擬

能夠模擬實際電網中的電氣設備誤動、拒動行為。并根據誤動、拒動情況模擬下級或越級的動作行為。

（5）查詢、監視功能

應可查看全網設備的保護、自動裝置、低頻減載、低壓減載動作信息、培訓過程中的電網越限信息?？杀O視培訓過程中的各種有功、無功、電流、電壓、頻率等電氣量的變化和越限情況。

（6）培訓過程控制 可以進行培訓開始、培訓暫停、培訓繼續、培訓停止等操作，并能夠實現培訓重演功能，包括重演開始、重演暫停、重演繼續、重演結束和培訓速率設置等操作。

（8）教案制作

能夠記錄了培訓的初始方式和教員設置的事件列表，可用于反復培訓不同的學員。教案內容應包括教案名稱、制作人、制作時間、共享屬性、教案描述等信息。

（9）培訓評估

可根據學員在培訓過程中的操作行為給出評估，同時對誤操作、繼電保護、自動裝置的動作信息、學員操作行為造成越限的情況做出相應的記錄，并打印出評估報表。

DTS系統應可滿足上述各項基本功能的需求，其穩態電力系統模型應可模擬各種操作或保護動作跳開相應開關以后的新工況下的系統潮流，其動態電力系統模型應可模擬上述故障或誤操作后電力系統的機電暫態過程。5 DTS系統關鍵技術 5.1 跨平臺技術[5] DTS系統統遵循IEC61970新標準，提供CIM/CIS接口，滿足數據實時交互及共享的要求。CIM和CIS為DTS系統間實現數據共享提供了數據交換的標準。CIM主要定義了公用的電網模型規范，是數據格式的標準;而CIS則定義了軟件即插即用的接口描述，是數據傳輸的接口標準。

DTS系統既可與EMS系統一體化實施，也可以作為獨立系統配合其它廠家的EMS系統運行，可通過符合IEC 61970標準的CIM/CIS接口從第三方廠家的EMS系統獲取電網模型、方式數據等，減少用戶的重復維護工作DTS系統的支撐平臺對底層操作系統和硬件平臺進行封裝，對外提供與具體應用系統和硬件無關的統一的開發和運行接口。提供了異構環境下互操作的機制，還提供跨平臺的圖形技術。在不同的硬件平臺上均可實現DTS, DTS子系統也可分布在不同的硬件平臺上。圖1所示為跨平臺框架示意圖。

圖1 跨平臺構架示意圖

5.2 圖模庫一體化技術[5] 所謂圖模庫一體化，即在繪制廠站接線圖的同時，實現設備與數據庫的聯接，生成電網模型，確定拓撲關系，為電網分析打下良好的基礎。圖模庫一體化技術按照面向對象的方法設計的基于CIM的圖庫一體化技術，供了一套先進的圖形制導工具，圖形和數據庫錄入一體化，作圖的同時可在圖形上錄入數據庫，使作圖和錄入數據一次完成，自動建立圖形上的設備和數據庫中的數據的對應關系。所見即所得，便于快速生成系統。圖模庫一體化技術可以根據接線圖上的連接關系自動建立整個電網的網絡拓樸關系，大大簡化了EMS系統的工程化工作和維護工作，而且保證了維護工作的正確性，避免人為錯誤，保證圖形、模型、數據庫的一致性，減少建模和建庫時間。5.3 區域聯合聯合反事故演習技術[5] 可實現網、省、地、縣等各級調度聯合反事故演習。既做到各種演習信息的發布又可實現各調度控制中心和參演廠站的遠程操作。提供機制以防止多用戶并發訪問的擁塞，并能滿足遠程動態數據刷新響應的實時性要求。DTS主站和各DTS子站的數據傳輸接口和仿真計算接口是關鍵技術。DTS主站與各DTS子站的接口如下:DTS子站的計算結果(主要指變壓器110kV側的負荷值)可以提供給DTS主站使用，DTS主站的計算結果為DTS子站提供外網數據。各級DTS的互聯基于工EC61970的C工M信息模型與AP工接口標準，數據庫基于CIM模型，數據傳輸上采用CIS接口協議。5.4 內存數據庫技術[6] 內存數據庫是支持實時事務的最佳技術，其本質特征是其“主拷貝”或“工作版本”常駐內存，即活動事務只與實時內存數據庫的內存拷貝打交道。顯然，它要求較大的內存量(根據不同的數據量所需的內存量也不相同)，但并不要求任何時刻整個數據庫都能存放在內存，而是將要處理的數據根據相關規則放到內存中，即內存數據庫系統還是要通過I/O來傳輸數據。盡管如此，但它己不是傳統磁盤數據庫的概念，所以傳統數據庫適用的數據結構、事務處理算法與優化、并發控制及恢復等技術對內存數據庫不一定合適。特別是在處理巨量數據的實時性方面，由于其數據及事務事務處理不涉及I/O。內存數據庫體現出其巨大的處理效率優勢，但考慮內存直接快速存取的特點，內存數據庫的有關技術，如搜索算法、恢復機制等都不同于傳統的商業數據庫，所以其設計應該打破傳統磁盤數據庫的設計觀念，以CPU和內存空間的高效利用為目標，再根據具體的硬件條件來重新設計開發各種合適的數據處理和事務管理的算法、技術、方法及機制。5.5仿真算法技術

