Вариантные подходы к
моделированию аварийных ситуаций в компьютерных программах-тренажерах
(на примере химических технологий ТЭС)
Очков В.Ф[1].,
Копылов А.С., кандидаты техн. наук, профессор, Очков А.В., Певнева Н.Ю.,
Иванкова Л.С., Рахаев М.А, инженеры
МЭИ – Московский центр подготовки кадров Мосэнерго
Создание программ-тренажеров
для персонала химических цехов ТЭС – одно из основных направлений деятельности
кафедры Технологии воды и топлива (ТВТ) МЭИ. Новое поколение этих программ было
успешно опробовано на прошедшем в апреле 1999 г. в Москве Первом Всероссийском конкурсе
комплексных бригад оперативного персонала ТЭЦ с поперечными связями.
Основные усовершенствования
и улучшения разработанных ранее противоаварийных тренажеров связаны, прежде
всего, с переходом к программным оболочкам ТВТ
Shell 2 и ТВТ Shell 2000,
которые поддерживают современный набор мультимедийных технологий [1]. Благодаря
им в автоматизированные обучающие комплексы можно вставлять различные
фотоматериалы, анимационные клипы и видеофильмы, а также звуковые сообщения.
Кроме того, применение оболочки ТВТ Shell 2000 позволяет работать с документами
в HTML-формате, что значительно улучшает качество обучающих программ и
облегчает процесс их создания.
Новые программы-тренажеры,
основанные на возможностях оболочки ТВТ Shell, продолжают традиции обучающих
программ кафедры ТВТ, созданных на базе библиотеки TWTServer. Данная библиотека успешно применялась в последние годы,
с ее помощью было создано семь тренажеров, вошедших в состав комплекса программ
«Энциклопедия химического цеха» [2]. Комплекс уже рекомендован Управлением по
комплектованию и подготовке кадров Минтопэнерго Российской Федерации для
подготовки и переподготовки персонала химцехов ТЭС [3, 4].
В настоящее время сфера
применения программ-тренажеров значительно расширилась. С их помощью
моделируется работа не только одной или нескольких стадий водоподготовки, но и
всей схемы ВПУ целиком, а также схемы контроля водно-химического режима ТЭС.
Поэтому состав пользователей тренажеров постоянно увеличивается. Далее будет
детально рассмотрена программа, которая использовалась на конкурсе
профессионального мастерства и была предназначена для начальников смен
химического цеха.
Эта программа моделирует
химическую технологию электростанции в нормальном и различных аварийных
режимах. Конкурсное задание заключается в том, что для бригады начальников смен
(начальник смены станции, начальник смены котлотурбинного цеха, машинист
турбины, машинист котла, начальник смены химического цеха, начальник смены электроцеха)
компьютер моделирует приближенную к реальной, но несколько отличную от
нормальной эксплуатационную ситуацию. В итоге бригада совместными усилиями
должна восстановить нормальный режим и обеспечить безаварийную работу
воображаемой электростанции.
Компьютерная программа
проведения соревнования была представлена кафедрой ТВТ в трех базовых
вариантах.
1. Демонстрационная версия предназначена для предварительного ознакомления
всех участников соревнований с возможностями программы, принципами управления,
примерным содержанием конкурсного задания. При этом из демонстрационной версии
был исключен модуль, имитирующий конкретную аварийную ситуацию, предусмотренную
сценарием конкурса.
2. Конкурсная версия, учитывает наличие голосовой связи между
участниками соревнований. Конкурсное задание предусматривает совместную работу
всей бригады по ликвидации аварийных ситуаций, каждого на своем рабочем месте.
Это принципиально важный момент, определяющий многие особенности описываемой
программы. На конкурсе каждый участник имел на рабочем столе помимо компьютера
еще и телефон-коммутатор с присоединенными к нему наушниками. С помощью этого
телефона можно было связаться с членами бригады. К примеру, начальник смены
химического цеха (НСХЦ) в начале работы после проверки состояния режима по
телефону докладывал начальнику смены станции (НСС) о приемке смены. После
доклада НСХЦ должен был нажать специальную кнопку на экране, чтобы сообщить
программе об этом.
3. Полная версия предназначена для индивидуального обучения. При этом, естественно,
голосовой связи нет, а работу бригады, за исключением НСХЦ, имитирует
компьютер, выдавая на экран соответствующие сообщения.
Рис. 1. Основной экран тренажера со схемой контроля за водно-химическим режимом блока с поперечными связями
На рис. 1 показан основной экран тренажера со схемой контроля водно-химического режима энергоблока. Обозначения на рис. 1 типичны для схем ТЭС, известны специалистам и поэтому не расшифровываются. Все участники конкурса имели возможность заранее ознакомиться с данной схемой.
