本发明属于3D虚拟仿真和风力发电机对中维护流程的技术领域，具体地，以某风力发电机为设备研究对象，开发基于virtools和CyberSim仿真平台的的3D虚拟仿真系统，在系统中实现使用对中仪测量出风力发电机发电机设备的水平和垂直方向的偏移值，采用在3D虚拟仿真场景中调节地角螺栓或者加减垫片的方法达到调整发电机联轴器同轴度的一种方法。
背景技术：
风电作为一种应用成熟的清洁能源发电方式，近年来的发展迅猛，使得风电从业人员队伍也不断壮大，运维队伍整体素质的高低成为日趋激烈的风电运营市场上决定性竞争因素。发电机是风力发电机的核心部件，它是一种可以将风能、机械能与电能三者之间进行相互转化的机电设备。风力发电机与电动机之间由联轴器链接，传递运动和转矩。发电机和齿轮箱高速运转，长时间运行振动会导致齿轮箱高速轴和发电机驱动端输入轴轴心偏离，影响风力发电机组正常运行，风力发电机的故障60％与不对中有关。为了能使风力发电机组平稳运行，减少发电机及齿轮箱损坏，需要对风力发电机组的发电机与齿轮箱之间进行定期对中找正维护。
目前风力发电机运维培训方面，主要采用了地面集中授课或者在风力发电机上旁观厂家客服人员工作、“师带徒”、“老带新”、边工作边学习等模式，需要经过几年的时间，才能使大部分运维员工掌握风力发电机运维的基本技能，部分员工具备独立分析问题、解决问题的能力，尤其是风力发电机的对中维护操作，复杂程度极高，传统的风力发电机对中教学设备成本高，授课内容重复、乏味，培训效果较差，造成对这一维护操作的熟练掌握人员越来越少，为了满足日益增加的风力发电机对中工作需求，培训更多工作人员的对中能力，研发一种新型的风力发电机对中维护操作培训方式成为了一项亟需解决的问题。
3D虚拟仿真技术目前已成功应用于电力系统运维培训方面的多个领域，可以用于实现风力发电机对中维护操作培训，鉴于此提出本方法。
技术实现要素：
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明公开了基于3D虚拟仿真系统的风力发电机对中维护操作方法，该方法创建风力发电机对中维护操作的3D虚拟仿真场景，在此仿真场景中进行对中维护操作的关键操作步骤，通过流程化的操作方式简化了对中维护操作的实现方法，逼真合理的再现整个维护流程，再现对中维护操作过程中的工具使用过程和相关风力发电机设备的不同状态变化，实现对风力发电机运行维护人员有关风力发电机对中维护操作流程的指导培训。
为了实现上述目的，本发明具体采用以下技术方案：
一种基于3D虚拟仿真系统的风力发电机对中维护操作方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1：搭建风力发电机对中维护操作的3D虚拟仿真系统；
步骤2：在搭建完成的3D虚拟仿真系统中生成风力发电机对中维护操作流程，实现在3D虚拟仿真系统中的风力发电机对中维护操作；
步骤3：在搭建完成的3D虚拟仿真系统中实现风力发电机对中维护操作过程的3D虚拟现实仿真操作展示。
本发明进一步包括以下优选方案：
在步骤1中，所述的3D虚拟现实仿真系统包括：3D虚拟现实仿真平台、实时数据库和CyberSim仿真平台模型系统；
其中，3D虚拟现实仿真平台为基于virtools软件的开发框架和SDK(Software Development Kit，软件开发包)，采用VC与Virtools SDK相结合的方式开发3D虚拟现实仿真平台；
实时数据库采用SQLserver数据库，用于存储设备元件的各项指标数据和逻辑参数；CyberSim仿真平台模型系统用于实现3D虚拟仿真系统中各个设备元件的数学模型和逻辑控制模型的搭建及运行。
在步骤1中，风力发电机对中维护操作的3D虚拟仿真系统的搭建步骤如下；
步骤1.1：以某风力发电机为仿真对象，制作风力发电机对中维护操作3D虚拟仿真对象的3D虚拟仿真模型，并完成3D虚拟仿真模型的场景整合，生成风力发电机对中维护操作对应的3D虚拟仿真场景；
步骤1.2：利用CyberSim仿真平台模型系统的数学与逻辑控制模块gcm建立风力发电机对中维护操作3D虚拟仿真对象的数学模型和逻辑控制模型，并将数学模型和逻辑控制模型数据信息映射到实时数据库对应点表中；