目前國內主流的DTS計算方法主要有以下三種[4]：分別是動態潮流計算方法，穩態、動態結合切換計算方法以及全過程仿真算法;動態潮流計算方法由于計算精度較差一般不采用，目前主要采用的是穩態、動態結合切換算法和全過程仿真算法。下面對以上三種算法進行分別介紹。5.5.1 動態潮流算法

動態潮流算法的基本是潮流算法，一般設定固定的統一頻率，只模擬電網的設備，排除發電設備的微分方程，同時將系統的不平衡功率分配給系統中的發電機組。該算法的優點是:計算量小，潮流計算可以擴大到每分鐘計算。而缺點則是無法展示系統的動態過程和長過程，容易造成機組間擺動。其算法框圖如圖2所示。

圖2 動態潮流算法框圖

5.5.2 穩態、動態切換結合算法

這種方法是在電力系統正常運行時采用動態潮流計算，而系統在故障或受到大的沖擊擾動情況下，則采用穩態、動態算法相結合的方法，在系統穩定后只保留網絡代數方程，不考慮機組之間的擺動，繼續進行過動態潮流計算。這種算法優點在于計算量小，缺點在于如果在第一次沖擊擾動穩定以后再次發生擾動情況時，第二次所采用的發電機微分方程所取得的初始值不夠精確，造成再次計算的精度差。

而DTS用于電網大事故處理時，由于繼電保護、自動裝置動作時間很長，或由于運行人員操作錯誤(如誤合接地刀)或系統中偶然又發生故障，再度又第二次大干擾的可能性是存在的。穩態模型與暫態模型來回切換，程序復雜，精度較差。算法簡單框圖如圖3所示。

圖3 穩態、動態切換算法框圖 5.5.3 全動態仿真算法

為了能夠方便電網分析，通過對電力系統中電氣設備元件在電力系統動態過程中地響應特性的分析，根據研究目的的不同我們人為地將電力系統劃分為幾個問題，針對以上的幾種問題簡化電力系統中相應的設備(元件特性等)。例如，潮流計算認為電網有功、無功符合平衡，系統無擺動。此時電網頻率為50HZ，數學上虛擬一個參考節點即平衡節點既作為功角的基準平衡電網有功功率偏差[7]。

電力系統在故障情況下受到較大的擾動，一般在0-25秒是個機電的暫態過程，在這個時間內，可能發生機組之間的擺動，造成系統中頻率不同，而正常運行是電網中各點的頻率應該是一致的，造成頻率不一致的原因主要是機組與系統的負荷不一致，頻率失穩在系統可能影響較長時間，全過程動態仿真算法是將暫態過程和中長期過程相結合起來計算。該方法優點是，在故障的全過程中電力系統動作模擬相對逼真，缺點是計算量大，同時存在的計算數穩定能否穩定的問題[8]。全動態仿真算法簡單框圖如圖4所示。

圖2 全動態仿真算法框圖 結語

調度員培訓仿真系統通過對電力系統、控制中心的模擬，為調度員提供了一個與實際電力系統運行和調度完全相同的環境，用以培訓調度員，使其能夠更好地處理系統各種情況下的操作任務，而且可以提高調度員的反事故能力。同時由于調度員培訓仿真系統的真實性，使反事故演習或培訓過程更加科學有針對性，避免經驗主義。

