
核電廠運(yùn)維虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)
核電廠三維場景模型庫
系統(tǒng)內(nèi)置多個(gè)完整的核電廠三維場景模型教學(xué)資源庫,用戶可實(shí)時(shí)調(diào)取相關(guān)場景案例用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)和仿真實(shí)訓(xùn),同時(shí),系統(tǒng)內(nèi)置功能強(qiáng)大的三維場景模型編輯器模塊,用戶可以根據(jù)需要,實(shí)時(shí)導(dǎo)入由第三方CAD工具軟件構(gòu)建的核電廠三維場景模型。
核電廠要素模型庫
系統(tǒng)內(nèi)置一個(gè)內(nèi)容豐富的“核電廠要素模型庫”,該素材庫中包含大量的核電廠通用3D模型,如:核島廠房及控制間、常規(guī)島廠房及控制間、反應(yīng)堆、主控控制室、遠(yuǎn)距離停堆控制室、汽輪發(fā)電機(jī)組、給水泵、管道閥門、蒸汽發(fā)生器、冷凝器、冷卻塔、安全防護(hù)設(shè)備、運(yùn)維工具及配套設(shè)施等。教師和學(xué)生可以利用這些核電廠素材庫模型快速搭建一個(gè)模擬核電廠,為教學(xué)實(shí)驗(yàn)和仿真實(shí)訓(xùn)提供3D場景環(huán)境。
同時(shí),用戶可以利用“三維場景模型編輯器”,快速搭建一個(gè)初步的核電廠三維環(huán)境,并對3D場景和核電廠3D要素模型的屬性進(jìn)行實(shí)時(shí)編輯、修改和保存,如:物理數(shù)據(jù)、邏輯關(guān)系、應(yīng)用屬性、坐標(biāo)位置、功能用途等,每個(gè)要素模型的信息數(shù)據(jù)與模型本身一一對應(yīng),并被保存在一個(gè)內(nèi)置的數(shù)據(jù)庫中,以備用戶實(shí)時(shí)調(diào)用、查詢讀取和程序驅(qū)動(代碼控制)。
場景交互
系統(tǒng)基于虛擬現(xiàn)實(shí)交互技術(shù)開發(fā),內(nèi)置功能強(qiáng)大的多維交互模式,如:漫游、行走、駕駛、飛行(鳥瞰)等模式,用戶可以根據(jù)需要選擇不同的模式和三維虛擬場景進(jìn)行實(shí)時(shí)交互。同時(shí)系統(tǒng)支持多個(gè)外置交互設(shè)備接口,如:數(shù)據(jù)手套、六自由度位置追蹤系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)力反饋系統(tǒng)、操縱桿、方向盤等,用戶可以根據(jù)需要實(shí)時(shí)接入不同的交互設(shè)備與虛擬仿真場景進(jìn)行實(shí)時(shí)互動。
核電裝備可視化管理
系統(tǒng)內(nèi)置“裝備可視化管理模塊,包括一個(gè)功能完備的多功能視景瀏覽器和一個(gè)小型數(shù)據(jù)庫,構(gòu)成核電廠三維場景的各種要素模型都被存儲在這個(gè)數(shù)據(jù)庫中,實(shí)現(xiàn)分層管理。用戶可以根據(jù)需要實(shí)時(shí)打開顯示、查看瀏覽各種3D要素模型,如:核島廠房及控制間、常規(guī)島廠房及控制間冷卻塔、反應(yīng)爐、離心泵、控制室、汽輪發(fā)電機(jī)組、給水泵、管道閥門、蒸汽發(fā)生器、凝汽器以及配套設(shè)施、安全防護(hù)設(shè)備、運(yùn)維工具設(shè)施等。
用戶不僅可實(shí)時(shí)瀏覽3D模型,也可以讀取每個(gè)3D要素模型的各種數(shù)據(jù),包括它們的邏輯關(guān)系、位置和各種屬性數(shù)據(jù),可以對“核電廠3D設(shè)備模型”進(jìn)行定位查詢、數(shù)據(jù)顯示、分層管理,逐級展示裝備零部件的組成和結(jié)構(gòu)關(guān)系。同時(shí),可以利用“3D編輯”功能實(shí)時(shí)修改、更新相關(guān)的數(shù)據(jù)信息,并保存。
核電廠工藝流程仿真
