АСУ ТП и МОДЕЛИРОВАНИЕ: ТРЕНАЖЁРЫ ДЛЯ ОПЕРАТОРОВ
Борис хозе
Главный эксперт по автоматизации производства,
Школа Fine Start
Как и было обещано в моем ранее опубликованном материале, я расскажу более подробно о том, как моделирование АСУ ТП можно использовать в тренажёрах для операторов технологических процессов. Тема, хотя и очень интересная, в то же время ой какая непростая. Так что вздохните поглубже и давайте начнём.
Тренажёр для операторов предназначен для подготовки оперативного и обслуживающего персонала предприятия к работе на реальном технологическом оборудовании, поддержания и оценки 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 включает в себя как аппаратную, так и программную часть. Ключевым элементом программной части является математическая модель процесса / установки, для которого этот тренажер используется. Качественная динамическая модель процесса – обязательная составляющая для создания современного профессионального тренажёра.
Математическое моделирование технологического процесса осуществляется на основе решения систем нелинейных дифференциальных уравнений, описывающих физические процессы тепло- и массообмена, химической кинетики, фазовых переходов, гидравлики и гидродинамики и т.д. Данная модель обеспечивает расчёт параметров установок во всех режимах функционирования, включая аварийные ситуации и пусковые операции.
Итак, тренажёр для оператора. Какие функции он должен выполнять? Давайте перечислим основные:
- запуск установки
- изменение нагрузки
- сценарии, вызванные сбоем работы оборудования
- реакция установки на определённые действия оператора
- отработка типовых технологических операций
- отработка навыков диагностики
Не надо быть большим специалистом, чтобы понять: чем сложнее и опаснее производство, тем нужнее тренажеры. Естественно, это находит отражение в нормативной документации (НД).
Но дело не только в НД. Статистика показывает, что большой процент аварий оборудования возникает из-за ошибок оператора. Естественно, опытные операторы совершают меньше ошибок. Поэтому тренажёры очень полезны для обучения молодых неопытных операторов и могут быть использованы как эффективное средство передачи накопленного опыта. Чтобы достичь эффективности этого процесса помимо наличия хорошего тренажера надо организовать сам процесс обучения, включая создание набора необходимых компетенций, подробных планов уроков, тестов и экзаменов. Всё это также должно входить в КТК (компьютерный тренажерный комплекс). Эта задача далеко не простая и может занимать значительную часть всего процесса разработки тренажёра.
Для приобретения практических навыков безопасного выполнения работ ... все рабочие и инженерно-технические работники, непосредственно занятые ведением технологического процесса и эксплуатацией оборудования на этих объектах, проходят курс подготовки с использованием современных технических средств обучения и отработки таких навыков (компьютерные тренажеры, учебно-тренировочные полигоны). Компьютерные тренажеры должны содержать максимально приближенные к реальным динамические модели процессов и реальные средства управления (функциональные клавиатуры, графические экранные формы).
Тренажёр также 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.
Таким образом, разработчики АСУТП имеют возможность отладить алгоритмы управления до начала пусконаладочных работ на объекте и даже без наличия у них контроллерного оборудования, а оперативный персонал получает навыки эксплуатации объекта ещё до ввода его в эксплуатацию.
В КТК должны также входить контроллеры АСУТП. В зависимости от целей и задач могут быть использованы реальные контроллеры или их виртуальные имитаторы. Не надо забывать, что для тренажёра также нужны алгоритмы технологических защит, блокировок, реализованные на традиционных средствах (релейные схемы), а также регулирование низкого уровня (интеллектуальные приборы и т. д.).
В КТК должно включаться АРМ операторов и инструктора. АРМ оператора в КТК является, как правило, точной копией реального АРМ. АРМ инструктора предназначен для организации и проведения процесса обучения.
В заключении первой части я приведу пример проекта создания тренажёра, в котором я принимал участие. Финальная стадия производства глинозема включает в себя установку кальцинации (обжигательную печь).
Процессы в этой установке прямо скажем непростые и сама установка довольно капризная. После многих лет работы кальцинатора со множеством отказов было решено создать тренажер для оператора. Пару опытных операторов ушли из компании, а молодые не всегда справлялись с удержанием процесса в рабочем диапазоне. Число аварийных ситуаций стало возрастать.
Самым сложным в этом проекте была разработка математической модели установки, особенно самой обжигательной печи. На это ушёл почти год. Тем не менее качественный тренажёр был создан.
Вторая проблема, с которой мы столкнулись – это проведение занятий под руководством инструктора. В то время в КТК, который мы использовали, не существовало программного обеспечения для проведения занятий по определенному сценарию и оценки работы оператора, и для такой сложной установки с непростыми сценариями это стало проблемой.
В рамках этого материала невозможно рассказать всё о КТК, но я надеюсь, что читатель получил первое представление о тренажерах. Во второй части мы расскажем о вендорах и приведем в качестве примера техническое решение компании Emerson.
Борис Хозе
ГЛАВНЫЙ ЭКСПЕРТ ПО АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА, ШКОЛА FINE START
Более 40 лет опыта инженером и менеджером в разных отраслях промышленности, в том числе 15 лет работы в крупнейших мировых компаниях в Австралии. Работал по
контрактам в странах Азии и Африки.
Области работы: автоматизация процессов, начиная с приводных систем и контроллеров и кончая MES; моделирование процессов, контрольно-измерительные приборы, системы управления предприятием; управление
проектами на различных стадиях от FEED до ПНР.
Заинтересовала статья?
Освоить востребованную профессию в сфере автоматизации производства вы можете в Школе Fine Start. Узнайте детали в каталоге наших профессий