火電機(jī)組運(yùn)行仿真輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)

楊小琨，李建剛

(鄭州電力高等?？茖W(xué)校，鄭州450004)

0 前言

大型火電機(jī)組運(yùn)行、調(diào)整和事故處理涉及“機(jī)、爐、電、控”等多門類的專業(yè)知識(shí)，并作為集控、熱動(dòng)專業(yè)學(xué)生的核心職業(yè)能力，得到越來(lái)越多的重視［1-3］。由于電力行業(yè)對(duì)安全要求的特殊性，機(jī)組運(yùn)行、調(diào)整和事故處理的操作技能培養(yǎng)主要通過(guò)火電機(jī)組仿真實(shí)訓(xùn)課程進(jìn)行。目前市場(chǎng)上火電機(jī)組全過(guò)程仿真軟件價(jià)格昂貴，且主流的仿真軟件可支持的客戶端數(shù)量有限，通常不超過(guò)30個(gè)，導(dǎo)致教學(xué)實(shí)施中往往2～3個(gè)學(xué)生同時(shí)使用一臺(tái)客戶機(jī)，教學(xué)資源遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足教學(xué)要求。教學(xué)中常常遇到這種情況:由于學(xué)生進(jìn)行仿真實(shí)訓(xùn)時(shí)，專業(yè)課程并未全部講授完，加之學(xué)生對(duì)電廠生產(chǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工作原理等不熟悉，使仿真實(shí)訓(xùn)的效果大打折扣。

設(shè)計(jì)火電機(jī)組運(yùn)行仿真輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)的目的，就是依托火電機(jī)組仿真實(shí)訓(xùn)的輔助學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，提供發(fā)電廠的相關(guān)管理制度、設(shè)備的真實(shí)圖片、視頻和動(dòng)畫、機(jī)組的運(yùn)行規(guī)程和操作票、300MW和600MW火電機(jī)組仿真操作畫面和仿真操作流程的動(dòng)畫演示。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的建立可以方便學(xué)生熟悉發(fā)電廠的生產(chǎn)過(guò)程的主要標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中的主要操作步驟方法、主要設(shè)備相關(guān)知識(shí)，并可以進(jìn)行模擬操作練習(xí)。此系統(tǒng)可以成為火電機(jī)組仿真實(shí)訓(xùn)課程的有效補(bǔ)充，提高學(xué)生操作技能和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的熟悉程度，為深化工學(xué)結(jié)合的人才培養(yǎng)模式服務(wù)，為“教、學(xué)、做”一體化教學(xué)方式的實(shí)施增加一種良好的教學(xué)條件。

1 輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)的總體思路

輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路是通過(guò)對(duì)火力發(fā)電廠生產(chǎn)和技術(shù)管理的全過(guò)程研究，從中選擇出與專業(yè)核心職業(yè)能力培養(yǎng)密切相關(guān)的內(nèi)容;以火電機(jī)組仿真軟件為依托，機(jī)組冷態(tài)起動(dòng)操作流程為線索，利用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)模擬仿真出所選內(nèi)容，使學(xué)生能全方位掌握發(fā)電廠實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程、熟悉所操作的設(shè)備結(jié)構(gòu)、工作原理等相關(guān)知識(shí)，并能將發(fā)電廠的相關(guān)生產(chǎn)制度、標(biāo)準(zhǔn)貫穿在整個(gè)仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中知識(shí)、能力和素質(zhì)的同步提高。

2 火電機(jī)組仿真輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)內(nèi)容的選擇

傳統(tǒng)上，學(xué)生火電機(jī)組集控運(yùn)行能力的培養(yǎng)是通過(guò)獨(dú)立的、并列的幾門理論和實(shí)踐課程完成的，如:電廠汽輪機(jī)、電廠鍋爐、熱力發(fā)電廠、仿真實(shí)訓(xùn)等。其中理論課程的內(nèi)容側(cè)重自然科學(xué)原理和工程理論的傳授，涉及到的運(yùn)行知識(shí)也是針對(duì)某個(gè)具體設(shè)備或系統(tǒng)，內(nèi)容分散。仿真實(shí)訓(xùn)課程內(nèi)容雖然也指向機(jī)組運(yùn)行操作技能的訓(xùn)練，但這種技能是獨(dú)立于工作過(guò)程之外的抽象技能，學(xué)生往往不能理解所學(xué)的理論和技能與將來(lái)所從事職業(yè)的關(guān)系。