系統(tǒng)內(nèi)置典型核電廠運(yùn)行工藝流程教學(xué)資源庫,可以逼真地模擬整個(gè)“核電廠系統(tǒng)的工藝流程”,再現(xiàn)不同的環(huán)節(jié)、部件和子系統(tǒng)之間的結(jié)構(gòu)組成、邏輯關(guān)系、機(jī)構(gòu)聯(lián)動和系統(tǒng)工作過程,多視角、多維度地呈現(xiàn)整個(gè)“核電廠系統(tǒng)”的運(yùn)行原理和工藝流程。用戶可以根據(jù)需要實(shí)時(shí)打開配套的核電運(yùn)維場景案例用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)和仿真實(shí)訓(xùn)。
整體工藝流程仿真
系統(tǒng)以三維仿真交互的方式模擬整個(gè)核電廠的生產(chǎn)運(yùn)行全過程,并可以在虛擬場景中漫游,進(jìn)入各個(gè)生產(chǎn)空間,查看每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié),觀察期運(yùn)營狀態(tài),利用六自由度交互設(shè)備進(jìn)行操作交互,同時(shí)實(shí)時(shí)打開相應(yīng)的技術(shù)資料,如圖片、文字或視頻資料詳細(xì)了解核電廠不同環(huán)節(jié)的運(yùn)行原理。生產(chǎn)工藝過程包括:
核電站的生產(chǎn)流程:主泵的冷卻劑輸送到壓力容器中;燃料在核反應(yīng)堆中發(fā)生不斷地核裂變,壓力會隨之變化,由穩(wěn)壓器對其壓力進(jìn)行調(diào)節(jié),從而產(chǎn)生核變能,核變能產(chǎn)生的熱能使冷卻劑變成高溫液體進(jìn)入蒸汽發(fā)生器,通過蒸汽發(fā)生器把冷卻劑的熱能變成蒸汽,蒸汽通過主蒸汽管道進(jìn)入汽輪機(jī),推動汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動,從而帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電,電能通過主變壓器升壓進(jìn)入電網(wǎng)。
一回路系統(tǒng)(核島):核燃料在經(jīng)過主泵冷卻劑冷卻及穩(wěn)壓器壓力調(diào)節(jié)的核反應(yīng)堆中進(jìn)行核裂變,產(chǎn)生核變能,從而產(chǎn)生熱量,熱量進(jìn)入蒸汽加熱器把在其中的二回路水變成蒸汽,余下的冷卻劑在經(jīng)過主泵回到壓力容器,形成一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)。
二回路系統(tǒng)(常規(guī)島):核燃料在經(jīng)過主泵冷卻劑冷卻及穩(wěn)壓器壓力調(diào)節(jié)的核反應(yīng)堆中進(jìn)行核裂變,產(chǎn)生核變能,從而產(chǎn)生熱量,熱量進(jìn)入蒸汽加熱器把在其中的二回路水變成蒸汽,蒸汽通過蒸汽管道進(jìn)入汽輪機(jī),推動汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動,從而帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電,電能通過主變壓器升壓進(jìn)入電網(wǎng);汽輪機(jī)高壓缸內(nèi)的蒸汽一面送往高壓加熱器,一面送往熱水分離加熱器;熱水分離加熱器進(jìn)行分離汽水分離,水通過管道排出,蒸汽繼續(xù)送往汽輪機(jī)低壓缸,低壓缸中的一部分蒸汽直接送往凝氣器冷卻成水,另一部分蒸汽輸送到低壓加熱器用來加熱給水;凝氣器通過循環(huán)水泵抽海水來做蒸汽的冷卻系統(tǒng),使其變成溫水,通過給水泵輸送到低壓加熱器中進(jìn)行加熱,加熱之后的給水進(jìn)入除氧器中除氧,除氧過后的給水在進(jìn)過給水泵輸送到高壓加熱氣器再一次對給水進(jìn)行加熱,再次加熱過的給水通過高溫管道進(jìn)入蒸汽發(fā)生器進(jìn)行加熱變成蒸汽或熱水;形成一個(gè)系統(tǒng)。
