проверка рабочих мест.
Тренировки оперативного персонала проводятся на специальных тренажерах, которые моделируют различные аварийные ситуации. И поле пройденной тренировки можно отследить ошибки или не точности допустимые персоналом.
Такие тренировки позволяют подготовить персонал к различным ситуациям, которые могут возникнуть на станции.
1. Концепция тренажерной подготовки
Тренажерная подготовка позволяет разыгрывать на математических моделях, составляющих основу тренажеров, разнообразные ситуации, которые могут встретиться на практике, в том числе самые маловероятные аварии, не рискуя при этом оборудованием станции.
Тренажерные подготовки студентов и специалистов, уже работающих на электростанциях при очень многих общих чертах содержат некоторые отличия. Например, для специалистов главная задача выработка навыков управления конкретным агрегатом, доведение их до автоматизма. Для студентов же эта задача не центральная, хотя она также должна предусматриваться. Для них главное обеспечить глубокое понимание сути физических процессов при тех или иных ситуациях (особенно нештатные), видеть набор альтернативных решений и прогнозировать развитие ситуации при каждом из них. Другими словами, студентов необходимо научить думать, принимая решения, а работников электростанций, уже прошедших студенческий этап обучения, научить действовать автоматически, мгновенно оценивая ситуацию и принимая решения. При этом не следует противопоставлять эти этапы тренажерного обучения: на первом этапе должна быть заложена фундаментальная база для развития интуиции, быстрого ориентирования в нештатных ситуациях и их распознавания.
Еще одно отличие состоит в том, что подготовка сотрудников электростанций обычно ориентирована на конкретный блок, подготовка же студентов должна быть более универсальной, направленной на изучение различных типов энергоблоков, а с учетом того, что продолжительность деятельности тренажера после окончания вуза превышает тридцать лет, также перспективных типов. Соответственно могут отличаться и тренажеры.
Концепцию непрерывной вузовской и поствузовской подготовки специалистов целесообразно реализовать путем трехэтапной тренажерной подготовки. На первом этапе необходимо предусмотреть решение ситуационных задач на персональных ЭВМ, работающих в диалоговом режиме, с постепенным усложнением задач (концептуальная тренажерная подготовка). При этом вырабатывается умение думать, искать альтернативные решения. Этот этап должен стать, пожалуй, главным в вузовской подготовке. В завершающей части этапа желательно проведение деловых игр с участием нескольких студентов, по условиям игры выполняющим разные функции на электростанции. В числе таких игр могут быть противоаварийные тренировки.
Второй этап должен включать подготовку на имитаторах и локальных тренажерах, где воспроизводятся отдельные технологические процессы, а также реальные устройства управления теми или иными системами. Третий этап (в вузовской подготовке его целесообразно совместить с эксплуатационной практикой) основной в послевузовском повышении квалификации эксплуатационного персонала. На этом этапе проводится подготовка на полномасштабных тренажерах, модулирующих конкретные энергоблоки. Разумеется, разделение тренажерной подготовки на этапы в известной степени условно. Каждая ступень подготовки и повышения квалификации специалистов может в той или иной мере включать в себя три этапа.
Сказанное выше определяет специфику математических моделей тренажеров. Они должны строиться по двухуровневому принципу: нижний уровень это математические модели физических процессов в оборудовании энергоблока; верхний (обучающий алгоритм) реализация в форме диалога обучающегося с ЭВМ или иным способом педагогического сценария развития той или иной эксплуатационной ситуации с разветвленным деревом ложных ходов для того, чтобы на каждом шагу обучающийся вынужден был принимать решения, проводить выбор между альтернативными вариантами. Для математической модели нижнего уровня наиболее приемлем модульный принцип построения.
Общая модель энергоблока представляет собой при этом комплекс модулей, каждый из которых соответствует какому-либо физическому процессу в элементе блока. Заменой отдельных модулей можно изменять структуру энергоблока, его тип, что придает модели свойство универсальности. Кроме того, целесообразно предусмотреть возможность моделирования процессов как детализированными, так и упрощенными моделями, что обеспечивает решение разнообразных задач, а также позволяет использовать тренажер как исследовательский стенд для поиска новых, еще не применяемых решений.
Представляется перспективной концепция развивающегося тренажера, при которой можно дополнять его новыми типами и модификациями оборудования, новыми технологическими режимами, неизвестными в момент создания тренажера.
