Поиск по сайту
Авторизация
Логин:
Пароль:
Забыли свой пароль?
Рейтинг@Mail.ru
Подписка на рассылку...

Модуль подписки в настоящее время недоступен.

Тренажеры для обучения операторов электростанций

José Tavira-Mondragón, Guillermo Romero-Jiménez
and Luis Jiménez-Fraustro Electric Research Institute

Mexico

До 1970-х годах использование тренажеров для подготовки эксплуатационного персонала электростанций не было широко распространено. В эти времена, операторы приобретают свои навыки, работая голова к голове с некоторыми опытными операторами в фактическом заводе, таким образом, они узнали все знания своего наставника, это означает, все достоинства и недостатки опытных людей. Как и следовало ожидать, слушатели также получают классические уроки в классе с целью дополнить их обучение. Обучение завершается, когда руководитель завода решил стажер был готов к эксплуатации и управления установкой. В большинстве случаев, основная проблема такого рода обучения было то, что оператор только что узнал типичные действия, связанные с пуском оборудования и эксплуатации завода в номинальных условиях. Таким образом, операторы не были обучены в нештатных ситуациях, где они необходимы, чтобы действовать быстро, чтобы сохранить электростанцию ​​в условиях безопасности. Естественно, любая оперативная ошибка может привести к аварии, повреждению оборудования или риска для персонала со всеми экономическими россыпей, связанных с этим типом проблем. В 1970-х годах, в Соединенных Штатах, ядерная энергетика сделала обязательство в том числе тренажеров в качестве части учебных программ своих ядерных операторов электростанции, постепенно использование тренажеров в ядерной энергетике получили всемирное признание. В 1979 году крупная авария произошла в Three Mile Island (TMI), Миддлтон, Пенсильвания привело к критической оценке готовности оперативного персонала для реагирования на аварии. Принято считать, что инцидент на TMI не произошло бы, если операторы были должным образом обучены. Эта авария вызвала полную переоценку программ обучения операторов атомной отрасли (Perkins, 1985). Такие события, как это усилило рост растущей индустрии тренажеров и расширить его применение на электростанциях ископаемого топлива тоже. В частности, в этом сегменте, Институт Electric Power Research [EPRI] (1993) переносится на анализ затрат и выгод тренажеров, используемых на ископаемом топливе электростанций, где выявленные преимущества были: экономия доступности, тепловых экономии производительности, компонентов экономии жизни, и экономия экологическим требованиям. Кроме того, EPRI сообщил, что около 20% вынужденных отключений растений были прямым результатом ошибки оператора или технического обслуживания. Таким образом, сокращение оператора управляемых отключений через обучение на тренажере позволяет существенно снизить эксплуатационные расходы. Дополнительные цитаты об операторах ошибок (Серьезные игры LLC, 2006), устанавливает, что "Один производственный аналитик оценкам, человеческая ошибка приводит к ненормальной ситуации стоит в Великобритании перерабатывающей промышленности 1,4 миллиарда долларов в год" и "За последние 25 лет 100 крупнейших аварий в перерабатывающей промышленности углеводородной химической стоимостью 7,52 $ млрд убытков; Ошибка оператора составила 21% от этих событий в среднем на $ 75 млн за потери ".