為提高火電機(jī)組運(yùn)行仿真的效果，如何將仿真機(jī)和發(fā)電廠實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程密切結(jié)合是關(guān)鍵。通過(guò)對(duì)發(fā)電廠生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行深入的調(diào)研，結(jié)合以往仿真教學(xué)實(shí)施過(guò)程中學(xué)生的反饋意見(jiàn)和建議，仿真輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)的主要內(nèi)容確定為以下四個(gè)方面:

(1)發(fā)電廠管理制度。包括生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管理規(guī)定及發(fā)電廠的“兩票三制”中的工作票、操作票和巡回檢查制度。此部分內(nèi)容的實(shí)施可以使學(xué)生通過(guò)仿真實(shí)訓(xùn)熟悉發(fā)電廠生產(chǎn)崗位上必須遵循的規(guī)章制度和安全規(guī)定，培養(yǎng)安全、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的職業(yè)素質(zhì)。

(2)發(fā)電廠設(shè)備認(rèn)知。設(shè)備的熟悉程度是學(xué)生提高運(yùn)行操作水平的重要條件。但由于電力生產(chǎn)設(shè)備的特點(diǎn)和學(xué)校實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地的限制，學(xué)生對(duì)多數(shù)設(shè)備較為生疏，對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理沒(méi)有感性認(rèn)識(shí)，這些都制約了學(xué)生實(shí)訓(xùn)期間對(duì)設(shè)備操作規(guī)程的深入理解。為此，輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中將設(shè)備的認(rèn)知作為一項(xiàng)重要內(nèi)容，搜集大量的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際設(shè)備的圖片、視頻，配以工作原理動(dòng)畫，解決了現(xiàn)場(chǎng)參觀無(wú)法看到設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作流程的問(wèn)題。

(3)仿真運(yùn)行學(xué)習(xí)指導(dǎo)。輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)中提供了國(guó)內(nèi)典型的亞臨界300MW和超臨界600MW仿真機(jī)的全部仿真畫面，電子版的運(yùn)行規(guī)程，及仿真機(jī)的機(jī)、爐、電操作的詳細(xì)操作步驟動(dòng)畫演示。

(4)考核評(píng)價(jià)。為方便學(xué)生了解發(fā)電企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)人員的考核模式和學(xué)生技能鑒定的操作考核，在輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)中搜集了部分發(fā)電廠主要運(yùn)行崗位的考試題目，學(xué)生技能鑒定操作考核題庫(kù)，使仿真實(shí)訓(xùn)的學(xué)習(xí)過(guò)程更具針對(duì)性。

3 仿真輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

要使仿真輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)真正發(fā)揮作用，如何將所選擇的內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，并與火電機(jī)組仿真軟件相融合是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所要解決的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

3.1 總體構(gòu)架的設(shè)計(jì)

在完成內(nèi)容選擇后，首先確定了輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)的總體構(gòu)架，確定仿真機(jī)組冷態(tài)起動(dòng)操作過(guò)程為主線，將輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)的所有內(nèi)容有機(jī)地融入其中，使用者按照現(xiàn)場(chǎng)要求同步進(jìn)行設(shè)備、系統(tǒng)的認(rèn)知和操作訓(xùn)練。系統(tǒng)整體框架如圖1所示。

圖1 輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)總體構(gòu)架

3.2 設(shè)備認(rèn)知部分的設(shè)計(jì)

在仿真操作技能訓(xùn)練中，設(shè)備的認(rèn)知是一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)。由于學(xué)生對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的生疏，不能很好理解設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程，往往導(dǎo)致對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行規(guī)程的理解困難，對(duì)設(shè)備參數(shù)監(jiān)控、投停要求掌握不到位。

