CC BY
69
УДК 004.94
А.В. Мущинин МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПУСКА И ОСТАНОВА ХИМИКО-ТЕХОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ В КОМПЬЮТЕРНОМ ТРЕНАЖЕРЕ
Рассматривается технология создания тренажерного комплекса по обучению персонала химико-технологического предприятия практическим навыкам пуска и останова технологических аппаратов. Описана структура, возможности и практическая реализация разработанного комплекса.
Компьютерный тренажер, пуск технологического оборудования, останов, перечень действий, структура программы
A.V. Muschinin MODELING STARTIG AND STOPPING OF CHEMICAL TECHNOLOGY SYSTEMS IN COMPUTER SIMULATOR
Technology is considered a training complex for teaching staff of chemical technology enterprise practical skills start and stop of technological devices. We describe the structure, capabilities, and practical implementation of a defined set of.
A computer simulator, start the process equipment, stop, list of actions, program structure
Введение
Безопасное ведение процессов, протекающих на современном предприятии, является неотъемлемой и весьма сложной задачей его функционирования. Присутствие высоких температур и давлений, использование опасных химических реагентов и усложнение технологических схем ставят задачу безопасного управления химико-технологическими системами на особый счет. Для современных аппаратов с их системами управления очень важно точное соблюдение всех технологических параметров, отсутствие ошибок в управлении и своевременное адекватное реагирование на возникающие отклонения. Особую роль следует отвести процессам пуска и останова технологического оборудования, так как именно пуск узлов и аппаратов является наиболее сложным и ответственным моментом в процессе функционирования производства. Трудность пуска оборудования усложняется необходимостью взаимодействия огромного коллектива работников предприятия, деятельность которого должна напоминать хорошо отлаженный механизм, работающий «как часы». Точность выполнения обязанностей каждым участником системы зависит от уровня знаний и подготовки. Поэтому обучение всего работающего персонала является первостепенной задачей еще до начала эксплуатации оборудования, наряду с подготовкой технического состояния объектов [1].
Решению данной задачи способствует создание компьютерных тренажеров по моделированию процессов пуска и останова химико-технологических систем. Эти системы призваны помочь персоналу освоить выполняемые технологические операции и составить более полную картину работы всего объекта. Необходимость наличия таких комплексов регламентируется «Общими правилами взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических,
нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств» Г осгортехнадзора России ПБ-09540-03 [2], в которых предприятиям с блоками I и II категорий взрывоопасности предписывается проводить обучение инженерно-технических работников, занятых ведением технологического процесса, на компьютерных тренажёрах.
Постановка задачи
Требуется разработать компьютерный тренажер, предназначенный для обучения оперативного и технологического персонала складского цеха хранения углеводородов безопасному и эффективному управлению технологическим процессом. Обеспечить следующую функциональность тренажера:
- специализированная тренажерная модель складского цеха углеводородов;
- специальное программное обеспечение, реализующее на базе персонального компьютера рабочее место (станцию) оператора и инструктора обучения;
- набор упражнений на выработку отдельных навыков и комплексного умения безопасного и эффективного управления процессами пуска и останова технологического оборудования.
Создание собственной среды разработки тренажерного комплекса являлось неотъемлемым условием проводимых работ.
Структура моделирующей программы
При реализации проекта разработана структура моделирующей программы (рис. 1).
Рис. 1. Структура моделирующей программы
Сущности, принятые в ходе разработки программы:
Параметр - абстрактная сущность, которая определяет физический параметр технологического процесса, а также другие физические и виртуальные параметры, которые могут быть использованы при работе с модулем имитации.
Блок - абстрактная сущность, которая определяет технологический объект и оборудование. Блоки определяются списком параметров и математической моделью.
Математическая модель - это единица блока, которая задает способ взаимосвязи параметров блока с другими параметрами, здесь так же возможна взаимосвязь с другими параметрами других блоков.
Визуальные объекты - единицы программы визуального представления технологического объекта и оборудования. С помощью этих объектов пользователь контролирует ход выполнения сценария, а также происходит регистрация изменений технологических параметров.
Пользователи - пользователи имеющие доступ к системе «Тренажер», которые делятся по уровням доступа - администратор и операторы.
Действие - команда выполняемая пользователем или системой для изменения значения или состояния параметра.
Сценарий - логически завершенный комплекс действий, направленных на приобретение практических навыков безопасного ведения работ.
Сессия тестирования - весь цикл выполненных оператором системы действий, заданных сценарием.
Модуль эмуляции - это модуль имитации, воспроизводящий технологический процесс, заданный рамками блоков и их математическими моделями. Имитация происходит в реальном времени с временем дискретизации 1 сек.
Модуль обработки математических моделей - осуществляет выполнение вложенной в блок математической модели, применяя текущее состояние процесса, а также регистрирует изменения состояния процесса.
Модуль обработки сценариев - осуществляет последовательную проверку правильности выполнения действий оператора.
Модуль визуализации - выполняет прорисовку визуальных объектов, а также обеспечивает синхронное отображение требуемых регламентом параметров технологического процесса.
Модуль администратора - предоставляет администратору системы возможность редактирования заданий, их добавление/удаление, а также позволяет просматривать результаты тестирований, выполненных операторами системы.
Модуль оператора - предоставляет пользовательский интерфейс для проведения сессии тестирования.
Структура, функциональность и возможности разработанного комплекса
При запуске программы на экране появляется окно входа в систему, в котором происходит выбор пользователя, ввод пароля, выбор схемы и теста. Для каждой схемы существует набор тестов: пуск и останов технологической схемы, а также подготовка к пуску и останову.
Весь процесс обучения и тестирования проходит в окне общего вида (рис. 2), которое делится на несколько частей.
