Устройство подготовки эксплуатационного персонала энергетического оборудования Российский патент 2017 года по МПК G09B9/00 

Предлагаемое изобретение относится к средствам подготовки эксплуатационного оперативного, неоперативного, технического и ремонтного персонала энергетического оборудования.

Современное состояние автоматизированных систем управления технологических процессов (АСУТП) характеризуется переходом от традиционной автономной специализированной аппаратуры к микропроцессорным программно-техническим комплексам (ПТК) сетевой организации.

В целом АСУТП на базе ПТК представляют собой распределенные интегрированные программно-технические системы большого информационного масштаба, которые строятся с использованием контроллеров компьютеров рабочих станций операторов и вычислительных сетей, т.е. функциональные задачи контроля и управления реализуются программно-аппаратным путем.

Основные трудности освоения новой технологии управления оборудованием связаны с тем, что впервые ПТК заменяет широкую номенклатуру специализированных технических средств и реализует программно-аппаратными средствами в единой информационно-технической среде как информационно-вычислительные (контроль технологических параметров, сигнализация и др.), так и управляющие функции (дисплейное дистанционное управление, автоматическое регулирование, функционально-групповое управление и др.).

В реальных эксплуатационных условиях подготовка может осуществляться только методом "проб и ошибок", что связано с существенными затратами и не эффективно.

Эффективное и безаварийное управление и эксплуатация нового энергетического оборудования возможно только после полноценного изучения всего функционального комплекса возможностей, предоставляемых современными полномасштабными АСУТП. В связи с этим необходимо устройство для подготовки специалистов, задействованных в работах по управлению, эксплуатации и ремонту автоматизированного технологического (энергетического) оборудования. При этом эффективная подготовка (обучение) специалистов может быть обеспечена при условии, что программные и технические характеристики устройства аналогичны соответствующим характеристикам реальной АСУТП. Например, операторский интерфейс устройства должен быть полностью идентичен интерфейсу операторских станций в составе АСУТП технологического объекта (энергоблока), а модель технологического оборудования должна быть всережимной, обеспечивающей однозначное количественное, качественное и временное соответствие объекту управления.

Известно устройство подготовки эксплуатационного персонала энергетического оборудования (патент на изобретение РФ №2282248, опубликовано: 20.08.2006), содержащее группу рабочих мест тренинга оперативного персонала, группу рабочих мест тренинга неоперативного персонала, группу рабочих мест разработки программно-математического обеспечения, группу рабочих мест управления тренингом, несколько ЭВМ шлюзов, ЭВМ модели, ЭВМ связи, ЭВМ управления сценарием обучения, ЭВМ моделей контроллера, ЭВМ разработки программно-математического обеспечения.

Недостаток известного устройства связан с его малой дидактической эффективностью для обучения оперативного и неоперативного персонала и отсутствием возможности обучения полевых операторов, технического, ремонтного персонала энергетического оборудования.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности подготовки эксплуатационного персонала энергетического оборудования путем:

1. Создания рабочих мест тренинга технического и ремонтного персонала коммуницирующего с блоком обучения персонала техобслуживания и ремонта;

2. Создания блока ранней диагностики аварийной ситуации с масштабированием времени;

3. Создания блока предварительной индексации качества топлива;

4. Создания блока моделирования аварийных ситуаций;

5. Реализации нового учебно-методического обеспечения тренажера по п. 1-4

Технический результат достигается посредством устройства подготовки эксплуатационного персонала энергетического оборудования, представляющего собой рассредоточенную информационно-управляющую систему тренинга, содержащего группу рабочих мест тренинга оперативного персонала, группу рабочих мест тренинга неоперативного персонала, группу рабочих мест тренинга технического персонала, группу рабочих мест тренинга ремонтного персонала, соединенных с соответствующими входами соответствующих сетевых коммутаторов, ЭВМ модели технологического оборудования, ЭВМ базы данных АСУТП, ЭВМ базы данных предупредительной сигнализации, рабочего места инструктора тренинга, соединенных с соответствующими входами основного коммутатора, который соединен с соответствующими входами сетевых коммутаторов рабочих мест.

Устройство может работать в режиме обучения оперативной работе с инструктором, или без инструктора (самостоятельно), или в режиме экзамена. Этим обеспечивается возможность реализации комплексного подхода к профессиональной подготовке.

На фигуре 1 показана техническая структура устройства.

