摘要：仿真培训技术是变电站设备操作技能提升与考评领域的研究热点，但在平板电脑上运行的仿真培训技术研究较少见。本文介绍了一种基于Ruby语言的仿真技术，该技术能实现对实际设备的高度仿真，且支持在平板电脑上触屏操作，仿真操作效果更真实、更具实用性。基于该技术开发的保护装置培训考评系统具有培训模式、自由操作模式及考试模式三大功能，构建了完整的仿真培训、模拟操练、客观评价体系。
关键词：Ruby 继电保护仿真培训 触屏模拟操作 考试系统
0引言
仿真培训技术是变电站设备操作技能提升与考评领域的研究热点，文献[1]提出了一种以 Access数据库为桥梁的三维仿真平台与培训系统的二维仿真平台；文献[2]提出了一种搭建基于Internet交互式虚拟现实技术变电站仿真培训系统的实现方法；文献[3]提出了一种基于VC++变电站仿真培训平台的开发设计思路；文献[4]提出了一种基于SOA的变电站仿真培训系统的架构。需要指出的是，上述基于仿真技术的变电站培训系统，都是以普通电脑为开发平台，不易于随身携带；而且采用鼠标点击操作的方式，缺乏触感，操作体验差。
随着平板电脑的逐渐成熟，凭借其小巧轻便、易于携带的优势，得到广泛应用。而且平板电脑支持触屏操作，构建在平板电脑上运行的仿真培训系统，学员可以通过触摸屏直接点击操作设备，摒弃鼠标操作的中间环节，仿真操作效果更真实、更直观、更具实用性。
本文介绍了一种基于Ruby语言的仿真技术，该技术能实现对实际设备的高度仿真，且支持在平板电脑上运行。基于该技术开发的保护装置培训考评系统，以变电站实际的继电保护装置为模型开发，仿真效果逼真、操作体验真实，是变电站运行维护人员的贴身培训师。
1保护装置仿真培训考评系统设计
1.1总体框架
为满足保护装置操作技能培训的需求，培训考评系统设计了培训模式、自由操作模式及考试模式三个部分。培训模式为学员提供了一整套的自学方案，学员进入培训模式后，跟着操作提示符点击操作，实现互动学习。自由操作模式下，学员可以在平板电脑上随意操作保护装置，锻炼学习效果，熟悉装置系统，彻底解决运行中的保护装置不能随意操作、不能作为培训工具的难题。考试模式提供了一套客观的考试评价体系，自动统计考生操作成绩，并进行考试成绩及错题统计。
1.2 软硬件结构
保护装置仿真培训考评系统以RMVA（RPG MakerVX Ace）软件为开发工具，延用RMVA内置的地图背景制作、场景处理、事件处理等功能。同时基于Ruby语言编写了平板电脑触摸屏响应、保护装置定值参数处理、保护装置液晶仿真显示、保护装置按键响应、考生登录、生成随机试题、考试结果统计等功能插件。采用RMVA开发好的软件，可以使用其部署功能打包安装程序，程序可在win8/10系统的平板电脑上安装运行，硬件要求CPU采用Intel® Pentium® 4 2.0GHz 或更高，内存512 MB 以上，显卡分辨率 1024×768 以上，硬盘剩余空间 400 MB 以上。
1.3 系统数据
保护装置仿真培训考评系统数据库主要由定值参数、考生信息、考试题库三部分组成，通过数据库可以添加考生及增加考试题目。系统运行后自动连接数据库，同时根据学员操作情况，实时记录并更新数据库内容，并存储考评结果。
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2系统主要功能模块
2.1 自由操作模式
自由操练模式是保护装置仿真培训考评系统的基础功能，该模式下学员可以在平板电脑上对保护装置进行任意类型操作，其按键操作方法、液晶显示效果、装置操作流程与现场设备完全一致，可用于实际操作前预演或熟悉设备。
自由操练模式实现方法分为以下几步：一、使用RMVA的地图背景功能，将处理过的现场设备图片设为场景背景，即虚拟保护装置面板；二、以实际保护装置液晶显示内容为标准，基于Ruby语言编写液晶显示内容管理的类，该类具有在虚拟面板上显示液晶内容及虚拟面板按键响应两个核心接口；三、编写保护装置面板按键管理的类，该类具有触摸屏响应、定值参数修改及刷新液晶显示内容三个核心接口。
