1 Назначение, базовые характеристики и специфика компьютерных тренажеров.
1.1 Краткая характеристика целей компьютерного тренинга операторов.
Бурный рост перерабатывающих секторов экономики обострил проблему подготовки операторов, поскольку собственники вновь строящихся и реконструируемых производственных мощностей не могут не задаваться вопросом, кто будет управлять их дорогостоящими технологическими установками, как в контексте ограниченных возможностей человека – оператора, так и с позиции промышленной безопасности и охраны окружающей среды. Очень важен также экономический аспект, который связан с эффективностью управления ТП.
КТ, как средство преодоления описанной негативной тенденции, должны обеспечивать углубленный тренинг операторов сложных ТП в управлении установками, давая практический опыт оперирования в разнообразных ситуациях, включая:
-нормальные технологические условия при различных произво-дительностях установок и свойствах сырья;
-нарушения технологических режимов и сбои в работе оборудования;
-плановые и аварийные ситуации;
-переходы на новые технологические режимы.
Необходимо также обеспечить на основе КТ возможность оценки навыков и профессиональных умений операторов с целью их последующей сертификации и тарификации [1].
Современные исследования показали, что некачественное управление ТП вызвано, прежде всего, ненадлежащим выполнением процедур управления (их неполнотой, излишней сложностью или неточностью), а также ошибочной уверенностью операторов в превосходстве собственных приемов управления перед предписываемыми.
1.2. Феноменология КТ: что такое компьютерные тренажеры для обучения операторов технологических процессов
В литературе по КТ можно встретить употребление терминов «тренажеры», «компьютерное обучение», «компьютерный тренинг» в достаточно широком контексте в зависимости от специализации производителей того или иного элемента тренажерных систем.
Разработчики тренажерных платформ оперируют понятием компьютерных тренажерных комплексов, понимая под ними программно-аппаратные средства, обеспечивающие моделирование в реальном времени непрерывного хода ТП, причем совсем необязательно в целях обучения.
Согласно принятому пониманию, оператор осуществляет трудовую деятельность путем взаимодействия с предметом труда, машиной или внешней средой посредством информационной модели и органов управления.
Условие многократности повторения действий нельзя признать абсолютно необходимым, такое эргономическое определение вполне точно описывает цели тренажерных систем, если отвлечься от способов их достижения и вспомогательных инжиниринговых задач. Здесь имеет смысл рассмотреть тренажер как инструментальное средство, реализующую модель эргатической системы [1].
1.3. Морфология КТ: из чего состоит тренажер?
В литературе можно встретить достаточно много определений и структур тренажера. Саму структуру тренажера можно разбить на 3 стадии:
1) На первой стадии осуществляется связь между субъектом тренинга и тренажерной моделью – информационная модель, или, как принято называть ее в литературе по информационным технологиям, интерфейс обучаемого.
2) Посредством этого элемента обучаемы наблюдает состояния тренажерной модели и осуществляет воздействие на нее, причем тип интерфейса может варьировать от простейших приборных панелей до продвинутых компьютерных виртуальных сред.
3) На 3 стадии рассматривается образующий элемент структуры тренажера – модель обучения. Даже самые примитивные тренажерные системы обычно содержат набор тренировочных упражнений инструкций и механизмы организации тренировок.
Три названных базовых элемента морфологической структуры являются неотъемлемой частью всякой тренажерной системы [1].
2 Разработка компьютерного тренажера разделительного производства
2.1 КТ«ЗРИ СХК».
На основе математической модели нестационарных гидравлических процессов, которые протекают в каскаде газовых центрифуг, было разработано программное обеспечение КТ, который осуществляет тренинг операторов по управлению заводом по разделению.
Тренажер представляет собой комплекс ПО, который предназначен для приобретения оператором (как в режиме самостоятельного обучения, так и в режиме экзамена) навыков управления основным технологическим оборудованием (каскадом ГЦ), оборудованием потоков МКК и вспомогательным оборудованием в штатных и аварийных режимах.
КТ был разработан в 2010 г. и внедрен в эксплуатацию на заводе разделения изотопов ЗРИ АО «СХК» г. Северск, где были внесены существенные изменения в архитектуру, математическую модель, реализовано большее количество сценариев аварийных ситуаций и вспомогательных систем. Тренажер максимально приближен к АКСУ-2, который внедрен на разделительных предприятиях отрасли.