裝備工作原理和關(guān)鍵環(huán)節(jié)可視化仿真
除了基礎(chǔ)的核電廠3D場景環(huán)境,為適應(yīng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)需要,系統(tǒng)為整個(gè)“核電廠3D場景和運(yùn)維過程”提供分層管理、逐級展示功能,用戶可以根據(jù)需要選擇顯示整個(gè)核電廠的一個(gè)裝備、一個(gè)部分、一個(gè)環(huán)節(jié)或一個(gè)流程。對具體的環(huán)境進(jìn)行教學(xué)實(shí)驗(yàn),以互動教學(xué)的方式多角度、的展現(xiàn)核電廠的裝備工作原理和系統(tǒng)工作流程。如:設(shè)備的工作原理、工作過程中的運(yùn)行狀態(tài)、系統(tǒng)工藝流程、核電原理機(jī)的模擬運(yùn)行過程等等。
每一個(gè)裝備、系統(tǒng)原理仿真過程或工藝流程,均配套相應(yīng)的“文字、圖片和視頻講解”,用戶可以根據(jù)需要實(shí)時(shí)調(diào)閱、參考不同的技術(shù)資料,為教學(xué)實(shí)訓(xùn)過程提供技術(shù)支撐。
運(yùn)行數(shù)據(jù)與控制軟件驅(qū)動接口
系統(tǒng)提供一個(gè)面向?qū)ο蟮撵`活開放的模塊化數(shù)據(jù)接口,用戶可以根據(jù)需要實(shí)時(shí)接入各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)或控制軟件,驅(qū)動控制核電廠三維場景模型,接入數(shù)據(jù)驅(qū)動后的三維場景會按照數(shù)據(jù)的屬性,真實(shí)模擬整個(gè)核電生產(chǎn)的仿真過程。
仿真系統(tǒng)按照核電廠工業(yè)裝備和電氣電路的邏輯關(guān)系模擬高度逼真的核電廠三維仿真場景,每一個(gè)裝備部件和生產(chǎn)環(huán)節(jié)均為矢量化、可交互的三維模型節(jié)點(diǎn),用戶可以根據(jù)核電廠的生產(chǎn)和邏輯關(guān)系通過編程或電力控制軟件,來驅(qū)動和控制三維系統(tǒng)裝備的工作過程。
同時(shí)每個(gè)裝備部件和控制節(jié)點(diǎn)均經(jīng)過“功能和數(shù)據(jù)屬性編輯”,并與管理數(shù)據(jù)對接,形成固定的數(shù)據(jù)庫模型,用戶可以根據(jù)這些裝備部件和節(jié)點(diǎn)的功能屬性和數(shù)據(jù)庫特征接入相應(yīng)的生產(chǎn)數(shù)據(jù),以驅(qū)動和控制整個(gè)仿真場景和部分場景的動態(tài)生產(chǎn)過程,如:開關(guān)、電動機(jī)、轉(zhuǎn)子、供水冷卻系統(tǒng)、液壓等自動閥門的控制,終形成一個(gè)根據(jù)真實(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)驅(qū)動的“核電廠生產(chǎn)過程三維仿真系統(tǒng)”。
核電廠運(yùn)維管理與操作仿真實(shí)訓(xùn)
系統(tǒng)基于虛擬現(xiàn)實(shí)與實(shí)時(shí)交互技術(shù)開發(fā),內(nèi)置功能強(qiáng)大的多維交互模式,如:漫游、行走、駕駛、飛行(鳥瞰)等模式,用戶可以根據(jù)需要實(shí)時(shí)選擇不同的模式和三維虛擬場景進(jìn)行實(shí)時(shí)交互。同時(shí)系統(tǒng)支持多個(gè)外置交互設(shè)備接口,如:數(shù)據(jù)手套、六自由度位置追蹤系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)力反饋系統(tǒng)、操縱桿、方向盤等,用戶可以根據(jù)需要接入不同的交互設(shè)備與虛擬仿真場景進(jìn)行實(shí)時(shí)互動。