Тренажер выполнен для
четырех энергоблоков мощностью 100 МВт с поперечными связями, котлы барабанные
с давлением перегретого пара 13,8 МПа. Переход между энергоблоками
осуществляется с помощью кнопок с цифрами, расположенных внизу экрана.
Тренажер предоставляет
следующие возможности управления.
1.
Отбор и анализ проб воды и пара. На экране пробоотборные
точки показаны голубой подсветкой. При нажатии левой кнопки мыши в области
пробоотборной точки дается команда воображаемым лаборантам химцеха взять
соответствующую пробу. В случае простого ознакомления с показателями
водно-химического режима (например, при приемке смены), на экран выводится
сообщение, в котором показаны текущие значения контролируемых показателей в
данной точке. При ликвидации же аварийной ситуации начальник смены должен сам
определить, какие показатели нужно проверить в пробе. Для этого служит
вспомогательный экран, показанный на рис. 2. На нем, используя мышь, нужно
отметить галочкой нужные показатели, после чего уже можно получить результат
анализа. Естественно, что лишние или несвоевременные анализы будут считаться
ошибкой.
Рис. 2. Диалоговое окно «Отбор проб»
2. Связь со смежными цехами. В зависимости от того, используется голосовая связь
или нет, НСХЦ должен использовать либо телефон-коммутатор, либо кнопку с
изображением телефона в правом нижнем углу экрана (см. рис. 1). С их помощью можно отправить сообщение
НСС, начальнику смены котлотурбинного цеха (НСКТЦ), а также связаться с цехом
ТАИ на предмет проверки исправности приборов и с лаборантами химцеха
(дублирование команд об отборе и анализе проб, а также более общие команды об
усилении контроля в точках по выбору НСХЦ). Для связи с цехом ТАИ и лаборантами
химцеха в конкурсном варианте тренажера также используется кнопка «телефон».
3. Получение вводных данных от смежных цехов. В конкурсном варианте
программы вводные данные поступают по телефону-коммутатору. Так, НСХЦ узнает от
НСКТЦ о нарушении водно-химического режима питательной воды. В полной версии
тренажера голосовые сообщения заменяются текстовыми сообщениями на экране,
поступающими согласно заложенному сценарию и в зависимости от проделанных НСХЦ
действий.
Ниже приведено краткое описание сценария аварийной ситуации, использовавшегося на конкурсе:
Получить от НСКТЦ сообщение о повышении электропроводности питательной воды третьего энергоблока, которую зафиксировал автоматический кондуктометр;
Позвонить в цех ТАИ и получить информацию об исправности измерительного прибора;
Провести анализ питательной воды энергоблока и подтвердить показание автоматического прибора, после чего сделать доклад НСС;
НСХЦ должен дать НСКТЦ
следующие команды: увеличить непрерывную продувку котла, продуть нижние точки
котла и увеличить дозировку фосфатов. Кроме того, необходимо дать команду
лаборантам об усилении контроля качества котловой воды и перегретого пара;
Выявить причину нарушения. Возможные причины отклонения режима: нарушение плотности конденсатора, различные нарушения работы ВПУ, передозировка аммиака, попадание в питательную воду нефтепродуктов и т.д. Для выявления истинной причины нарушения НСХЦ должен проделать ряд измерений и анализов;
Если причина нарушения связана с неплотностью конденсатора, то следует провести проверку его половинок. После уведомления, полученного от НСКТЦ, об отключении половинок конденсатора НСХЦ должен проделать анализ конденсата турбины и сообщить результат (показатели в норме/выше нормы) НСКТЦ;
После успешной локализации и устранения нарушения следует лабораторно подтвердить это, убедиться в том, что показатели водно-химического режима энергоблоков в норме.
По ходу работы тренажер
ведет протокол, а точнее – три протокола, каждый из которых служит своей цели.
Первый протокол представляет краткий отчет о проделанной работе, он является
как бы памяткой обучаемому. Нажав на кнопку с изображением блокнота (см. рис.
1), можно просмотреть отчет об уже проделанных действиях. Второй протокол –
стандартный для оболочки ТВТ Shell 2. Он детально отслеживает
все действия обучаемого, в особенности ошибочные, и предназначен для
инструктора. Протокол выводится на экран в конце работы тренажера (рис. 3).
И, наконец, третий протокол в неявном виде отслеживает соответствие всех
действий НСХЦ заложенному в программе сценарию и выставляет зачетный балл.
Разумеется, в ходе конкурса зачетный балл выставляла специальная комиссия, а не
программа. Этот протокол используется для самоконтроля при индивидуальных
занятиях.
Рис. 3. Протокол работы с тренажером
Кроме того, конкурсный
тренажер содержал несколько дополнительных модулей. На рис. 4
показан один из них, предназначенный для проверки знания норм ПТЭ.