為解決此問(wèn)題，在仿真學(xué)習(xí)系統(tǒng)中，將設(shè)備學(xué)習(xí)與機(jī)組的冷態(tài)起動(dòng)過(guò)程相結(jié)合，依托仿真操作畫面，在畫面的設(shè)備上創(chuàng)建熱點(diǎn)鏈接，將抽象的設(shè)備簡(jiǎn)圖和具體的設(shè)備圖片、動(dòng)畫和視頻聯(lián)系起來(lái)，利用多媒體手段展示現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工作流程、系統(tǒng)連接方式等內(nèi)容。

3.3 仿真動(dòng)態(tài)操作演示的設(shè)計(jì)

能完整、正確進(jìn)行機(jī)組冷態(tài)起動(dòng)是仿真操作技能訓(xùn)練要達(dá)到的基本目標(biāo)。若僅依靠教師的講解和運(yùn)行規(guī)程，缺乏直觀性和重現(xiàn)性，導(dǎo)致學(xué)生在獨(dú)立操作中的錯(cuò)誤步驟頻發(fā)，而且難以被及時(shí)糾正。因此在仿真學(xué)習(xí)系統(tǒng)中將仿真動(dòng)態(tài)操作演示作為設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重點(diǎn)，利用抓圖軟件，逐幅抓取仿真機(jī)操作中每一項(xiàng)操作及操作后的系統(tǒng)畫面，使用Captivate軟件［4］制作每個(gè)單項(xiàng)熱力設(shè)備或系統(tǒng)投入時(shí)的動(dòng)態(tài)操作flash動(dòng)畫。在動(dòng)畫中以鼠標(biāo)移動(dòng)、點(diǎn)擊示意和文字對(duì)每項(xiàng)操作步驟進(jìn)行詳細(xì)的描述。利用這種方式，使用者可以反復(fù)學(xué)習(xí)每一項(xiàng)的正確操作步驟，快速提高仿真操作基本技能，掌握機(jī)組冷態(tài)起動(dòng)的基本步驟和方法，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)機(jī)組參數(shù)調(diào)整和故障處理等高級(jí)操作技能奠定良好的基礎(chǔ)。

仿真動(dòng)態(tài)操作演示界面如圖2所示。

4 結(jié)論

火電機(jī)組運(yùn)行仿真輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)以仿真機(jī)組操作為主線，將發(fā)電廠管理制度、設(shè)備認(rèn)知、仿真操作動(dòng)態(tài)演示和綜合評(píng)價(jià)有機(jī)融為一體。使用者在完成操作技能訓(xùn)練的同時(shí)，不僅對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、系統(tǒng)有了全面系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，而且接受了現(xiàn)場(chǎng)氛圍的薰陶，培養(yǎng)了安全、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的綜合職業(yè)能力和素質(zhì)。

圖2 仿真動(dòng)態(tài)操作演示

本系統(tǒng)作為火電機(jī)組仿真實(shí)訓(xùn)的一個(gè)有益補(bǔ)充環(huán)節(jié)，可以大大提高仿真實(shí)訓(xùn)的效果，受培訓(xùn)者在掌握機(jī)組啟停操作的基本技能后，可進(jìn)一步學(xué)習(xí)和掌握機(jī)組參數(shù)調(diào)整和事故處理等高級(jí)技能，強(qiáng)化受培訓(xùn)者的核心職業(yè)能力，滿足發(fā)電企業(yè)的需求，具有良好的實(shí)用性和推廣價(jià)值。

［1］董蕾，厲海斌.集控運(yùn)行值班員職業(yè)技能鑒定指導(dǎo)書［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2001.

［2］楊小琨，侯俊鳳.大型火電機(jī)組集控運(yùn)行仿真課程的學(xué)習(xí)情境設(shè)計(jì)探討［J］.中國(guó)電力教育，2009，(1).

［3］湖北襄樊發(fā)電有限責(zé)任公司.300MW火力發(fā)電廠崗位規(guī)范［M］.北京:同心出版社，2002.

［4］Brenda Huettner.Adobe Captivate 4:The Definitive Guide［M］.Jones＆ Bartlett Publ:Inc，2010.