Тренажер для операторов технологических установок
Назначение
Тренажёр предназначен для подготовки оперативного и обслуживающего персонала предприятия к работе на реальном технологическом оборудовании, поддержания и оценивания его квалификации, отработки навыков безопасного и экономичного управления оборудованием в сложных переходных и аварийных режимах и т.д. Тренажёр позволяет провести тренировки с отработкой персоналом способности правильно реагировать на нештатные ситуации, безошибочно определять пути выхода из любых сложившихся условий, возникающих на производстве.
Тренажёр может применяться для построения цифровой модели производства в рамках концепции «Индустрия 4.0». С его помощью возможно проводить проверки работоспособности АСУТП до момента её установки на реальном объекте управления для виртуального ввода объекта в работу. Таким образом, разработчики АСУТП имеют возможность отладить алгоритмы управления до начала пусконаладочных работ на объекте и без наличия у них контроллерного оборудования, а оперативный персонал получает навыки эксплуатации объекта до ввода его в эксплуатацию.
Цели
- Проведение подготовки оперативного персонала в различных формах:
- начальное обучение
- поддержание навыков управления технологическим процессом
- повышение квалификации персонала
- Выработка навыков безопасного и экономичного управления оборудованием, в том числе в сложных переходных режимах
- Повышение психологической устойчивости оперативного персонала при действиях в нештатных ситуациях
- Сокращение числа технологических нарушений, связанных с ошибками персонала
- Повышение уровня безопасности, надежности, безотказности работы оборудования, сохранности имущества, здоровья и жизни персонала
- Проверка (тестирование) профессиональной квалификации оперативного персонала, в том числе его умения управлять оборудованием в сложных режимах в соответствии с требованиями ПТЭ и производственных инструкций
- Проверка работоспособности АСУТП до момента ввода её в эксплуатацию.
Объекты
На базе данного решения могут быть созданы тренажёры для объектов различных отраслей промышленности, включая теплоэнергетику, нефтяную, газовую, нефтехимическую промышленности и т.д. Объектами управления могут быть котлы, паровые и газовые турбины, ГРП, нефтеперерабатывающие установки, нефте- и газохранилища, парки ГСМ, топливозаправочные комплексы и т.д.
Основные функции
Функции моделирования
- Моделирование технологического процесса агрегатов с формированием значений параметров как входящих в АСУТП, так и местных показывающих приборов.
- Моделирование исполнительных механизмов, включая как электрифицированную (управляемую из АСУТП), так и неэлектрифицированную арматуру.
- Моделирование работы вспомогательного оборудования.
- Моделирование работы информационных и управляющих контроллеров АСУТП.
- Моделирование работы серверов БД АСУТП.
- Моделирование работы станций оператора.
Специализированные функции тренажёра
- Работа системы в темпе управляемого «модельного» времени с функциями:
- приостановки и возобновления хода времени
- ускорения / замедления хода и «перемотки» времени в пределах имеющейся истории тренировки
- Создание, сохранение и последующая загрузка требуемых для проведения тренировок «исходных состояний» модели
- Создание, сохранение и последующая загрузка последовательности изменений параметров модели в виде «сценария тренировки»
- Расширенное ведение истории тренировки с возможностью:
- просмотра хода тренировки в нормальном и (или) ускоренном темпе «модельного» времени (демонстрация) с отображением данных непосредственно на мнемосхемах модели АСУТП
- возобновление тренировки из любой промежуточной точки имеющейся истории;
- сохранение и загрузка истории тренировки для просмотра ее хода, анализа ошибочных действий и «работы над ошибками» (повторение тренировки из точки, предшествующей ошибочным действиям)
- Проведение как индивидуальных, так и групповых тренировок операторов
- Проведение экзаменов с выставлением оценки и формированием экзаменационного протокола.
Архитектура системы
Тренажёр выполнен с использованием компьютерного тренажёрного комплекса «ТРОПА» (КТК ТРОПА®) и представляет собой одну из возможных структур, в которой моделирование работы технологического оборудования осуществляется с использованием ПО сторонних производителей. Тренажёр имеет трехуровневую архитектуру.