所述数学模型包括风模型、风力机模型、传动链模型、发电机模型、齿轮箱模型、联轴器模型、对中仪模型和千斤顶模型；
所述逻辑控制模型包括风电机组运行控制、变桨系统、偏航系统、变流系统、冷却系统、刹车系统、液压系统、润滑系统、安全链系统模型；
步骤1.3：通过对风力发电机对中维护操作3D虚拟仿真场景中的3D虚拟仿真对象模型名称中添加实时数据库对应点表中ID值的对应关系，完成3D虚拟仿真系统的搭建。
进一步，在所述步骤1.1中，在完成的3D虚拟仿真模型的整合场景中，添加可以全方位切换的全景导航，采用Virtools软件下贴图对象Texture改变、逻辑虚拟对象组Group的成员变换的方式实现不同方位的导航图切换，在virtools编辑器中通过添加2DFrame的方式，以仿真场景立体剖面图为背景添加导航元素按钮，采用底图加按钮的方式设置各个设备元件的导航索引，在每一个设备元件模型部分定位不同的相机坐标和方向，保持导航图切换相机按钮的名称与对应定位相机的名称一致。
进一步，在步骤1.1中，以某风力发电机为仿真对象，通过设备图纸三维参数和现场拍摄照片、视频为制作素材，利用3DMax建模软件制作与现场实际风力发电机成比例的3D虚拟仿真模型，建立全范围仿真场景；所制作的仿真模型包括风电发电机机舱、发电机组、偏航电机、液压系统、齿轮箱、叶轮锁和对中仪、万用表及千斤顶；整个风力发电机仿真场景包括风力发电机各个设备的具体布局和各设备元件的外观与形态。
进一步，所述步骤1.2中，基于CyberSim仿真平台模型系统搭建的数学模型和逻辑控制模型，在3D虚拟仿真系统运行过程中实时将计算的数学模型和逻辑控制模型结果反馈至实时数据库，供3D虚拟现实仿真平台读取。
所述步骤2中，根据当前搭建的以风力发电机为对象的3D虚拟仿真系统，结合实际的风力发电机对中维护操作流程，以鼠标键盘操作虚拟仿真设备模型替代人手操作实际设备。
所述步骤3中，在搭建完成的3D虚拟仿真系统中设置自学和教学两种风力发电机对中维护操作模式，
其中，自学模式下，受训者在学习过程中的操作不受限制且无操作提示，所有操作生成操作记录保存于实时数据库中，供教员检阅或考核评判；
对于教学模式下，在搭建完成的3D虚拟仿真系统中再现流程操作，记录操作步骤，形成教案，在培训中作为辅助，受训者在学习过程中的操作受正确流程步骤限制且有下一步的操作提示，当前步骤操作不正确，操作命令无效，所有操作也生成操作记录保存于数据库中。
进一步，在步骤3中，通过改变实时数据库中特定标示点量的值，实现在3D虚拟仿真系统中选择当前学习模式。
本发明具有以下有益效果：
本发明公开的一种基于3D虚拟仿真系统的风力发电机对中维护操作方法，通过逼真的风力发电机3D虚拟仿真场景，简单易用且与现场最大程度相近的操作模式，友好的人机交互界面来展现风力发电机的内部设备和对中操作流程，使受训人员可以在虚拟仿真系统上开展反复的演练和考核，来熟练掌握各种异常运行工况下的维护应对处理措施，进而提高受训人员的技术水平，减少设备受损几率，提高风电场运行的安全性和经济性。
附图说明
图1为本发明基于3D虚拟仿真系统的风力发电机对中维护操作方法的流程示意图。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明进行进一步说明和描述，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施方式提出的基于3D虚拟仿真系统的风力发电机对中维护操作方法；
步骤1：搭建风力发电机对中维护操作的3D虚拟仿真系统，对应3D虚拟仿真系统包括：3D虚拟现实仿真平台、实时数据库和CyberSim仿真平台模型系统，以下分别介绍：
3D虚拟现实仿真平台，基于virtools软件的独特开发框架和成熟的SDK(Software Development Kit，软件开发包)，采用VC与Virtools SDK相结合的方式开发3D虚拟现实仿真平台，利用Virtools封装好的BB(BuildingBlock)脚本进行对象的交互设计和管理，从而实现加载并驱动制作的3D虚拟仿真模型、生成仿真场景视景窗口、仿真场景任意漫游、仿真场景精确定位导航、设备实时状态设置等功能；平台中的通信线程与实时数据库进行数据通信、周期性获取实时数据，并根据获取数据对仿真场景中动态设备模型进行位置、状态、动作和行为的模拟；