本文通過對調度員培訓仿真系統的發展現狀、系統原理、基本組成及其主要功能的介紹，進而梳理了系統的關鍵技術，使讀者對調度員培訓仿真系統有了一個深入的了解。參考文獻：

[1] 張慎明，姚建國.調度員培訓仿真系統（DTS）的現狀和發展趨勢[J].電網技術，2002，26（7）：60~66 [2] 張玉輝.地區調度員仿真培訓系統設計[D].東北石油大學碩士論文，2010 [3] 常尼亞，張金曄，郭建宏.地區調度員培訓仿真系統[J].山西電力，2007,142（6）：60~61 [4] 陳穎瑜.三明地區電網調度員培訓仿真系統的設計與實現[D].電子科技大學碩士論文，2013 [5] 孫愛民.基于SCADA/EMS的調度員培訓仿真系統的研究與實現[D].浙江大學碩士研究生論文，2009 [6] 張立馳.DTS系統中內存數據庫關鍵技術研究與應用[D].華中科技大學碩士研究生論文，2007 [7] 張力平.電網調度員培訓模擬(DTS)[M].北京:中國電力出版社，1998, 121-123 [8] Zhu J，Jossman P.Application of designsystems [J ].IEEE Trans on Power System patterns for object-oriented modeling of power systems[J].IEEE Trans on Power System，1999，14（2）：532~537

第四篇：焊接虛擬仿真培訓系統

1、焊接培訓行業狀況

焊接是一項對過程要求很高的工作，在現有的手工焊接生產中，采用MAG/MIG焊接的約占50%，TIG焊接約占30%，MMA焊接約占20%；如：在造船行業中，MAG約占70%，MMA約占30%；那么，這就需要焊工要有扎實的操作手法、規范的動作。而在焊接培訓過程中傳統方式存在以下多種問題：（1）消耗大量的焊條(絲)、焊件和保護氣體等材料；（2）對學員的培訓過程難以準確掌握；（3）對學員的焊接水平難以評價；（4）培訓效果不盡理想；

（5）培訓過程環境污染嚴重，有害健康；（6）培訓過程安全性差。

2、項目實施目的

1）減少甚至避免焊接練習過程中強光、高溫、明火及煙塵以及有毒氣體的產生，全面保護教師和學員的身體健康；

2）減少或者避免焊接實訓過程中對空氣污染的有害氣體的排放，防止對環境造成污染；

3）能夠讓無工作經驗的學員快速、真實的投入到焊接實訓中，提高培訓效率，避免由于無經驗操作產生的事故。同時能夠讓有經驗的訓練者有更高的訓練平臺，提高焊接技術；

4）節省真實焊材、工件等焊接材料以及工業用電，降低培訓成本； 方便教學。

3、焊接仿真模擬器概述

電焊操作訓練模擬器系統是由武漢科碼軟件有限公司獨立自主研發的焊接虛擬仿真培訓系統。該系統是基于虛擬計算機系統，是以中高度仿真的教學培訓系統，能讓學員在接近真實的模擬環境下進行焊接技術的訓練。該系統能促進焊接技能向實際工況焊接的有效轉換。與傳統的焊接培訓相比減少了焊材的浪費。

該設備結合了：焊工的動作、仿真焊接焙池、焊接聲音及焊接手感，使用該系統的受訓者能夠感受到幾乎真實的焊接過程。

電焊模擬實訓系統是新一代環保、節能、通用型操作技能實訓與評價平臺。該系統采用分布式仿真實訓技術、虛擬現實技術、微機測控技術、聲音仿真技術及計算機圖像實時生成技術。在不需要真實焊機的情況下，通過仿真主控系統、位置追蹤系統，將焊接演練過程中焊槍的位置、速度和角度等進行采集處理，并實時生成虛擬焊縫。

該系統將仿真操作設備、實時3D技術及渲染引擎相結合，演練過程真實，視覺效果、操作手感與真實一致。在焊接演練的過程中，學員能夠看到焊接電弧以及焊液從生成、流動到冷卻的過程，同時聽到相應的焊接音效。

該系統與傳統的焊接技藝教學能有機的融合在一起，是實現靈活、高效、安全、節約、綠色無污染的焊接模擬培訓教學與考核的最佳教學方法。

通過電焊模擬實訓系統，學員不僅僅可以獲得與傳統實訓相同的操作經驗，同時通過系統內置的數據采集、智能專家輔助模塊和量化考核評價系統等一系列先進獨特的教學功能，配合合理明晰的焊接知識穿插講解，使學員可以獲得在傳統教學實踐過程中難以量化的精確焊接培訓指導，大幅度提升學員在培訓過程中的方向性和目的性，有效縮短學員的培訓周期，降低教師的教學負擔，達到以低成本、低投入實現“精教、精學、精煉”的焊接培訓機制。