В нижней левой части окна расположены кнопки управления: «Закрыть окно», «Старт», «Финиш», «Выбор действия», «Свернуть/развернуть» миникарту, «Справка» слева направо соответственно. Следующим логическим элементом является миникарта, на которой изображается уменьшенная копия всей технологической схемы. С помощью кнопки управления миникартой, представленной в виде стрелки, имеется возможность свернуть/развернуть ее, что расширяет основное пользовательское окно. В некоторых маленьких схемах ее присутствие необязательно, поэтому пользователь может убрать данный элемент из рабочей зоны. Наличие миникарты обусловлено необходимостью быстрого перемещения по достаточно длинным схемам. Она способствует созданию более полной картины изучаемого процесса и позволяет легко ориентироваться на схеме. Стандартные способы перемещения в виде полосы прокрутки не обеспечивают должной скорости и удобства работы пользователя.
Важным элементом схемы является рабочая область, на которой происходит отображение всей необходимой информации об объекте и управление им с помощью разработанных элементов управления.
При нажатии кнопки «Старт» происходит запуск схемы, начинает работать технологическое оборудование. Рассматривая внутреннее устройство тренажера можно выделить два определенных этапа в логической структуре программы. На первом этапе для всех технологических параметров, присутствующих на схеме выбирается начальное значение, т.е. происходит инициализация схемы в соответствие с текущим состоянием объектов.
232
X ф □ 11 + $
Рис. 2. Окно общего вида
Для пуска это состояние оборудования, когда давление в аппаратах равно атмосферному, температуры соответствует температуре окружающей среды, расходы продуктов равны нулю, двигатели, насосы и компрессоры находятся в выключенном состоянии. Для останова начальным состоянием технологического оборудования является нормальный режим работы объектов, т.е. останов начинается с момента, когда окончены все операции пуска. После инициализации, которая занимает несколько секунд, начинается отсчет времени на выполнение первого и последующих действий пользователем. Все действия в тренажере условно делятся на два типа: текстовые, которые невозможно выполнить на тренажерном комплексе (позвонить диспетчеру, сообщить начальнику смены, сделать запись в журнале регистрации событий и др.) и активные, в которых необходимо закрыть/открыть арматуру, клапан, включить/выключить насос или компрессор и т.д.
Для выполнения текстового действия необходимо нажать на кнопку выбора действия и в появившемся окне выбрать нужный вариант. Управление технологическим оборудованием осуществляется двойным нажатием левой кнопки мыши (ЛКМ) по выбранному объекту. После этого появляется окно управления объектом, в котором отображено текущее состояние объекта (открыто/закрыто) и осуществляется изменение состояния объекта управления. После двойного нажатия ЛКМ по панели контура регулирования появляется окно настройки регулятора (рис. 3). У регулятора существует два режима работы, авто/ручной, что отображается наличием галочки в соответствующем поле. В ручном режиме бегунок на средней
мм
1.С861
Значения Тренд
СИЛ" 90 ЭР 750 РУ 1086^|
100 - ■ 2500
0 - 1 - 0
ПАбто
|Закрыть |
Рис. 3. Окна управления клапаном и просмотра тренда реального времени
шкале предназначен для ручного управления степенью открытия клапана, в автоматическом режиме - для изменения задания регулятору. Левая шкала отображает степень открытия клапана (0-100%), правая шкала конфигурируется в соответствии с диапазоном измерений датчика. При нажатии на вкладку тренд появляется окно трендов реального времени, которое представлено на рис. 3.
В зависимости от настроек теста, пользователю дается определенное количество времени на выполнение каждого действия. Помимо этого существуют действия по ожиданию, в которых необходимо дождаться наполнения/опорожнения емкости, выхода объекта на режим и др. Об этом свидетельствует всплывающая подсказка в нижней части экрана. В данной части экрана также отображается результат каждого выполненного пользователем действия (верно/неверно), и в случае неверного действия выводится правильный ответ. Это позволяет пользователю уже на этапе выполнения тестирования видеть все допущенные ошибки и вносить корректировку в свои будущие действия.
Выводы
В соответствии с календарным планом и требованиями технического задания в рамках разработки проекта получены следующие результаты:
- разработана структура компьютерного тренажера для обучения оперативного и технологического персонала установки технологического цеха по безопасному и эффективному управлению технологическим процессом;
- тренажер соответствует Общим правилам взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств ПБ 09-540-03;
- тренажер содержит схемы, алгоритмы пуска и останова, в соответствии с регламентирующими документами;
- математические модели, используемые в тренажере, адекватны реальным объектам;
- разработана сопроводительная документация, включающая в себя методическое пособие по эксплуатации компьютерного тренажера (руководство пользователя);
- разработан комплекс упражнений, охватывающий пуск и останов узлов и агрегатов цеха;
- разработана сопроводительная документация, включающая в себя электронносправочную систему, базу данных технологического оборудования, «Руководство пользователя» (Приложение I) и «Методическое пособие и комплекс упражнений, направленных на отработку профессиональных навыков» (Приложение II);
- произведено тестирование программного продукта и сдача в эксплуатацию;
- подписан акт о вводе программного комплекса в эксплуатацию.
Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы «Научные и научнопедагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (соглашение №14.В37.21.0591).
ЛИТЕРАТУРА
1. Ицкович Э.Л., Левин М.В., Потапова Т.Б. Управление функционированием АСУ химико-технологическим производством // Приборы и системы управления. 1987. С.28-33.
2. Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических,
нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств ПБ 09-540-03 //
ГОСГОРТЕХНАДЗОР РФ, 2003.
Мущинин Алексей Викторович -
аспирант кафедры «Интеллектуальных систем и управления информационными ресурсами» Казанского национального исследовательского технологического университета
Статья поступила в редакцию 20.02.12, принята к опубликованию 12.03.12