基于系統(tǒng)功能完備的交互功能,用戶可以進(jìn)入核電廠三維仿真場景進(jìn)行“運(yùn)維管理和交互操作仿真實(shí)訓(xùn)”,包括:生產(chǎn)車間的運(yùn)維管理和仿真實(shí)訓(xùn)、虛擬控制室的交互操作仿真實(shí)訓(xùn)。
生產(chǎn)車間的運(yùn)維管理和仿真實(shí)訓(xùn)
用戶可以佩戴頭盔顯示器或6自由度交互設(shè)備,進(jìn)入虛擬廠區(qū)、車間和大型裝備的內(nèi)部,對設(shè)備裝備、儀器儀表、電氣電路、管線閥門等進(jìn)行查看瀏覽和檢修維護(hù),過程中,用戶可以實(shí)時(shí)調(diào)閱系統(tǒng)內(nèi)置的“運(yùn)維指南”,運(yùn)維指南將以多窗口的形式將文字、圖片或視頻指定顯示在用戶的眼前,用戶按照生產(chǎn)和技術(shù)要求進(jìn)行閱讀、參考和比對分析,從而完成正確的“運(yùn)維過程”,達(dá)到教學(xué)實(shí)訓(xùn)的目的。
虛擬控制室交互操作仿真實(shí)訓(xùn)
每個(gè)核電廠仿真系統(tǒng)均配套了專業(yè)的“虛擬三維控制室”,包括“主控室控制室”和“遠(yuǎn)距離堆??刂剖摇比S場景模型??刂剖业拿總€(gè)模型節(jié)點(diǎn)(如:儀器儀表、顯示屏、控制開關(guān)、電氣電路等)均為獨(dú)立的、可編輯、可交互、可編程控制的模型節(jié)點(diǎn),并與內(nèi)置的“控制數(shù)據(jù)庫”對接,用戶可以通過“編程”控制每一個(gè)開關(guān)、按鈕或控制手柄等。也可以通過手動交互功能,控制各類開關(guān)按鈕??刂茢?shù)據(jù)同時(shí)又與整個(gè)電廠的生產(chǎn)過程對接,可實(shí)時(shí)驅(qū)動整個(gè)電廠生產(chǎn)過程運(yùn)行的每一個(gè)裝備和每一個(gè)環(huán)節(jié)。
虛擬控制室仿真實(shí)訓(xùn)內(nèi)容包括:主控室控制室虛擬仿真教學(xué)實(shí)訓(xùn)、遠(yuǎn)距離堆??刂颇M教學(xué)實(shí)驗(yàn)和仿真實(shí)訓(xùn)。教學(xué)實(shí)驗(yàn)和仿真實(shí)訓(xùn)過程中,用戶可以打開核電廠三維場景和虛擬控制室三維場景,啟動教學(xué)實(shí)驗(yàn)和仿真實(shí)訓(xùn)情景模式,通多鍵盤鼠標(biāo)完成“控制室運(yùn)維管理”過程的學(xué)習(xí)和仿真實(shí)訓(xùn),也可以配套用戶佩戴頭盔顯示器或6自由度交互設(shè)備,走進(jìn)虛擬的三維場景,根據(jù)已有的理論知識,進(jìn)行核電廠“運(yùn)維管理和操作仿真實(shí)訓(xùn)”。包括:檢查各類儀器儀表或動態(tài)虛擬顯示屏,按照操作流程指南,模擬操作各類控制開關(guān)等,完成仿真實(shí)訓(xùn)過程,達(dá)到模擬演練的目的。
突發(fā)事故仿真與應(yīng)急處置演練
應(yīng)急教學(xué)管理
系統(tǒng)內(nèi)置典型的核電廠事故情景模擬仿真內(nèi)容,當(dāng)用戶啟動“核電廠事故應(yīng)急管理”情景模式后,系統(tǒng)會呈現(xiàn)一個(gè)完整的三維事故場景和情景模式,如爆炸、停車等突發(fā)事故。教師利用該情景模式,結(jié)合理論大綱和行業(yè)要求,多視角、多維度地教授學(xué)生的核電廠突發(fā)事故應(yīng)急管理知識。如:事故類型、成因、可能導(dǎo)致的后果,應(yīng)急處置的流程、步驟和方法等。過程中,教師可實(shí)時(shí)調(diào)閱相關(guān)的應(yīng)急管理指南和教學(xué)資源庫,如圖片、文字或視頻等進(jìn)行輔助教學(xué)。
應(yīng)急處置演練
系統(tǒng)內(nèi)置“核電廠虛擬控制室”系統(tǒng),該系統(tǒng)完全按照1:1的真實(shí)物理數(shù)據(jù)構(gòu)建,并與整個(gè)虛擬核電廠的三維場景和生產(chǎn)環(huán)節(jié)相連,真實(shí)模擬“核電廠控制室”的邏輯過程和控制功能。
