Тренажёр для подготовки персонала котлотурбинного цеха Салаватской ТЭЦ

Учебно-тренировочный комплекс для подготовки персонала котлотурбинного цеха Салаватской ТЭЦ создан с использованием компьютерного тренажёрного комплекса ТРОПА (КТК ТРОПА^®). В концепцию тренажёра заложен цифровой двойник основного и вспомогательного электротехнического и тепломеханического оборудования котлотурбинного цеха (КТЦ).

В составе тренажёра достоверно сымитирована вся элементная и программная база измерительно-информационных систем, систем автоматического управления и систем технологических защит и блокировок паровых турбин ТП-60-90 и паровых котлоагрегатов ГМ-151 Салаватской ТЭЦ. Системы функционируют на базе программно-аппаратного (программно-технического) комплекса КРУГ-2000 (ПАК ПТК КРУГ-2000^®).

Салаватская ТЭЦ входит в состав ООО «Башкирская генерирующая компания». Была построена для обеспечения энергоресурсами Салаватского нефтехимического комбината и рабочего поселка, который впоследствии перерос в город Салават. Сегодня предприятие отпускает электрическую энергию, а также тепловую энергию в паре и горячей воде на нужды отопления. Основным видом топлива на ТЭЦ является природный газ. Установленная электрическая мощность – 180 МВт, тепловая — 706 Гкал/ч.

Цель проекта

Основной целью проекта является повышение эффективности эксплуатации оборудования за счет выработки у персонала навыков безопасного и экономичного управления оборудованием, в том числе в сложных переходных режимах с целью сокращения числа технологических нарушений, связанных с человеческим фактором.

Основные функции тренажёра

Основные функции проведения тренировок

• Работа системы в темпе управляемого «модельного» времени с функциями:
  • остановки 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:
  • сохранения и загрузки истории тренировки для просмотра ее хода, анализа ошибочных действий и работы над ошибками (повторение тренировки из точки, предшествующей ошибочным действиям)
  • просмотра хода тренировки в нормальном и (или) ускоренном темпе «модельного» времени (демонстрация) с отображением данных непосредственно на мнемосхемах модели АСУ ТП
  • возобновления тренировки из любой промежуточной точки имеющейся истории
• Проведение как индивидуальных, так и групповых тренировок операторов
• Создание аварийных и прочих ситуаций инструктором в момент проведения тренировки или экзамена
• Проведение экзаменов с выставлением оценки и формированием экзаменационного протокола.

Информационные и управляющие функции тренажёра

• Моделирование технологического процесса объекта с формированием технологических параметров, повторяющих реальные значения
• Моделирование исполнительных механизмов и регулирующих органов, а также их характеристик и типовых неисправностей, включая расходные характеристики, люфты, тормоза, нечувствительности и прочие
• Моделирование работы информационных и управляющих контроллеров АСУ ТП со 100%-ным повторением алгоритмов реальных пользовательских программ (алгоритмы регулирования, ТЗиБ и т.д.)
• Моделирование неисправностей контроллерного оборудования:
  • неисправности или недостоверности входов и выходов
  • неисправности модулей ввода-вывода
• Моделирование работы серверов БД АСУ ТП со 100%-ным повторением алгоритмов сбора и обработки данных (сбор и накопление данных, алгоритмы обработок на достоверность, нарушение границ сигнализации и т.д.)
• Моделирование станций оператора со 100%-ным повторением графического интерфейса.

Вспомогательные функции тренажера

• Самодиагностика комплекса технических и программных средств
• Оперативная перенастройка системы и реконфигурация программного обеспечения АСУ ТП с использованием штатной для АСУ ТП среды разработки
• Регистрация пользователя, осуществляющего вход в систему.

Специализированные функции тренажёра котлотурбинного цеха

Тренажёр КТЦ позволяет:

• изучать влияние настроечных параметров автоматических регуляторов на характеристики переходных процессов и нарабатывать навык оптимальной настройки регуляторов
• нарабатывать навык проверки технологических защит как на остановленном технологическом оборудовании (с воздействием на арматуру), так и без останова технологического процесса (на сигнал)
• изучать алгоритмы работы существующих систем автоматического регулирования (САР) и технологических защит и блокировок (ТЗиБ)
• нарабатывать навык отыскания дефектов в ПАК ПТК КРУГ-2000, а также в подсистемах САР и ТЗиБ.