Современные распределенные системы управления электростанций обеспечивают оператору с элементами для получения стабильной выработки электроэнергии, безопасной и надежной, но, как следствие, происходит снижение доверия оператора осуществлять необычные маневры, например, старт-ап в ручном режиме или запрашиваемые действия после поездки насоса подачи воды. Тренажерах помогают операторам на практике такого рода маневров. Главным преимуществом тренажера в качестве учебного пособия является то, что оператор не должен касаться фактического блока, чтобы научиться эксплуатировать его в широком диапазоне возможных сценариев. Эти сценарии включают в себя обычные операции, такие как блок пуска из холодного железа до полной нагрузки и завершения работы. Также могут быть определены сценарии неисправностей, в которых обучаемый практикуют подходящие оперативные действия, когда в моделируемой блоке есть такие события, как: поездки насосов и турбины, разрывы труб, и "неисправна" КИП. Другими словами, операторы используют симулятор на практике свои обычные процедуры эксплуатации и на практике нечастые эволюций и нарушенными условия. Таким образом, одним из наиболее важных частей программы подготовки операторов электростанции осуществляется корыто имитаторы, большое количество этих тренажеров типа под названием полномасштабные эти имитаторы включают детальное моделирование этих систем ссылочного завода с которой интерфейсы оператора в диспетчерской фактической среды. Как правило, реплика БЩУ операционные консоли включены (Международное агентство по атомной энергии [МАГАТЭ], 2004). В этих тренажерах, ответы моделируемой единицы идентичны во времени и указания ответов, полученных в реальной комнате управления установкой в ​​аналогичных условиях. Значительная часть расходов столкнулись с этим типом тренажеров является программное обеспечение для моделирования высокой точности, которые должны быть разработаны, чтобы ездить. Полнота обучения с использованием полномасштабного тренажера, очевидно, гораздо больше, чем доступно на других типах тренажера, поскольку оператор выступает в среде, которая идентична таковой в контрольной комнате. Опытные операторы могут быть эффективно переквалифицировался на этих тренажерах, потому что разнообразие условий, сбои, и ситуации предлагаются не вызывают оператору становится скучно с обучением или выучить его наизусть (Instrument общества Америки [ISA], 1993). Поэтому полномасштабных тренажерах признаны во всем мире в качестве единственного реалистического метода, чтобы обеспечить в режиме реального времени и ручной работы на обучение операторов. Также имитаторы могут быть использованы для проверки нормальных рабочих процедур, для проведения инженерно-технических исследований и подготовки завод технического вспомогательного персонала.

Тем не менее, за счет разработки такого рода тренажеров, необходимость подготовки большего числа сотрудников эксплуатации и поиска лучшей подготовки наехал развитие различных средств обучения, например, есть неполный задача имитаторы, где пользователи обучаются только в той или иной системе электростанции (например, системы подачи воды, паровой турбины и т.д.). Есть также компактные тренажеры, где пользователи могут практике большинство основных эксплуатационных действий, необходимых на электростанции, но работа интерфейсы имеют общего типа и не обязательно похожи на те, операторы используют в своей фактической электростанции. Во многих случаях часть-задачи и компактные тренажеры АРБ, поэтому они транспортируются на электростанции, таким образом, операторы могут практиковать на месте, эти тренажеры могут быть использованы при содействии инструктора, в свободно руках контекст, или с руководством экспертной системы. Несмотря на недостатки этих тренажеров, есть некоторые четко определены преимущества использования различных тренажеров, которые являются: способность тренироваться на неисправностей, переходных процессов и аварий; снижение риска для заводского оборудования и персонала; умение обучать персонал на реальных событиях растений; более широкий круг персонала, получающих эффективную подготовку; и индивидуального обучения или самообучения выполняются эффективно на устройствах моделирования, разработанных с этими возможностями в виду. Использование тренажеров доказало корыта лет, чтобы быть одним из наиболее эффективных и уверенных путей операторами обучения электростанций. Использование симуляторов, операторы могут научиться более эффективно управлять установкой, снижение частоты сердечных сокращений и снижения мощности, требуемой от завода вспомогательного оборудования (Hoffman, 1995).

Основные особенности и виды тренажеров, важность хорошо структурированной программы обучения, чтобы максимизировать преимущества тренажера и два самых важных парадигм для математического моделирования обсуждаются в следующих разделах.

Тренажеры

Согласно The Free Dictionary (2008), симулятор определяется как "любое устройство или систему, которая моделирует специфические условия или характеристики реального процесса или машины для целей исследования или обучения оператора". В контексте подготовки операторов электростанции, тренажер представляет собой систему, состоящую из человеко-машинного интерфейса (HMI), которая имитирует операции консолей фактической установки и компьютера, который выполняет математические модели, которые "имитируют" производительность агрегата. Эти имитаторы основаны на математическом моделировании динамических систем и их ожидаемых ответов уже функционирует в режиме реального времени. Обычно тренинги руководствуются инструктором, который устанавливает начальное условие, начинается моделирование, а также осуществляет контроль за действиями обучаемых. 

