Тренажёр для персонала по обслуживанию электротехнического оборудования ГРЭС/ТЭЦ (персонала электростанций)
Назначение
Тренажёр предназначен для подготовки и контроля квалификации персонала по обслуживанию электротехнического оборудования ГРЭС/ТЭЦ, а также персонала промышленных предприятий со значительным потреблением электроэнергии и собственной генерацией.
Использование компьютерных тренажёрных комплексов (КТК) на базе цифровых двойников позволяет получить и закрепить знания и навыки надежной и эффективной эксплуатации оборудования, не подвергая опасности персонал и само оборудование предприятия в процессе обучения. КТК обеспечивает систематический контроль уровня подготовки персонала и повышение его квалификации.
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, надёжности, 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.
Объекты
На базе данного решения могут быть созданы тренажёры для электротехнического оборудования ГРЭС/ТЭЦ, а также персонала промышленных предприятий со значительным потреблением электроэнергии и собственной генерацией.
Функции
Информационные и управляющие функции тренажёра
- Моделирование технологического процесса с формированием значений параметров, входящих в существующие АСУТП
- Моделирование исполнительных электрифицированных механизмов
- Моделирование работы вспомогательного оборудования
- Проведение как совместных, так и раздельных тренировок операторов
- Проведение экзаменов с выставлением оценки и формированием экзаменационного протокола.
Специализированные функции тренажёрного комплекса
- 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 с отображением данных непосредственно на мнемосхемах модели АСУ ТП
- 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).
Вспомогательные функции АСУ ТП тренажёра
- режим тренировки позволяет оперативно получать информацию о правильности действий оператора
- индексирование действий оператора: функционал позволяет отмечать порядок действий оператора для выполнения поставленной задачи
- отмена последнего действия: при допущении ошибки пользователь может, не отменяя все выполненные действия, отменить последнее
- самодиагностика комплекса технических и программных средств
- регистрация пользователей, осуществляющих вход в систему.
Архитектура
Компьютерный тренажёр выполнен с использованием КТК «ТРОПА» и представляет собой одну из возможных структур, в которой цифровое моделирование работы технологического оборудования осуществляется с использованием программного обеспечения НПФ «КРУГ».
Тренажёрный комплекс имеет трехуровневую архитектуру.
1-й (нижний) уровень комплекса представлен цифровыми двойниками объектов управления, включающими в себя модели запорно-регулирующей арматуры и механизмов.
Во 2-й (средний) уровень входят виртуальные имитаторы контроллеров и устройства линии связи, обеспечивающие обмен информацией в цифровом виде. Имитаторы контроллеров запускаются в виде «виртуальных машин» на компьютерах соответствующих серверов АСУ ТП.
В 3-й (верхний) уровень входят:
- АРМ инструктора, на котором установлен графический клиент КТК «ТРОПА», выполняющий функции общего управления тренажёром
- АРМ операторов 1, 2 и 3 на базе КТК «ТРОПА».
Пример внедрения тренажёра АСУ ТП ГРЭС
Цифровой двойник АСУ ТП предоставляет интерфейс взаимодействия оперативного персонала с объектом управления, идентичный реальной АСУ ТП ГРЭС, и моделирует работу средств автоматизации и их алгоритмов на основе математической модели.
Цифровое моделирование технологического процесса обеспечивает возможность задания возмущающих и управляющих воздействий, возвращает текущее состояние объекта управления в виде массива значений контролируемых параметров. Кроме того, цифровая модель включает описание большого количества возможных вариантов неисправностей электротехнического оборудования и вариантов их устранения.
Пример описания оборудования и действий по устранению его неисправностей
Описание датчика давления (Метран 150), возможных его неисправностей и действий электрослесаря по их устранению.
Перечень возможных действий, производимых электрослесарем по работе с датчиком давления, следующий:
- Закрыть(1) / открыть(2) первичный вентиль
- Закрыть(3) / открыть(4) вторичный вентиль
- Закрыть(4) / открыть(5) продувочный вентиль
- Отключить(6) / подключить(7) контрольный кабель на датчике
- Отключить(8) / подключить(9) контрольный кабель на БП
- Замерить сопротивление кабельной линии(10)
- Калибровка «нуля»(11)
- Замерить ток датчика(12)
- Задать единицы измерения на датчике(13)
- Задать шкалу на датчике
- Восстановить контрольный кабель(15)
- Проверить достоверность показаний датчика(16)
- Подключить цифровой индикатор(17).