При анализе предметной области проекта по разработке КТ были выделены основные логические задачи по управлению данными, отображению результатов и технологических схем тренажера:
1. Хранение, манипуляция, а также представление на экране технологической (содержание легких примесей, давление, температура) и системной (изображение объекта, координаты объекта на экране и т.д.) информации.
2. Гибкое и эффективное управление объектами технологических схем (компрессорами, клапанами, регуляторами и т.д.), создание объектов, инициализация и хранение.
3. Обеспечение легко изменяемого и интуитивно понятного механизма поведения объектов, не требующего для корректировки алгоритмов специальных средств разработки.
4. Сопряжение системы логических объектов тренажера с математической моделью технологического процесса.
Реализация такого большого числа разнородных по структуре объектов и необходимость стандартизованного однотипного и гибкого управления, как единичными объектами, так и группами объектов, сформированными по какому-либо признаку (принадлежность к определенному блоку, потоку или типу ГЦ) однозначно определили использование технологии объектно-ориентированного программирования при создании тренажера.
Программное обеспечение КТ состоит из модулей, которые выполнены в виде отдельных приложений, которые могут инсталлироваться и запускаться как на одной (локальный режим), так и на нескольких ПЭВМ (сетевой режим):
1) Сервер – «FactoryServer.exe». Этот модуль содержит базу данных, которая предназначена для хранения массива текущих значений переменных модели, посредством которой происходит осуществление взаимодействия с другими программными пакетами, которые входят в состав тренажера и математическую модель нестационарных гидравлических процессов.
2) Станция управления – «FactoryVisor.exe». Данный модуль реализует отображение активных мнемосхем основного, оборудования потоков МКК и вспомогательного оборудования, панелей управления и предназначен для имитации технологического процесса и системы управления им в целях приобретения навыков необходимых для безаварийного ведения процесса.
3) Монитор параметров – «FactoryStat.exe» - предназначен для отображения технологических параметров работы основного и вспомогательного оборудования.
4) Монитор сигналов – «FactorySignal.exe» предназначен для отображения сигналов аварийной защиты на основном, вспомогательном оборудовании и оборудовании потоков МКК.
Взаимодействие между модулями осуществляется посредством клиент-серверной технологии. Главным управляющим центром является сервер.
КТ функционирует в режиме «реального времени». При этом основная роль отведена функциям контроллеров, которые предназначены:
1) Для анализа общей ситуации в пределах своего и подчиненных объектов.
2) Для вырабатывания сигналов (предупреждения, выхода ГЦ из синхронизма, срабатывания аварийной защиты, разрушения ГЦ и т.п.).
3) Разрешения и запрещения функционирования объектов.
Программные объекты моделируются в соответствие с реальными объектами (временные характеристики, параметры, состояния, изменения параметров, пределы функции изменения параметров, состояний и т.д.). Кроме того, объекты имеют графический интерфейс для взаимодействия с оператором. С его помощью оператор может изменять состояния объектов, контролировать их параметры и т.д. Кроме того, на объекты может оказываться воздействие со стороны сценария. Объект - сценарий, как и другие объекты, тактируется таймером, что позволяет оказывать воздействие на систему (вносить возмущения, изменять состояния объектов и т.п.) в соответствие с временными отметками. Объекты - оборудование, получая сообщения таймера, могут изменять свое состояние, соблюдая временные характеристики перехода в новое состояние. Необходимо отметить, что в процессе работы тренажера регулярно производится запись контролируемых параметров и другой информации (изменение состояния оборудования, срабатывание аварийной защиты и т.д.) в БД.
2.2. Архитектура компьютерного тренажера разделительного производства.
Архитектура компьютерного тренажера строится вокруг основного компонента – «БД Оборудования» (рис. 1). Остальные «Прикладные компоненты» системы обладают следующими принципами взаимодействия с «БД Оборудования» и другими модулями:
Рис.2.1. Функциональная модель тренажера
1. «БД Оборудования» не имеет информацию о других компонентах системы.
2. Каждая из «Прикладных компонент» работает исключительно внутри своей зоны ответственности и не имеет данных о существовании каких-либо других компонент системы кроме «БД Оборудования». Таким образом, любое взаимодействие между «Прикладными компонентами» исключено.