 Имитаторы с различными областями

В соответствии с целями обучения и имеющегося оборудования, существуют различные виды тренажеров:

1. Полномасштабные

Полномасштабных тренажера может быть определена как точная копия комнаты управления силовой установки, содержащий дубликаты всех реальных органов управления, приборов, панелей и индикаторов. Ответы блок смоделированные на этом аппарате идентичны во времени и указания ответов, полученных в реальной комнате управления установкой в аналогичных условиях. Значительная часть расходов столкнулся с этим типом тренажера является программное обеспечение для моделирования с высокой точностью, которая должна быть разработана, чтобы вести его (ISA, 1993).

2. Имитаторы Part-задач

Тренажер неполный задача ориентирована только на конкретных производственных систем. Эти системы представлены с особенностями полномасштабного тренажера, таким образом, детальное математическое моделирование ссылочных систем растений входит и лишь часть фактического диспетчерскую дублируется со всеми ключевыми измерительных приборов, органов управления и сигналов тревоги. Системы, не включенные в HMI моделируются с уменьшенным объема или нет моделируемой и рассматриваться как всегда "на службе", просто чтобы удовлетворить взаимодействия основных систем.

3. Компактные тренажеры

Компактные тренажеры так называемые дженерики, это означает, что они воспроизводят поведение конкретной электростанции, но номинальная мощность и HMI для стажера не обязательно одни и те же фактического завода. Тем не менее, они включают в себя математическое моделирование широкого охвата, которая позволяет имитировать условия растений от холода железа до номинальной мощности. Таким образом, они в основном используются для обучения начинающих операторов и персонала на местах. Fray и Divakaruni (1995) утверждают, что это своего рода тренажеров могут быть параметризованы с единичными конкретных конструктивных и эксплуатационных данных для энергоблоков конкретного поколения включительно можно включить эмуляцию точную копию системы управления установкой. Этот тип модификаций обязательно увеличивать первоначальную стоимость тренажера и такие модификации должны выполняться очень квалифицированным персоналом.

В настоящее время при мощности современных компьютеров, полный имитатор электростанция может быть установлен в ноутбуке и легко транспортируются, основной проблемой является использование тренажера стажером, потому что его интерфейс снижается, в лучшем случае к оборудование с тремя дисплеями (рисунок 5), а также с числом действий, необходимых для работы моделируемой системы, подходящая тренировка может быть сложной проблемой без эффективного метода, чтобы сделать это. 

4. Имитаторы в классе

Эти имитаторы обычно включают в себя детальное математическое моделирование и их можно разделить на две группы: графический и многопользовательских. Графические имитаторы основаны на представлении HMI в графической форме (устройств отображения информации или виртуальных образов). Эти тренажеры обеспечивают недорогую альтернативу другим тренажерах, требующих использования аппаратных средств диспетчерской (МАГАТЭ, 1998); поэтому они предпочтительно используются в ядерной энергетике в связи с большим количеством плат управления этих растений. С другой стороны, имитаторы многопользовательские установлены в локальной сети, и они используются в качестве дополнения учебных курсов для операторов тепловых электростанций (Tavira- Мондрагон и др, 2005;.. Ромеро-Хименес и др, 2008). В этих тренажерах, инструктор имеет консоль, где он одновременно направляет сессий моделирования для каждого из слушателей. С его консоли, инструктор устанавливает одинаковые или различные тренировочные упражнения для каждого из студентов и контролирует их в индивидуальном порядке из того же интерфейса. Каждый из слушателей имеет свою собственную консоль, чтобы управлять моделируемой электростанции независимым образом из других студентов.

5. Виртуальные тренажеры

С увеличением мощности обработки, скорость вычислений, достижений в области компьютерной техники и сложности в области моделирования, становится более реальным для разработки систем на основе виртуальной реальности (VR) или дополненной реальности (AR). Эти системы реализуют аппаратные интерфейсы, которые обеспечивают более стимулирующий опыт обучаемого, с помощью экспериментов «реалистического» ощущений. В доступной динамического тренажера может быть реализован трехмерный козырька, чтобы обучать людей по обслуживанию локальных операций, а также дополнять фактические учебных программ с трёхмерной зрения оборудования, такого как: турбин, котлов, электрического генератора и т.д. С помощью этих систем, стажеры практикуют работу процесса, и в то же время, они получают более глубокое понимание физических и химических явлений произошло и получить подробные знания об оборудовании. Мартинес-Рамирес и др. (2011) представит прототип обучающей системы VR для тепловой электростанции.