Устройство (тренажер) содержит группу рабочих мест 1 тренинга оперативного персонала, группу рабочих мест 2 тренинга технического персонала, группу рабочих мест 3 тренинга неоперативного персонала, группу рабочих мест 4 ремонтного персонала, рабочее место управления тренингом (станция инструктора), сетевые коммутаторы 6-10, модуль обработки и коммутации результатов моделирования 11, модуль теплотехнического моделирования 12, модуль тепломеханического моделирования 13, модуль гидравлического моделирования 14, модуль аэродинамического моделирования 15, модуль электротехнического моделирования 16, модуль моделирования химводоочистки 17, модуль предупредительной сигнализации 18, модуль защит и блокировок 19, модуль пошаговых программ 20, модуль телефонных переговоров 21, модуль сценариев тренировок 22, блок ранней диагностики аварийной ситуации с масштабированием времени 23, блок предварительной индексации качества топлива 24, блок моделирования аварийных ситуаций 25, блок учебно-методического обеспечения УМО 26, блок обучения персонала техобслуживания и ремонта 27, ЭВМ базы данных АСУТП 28, блок управления моделью 29, ЭВМ расчета модели объекта (сервер) 30, ЭВМ базы данных предупредительных сигнализаций 31.

Группа рабочих мест 1 тренинга оперативного персонала является рабочими местами обучаемого эксплуатационного персонала, соответствует рабочим местам управления операторов АСУТП реального энергетического оборудования. На ЭВМ групп рабочих мест 2 тренинга технического персонала, групп рабочих мест 3 тренинга неоперативного персонала и групп рабочих мест 4 тренинга ремонтного персонала помимо функций АСУТП реализованы дополнительные функции, обеспечивающие обучение соответствующего персонала путем отображения информации, поступающей из блока обучения персонала техобслуживания и ремонта 27.

Группа рабочих мест тренинга персонала 1-4 связана с основным сетевым коммутатором 10 через собственные сетевые коммутаторы 6, 7, 8, 9 для обеспечения большей независимости обучаемых групп. Рабочее место управления тренингом подключено непосредственно к основному сетевому коммутатору 10, что обеспечивает управление процессом моделирования и наблюдение за процессом тренировки в любой из обучаемых групп. К основному сетевому коммутатору 10 также подключены ЭВМ базы данных АСУТП 28, ЭВМ базы данных предупредительной сигнализации 31 и ЭВМ расчета модели объекта 30.

Моделирование энергетического оборудования, датчиков и исполнительных устройств выполняется в ЭВМ расчета модели 30. Расчет параметров объекта моделирования производится модулями теплотехнического моделирования 12, тепломеханического моделирования 13, гидравлического моделирования 14, аэродинамического моделирования 15, электротехнического моделирования 16, моделирования химводоочистки 17. Исходными данными для расчета являются конструктивные и входные параметры моделируемого оборудования, поступающие из базы данных АСУТП 28, управляющие сигналы, поступающие из блока управления моделью 29, и информация о наличии блокировок и защит, поступающая из модуля защит и блокировок 19. Рассчитанные параметры нормально функционирующей модели оборудования передаются в блок моделирования аварийных ситуаций 25, в котором производится внесение аварийных поправок в результаты расчета. Итоговые результаты расчета передаются на ЭВМ рабочих мест тренинга и ЭВМ управления тренингом через основной сетевой коммутатор 10 и далее через соответствующие сетевые коммутаторы 6, 7, 8, 9 модулем обработки и коммутации результатов моделирования 11.

В процессе обучения обучаемые управляют оборудованием через интерфейс, идентичный интерфейсу реальной АСУТП, представленный на ЭВМ групп рабочих мест обучения 1, 2, 3, 4. Управляющие сигналы поступают через соответствующие сетевые коммутаторы 6, 7, 8, 9 и основной сетевой коммутатор 10 на ЭВМ расчета модели объекта 30 в блок управления моделью 29 и влияют на результаты дальнейшего моделирования в реальном или ускоренном времени. Результаты расчета модели анализируются в блоке ранней диагностики аварийной ситуации с масштабированием времени 23 и результаты анализа передаются на ЭВМ рабочих мест тренинга 1, 2, 3, 4 и в блок учебно-методического обеспечения 26, влияя на оценку выполняемого обучаемым задания.