電焊模擬器主機效果圖

電焊模擬器設備圖片

4、技術基礎

當操作者進行訓練時，系統中的多個傳感器將獲得的多個焊槍實時參數反饋給計算機，計算機對數據進行處理分析，并在顯示裝置和音響上顯示相應的焊接畫面和焊接聲音。焊接實訓設備應具有以下技術：

1、數字圖像處理、信息技術。

2、計算機圖形學、傳感與控制技術。

3、多種焊接操作技術、安全操作規范。

4、融多項高新技術于一體，呈現代職業教育之先進手段。

5、新型的焊接訓練實訓設備是一種低成本、高效率、現代化的焊接訓練解決方案。

焊接模擬器技術原理圖

5、視景仿真系統結構

焊接模擬器視景仿真系統結構圖

各個模塊應具有的功能如下：

1、數據輸入模塊主要負責將焊接工藝參數和焊槍運動參數狀態信息傳遞給焊接仿真模型模塊和仿真引擎模塊。

2、仿真模型模塊主要負責對工件、焊槍等焊接仿真環境進行靜態幾何建模, 完成焊縫模擬、煙、光照、火光、陰影、光照等特效3D圖形渲染。

3、焊接仿真引擎是系統的核心，它主要探尋焊接工藝、焊槍運動狀態參數和焊縫橫截面幾何參數之間的關系。

4、仿真結果輸出模塊包括評價系統模塊和其它功能子模塊。主要負責實時監測仿真狀態, 輸出動態仿真結果，分析、評價仿真過程數據。

5、具備培訓效果可評估功能：具有實時可視的操控信息反饋、虛擬焊縫的實時檢測指導、訓練者操作技能的實時評估功能。

6、學員端系統功能與特點

1、性能與優勢： 1）、多種焊接工藝。

本套實訓設備可以模擬訓練多種焊接工藝，焊條焊、氣體保護焊、氬弧焊、，還可擴展直流焊、鋁焊、氣焊，并包含焊接共享資源庫。

（1）焊條電弧焊模擬訓練系統

焊條電弧焊模擬訓練系統可模擬焊條與工件互相熔化并在冷凝后形成焊縫，從而獲得牢固接頭的焊接過程的模擬系統。本系統可進行酸性焊條J422（Φ2.5、Φ3.2、Φ4.0）、堿性焊條J507（Φ2.5、Φ3.2、Φ4.0）的多種訓練，并可對焊件進行平焊、立焊、橫焊和仰焊等多種不同位置的焊接訓練。訓練者在手工焊接操作時可看到焊縫熔池實時生成，訓練者的手工操作直接影響到了熔池成形的結果，并由系統進行實時的專家評定焊接缺陷，以便訓練者了改進焊接手法，以達到焊條電弧焊訓練效果。

（2）CO2氣體保護焊模擬訓練系統

CO2氣體保護焊模擬訓練系統可模擬以二氧化碳氣體作為電弧介質，保護金屬熔滴、焊接熔池和焊接區高溫金屬的一種熔焊模擬系統。本系統可選用藥芯焊絲YJ502、YJ507、YJ507CuCr、YJ607、YJ707； 自保護焊絲：直徑Φ1.0、Φ1.2、Φ1.6。并可對焊件進行平焊、立焊、橫焊和仰焊等多種不同位置的焊接訓。訓練者在手工焊接操作時可看到焊縫熔池實時生成，訓練者的手工操作直接影響到了熔池成形的結果，并由系統進行實時的專家評定焊接缺陷，以便訓練者了改進焊接手法，以達到CO2氣體保護焊訓練效果。

（3）氬弧焊模擬訓練系統

氬氣體保護焊可模擬200A/mm2左右的高強度電流密度效果，焊接過程中系統可體現氬弧焊燃燒穩定、熱量集中、熔滴細小、飛濺少的使用特點。并可對焊件進行多種不同位置的焊接訓。訓練者在手工焊接操作時可看到焊縫熔池實時生成，訓練者的手工操作直接影響到了熔池成形的結果，并由系統進行實時的專家評定焊接缺陷，以便訓練者了改進焊接手法，以達到氬弧焊訓練效果。