6. Веб-имитаторы

Согласно тренажерах архитектуры, ранее обсужденных, имитаторы установлены в учебном центре или на месте, если тренажер легко переносимым. В случае имитаторов в которых участвует более чем ПК, компьютеры подключены в локальной сети. Таким образом, связь между процессами интерактивных диаграмм и математических моделей основан на собственном протоколе и реализуется через TCP / IP с целью связать две точки в пределах локальной сети. Такие диаграммы являются частью обычного приложения Windows, которая может быть выполнена только на компьютере с окружающей средой, предоставляемой операционной системой и соединены между собой в той же сети, поэтому он не может быть передан через Интернет и воспользоваться преимуществами современных информационных технологий, таких как облака вычислений.

Заключение

Учебные программы для операторов электростанций с использованием динамического тренажера широко используются во многих частях мира в течение последних 30 лет, а также их прямые выгоды в единицу доступности, теплозащиты, соблюдением экологических требований и безопасной эксплуатации, как было доказано и документально. Важно отметить, что, имитаторы являются очень важной частью этих программ, но их ценность в качестве инструмента обучения максимизируется, когда они интегрированы в хорошо продуманные и структурированные учебные курсы. Модель ADDIE представляет собой подходящую методику для получения этой цели.

Увеличение мощности вычислительной техники и развитие дружественных графических пользовательских интерфейсов было два основных эффекта над тренажерах; с одной стороны, электростанции заменили свои прежние платы управления персональными компьютерами с графическим интерфейсом пользователя. Естественно, что операторы этих растений нуждаются в соответствующую подготовку, так как они сталкиваются полное изменение в их работе парадигмы, и из-за этого, тренажеры также требуют ИЧМ, а те, в реальных растений. С другой стороны, полный Тренажер может быть установлен в одном ПК, без штрафных сферы математического моделирования или его в режиме реального времени функционирования. Кроме того, веб-сервисов и облачных вычислений расширяют учебные варианты, поскольку конкретные цели обучения могут быть выполнены только с помощью ПК с подключением к Интернету. Этот вид приложений позволяют достичь большого количества слушателей, без необходимости: перевозки персонала учебного центра, транспортировки тренажера по разным местам, или приобретение тренажера. Другим важным аспектом является включение экспертных систем в тренажере. Этот вариант подходит для автономных приложений, которые требуют или даже восстановителей, устраняя необходимость человеческого инструктора. Удобное представление знаний эксперта дает системе моделирования все элементы, чтобы провести тренировку в автономно.

В объектно-ориентированное программирование, объект является математической моделью компонента силовой установки и интеграции этих объектов отражает расположение физического завода. Взаимодействие между компонентами удовлетворены с разъемами, которые также связаны с реальными физическими соединениями; этот тип подходов упрощает конструкцию тренажеров и обеспечивает прямую связь между физическими и моделируемых систем.

Используемые источники

  1. acslX (2010). acslX Software for Modeling and Simulation of Dynamic Systems and Processes, 21.09.2011, Available from acslx.com/products/

  2. Ahmad, A.L.; Low, E.M. & Abd Shukor, S.R. (2010). Safety Improvement and Operational Enhancement via Dynamic Process Simulator: A Review, Chemical Product and Process Modeling: Vol. 5, No. 1, Article 25, pp 1-25.

  3. Arjona, M.; Hernández, C. & Gleason, E. (2003). An Intelligent Tutoring System for Turbine Startup Training of Electrical Power Plant Operators. Expert Systems with Applications, Vol. 24, No.1, pp. 95-101.

  4. Alam-Jan, S.; Šulc, B. & Neuman, P. (2002). Object Oriented Modeling of a Training Simulator, Proceedings International Carpathian Control Conference ICCC’ 2002, pp 757-762, May 27-30, 2003. Malenovice, Czech.

  5. Burgos, E. (1993). Simulador de Rodado de Turbine para el Adiestramiento de Operadores, Boletín IIE, Vol. 17, No. 4 pp. 167-172.