Подобная изоляция компонент при организации функциональной системы имеет следующие преимущества:
1) четкое определение зоны ответственности каждой компоненты системы;
2) однозначное определение функциональных требований к каждой компоненте;
3) независимая разработка компонент;
4) исключение негативного воздействия различных компонент друг на друга, что увеличивает отказоустойчивость системы в целом;
5) малое количество интерфейсов межкомпонентного взаимодействия;
6) возможность масштабируемости системы в случае внесения изменений и дополнений в КТ (например, создание новых сценариев обучения, внесения изменений в схемы основного и вспомогательного оборудования и потоков МКК и т.д.).
2.3. Компоновка основного и вспомогательного технологического оборудования.
Основное технологическое оборудование –это разделительный каскад (из ГЦ), который состоит из технологических блоков, последовательно соединенных между собой. Каждый блок имеет моторные и ручные клапана, два регуляторных узла, состоящих из регулятора давления и байпасного клапана, датчики аварийной защиты и технологического контроля.
В состав каждого блока входит восемь технологических секций, соединенных параллельно. В блоках, работающих в двухступенном режиме, секции соединены по схеме 4?4. Каждая секция имеет моторные и ручные клапана, подкачивающий компрессор, датчики технологического контроля и аварийной защиты.
Вспомогательное оборудование включает в себя: сбросную, отсосную, нулевую приборную и нулевую регуляторную системы, а также систему сжатого воздуха.
Сбросная система В-15 каждой типовой части корпуса состоит из трех магистральных трубопроводов, трех сбросных установок: четной, нечетной и резервной и узлов подключения технологических секций к сбросным магистралям.
Каждый из магистральных трубопроводов имеет ручные и моторные клапаны, которые предназначены для отсечения оборудования. Сброс рабочего газа с четных блоков производится в четную сбросную установку, с нечетных блоков – в нечетную. В резервную сбросную установку можно сбросить газ с любых блоков. Резервная установка имеет перемычки с моторными и ручными клапанами, объединяющие ее с ресиверами четной и нечетной установок, т.к. своих ресиверов она не имеет.
Каждая сбросная установка состоит из двух вакуумных насосов, ресивера объемом 35 м3, масляной ловушки и моторных клапанов.
Отсосная система В-18 каждой типовой части корпуса включает три установки: откачная установка основной магистрали, откачная установка резервной магистрали и резервная откачная установка.
Каждая из откачных установок состоит из ресивера, вакуумных насосов, азотной ловушки, ручных, моторных и быстрозапорного клапанов. Резервная установка имеет перемычки с ручными клапанами к установкам основной и резервной магистралей.
Нулевые системы включают нулевую приборную систему (В-07) и нулевую регуляторную систему (В-08). Каждая нулевая система имеет два трубопровода: основной и резервный.
Каждый из магистральных трубопроводов имеет клапаны. Каждая из откачных установок состоит из ресивера, вакуумного насоса, ручных, моторного и быстрозапорного клапанов.
Система сжатого воздуха В-11 состоит из двух магистральных трубопроводов высокой стороны основного и резервного, двух узлов редуцирования. Каждый узел редуцирования состоит из двух регуляторов давления сжатого воздуха (РДСВ). Из магистральных трубопроводов высокой стороны, через перемычки с обратными клапанами сжатый воздух, поступает в РДСВ. Из регуляторов, сжатый воздух поступает в основную и резервную магистрали низкой стороны, из которых через перемычки с обратными клапанами подается в сервомоторы регуляторов.
На магистральных трубопроводах высокой стороны, основном и резервном, установлены электроконтактные манометры. На каждом узле редуцирования, перед РДСВ установлены два электрических дистанционных манометра.
В компьютерном тренажере реализовано три потока МКК:
1) поток питания (П);
2) поток отбора (ОР);
3) поток отвала (ОЛ).
Каждый поток состоит из двух линий – основной и резервной, объединенных между собой в начале и в конце пятиклапанными перемычками с моторными и быстрозапорными клапанами.
В зависимости от типа потока на каждой из линий могут быть установлены:
1) регуляторный узел;
2) узлы п/к;
3) закруточный узел;
4) датчики технологического контроля (ТК) и аварийной защиты (АЗ);
5) запорная арматура (клапаны).
Для поддержания заданной величины потоков на линиях ''П'' устанавливаются регуляторные узлы. Регуляторные узлы могут устанавливаться также на линиях ''ОР''. Регуляторный узел состоит из регулятора типа ВРП с байпасным клапаном и следующих за ним двух параллельно расположенных расходомерных шайб: основной и обводной. Перед основной шайбой установлен ручной клапан, перед обводной – моторный.
Весь текст будет доступен после покупки