В таблице приведены возможные неисправности датчика и правильные последовательности действий (по номерам из вышеприведенного списка) по их устранению.
| № | Неисправность | Последствия | Состояние на уровне ПТК | Состояние на уровне КИП | Перечень действий по устранению неисправности |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Обрыв контрольного кабеля. Замыкание на землю контрольного кабеля. | Отключение датчика | Достоверность параметра невозможно определить. Рядом с параметром знак Ф.О. (Функциональный отказ). Значение параметра = последнее значение датчика. | Отключенное состояние датчика | 7->9->11->16->1->3->6->12->19->5->2->4->17 |
| 2 | Неверное задание шкалы в измерительном блоке датчика | Недостоверность показаний | Рядом с параметром знак Ф.О. (Функциональный отказ). Значение параметра = последнее значение датчика. | Отображение на ЦИ | 18->15->12->17 |
| 3 | Неверное задание единиц измерения в блоке датчика | Недостоверность показаний | Рядом с параметром знак Ф.О. (Функциональный отказ). Значение параметра = последнее значение датчика. | Отображение на ЦИ датчика - ППП. Переполнение индикатора вследствие неправильно выбранных единиц измерения | 18->14->12->17 |
| 4 | «Дрейф» нулевых показаний датчика | При 4 мА датчик показывает значение чуть больше 0 | При нулевом значении параметра датчик показывает значение чуть больше 0 | При нулевом значении параметра датчик показывает значение чуть больше 0 | 18->12->17 |
Особенности тренажёра
При создании тренажёра (цифрового двойника АСУ ТП) были использованы графический проект, программы пользователя и настройки реальной АСУ ТП ГРЭС, что обеспечило 100%-ное совпадение функциональности тренажёра и реальной АСУ ТП. Совпадает не только внешний вид мнемосхем на экране, но и различные вспомогательные окна, приборы управления, протокол сообщений, принципы работы сигнализации, регистрация в системе и т.п. При этом запуск тренажёра осуществляется с «одной кнопки».
В то же время тренажёр не только полностью повторяет существующую АСУ ТП, но и обладает специализированными функциями:
- Работа системы в темпе управляемого «модельного» времени
- Создание, сохранение и последующая загрузка требуемых для проведения тренировок «исходных состояний» и 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 с отображением данных непосредственно на мнемосхемах модели АСУ ТП
- возобновления тренировки из любой промежуточной точки имеющейся истории
- сохранения и загрузки истории тренировки для просмотра ее хода, анализа ошибочных действий и «работы над ошибками» (повторение тренировки из точки, предшествующей ошибочным действиям)
- отмены последнего действия (пользователь может, не отменяя все выполненные действия, отменить последнее).
Среда разработки КТК «ТРОПА» позволяет специалистам АСУ ТП ГРЭС самостоятельно вносить изменения в цифровую модель АСУ ТП тренажёра без привлечения его разработчиков. Все математические модели, а также АРМ инструктора реализованы с использованием программного обеспечения, разработанного НПФ «КРУГ».
Выводы
Полученный практический опыт показал эффективность подхода, когда в качестве цифровой модели АСУ ТП используется тренажёрный комплекс, построенный на базе реального программно-технического комплекса, применяемого для создания АСУ ТП. Данный подход позволяет на 100% повторить функциональность системы управления, формируя правильные навыки операторов при работе с ней.
Наличие среды разработки графического интерфейса, базы данных АСУ ТП и программ пользователя дают возможность Заказчику самостоятельно вносить изменения в ПО тренажёра и не зависеть от поставщика тренажёрного комплекса. Возможность тренажёра осуществлять сбор и просмотр оперативной информации о правильности действий оператора позволяет проводить как тестирование, так и полноценное обучение персонала.