  6. Cameron, D.; Clausen, C. & Morton, W. (2002). Chapter 5.3 Dynamic Simulators for Operator Training, In: Software Architectures and Tools for Computer Aided Process Engineering-Computer-Aided Chemical Engineering, Vol. 11), Braunschweig, I. & Gani, R., pp. 393-432, Elsevier, ISB N: 0-444-50827-9, The Netherlands.

  7. CLIPS, A Tool for Building Expert Systems, 20.09.2011, Available from clipsrules.sourceforge.net

  8. EPRI (1983). Modular Modeling System (MMS): A Code for the Dynamic Simulation of Fossil and Nuclear Power Plants. Report CS:NP 3016, Electric Power Research Institute, U.S.A.

  9. EPRI (1993). Justification of Simulators for Fossil Fuel Power Plants, Technical Report TR-102690, Electric Power Research Institute, U.S.A.

  10. EPRI (1998). Simulator Procurement Guidelines for Fossil Power Plants: Simulator Specifications- AD-103790, Electric Power Research Institute, U.S.A.

  11. EPRI (2005). Guidelines for the Development of an Initial Systematic Training Program-1009849, Electric Power Research Institute, U.S.A.

  12. Fray, R. & Divakaruni M. (1995). Compact Simulators Can Improve Fossil Plant Operation, Power Engineering, Vol. 99 No. 1, pp. 30-32, ISSN 0032-5961.

  13. Hoffman, S. (1995). A New Era for Fossil Power Plant Simulators, EPRI Journal, Vol. 20, No. 5, pp. 20-27.

  14. IAEA (1996). Nuclear Power Plant Personnel Training and its Evaluation a Guidebook Technical- Reports Series No. 380, International Atomic Energy Agency, Austria.

  15. IAEA (1998). Selection, Specification, Design and Use of Various Nuclear Power Plant Training Simulators-IAEA-TECDOC-995, International Atomic Energy Agency, ISSN-1011- 4289, Austria.

  16. IAEA(2003). Means Of Evaluating And Improving The Effectiveness Of Training Of Nuclear Power Plant Personnel-IAEA-TECDOC-1358, International Atomic Energy Agency, ISBN-92-0-108204-7, Austria.

  17. IAEA (2004). Use of Control Room Simulators for Training of Nuclear Power Plant Personnel- IAEA-TECDOC-1411, International Atomic Energy Agency, ISBN-92-0-110604-1, Austria.

  18. ISA (1993). Fossil-Fuel Power Plant Simulators–Functional Requirements-ISA-S77.20-1993, Instrument Society of America, ISBN-1-55617-494-2, U.S.A.

  19. Leva, A. & and Maffezzoni, C. (2003). Modelling of Power Plants, In: Thermal Power Plant Simulation and Control, Flynn, D., pp 16-60, Knovel, Available from knovel.com/web/portal/browse/display?_EXT_KNOVEL_DISPLA Y_bookid=1399

  20. Liao, S. (2005). Expert System Methodologies and Applications—A Decade Review from 1995 to 2004, Expert Systems with Applications, Vol. 28, No.1, pp 93–103.

  21. Lu, S. (1999). Dynamic Modeling and Simulation of Power Plant Systems, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy, Vol. 213, No. 1, pp. 7-22

  22. Martínez-Ramírez, R.; Romero-Jiménez, G. & Martínez-Cuevas, S. (2011). What’s  New About Enabling Technologies in Power Plant Simulators and Training Systems: Visor3D-SD Prototype (Accepted for publication), 11th IERE General Meeting and The IERE – IIE Latin American Forum, Oct 31-Nov 3, 2011. Cancún, Q.R. México.

  23. Mathworks (2011). 04.09.2001, Available from mathworks.com/index.html

  24. Modelica (2011). 01.09.2011, Available from modelica.org/

  25. Murthy S. (1986). The Application of Simulation in Large Energy System Analysis, Modeling, Identification and Control, Vol. 6, No. 4, pp 231-247.

  26. Olmstadt, W. (2000). Cataloging Expert Systems: Optimisms and Frustrated Reality, Journal of Southern Academic and Special Librarianship, pp. 1-11, ISSN 1525-321X.