用戶開啟“控制室應(yīng)急處置”情景模式后,可以根據(jù)已掌握的理論知識和實(shí)際經(jīng)驗(yàn),通過配鍵盤鼠標(biāo),迅速模擬操作“虛擬控制室”中的各種儀器設(shè)備和控制開關(guān),并可以實(shí)時(shí)調(diào)閱系統(tǒng)內(nèi)置的“應(yīng)急處置指南”,瀏覽、查看和分析,確保操作的正確性,直到“警報(bào)”解除,從而正確完成突發(fā)事故的應(yīng)急處置過程。
用戶也可以配套用戶佩戴頭盔顯示器或6自由度交互設(shè)備,走進(jìn)虛擬的三維控制室,根據(jù)已有的理論知識和應(yīng)急處置要求,進(jìn)行應(yīng)急處置模擬訓(xùn)練,包括:檢查各類儀器儀表,按照應(yīng)急處置操作指南,模擬操作各類控制開關(guān)等,完成應(yīng)急處置和仿真實(shí)訓(xùn)過程,達(dá)到模擬演練的目的。應(yīng)急處置和模擬演練過程可以是單人操作,也可以是多人協(xié)同操作。應(yīng)急模擬操作的過程中,用戶可以實(shí)時(shí)調(diào)閱系統(tǒng)內(nèi)置的“應(yīng)急處置指南”,瀏覽、查看和分析,確保操作的正確性,直到“警報(bào)”解除
裝備原理模擬機(jī)仿真
系統(tǒng)內(nèi)置一個(gè)核電廠典型設(shè)備的“原理模擬機(jī)”三維仿真模型庫,主要有反應(yīng)堆、蒸汽發(fā)生器、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)以及有關(guān)系統(tǒng)設(shè)備。系統(tǒng)按照1:1的比例,在三維高精度建模的基礎(chǔ)上(基于CATIA、Solidwork、Pro/E、UG或其三維CAD軟件平臺構(gòu)建的三維模型),根據(jù)機(jī)械原理、機(jī)構(gòu)聯(lián)動方程、物理屬性仿真算法和仿真交互要求,真實(shí)模擬“核電裝備”的動態(tài)工作過程。
原理機(jī)模擬仿真系統(tǒng)可為虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)和仿真實(shí)訓(xùn)提供一個(gè)高度逼真的三維可視化支撐環(huán)境。基于這種三維可視化仿真過程,教師可以更容易地表達(dá)和講解,學(xué)生也能更輕松快捷地接受所學(xué)的知識內(nèi)容。
教師可以利用該系統(tǒng),模擬核電裝備的動態(tài)工作過程。虛擬場景中,教師或?qū)W生可使用鼠標(biāo)或六自由度交互裝置開啟按鈕、啟動汽輪機(jī)或發(fā)電機(jī);同時(shí)也能通過快進(jìn)和慢放按鈕,詳細(xì)觀察設(shè)備的動態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)過程或流程,詳細(xì)呈現(xiàn)工業(yè)裝備的“動態(tài)”工作原理。
除了模擬“裝備內(nèi)在工作過程”,系統(tǒng)還可以模擬整個(gè)“裝備系統(tǒng)的工藝流程”,可逼真地模擬整個(gè)“裝備系統(tǒng)”的工藝流程和工作過程,再現(xiàn)不同的零部件及子系統(tǒng)之間的結(jié)構(gòu)組成、機(jī)構(gòu)聯(lián)動和系統(tǒng)工作過程,多視角、多維度地詳細(xì)呈現(xiàn)整個(gè)“裝備系統(tǒng)”的運(yùn)行原理。
系統(tǒng)提供外部數(shù)據(jù)驅(qū)動數(shù)據(jù)接口,這些數(shù)據(jù)可以是邏輯電路方程、機(jī)械運(yùn)動方程、或機(jī)構(gòu)聯(lián)動方程,機(jī)械運(yùn)動驅(qū)動參數(shù),如:轉(zhuǎn)速、步長、旋轉(zhuǎn)角速度、位置等,用以驅(qū)動靜態(tài)三維模型,實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)聯(lián)動和動態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)。