Для полноценной тренировки оперативного, неоперативного, технического и ремонтного персонала в тренажер включен модуль телефонных переговоров 21. На рабочих местах тренинга 1, 2, 3, 4 реализована возможность совершать регламентированные инструкциями телефонные звонки заранее определенным абонентам по списку заранее определенных вопросов. Совершенные звонки фиксируются модулем телефонных переговоров 21, где оценивается их необходимость и своевременность, результат этой оценки передается в блок учебно-методического обеспечения 26 и влияет на общую оценку результата тренинга (тренировочного занятия).

Результаты моделирования параллельно с отправкой на ЭВМ рабочих мест тренинга поступают в модуль предупредительной сигнализации 18, туда же поступает информации о сработавших защитах и блокировках из соответствующего модуля 19 и оценки результатов обучения из блока учебно-методического обеспечения 26. Модуль предупредительной сигнализации 18 сравнивает поступающую информацию с уставками, поступающими из базы данных АСУТП 28, и при наличии в поступившей информации критических отклонений создает соответствующие записи в базе данных предупредительной сигнализации 31. Информация о предупредительной сигнализации в базе данных 31 доступна на всех ЭВМ рабочих мест тренинга 1, 2, 3, 4 через соответствующие сетевые коммутаторы 6, 7, 8, 9, 10.

Для реализации заранее подготовленных сценариев тренировки в устройстве предусмотрен модуль сценариев тренировки 22, управляемый с рабочего места управления тренингом 5, который создает необходимые последовательные воздействия на результаты моделирования. Аналогичным образом в устройстве реализован модуль пошаговых программ 20, который моделирует аналогичные пошаговые программы в реальных АСУТП. Модуль пошаговых программ анализирует результаты моделирования и формирует необходимые управляющие последовательности на входе блока управления моделью.

Устройство работает следующим образом.

1. В режиме обучения персонала с инструктором

Инструктор с помощью ЭВМ рабочего места управления тренингом 5 подготавливает устройство к проведению выбранного сценария обучения путем загрузки сценария в модуль сценария тренировка 22.

В процессе подготовки обучаемые операторы работают на рабочих местах 1 тренинга оперативного персонала. ЭВМ 1 тренинга оперативного персонала обучает навыкам контроля за состоянием технологического оборудования в виде информации на мнемосхемах (видеограммах), графиках и гистограммах, контроля аварийных режимов работы в виде технологической сигнализации, контроля действия защит и противоаварийной автоматики, ручного управления в виде задания начальных условий и формирования управляющих команд для управления моделью энергетического оборудования.

Обучаемый технический, неоперативный и ремонтный работает на рабочих местах 2, 3, 4 тренинга технического, неоперативного и ремонтного персонала. ЭВМ тренинга 2, 3, 4 технического, неоперативного и ремонтного персонала обучает навыкам контроля за состоянием технических средств управления, ведения регистрации состояний технологического оборудования, регистрации аварийных ситуаций, контроля за расчетом технико-экономических показателей и др.

2. В режиме обучения персонала без инструктора

Данный режим повторяет режим обучения персонала с инструктором, за исключением того, что роль инструктора выполняют автоматизированная программа учебно-методического обеспечения, контролирующая программа и т.д.

3. В режиме экзамена

В режиме экзамена инструктор с помощью ЭВМ рабочего места управления тренингом 5 подготавливает устройство к проведению выбранного сценария обучения путем загрузки сценария в модуль сценария тренировка 22. После загрузки сценария инструктор включает режим «Экзамен».

Обучаемые подключаются с рабочего места 1-4 к ЭВМ расчета модели объекта 30 и начинают выполнение задания. Отличие режима «экзамен» от режима обучения с инструктором в том, что обучаемым не показываются методические подсказки по выполнению задания и до окончания задания не отображается информация о совершенных ошибках.

Из описанного выше видно, что совокупность признаков предлагаемого изобретения обеспечивает получение заявляемого технического результата - обучение группы специалистов, состоящей из оперативного, технического, неоперативного и ремонтного персонала, взаимодействующих между собой в процессе эксплуатации технологического оборудования путем включения блока обучения персонала ремонта и техобслуживания. Наличие блоков предварительной индексации качества топлива, блока моделирования аварийных ситуаций и блока ранней диагностики аварийных ситуаций с масштабированием времени позволяет обучать персонал предупреждению и прогнозированию аварийных ситуаций и правильным действиям при их возникновении. Эксплуатация устройства возможна специализированными учебными центрами по подготовке кадров для энергетических объектов и в учебных заведениях энергетического профиля.