实时数据库采用SQLserver数据库，用于存储设备元件的各项指标数据和逻辑参数，是3D虚拟仿真平台和数学逻辑控制模型的关键纽带。采用分布式设计，各功能模块数据可部署在不同的网络节点，并共享同一套数据，实现运行的负载均衡，进行实时的数据处理，历史数据储存和数据统计等多项任务；CyberSim仿真平台模型系统基于CyberSim仿真平台，用于实现3D虚拟仿真系统中各个设备元件的数学模型和逻辑模型的搭建及运行。
搭建风力发电机对中维护操作的3D虚拟仿真系统步骤如下；
步骤1.1：以某风力发电机为仿真对象，制作风力发电机对中维护操作3D虚拟仿真对象的3D虚拟仿真模型，并完成3D虚拟仿真模型的场景整合，生成风力发电机对中维护操作对应的3D虚拟仿真场景；
以某风力发电机为仿真对象，通过设备图纸等三维参数和现场拍摄照片、视频为制作素材，利用3DMax建模软件制作与现场实际风力发电机1:1的3D虚拟仿真模型，建立全范围仿真场景；所制作的仿真模型包括风电发电机机舱、发电机组、偏航电机、液压系统、齿轮箱、叶轮锁等风力发电机设备和对中仪、万用表及千斤顶等工器具；整个风力发电机仿真场景与真实现场完全一致，包括各个设备的具体布局和各设备元件的外观与形态；
将制作完成的3D虚拟仿真场景使用virtools用于3DMax建模软件的导出插件导出virtools储存格式的nmo仿真场景文件；
在Virtools编辑器中加载导出的nmo仿真场景文件，添加Camera(相机，Virtools软件下的一种三维虚拟对象)和3DFrame(相机虚拟体，Virtools软件下的一种三维虚拟对象)，采用Camera绑定在3DFrame上的逻辑方式，在virtools编辑器中使用Building Blocks可视化脚本设计功能，驱动鼠标键盘等外部设备改变虚拟体的位置，绑定在3DFrame上当前相机作为子对象，跟随父对象改变位置，从而实现在仿真场景中任意漫游；
在Virtools编辑器中打开的nmo3D虚拟仿真场景文件中，添加可以全方位切换的全景导航，采用Texture(贴图，Virtools软件下的一种对象)改变，Group(组，Virtools软件下的一种逻辑虚拟对象)的成员变换的方式实现不同方位的导航图切换，在virtools编辑器中通过添加2DFrame(二维按钮，Virtools软件下的一种二维虚拟对象)的方式，以3D虚拟仿真场景立体剖面图为背景添加导航元素按钮，采用底图加按钮的方式设置各个设备元件的导航索引，在每一个设备元件模型部分定位不同的相机坐标和方向，保持导航图切换相机按钮的名称与对应定位相机的名称一致；1.2：利用CyberSim仿真平台模型系统的数学与逻辑控制模块gcm建立风力发电机对中维护操作3D虚拟仿真对象的的数学模型和逻辑控制模型，并将数学模型和逻辑控制模型数据信息映射到实时数据库；
所述数学模型是指包括风模型、风力机模型、传动链模型、发电机模型、齿轮箱模型、联轴器模型、对中仪模型和千斤顶模型。
所述逻辑控制模型包括风电机组运行控制、变桨系统、偏航系统、变流系统、冷却系统、刹车系统、液压系统、润滑系统、安全链系统模型；
1.3：通过对风力发电机对中维护操作3D虚拟仿真场景中的3D虚拟仿真对象模型名称添加实时数据库SCT下对应点表中ID值的对应关系，完成风力发电机对中维护操作3D仿真系统的闭环，完成3D虚拟仿真系统的搭建。
步骤2：在搭建完成的3D虚拟仿真系统中生成风力发电机对中维护操作流程，实现在3D虚拟仿真系统中的风力发电机对中维护操作。实现步骤如下：
步骤2.1：运行CyberSim仿真支撑平台和3D虚拟仿真平台，在风力发电机3D虚拟仿真场景中，添加风力发电机对中维护操作所需工器具和备件的2DFrame(二维按钮，Virtools软件下的一种二维虚拟对象)，其中工器具包括操作工具和安全工器具，操作工具包括激光对中仪和千斤顶，安全工器具包括安全帽、安全鞋、安全带、双钩、安全手套和安全滑块；备件包括各种型号的垫片。在3D虚拟仿真平台中实现鼠标左键单击选取工器具和备件2DFrame的操作，生成操作记录，鼠标右键单击可查看对应工器具和备件详细说明的图片；