2)、三種焊槍

本套實訓設備包含以下三種焊槍，與真實焊槍比例一致：焊條電弧焊槍、CO2氣體保護焊槍及氬弧焊槍，操作過程中有焊條融化的縮短真實體驗和焊條

自動更換功能，并能體驗到操作手感。見下圖：

3）多種接頭（焊件）形式

本實訓設備可以模擬多種焊接接頭形式，對接、角接、T接接頭形式以及I形、V形（單面焊雙面成形）、Y形坡口類型。

系統還可模擬管對板，管對管接頭的形式。還可擴展多種焊接形式。

4）、多種焊接位置

本實訓設備有獨立的操作臺，可以在虛擬場景中靈活地調節多種焊接位置，讓訓練者無障礙進行平焊、立焊、橫焊、仰焊等多角度焊接位置訓練。示意圖如下：

5）、能夠真實的模擬焊接過程中的各種條件設置，引弧、焊接、收弧中的

各種手法，在焊接過程中具有自動換條功能，并能體驗操作中的力量反饋感，電弧、明暗場、飛濺、焊縫、聲效表現逼真。

6）、系統設置簡單，虛實結合，通過真實的焊板、焊槍、示教器進行焊接訓練；系統可提供完善的語音提示，焊接過程中可以通過圖形及語音提示幫助學員校正操作姿勢，輔助指導學員的培訓過程與應用。

（1）該系統具有仿真示范教學功能，示范最佳的焊槍姿態（包括焊接速度、焊槍角度、焊槍與工件的距離和位置等）。

（2）系統可體驗焊接過程中的的使用感覺，包括焊條的更換等。

（3）系統具有可觀察高仿真熔池反應的模擬界面，焊接完成后可看到高仿真的焊縫成形現象。

第五篇：煤礦安全生產三維仿真培訓系統

煤礦安全生產三維仿真培訓系統

煤礦安全生產三維仿真培訓系統是北京金視和科技股份有限公司集十幾年來圖形圖像和三維領域的尖端科研成果，并結合多年來對礦山領域的調研數據進行定制開發的解決方案。

煤礦安全生產三維仿真培訓系統結合煤礦安全生產特點、行業安全培訓現狀以及國家對安全技術培訓的有關要求，成功的實現了煤礦安全技術可視化仿真教學，內容涵蓋煤礦各技術工種，是一套適合煤礦進行技能培訓的信息化教材。系統遵循了國家關于煤礦安全培訓大綱和考核標準的相關要求，具有針對性、實用性、啟發性，通過實景再現、設備分解、模擬操作等形式把教學內容展現出來，為煤礦技能培訓提供了一種全新的解決方案。

煤礦安全培訓工作是煤礦企業的生命線和幸福線，沒有安全就沒有生產。通過培訓提高職工的安全技術素質，自主保安和相互保安意識、做到自覺遵章守紀，最大限度減少傷亡事故發生，改變煤礦安全生產環境，從而激發廣大職工獻身煤炭事業的積極性。

煤礦安全生產三維仿真培訓系統內建的利用內建的三維交互引擎和海量的三維模型資源庫，可以在幾秒鐘內，用點擊和拖拽的簡單操作方式，將礦山井下現場逼真的還原。根據不同地區的礦山，簡單快速搭建出一個逼真的三維數字礦山。

三維模型資源庫包括：井下的各種巷道，井下設備，避難硐室，運輸系統軌道等，所有資源可以任意調用和修改，以達到三維礦山快速創建的目的。

創建的三維礦山井下環境可以根據用戶的不同需求任意調整視角和位置，以及縮放等操作，從而多方位的瀏覽審視井下環境，對礦山井下環境的整體布局有更加深入和形象的認識，還可以創建全局縮略圖，整體平面圖，區間三維圖等，可以讓用戶真對不同礦山的宏大井下環境進行快速準確的進行位置確認，以及快速跳轉到目標位置，達到對礦山井下環境以及布局快速準確的認識。

同時，通過多種人物以及井下運輸設備的三維動畫創建功能，快速的將礦山井下遇到的突發事件的應急預案進行模擬，以三維動畫仿真的方式呈現出來，可以幫助在礦山井下遇到重大安全隱患時進行應急預案的規劃、部署和預演。