2.2 培训模式
培训模式在自由操练模式的基础上，通过增加操作提示符及操作说明对话框功能实现。当学员选择学习任务进入培训界面后，在虚拟装置面板按键上方会出现一个红色操作提示符，指示当前需要点击的按键；同时在界面空白处会出现操作说明对话框，对操作内容进行解释。培训模式互动性极高，使用者可以跟着操作提示符一边操作、一边自学，在游戏中熟悉设备操作，节省培训师资。
培训模式的实现方法是在自由操练模式响应流程中添加了操作流程控制函数，该函数主要功能为根据操作任务，选择对应的操作流程，并在场景中显示操作提示符及操作说明对话框，同时控制操作提示符移动到对应的按键位置。
2.3 考试模式
考试模式实现了自助考评功能，主要包含考生管理、题库管理、考试执行、成绩统计、错题统计等方面的功能。考试分为基础操作及综合应用两种题型，均为实操能力考评的考题。
考试模式在自由操练模式的基础上，添加考生管理、考题管理、考试执行以及考试统计四个核心插件得以实现。考生管理的类用于对考生登录、考试成绩、考试排名等信息进行处理；考题管理模块用于对题库进行处理并生成随机试卷，同时统计常错题信息；考试执行主要用于控制考试流程，具体功能为判定考生操作正确性、考试计时、考题切换等等；考试统计则负责计算最终考试结果。
3应用情况
保护装置仿真培训考评系统开发完成后，解决了带电运行的保护装置不能作为培训实操工具的难题，为变电站保护、运行班组开展保护装置操作技能培训提供了一套实操工具，使班组保护装置操作技能培训更加精益、更有效率、更加实用，从而降低保护装置定值误整定的风险，提高电网安全运行水平，得到单位认可并在基层班组中全面推广使用。
3.1应用效果
保护装置仿真培训考评系统应用前，由于运行中的保护装置不允许随意操作，班组缺少实操工具，导致保护装置操作技能培训不容易开展，只能配合计划工作组织。同时，各变电站使用的保护装置厂家多、型号多，传统培训方式完成培训，学习周期长、培训效率低。使用系统后，班组拥有一套高仿真的学习工具，可随时组织培训，将培训人均用时从29.4小时缩短至2小时。
3.2推广实施过程
系统自2015年7月起在昆明供电局变电管理二所全面推广使用，大大提高班组培训效率，每年节省人力成本15.5万元。2016年系统作为云南电网职工创新成果推广示范项目，在曲靖供电局、红河供电局、玉溪供电局、楚雄供电局、大理供电局等13家供电单位全面推广使用，并得到各供电单位的一致好评。
3.3小结与展望
系统在云南电网的成功推广应用，反映了系统设计思路的正确性，可以推广至全国电力行业。
4结语
仿真培训技术是当前变电站技能培训领域的研究热点，本文基于Ruby语言开发了一套可在平板电脑上运行的保护装置仿真培训考评系统，系统效果逼真、实用性强、携带方便，能彻底解决班组缺少实操工具，导致保护装置操作技能培训不容易开展的现状。项目的成功对该技术在变电站其他设备仿真操作培训系统的开发具有重大指导意义。
参考文献：
[1]谢成，胡炎，邰能灵，金红核，袁成，林尉，陈康铭，崔鹏程. 基于可扩展对象库的变电站三维仿真平台[J]. 电力系统自动化，2009，33（6）：90-94.
[2]韩俊玲.基于Internet交互式虚拟现实技术变电站仿真培训系统实现[J]. 价值工程，2011，30（18）：54-55.
[3]胡航帆，王刚，张富柱，吴琼，张敏. 基于VC++变电站仿真培训平台的开发[J].黑龙江电力，2012，34（2）：142-143.
[4]武江斌，陈慷，赵高帅. 基于面向服务架构的变电站仿真培训系统开发[J].南方电网技术，2012，（2）：116-119.
论文作者:胡春辉,张克宇,柳晋冬
论文发表刊物:《基层建设》2016年27期
论文发表时间:2017/1/9
标签：操作论文; 保护装置论文; 系统论文; 变电站论文; 模式论文; 考试论文; 平板论文; 《基层建设》2016年27期论文;