步骤2.2：通过在3D虚拟仿真平台中添加安装激光对中仪右键菜单方式，实现风力发电机对中维护操作中在齿轮箱模型上安装激光对中仪；
步骤2.3：在激光对中仪液晶面板3D仿真模型(上增加鼠标右键单击操作显示激光对中仪液晶面板的2DFrame(二维图片，Virtools软件下的一种二维虚拟对象)形式，激光对中仪液晶屏面板的2DFrame正确对应当前操作状态，在实现上采用按照步骤标号改变激光对中仪液晶屏面板对应2DFrame(二维按钮，Virtools软件下的一种二维虚拟对象)贴图的方式；
步骤2.4：在激光对中仪液晶面板的2DFrame上添加电源按钮的2DFrame按钮，实现鼠标左键单击电源按钮对应的2DFrame即可使激光对中仪处于开启状态，在激光对中仪液晶面板的2DFrame上显示初始画面，在激光对中仪液晶面板的2DFrame上添加进行对中操作前测量的四个点数据的2DFrame(二维图片，Virtools软件下的一种二维虚拟对象)实现在测量过程中选择正确对应点数据2DFrame上会显示正确的数字；
步骤2.5：鼠标右键单击激光对中仪3D模型固定处，选择右键菜单项，调整初始激光对中仪位置，在激光对中仪液晶面板的2DFrame上显示对中操作过程中的拾取的第一点；
步骤2.6：用定位视景导航图功能将相机切换至液压泵位置，操作刹车片进行第二点和第三点的取点操作，在每一次取点完毕，都可以在激光对中仪2D液晶面板上看到取点位置；
步骤2.7：如果没有取到6点钟方向的点，可重复步骤2.6中的取点操作，取到此点，若已取到，按下激光对中仪2D液晶面板上的确认按钮后，面板上显示垂直方向调整画面；
步骤2.8：鼠标左键单击发电机3D仿真模型的前后4个底脚大螺栓中的任意一个，所有大螺栓模型拧松，实现螺栓拧松过程中的动画，在发电机底脚圆盘模型处选择右键菜单，安装千斤顶工具，3D虚拟仿真场景中显示出千斤顶模型；
步骤2.9：鼠标左键点击千斤顶操作摇把进行加压操作，发电机前端抬起，实现摇把动画和发电机前端抬起动画；
步骤2.10：在圆盘模型处选择右键菜单，调整圆盘的旋转度数或者改变垫片的厚度参数实现对中调整，这些操作反馈到数据库中，改变CyberSim仿真支撑平台逻辑控制模块的计算结果，调整正确的结果是激光对中仪中液晶面板的2DFrame上显示垂直对中后的画面；
步骤2.11：鼠标左键单击千斤顶的泄压阀模型，千斤顶泄压，发电机落下，3D仿真场景中播放模型动画，选择发电机底角圆盘模型右键菜单操作拆卸千斤顶，在3D虚拟仿真场景中隐藏千斤顶模型，鼠标左键点击任意底角大螺栓，3D虚拟仿真场景播放螺栓拧紧动画，垂直方向对中调整操作完成；
步骤2.12：重复步骤2.6至2.11，实现水平方向的对中调整操作，完成两个方向的对中调整操作后右键操作激光对中仪3D仿真模型，在菜单中选择操作拆除激光对中仪，激光对中仪3D仿真模型隐藏，对中工作结束。
步骤3：完成风力发电机对中维护两种模式下的3D虚拟现实仿真操作展示。两种模式包括自学模式和教学模式：
具体为通过改变3D虚拟仿真系统实时数据库中特定点量的值，达到在仿真系统中可选择当前学习模式的方法；
自学模式下，受训者在学习过程中的操作不受限制且无操作提示，所有操作生成操作记录保存于数据库中，可供教员检阅或考核评判；
教学模式下，在搭建完成的3D虚拟仿真系统中再现流程操作，记录操作步骤，形成教案，在培训中作为辅助，受训者在学习过程中的操作受正确流程步骤限制且有下一步的操作提示，当前步骤操作不正确，操作命令无效，所有操作也生成操作记录保存于数据库中，这种模式可以强化受训者对于正确维护操作流程的记忆。
以上显示和描述了本发明的技术方法和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的技术方法原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。