2. Поколения тренажеров
2.1 Тренажер, включающий модель, прямо воспроизводящую известные процессы объекта
В тренажерах 1-го поколения (Т1П) модели строятся на основе известных статических и динамических характеристик объекта. В большинстве случаев источником этих характеристик являются опытные данные, полученные непосредственно на работающем объекте. Иногда для получения каких-то характеристик могут использоваться расчетные методы (например, в работах ВТИ и ОРГРЭС рассчитывались кривые разгона на основе так называемого «Нормативного метода расчета динамических характеристик прямоточных парогенераторов»). Модель в целом строится как программная система, которая воспроизводит известные режимы и процессы объекта. При этом структура модели преимущественно воспроизводит структуру каналов, связывающих входные воздействия с выходными переменными. Объект, по существу, оказывается черным ящиком: его технологическая структура, конструктивные характеристики, физические законы, лежащие в основе протекающих в нем процессов, остаются вне пределов модели. Динамические характеристики, на воспроизведении которых основывается модель, чаще всего рассматриваются как линейные (не зависящие от величины и знака изменения входных воздействий). Существенные достоинства подобных моделей:
практически отсутствует проблема обеспечения устойчивости решения, поскольку количество обратных связей минимально; это позволяет осуществлять решения при относительно больших шагах по времени, т.е. малыми затратами машинного времени - а это существенно снижает требования к вычислительной мощности используемых для моделирования компьютеров;
возможность четко разделить работу по созданию моделей между специалистами различных специальностей: одни определяют характеристики и строят схему каналов, другие - воспроизводят в компьютере эту схему и характеристики; причем этим последним - математикам и программистам - вовсе не обязательно понимать технологию и физику процессов.
С другой стороны, этому подходу свойственны существенные недостатки:
низкая точность, являющаяся следствием, во-первых, того, что существенно нелинейный объект (каким является энергоблок) воспроизводится как линейный, и, во-вторых того, что любые исходные характеристики, полученные экспериментально на действующем объекте, заведомо имеют невысокую точностью;
низкая достоверность процессов, которые могут быть воспроизведены на такой модели для промежуточных (интерполяция) и особенно выходящих за рамки опытных данных (экстраполяция) режимов, в частности, для пусков различного вида;
такая модель не может быть построена для объекта, для которого еще не определены опытные характеристики, т.е. для объекта, находящегося в стадии проектирования, строительства или монтажа.
Следствием низкой точности и достоверности модели в промежуточных режимах оказывается то, что в них весьма часто не сводятся тепловой и массовый балансы, причем этот недостаток пользователи обнаруживают в первую очередь.
2.2 Тренажер, включающий модель, основанную на уравнениях баланса с коэффициентами, полученными из экспериментальных данных
Существенным шагом вперед в сфере построения моделей энергоблоков стало признание того факта, что модели должны напрямую строиться на основе физических законов, которыми определяется функционирование реального объекта. Прежде всего, это законы сохранения энергии (тепла), массы и количества движения. Например, в США применение для построения моделей законов сохранения (баланса) получило название применения «основных принципов».
Законы сохранения математически записываются, как дифференциальные уравнения баланса. Баланс тепла описывается уравнением, в котором производная по времени для температуры, или теплосодержания пропорциональна разности расходов подведенного и отведенного от рабочего тела тепла. Сама температура, или теплосодержание вычисляются интегрированием этой разности (небаланса).
Уравнения баланса тепла записываются для всех рассматриваемых компонентов и рабочих тел, например, для пара, текущего через пакет пароперегревателя, для дымовых газов, отдающих тепло этому пакету, для металла труб пакета, и так далее.
В модели, основанной на системе дифференциальных уравнений баланса, объект уже не является черным ящиком. Поскольку уравнения записываются для взаимосвязанных компонентов объекта, структура уравнений баланса и их взаимосвязи отображают структуру компонентов объекта.
Тренажеры, использующие модели такого типа, называют тренажерами второго поколения (Т2П). Они имеют существенные преимущества перед Т1П, в первую очередь потому, что они гораздо детальнее воспроизводят структуру объекта и физику процессов. Баланс тепла и массы во всех компонентах и в модели в целом в таких моделях сводится в принципе. Исходную информацию с действующего объекта, которой оперирует разработчик Т2П, получить легче, чем для Т1П, для которых требуется гораздо большая точность. По преимуществу речь здесь идет об информации о статических (установившихся) и динамических режимах работы оборудования, которая в ряде случаев может быть получена без специальных испытаний на оборудовании - методом пассивного эксперимента.
Однако этим моделям присущи те же недостатки, что моделям Т1П:
неопределенность в отношении точности и достоверности воспроизведения неустановившихся режимов, для которых нет опытных данных (для пусков, аварийных ситуаций, и т.п.);
трудности построения такой модели для объекта, у которого нет работающего прототипа.