Рис. 4. Протокол проверки знания норм ПТЭ
Для конкурса профессионального мастерства оперативного персонала ТЭЦ, который проводился в ноябре 1999 года в г. Конаково Тверской области, кафедрой ТВТ была разработана новая программа противоаварийных тренировок, учитывающая специфику блочных станций с прямоточными котлами СКД (рис. 5). Этот тренажер продолжает и развивает описанные выше технологии противоаварийных тренировок. Одно из заметных новшеств – подробный учет всех приборов автоматического контроля. Тренажер также позволяет оперировать с фильтрами БОУ (блочной обессоливающей установки), проводить подробный анализ потоков, входящих в конденсатор и деаэратор и т.д. На конкурсе участникам соревнований предлагались пять идущих подряд типовых аварийных ситуации, выбираемых программой случайным образом из заранее определенного списка.
Рис. 5. Основной экран тренажера для конкурса Конаково’99
В настоящее время специально для конкурса профмастерства в г. Волжском, который Центрэнерго планирует провести в апреле 2000 г., кафедра ТВТ разработала еще один противоаварийный тренажер, представленный на рис. 6. Снова моделируется работа блоков с поперечными связями. По идеологии тренажер схож с описанными выше. В нем усовершенствованы механизмы прорисовки вспомогательных схем, усилена сценарная проработка ситуаций, детальнее учтены процессы взаимного влияния энергетических установок через поперечные связи.
Рис. 6. Основной экран тренажера для конкурса Волжский’2000
Отличительной особенностью конкурсных программ-тренажеров является их жесткая привязанность к заранее определенному сценарию. Благодаря этому обеспечивается глубокая проработка нюансов ситуации и четкая взаимосвязанность действий всей бригады. Однако такой подход имеет существенный недостаток – ограниченность технологической модели. Кафедра ТВТ планирует выпуск противоаварийных тренажеров нового поколения с расширенной моделью работы водоподготовительных установок, БОУ и систем химико-технологического мониторинга. В них будет предусмотрено три типа тренировок.
1. Так же, как и в тренажерах предыдущих поколений, на неправильные действия пользователя программа будет реагировать сообщениями об ошибке. Естественно, всех возможных ситуаций предусмотреть нельзя, поэтому тренажер будет попросту «запрещать» заведомо неправильные и бессмысленные действия, не допуская отклонения от правильной технологической схемы. Этот подход будет дополнен. Существует ряд типовых ошибок, которые в реальности могут привести к аварийной ситуации. Программа в случае такой ошибки не остановит обучаемого и смоделирует возникшую из-за нее аварийную ситуацию.
2. Аварийные ситуации другого типа возникают по не зависящим от оператора причинам. Он, как и в случае конкурсного задания, просто ставится перед фактом и должен ликвидировать нарушение, а также его последствия. Некоторый набор таких нарушений закладывается в модель, а затем по желанию инструктора они возникают либо в случайном порядке, либо по заранее определенному расписанию.
3. Существует множество аварийных ситуаций, которые не вписываются в рамки формализованной технологической модели. Для их проработки будет принята расширенная технология контрольных опросов. Контрольные вопросы могут быть включены в сам тренажер (после правильного решения предложенного компьютером минизадания нестандартная аварийная ситуация считается ликвидированной) или образовывать самостоятельный обучающий курс.
Литература:
1. Очков А.В., Очков В.Ф.,
Рахаев М.А. Новая концепция и новая среда разработки мультимедийных электронных
учебников для подготовки персонала химических цехов электрических станций. –
«Теплоэнергетика», 1998, №10, с.53 –
58.
2. Рахаев М.А., Очков А.В.,
Очков В.Ф., Пильщиков А.П., Ткачева Л.Н. Тренажеры аппаратчика водоподготовки
электростанции. – «Теплоэнергетика», 1998, №7,
с. 68 – 72.
3. Копылов А.С., Очков В.Ф.
Учебные планы и программы для подготовки и повышения квалификации рабочих на
производстве. Наименование профессии: аппаратчик химводоочистки электростанции.
Квалификация: I – IV группы. Код профессии
11079. М.: Минтопэнерго РФ, 1997.
4. Копылов А.С., Очков В.Ф.
Методическая разработка к учебным планам и программам для подготовки и
повышения квалификации рабочих на производстве. Наименование профессии:
аппаратчик химводоочистки на электростанции. Квалификация: I – IV
группы. Код профессии 11079. М.: Минтопэнерго РФ, 1997.
5. Рахаев М.А., Очков В.Ф.
Использование моделирования аварийных ситуаций в работе программ-тренажеров. –
Сборник тезисов пятой международной научно-технической конференции студентов и
аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», М.: МЭИ, 1999 –
т.2, с. 283 – 284.