Архитектура системы

Тренажёр выполнен на базе компьютерного тренажёрного комплекса ТРОПА (КТК ТРОПА^®) и представляет собой одну из возможных структур АСУ ТП, включая клиент-серверные архитектуры, многосерверные системы, системы, имеющие в своём составе многомониторные АРМ оператора и экраны коллективного пользования, и т.д.

Первый (нижний) уровень представляет собой математическую модель, полностью описывающую и имитирующую реальное оборудование котлотурбинного цеха, включая все датчики измеряемых параметров, управляющие и регулирующие механизмы, а также логику и взаимосвязи всего тепломеханического оборудования, включая отдельные системы, например, электрогидравлическую систему регулирования паровой турбины (ЭГСР).

Во 2-й (средний) уровень системы входят:

• виртуальные имитаторы промышленных контроллеров АСУ ТП
• вспомогательные виртуальные контроллеры, имитирующие ввод-вывод сигналов от неавтоматизированного оборудования с ручным управлением, 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 АСУ ТП. Имитатор контроллера реализует функции контроллера реальной АСУ ТП. В случае наличия в системе нескольких контроллеров (например, контроллеров подсистем ТЗиЗБ, регулирования и т.д.), в тренажёре также создаются несколько имитаторов контроллеров. По каждому из них можно имитировать отказ, неработоспособность отдельных модулей ввода/вывода и каналов, и т.д.

Имитатор контроллера обеспечивает обмен данными с моделью объекта (выдача команд управления на исполнительные механизмы и опрос датчиков измеряемых параметров), а также установку начальных значений переменных, получаемых от системы обучения при инициализации тренировки и отработке сценариев.

Общая мнемосхема ПК-13

Общая мнемосхема ТГ-9

В рамках выполнения разработки тренажёра было выполненно проектирование алгоритмов технологических защит и блокировок.

Защиты АСУ ТП паровых котлов:

• Повышение уровня в барабане котла1, мм
• Понижение уровня в барабане котла1, мм
• Понижение температуры перегретого пара, °С
• Повышение давления газа, кгс/см2
• Понижение давления газа, кгс/см2
• Понижение давления мазута, кгс/см2
• Останов двух вентиляторов
• Останов двух дымососов
• Погасание факела
• Повышение температуры перегретого пара, °С
• Повышение давление пара в ПСК2, кгс/см2
• При октключении одного из двух дымососов
• При отключении одного из двух вентиляторов
• Понижение уровня в барабане ПК, мм
• Понижение давления газа до, кгс/см2
• Понижение давления мазута до, кгс/см2
• Аварийный слив/открытие, мм
• Аварийный слив/закрытие, мм
• Повышение давления пара в паросборной камере, кгс/см2
• Повышение давления пара в барабане котла, кгс/см2
• Невоспламенение или погасание факела любой газовой горелки растопочной группы при растопке котла.

Табло состояний защит ПК-11

Защиты АСУ ТП турбогенератора:

• Защита от осевого сдивига ротора ТГ9
• Защита от понижения вакуума в конденсаторе ТГ9
• Защита от понижения температуры острого пара ТГ9
• Защита от понижения давления масла на смазку ТГ9
• Защита от понижения уровня масла в ДБ на ТГ9
• Защита от повышения вибрации подшипников на ТГ9
• Защита от повышения числа оборотов к.1 на ТГ9
• Защита от повышения числа оборотов к.2 на ТГ9
• Защита. Отключение генератора по закрытию АСК и сраб. РОМ ТГ9
• Защита. Закрытие АСК при отключении генератора ТГ9
• Защита по повышению уровня в ПВД-5
• Защита по повышению уровня в ПВД-6
• Защита по повышению уровня в ПВД-7
• Защита по отказу контроллеров ЭГСР ТГ9
• Защита по понижению dP пара между отб. 35 ата и колл пара 35 ата
• Защита. Закрытие отсечного клапана отбора 35 ата ТГ9.

Общая информационная мощность сервера АСУ ТП

Информационные сигналы:

• входные аналоговые – 3150 переменных
• входные дискретные – 1500 переменных.

Управляющие сигналы:

• выходные аналоговые – 98 переменных
• выходные дискретные – 3502 переменных.

Выводы

Компанией «КРУГ» внедрена комплексная тренажёрно-обучающая система персонала КТЦ Салаватской ТЭЦ с использованием программного обеспечения разработки ФБГОУ ВО «ИГЭУ».

Использование данной системы позволит как оценить текущую квалификацию и компетенции персонала, обслуживающего объект, так и повысить её, поддержать на должном уровне; позволит отрабатывать навыки безопасного и технологически правильного управления оборудованием в сложных переходных и аварийных режимах.