基于OTS2000仿真系统进行的Simu3D的联合调试方案

基于 OTS2000 仿真系统进行的 Simu3D的联合调试方案

陈艳琼

国家能源 大渡河瀑布沟水力发电总厂 四川雅安 625304

摘要：随着虚拟现实技术发展的快速性、全面性、功能性，水电站大数据的处理分析及展示、虚与实的紧密关联显得尤为重要。为构建一个集可视化、信息化、数字化的虚拟现实环境，将所搭建的三维模型与数学模型进行数据的信息互通，从而实现数据驱动模型，模型联动数据的虚拟可视化水电站。

关键词：虚拟现实；三维模型；数学模型；数据互通

1.引言

水电站仿真培训系统目前多为平面仿真，不利于人员熟悉现场设备、设施，部分设备动作逻辑也与现场不符合。采用虚拟可视化仿真培训系统则可进行沉浸式仿真，高度还原现场设备、设施、运行逻辑组态，设置各种运行工况、模拟不同故障现象，从而提升职工技能技术水平。

全电站数学模型采用支持图形化编程的SimuStudio建模，三维建模采用3Dmax，更有利于仿真培训效果，图形化的数学模型不仅是支撑运行的机理模型，还能让受训人更直观、清晰的梳理设备逻辑。因数学模型是根据电站PLC程序还原而来，所以特殊、重要、大型试验可先通过机理模型验证，观察其动作现象、过程、后果，得到较为接近现实的论证后再试验于现场设备，从而减少试验过程中的各种不可控因素，降低试验风险。虚拟可视化电站不仅在仿真培训上提升职工技能水平，在运用于现场安全生产中也有着重要地位。

本文主要介绍瀑布沟虚拟可视化电站数学模型、三维模型、上位机H9000三者的联合调试方法。

2.模型调试

2.1数学模型调试

Simustuio可支持图形化建立数学模型，可根据不同的仿真对象选定特定的仿真图元，并确定各对象之间的关系将其有效连接，形成一个完整的模块组态图。模型图页的建立是建模的基础，各系统可通过创建对应的模型图页进行子系统的数学模型搭建。

Simustuio中的每一个模块都有其对应算法，将能实现某功能的一个模块或几个模块放置至图页中，在各模块的输入中设置相关参数值，并将各模块进行有效的逻辑连接，就能完成一个功能的数学模型搭建。各功能模型连接形成一个子系统的机理模型，系统模型搭建完后再进行该数学模型的调试，确保该子系统数学模型逻辑正确，各项功能完善，能高度还原现场设备动作情况。

在图页数学模型中，模拟三维模型动态点下令，直接改变CMD命令模块参数值，查看整个链路是否都能正常运行，链路动作传递的结果能否驱动模型运行。链路不能走通时，查看相应模块是否有条件不满足，并查找条件不满足的原因，一级一级查找原因并解决，以保证整个链路正常驱动模型运行，达到预期结果。

图1 数学模型调试

2.2三维模型配置

水电站三维模型中常见设备类型为：开关、刀闸、两态压板、开关阀、开度阀、按钮、两态或多态切换把手、信号灯、仪表等，不同设备类型具有不同的三维配置参数，相应三维设备要能正常动作，就需要将三维配置文件中各类型的参数设置正确。

图2 三维模型配置文件

三维XML配置文件初始修改只需要在code中填入设备逻辑名，将memo中的参数修改为设备名称，保存即可。其他参数均在三维模型转化为执行文件时配置完成，暂时不需要进行修改。

2.3系统关联

Simustudio中的数学模型、上位机H9000以及三维模型之间数据的传递、交换、显示需要相关点表来建立关系，并且保障通讯进程正常运行，正确读取点表中相关数据，就能进行系统之间的数据信息互通。数学模型和三维模型中主要涉及模拟量、开关量、CMD命令，不同数据类型对应到相应通讯点表中，并具有对应格式，数据就能被通讯进程正确读取。

空开、阀门、控制把手、压板等可操作设备类型为CMD命令，需要将该类型所有数据放入cmd.csv通讯表；指示灯、位置指示等显示为开关量，该类数据放入do.csv和IND_TABLE.txt通讯表；仪表指针、数字显示表为模拟量，该类数据放入ao.csv和ANA_TABLE.txt通讯表。当通讯进程启动，就会自动读取所有通讯表内的数据，进行系统之间的数据交换、传递、以及显示。

图3 通讯点表

2.4模型联调

模型单独调试完毕后，还需要进行模型的联合调试，以保证进行设备操作时各系统能够正常动作，并与现场实际动作后果保持一致。数学模型、三维模型和上位机H9000之间通过通讯点表进行数据交换、传递，调试之前检查设备逻辑名在各通讯表中已存在，三维配置文件xml已配置完成，simustudio中的上送程序段已完成。启动各系统，检查系统之间通讯正常，即可进行模型调试，模型联调要检查三维模型是否正常动作，数学模型逻辑是否正常执行、传递，上位机H9000光字是否正确，显示是否正常。

图4 模型通讯逻辑

调试的设备模型与实际动作不一致时，应逐项检查，查找原因解决问题，确保设备正常动作。一般存在的问题：通讯表或数据库中该点不存在；三维配置文件中的model名称与实际三维模型中的model名称不匹配；指示灯亮灭情况相反；切换把手反向动作等。

图5 三维模型配置文件参数

3.模型应用

设备安全、高效的稳定运行非常重要，为了保证设备的安全、高效稳定运行，除了职工丰富的现场工作经验，仿真培训也是帮助职工积累经验的一种有效途径。虚拟可视化为仿真提供了更好的培训平台，由模型搭建的虚拟可视化水电站能够让人更直观的了解、认识设备及构造原理，加深对设备的认识度。

系统可根据不同的运行工况进行倒闸操作、故障模拟，让受训人了解在不同工况下进行操作会有哪些细微的区别，在不同工况下发生故障时能够直观的研究故障过程并分析原因，从而进行有效、正确的事故处理。在设备进行大修或者升级改造时，如果遇到问题（例如试验数据、控制逻辑），也可在系统的数学模型上进行参数、逻辑的修改，从而验证其正确性，有效降低现场试验风险及设备损耗。

4.结束语

虚拟可视化水电站的建设需要对全站设备从结构原理到动态运行的全面了解，并采集全站设备的图片进行可视化建模，工作量重、难度系数、细节繁琐，而数学模型的图形模块化建模有效的减少了建模工作量并降低了建模难度，提高了建模效率。数学模型的图形化可直观的看到设备控制逻辑及运行参数，在联合调试时能直接将参数反应到三维模型上，能够更快速、准确的检查出三维模型配置不正确的地方，大大缩短了查找问题的时间，并有效提高了联调的正确性。将虚拟可视化水电站应用于生产中，能够有效提高职工生产经验，降低设备大修或者升级改造成本等，为设备管理提供一个更好的平台。

参考文献：

1. 张卫君等：“仿真系统图形化建模技术研究与实现”，中国水力发电工程学会信息化专委会、中国水力发电工程学会水电控制设备专委会·2015年学术交流会论文集。

2. 张显兵等：“水轮发电机组仿真模型的研究与实现”，中国水力发电工程学会信息化专委会、中国水力发电工程学会水电控制设备专委会·2015年学术交流会论文集。

3. 王德宽等：“OTS2000仿真培训及虚拟流域”，《水电厂自动化》，2015年8月，第3期。