1-й (нижний) уровень системы представлен детерминированной математической моделью объектов управления. Модель выполнена с использованием моделирующих пакетов сторонних производителей. Математическое моделирование технологического процесса в данном случае осуществляется на основе решения систем нелинейных дифференциальных уравнений, описывающих физические процессы тепло- и массообмена, химической кинетики, фазовых переходов, теплового и материального баланса системы, движения материальных сред, гидравлики и гидродинамики и т.д. Данная модель обеспечивает расчёт параметров установок во всех режимах функционирования, включая аварийные ситуации и пусковые операции. КТК «ТРОПА» также предоставляет возможность создания математической модели на базе собственных программных средств с использованием типовых динамических звеньев (интегрирование, запаздывание, дифференцирование и т.д.). Параметры таких моделей получаются в результате обработки статистической информации, отражающей штатную эксплуатацию агрегата. Точность таких моделей в аварийных и переходных режимах существенно ниже.
Во 2-й (средний) уровень системы входят:
- виртуальные имитаторы промышленных контроллеров АСУТП
- вспомогательные виртуальные контроллеры, имитирующие ввод-вывод сигналов от оборудования, не охваченного существующими АСУТП, а также алгоритмы технологических защит, блокировок и регулирования, реализованные в существующих системах на традиционных средствах (релейные схемы, интеллектуальные приборы и т.д.)
- устройства и линии связи, обеспечивающие обмен информацией в цифровом виде.
Имитаторы контроллеров запускаются в виде «виртуальных машин» на компьютерах соответствующих серверов АСУТП.
В 3-й (верхний) уровень системы входят:
-
АРМ инструктора, на котором установлены графический клиент КТК «ТРОПА», среда разработки прикладного программного обеспечения для КТК «ТРОПА» и программное обеспечение «АРМ инструктора».
Программное обеспечение «АРМ инструктора» может быть выполнено как с использованием штатных средств КТК «ТРОПА», так и с использованием программного обеспечения, разработанного сторонней организацией.
На АРМ инструктора возможно выполнение следующих функций:
- Запуск / останов компонентов тренажёра
- Мониторинг действий обучаемых
- Управление тренировками и функциями тренажёра
- Создание новых / редактирование существующих уроков и сценариев, сохранение исходных состояний, ввод неисправностей и т.д.
- Внесение изменений в прикладное программное обеспечение тренажёра
- Автоматизированные рабочие места операторов на базе КТК «ТРОПА», повторяющие функционал реальной АСУТП
- Серверы АСУТП на базе КТК «ТРОПА», повторяющие функционал серверов БД реальной АСУТП
- Пульты ручного управления оборудованием. Для большей идентичности тренажёра с реальным рабочим местом оператора он может быть укомплектован пультом ручного управления, повторяющим реальный пульт с соответствующими органами управления. Обмен информацией с данным пультом производится посредством контроллеров DevLink®-C1000 с соответствующими модулями ввода/вывода физических сигналов от органов ручного управления.
КТК «ТРОПА» позволяет повторить большинство из известных структурных схем АСУТП, включая клиент-серверные архитектуры, многосерверные системы, многомониторные АРМ оператора, экраны коллективного пользования и т.д. При небольшой информационной мощности тренажёра все его компоненты могут размещаться на одном компьютере.
Связь между компонентами КТК «ТРОПА» и программным обеспечением модели объекта, а также ПО «АРМ инструктора» осуществляется с использованием специализированных протоколов обмена (зависит от особенностей ПО стороннего производителя).
Созданный на базе реального программно-технического комплекса КТК «ТРОПА» может повторить почти весь функционал автоматизированных систем, созданных на базе большинства ПТК, используемых при автоматизации технологических процессов. При моделировании АСУТП, созданной на базе ПТК КРУГ-2000, функционал данного ПТК повторяется в тренажёре на 100%.
Внедрения: Тренажеры для операторов