Эти недостатки являются следствием того, что при построении таких моделей, как и моделей Т1П, хотя и в меньшей степени, разработчики идут «от процессов к процессам» - от процессов, так или иначе зафиксированных на реальном объекте, к процессам, которые выдает модель. Для разработчиков тренажеров такие модели весьма удобны тем, что при их построении они отвечают не за адекватность модели в отношении любых процессов и режимов объекта, а за адекватность её только в тех режимах, данные по которым были получены от Заказчика. И основная задача - соответствовать представлениям Заказчика. Видимо, это одна из главных причин, почему большинство ведущих разработчиков тренажеров для тепловых электростанций не только в России, но и мире, до сих пор разрабатывают Т2П.
Технология Т3П делает следующие важные шаги по сравнению с Т2П:
вычисления расходов тепла, воды и пара во всех режимах работы моделируемого оборудования производятся на основе точных формул, аппроксимация не применяется;
теплоемкости и внутренние объемы всех элементов энергоблока правильно учитываются, при этом их значения не используются в качестве настроечных коэффициентов, чтобы добиться нужных динамических характеристик;
модель объекта непосредственно работает с заранее вычисленными металлоемкостями и внутренними объемами всех элементов энергоблока.
Благодаря всему перечисленному, Т3П обладают следующими важными потребительскими свойствами:
достаточно точное воспроизведение любого статического режима работы оборудования;
достаточно точное воспроизведение любых динамических режимов работы оборудования;
имеется возможность обучать персонал пускам блока из любых тепловых состояний;
модели Т3П позволяют заказчику обратить внимание на потенциальные проблемы измеряющих устройств реального объекта (датчики, термопары) или реальной АСУ, поскольку если параметры какого-либо статического режима на тренажере и на реальном объекте не совпадают, то во многих случаях именно параметры на тренажере являются правильными, а на реальном блоке есть проблема, либо с АСУ, либо с реальными измерительными устройствами.
Можно сказать, что Т3П идут не от процессов к процессам, как это делают Т1П и Т2П, а они идут от конструктивных данных к процессам. Задача разработчика Т3П состоит в том, чтобы на основе конструктивных данных правильно смоделировать статические и динамические свойства отдельных элементов, из которых состоит энергоблок (топочная камера, ширмовый перегреватель, трубопровод, клапана турбины, конденсатор, ПВД, ПНД и т.д.), увязать их между собой, и тогда на тренажере любой вариант пуска, правильный или неправильный, из любого теплового состояния может быть воспроизведен естественным путем без дополнительных подстроек тренажера.
Фактически Т3П - это больше чем просто средство для обучения начинающих операторов. Это в том числе советчик. Кроме того, это средство повышения квалификации для наиболее опытных и квалифицированных операторов. Они могут попробовать на нем крайне редко встречающиеся ситуации. Результатом будет адекватная и объяснимая реакция.
Для заказчика существует достаточно простой способ понять, создает ли разработчик Т3П или нет. В результате разработки тренажера заказчик получит в лучшем случае Т2П если разработчик:
в качестве исходных данных для моделирования запрашивает у заказчика информацию о динамических свойствах реального объекта, а не только конструктивные и проектные данные;
привлекает специалистов заказчика к разработке тренажера до момента начала его тестирования.
Заключение
Как правило, при проведении тренировок используется «свободный» режим, когда обучаемый выполняет произвольные действия с макетом без ограничения свободы действий (за исключением блокировок) со стороны программы. В результате этих действий обучаемый должен привести макет в состояние, заданное во вводной, руководствуясь правилами по переключениям в электроустановках и местными инструкциями.
В протоколе тренировки отражается ход выполнения действий, последовательность которых автоматически сравнивается с эталонной, заданной в сценарии, и отклонения от сценария (не выполненные, непредусмотренные, выполненные с опозданием, преждевременно выполненные действия).
Инструктор может описать в сценарии несколько допустимых альтернативных вариантов проведения переключений. Если действия обучаемого соответствуют любому из них, то признаются правильными.
Тренажер имеет систему баллов, начисляемых за правильное выполнение каждого действия, что позволяет автоматически проводить оценку правильности действий. Нарушения правил переключений при выполнении действий выявляются автоматически и фиксируются в протоколе. Анализ производится на основе заложенной в тренажере экспертной системы проверки правил переключений, использующей данные от топологии схемы и состояния коммутационных аппаратов (коммутационной модели). Топологическая модель сети строится автоматически на основе рисунка в момент подготовки схемы в графическом редакторе.
При ошибочных действиях обучаемого, приводящих к аварийной ситуации, вступает в действие модель релейной защиты и автоматики. Она позволяет воспроизвести реакцию макета на аварийную ситуацию (работу защит, приводящую к отключениям), что позволяет продолжать тренировку после создания аварийной ситуации с целью выхода из нее. Второй функцией этой модели является воспроизведение последствий работы защит при моделировании аварийной ситуации (в противоаварийной тренировке). Для указания аварии достаточно указать место на схеме и тип неисправности или КЗ.