Таким образом, устройство позволяет обучать специалистов оперативного, технического, неоперативного и ремонтного персонала эксплуатации технологического оборудования в нормальном и аварийных режимах работы. Тем самым повышается эффективность обучения и обеспечивается надежность и экономичность работы энергетического оборудования.

Анализ совокупности всех существенных признаков предложенного изобретения доказывает, что исключение хотя бы одного из них приводит к невозможности полного обеспечения достигаемого технического результата.

Анализ уровня техники показывает, что неизвестно такое устройство, которому присущи признаки, идентичные всем существенным признакам данного технического решения, что свидетельствует о его неизвестности и, следовательно, новизне.

Вышеперечисленное доказывает соответствие заявленного устройства и способа критериям изобретательского уровня, поскольку он не очевиден для специалиста из области его применения.

При осуществлении изобретения действительно реализуется наличие предложенного объекта, что свидетельствует о его промышленной применимости.

Устройство подготовки эксплуатационного персонала энергетического оборудования содержит группы рабочих мест тренинга оперативного, неоперативного, технического и ремонтного персонала, сетевые коммутаторы, ЭВМ расчета модели оборудования, ЭВМ рабочего места управления тренингом, основной коммутатор, ЭВМ базы данных автоматизированной системы управления технологических процессов (АСУТП), блок моделирования аварийных сигнализаций, ЭВМ базы данных предупредительной сигнализации, блок предупредительной сигнализации, блок ранней диагностики аварийной ситуации, модуль обработки и коммутации результатов моделирования, блок управления моделью, блок учебно-методического обеспечения, блок предварительной индексации качества топлива, модуль защит и блокировок, база данных АСУТП, блок обучения персонала техобслуживания и ремонта, модуль телефонных переговоров, модуль теплотехнического, тепломеханического, гидравлического, аэродинамического, электротехнического моделирования, модуль моделирования химводоочистки, модуль пошаговых программ, соединенные определенным образом. Обеспечивается повышение эффективности подготовки эксплуатационного персонала энергетического оборудования. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство подготовки эксплуатационного персонала энергетического оборудования, представляющее собой рассредоточенную информационно-управляющую систему тренинга, содержащее группу рабочих мест тренинга оперативного персонала, группу рабочих мест тренинга неоперативного персонала, соединенных с соответствующими входами соответствующих сетевых коммутаторов, ЭВМ расчета модели оборудования, ЭВМ рабочего места управления тренингом, соединенных с соответствующими входами основного коммутатора, соединенного с остальными сетевыми коммутаторами, отличающееся тем, что дополнительно содержит ЭВМ базы данных автоматизированной системы управления технологических процессов (АСУТП), соединенную с блоками моделирования и основным коммутатором, ЭВМ базы данных предупредительной сигнализации, соединенную с блоком предупредительной сигнализации и с основным коммутатором, блок ранней диагностики аварийной ситуации, соединенный с модулями обработки и коммутации результатов моделирования и блоками управления моделью и блоком учебно-методического обеспечения, блок предварительной индексации качества топлива, соединенный с модулем защит и блокировок, базой данных АСУТП и блоком управления моделью, блок обучения персонала техобслуживания и ремонта, соединенный с блоком управления моделью и модулем обработки и коммутации результатов моделирования, модуль телефонных переговоров, соединенный с блоком учебно-методического обеспечения и модулем обработки и коммутации результатов моделирования, соединенным посредством сети коммутаторов с рабочими местами тренинга технического и ремонтного персонала, блок моделирования аварийных ситуаций, соединенный с блоком обработки и коммутации результатов моделирования и модулем защит и блокировок, модуль защит и блокировок, соединенный с модулем моделирования аварийных ситуаций и модулями теплотехнического, тепломеханического, гидравлического, аэродинамического, электротехнического моделирования и модулем моделирования химводоочистки, которые соединены с базой данных АСУТП и модулем обработки и коммутации результатов моделирования, модуль пошаговых программ, соединенный с модулями обработки и коммутации результатов моделирования и блоком управления моделью.

2. Устройство подготовки эксплуатационного персонала энергетического оборудования по п. 1, отличающееся тем, что работает в режиме обучения персонала с инструктором.

3. Устройство подготовки эксплуатационного персонала энергетического оборудования по п. 1, отличающееся тем, что работает в режиме обучения персонала без инструктора.

4. Устройство подготовки эксплуатационного персонала энергетического оборудования по п. 1, отличающееся тем, что работает в режиме экзамена.