Цифровой тренажер готовит персонал котлотурбинного цеха Уфимской ТЭЦ-3

На фоне все более усложняющихся технологий и систем управления в энергетике многократно возрастает вероятность совершения ошибок операторами технологических объектов, приводящих к значительным производственным потерям. С целью повышения эффективности управления оборудованием ТЭЦ и снижения аварийной опасности руководством Башкирской генерирующей компании принята программа подготовки оперативного персонала с помощью цифровых технологий.

Уфимская ТЭЦ-3 отпускает электрическую и тепловую энергию на нужды отопления. Основными потребителями являются предприятия нефтеперерабатывающей промышленности – ОАО «Уфаоргсинтез» и Ново-Уфимский НПЗ. Основным видом топлива на ТЭЦ является природный газ, резервным – мазут. Также на ТЭЦ используется технологический и попутный газ с предприятий нефтехимического комплекса. Установленная электрическая мощность ТЭЦ – 113 МВт, тепловая – 633 Гкал/ч.

Цель проекта

Проект нацелен на подготовку оперативного и обслуживающего персонала Уфимской ТЭЦ-3 к работе на реальном технологическом оборудовании, на поддержание навыков безопасного и эффективного управления оборудованием в сложных, переходных и аварийных режимах, а также оценку квалификации персонала.

Цифровой двойник парового котла Е-230, турбоагрегата ПТ-30-90/10 и общестанционного оборудования Уфимской ТЭЦ-3 создан с использованием КТК ТРОПА® производства компании «КРУГ» и полностью соответствует тепловой схеме основного технологического оборудования.

Автоматизация этих объектов выполнена на базе программно-технического комплекса КРУГ-2000® (ПТК КРУГ-2000®), и внедренный тренажерный комплекс (цифровой тренажер) полностью повторяет функционал ПТК.

Цели создания цифрового тренажера

  • Подготовка оперативного персонала различного уровня квалификации:
    • начальное обучение
    • поддержание навыков управления технологическим процессом
    • повышение квалификации персонала
  • Выработка навыков безопасного и экономичного управления оборудованием, в том числе в сложных переходных режимах связки котел-турбина
  • Повышение психологической устойчивости оперативного персонала при действиях в нештатных ситуациях
  • Снижение значения человеческого фактора и, как следствие, – повышение уровня безопасности, надежности, безотказности работы оборудования, сохранности имущества, здоровья и жизни персонала
  • Оценка профессиональной квалификации оперативного персонала, в том числе его умения управлять оборудованием в сложных режимах в соответствии с требованиями ПТЭ и производственных инструкций.

Функции тренажера

Информационные и управляющие функции

Комплексное моделирование технологического процесса, моделирование технологического оборудования, подсистем и элементов АСУ ТП во всех режимах, предусмотренных эксплуатационными инструкциями оборудования, в т.ч.:

  • Моделирование исполнительных механизмов, включая как электрифицированную (управляемую из АСУ ТП), так и не электрифицированную арматуру.
  • Моделирование работы вспомогательного оборудования
  • Моделирование работы информационных и управляющих контроллеров АСУ ТП со 100%-ным повторением алгоритмов действующих АСУ ТП (применяются реальные прикладные программы: алгоритмы регулирования, ТЗ и ЗБ, управление арматурой, расчетные задачи и т.д.)
  • Моделирование работы серверов БД АСУ ТП со 100%-ным повторением алгоритмов сбора и обработки данных (сбор и накопление данных, алгоритмы обработок на достоверность, нарушение границ сигнализации, расчётные задачи и т.д.)
  • Моделирование станций оператора со 100%-ным повторением графического интерфейса и функционала с использованием их графических проектов (внешние виды экранных форм, видеокадры, приборы управления, диалоговые окна, сигнализация, протокол событий и т.д.)
  • Проведение как совместных, так и раздельных тренировок операторов котла и турбины
  • Аттестация операторов с выставлением оценки и формированием экзаменационного протокола.

Специализированные функции

  • Работа системы в темпе управляемого «модельного» времени с функциями:
    • приостановки и возобновления хода времени
    • ускорения/замедления хода и «перемотки» времени в пределах имеющейся истории тренировки
  • Создание, сохранение и последующая загрузка требуемых для проведения тренировок «исходных состояний» модели
  • Создание, сохранение и последующая загрузка последовательности изменений параметров модели в виде «сценария тренировки»
  • Расширенное ведение истории тренировки с возможностью:
    • просмотра хода тренировки в нормальном и (или) ускоренном темпе «модельного» времени с отображением данных непосредственно на мнемосхемах модели АСУ ТП
    • возобновление тренировки из любой промежуточной точки имеющейся истории
    • сохранение и загрузка истории тренировки для просмотра её хода, анализа ошибочных действий и «работы над ошибками» (повторение тренировки из точки, предшествующей ошибочным действиям).

Вспомогательные функции АСУ ТП тренажёра

  • Самодиагностика комплекса технических и программных средств
  • Оперативная перенастройка системы и реконфигурация программного обеспечения АСУ ТП с использованием штатной для АСУ ТП среды разработки
  • Регистрация персонала, осуществляющего вход в систему.

Архитектура

Тренажёр выполнен с использованием компьютерного тренажёрного комплекса «ТРОПА» (КТК ТРОПА®) и представляет собой одну из возможных структур, в которой моделирование работы технологического оборудования осуществляется с использованием ПО сторонних производителей. Тренажёр имеет трехуровневую архитектуру.

1-й (нижний) уровень системы представлен математической моделью объектов управления, включающей в себя

  • модели парового котла Е-230, турбоагрегата ПТ-30-90/10 и общестанционного оборудования
  • модели запорно-регулирующей арматуры
  • модели насосов, вентиляторов и других механизмов

Данные модели выполнены с использованием программного обеспечения, разработанного АО «ИТЦ «ДЖЭТ», и установлены на серверах модели АСУ ТП, совмещенных с АРМ инструктора.

Во 2-й (средний) уровень системы входят:

  • виртуальные имитаторы контроллеров из состава КТК «ТРОПА», работающих в существующих АСУ ТП, включая контроллеры подсистем технологических защит, блокировок и регулирования
  • вспомогательные виртуальные контроллеры из состава КТК «ТРОПА», имитирующие ввод-вывод сигналов от оборудования, не охваченного существующими АСУ ТП, а также алгоритмы технологических защит, блокировок и регулирования, реализованные в существующих системах на традиционных средствах (релейные схемы, интеллектуальные приборы и т.д.)
  • устройства и линии связи, обеспечивающие обмен информацией в цифровом виде.

Имитаторы контроллеров запускаются в виде «виртуальных машин» на компьютерах соответствующих серверов АСУ ТП.

В 3-й (верхний) уровень системы входят:

  • АРМ оператора-машиниста парового котла на базе КТК «ТРОПА» (2-мониторный)
  • АРМ оператора-машиниста паровой турбины на базе КТК «ТРОПА» (2-мониторный)
  • Сервер АСУ ТП парового котла на базе КТК «ТРОПА» (2-мониторный) с программным обеспечением «АРМ инструктора», выполняющим функции общего управления тренажёром котельщика
  • Сервер АСУ ТП паровой турбины на базе КТК «ТРОПА» (2-мониторный) с программным обеспечением «АРМ инструктора», выполняющим функции общего управления тренажёром турбиниста

Информационная мощность

Уфимская ТЭЦ-3 Паровой котёл Турбоагрегат и общестанционное оборудование
Моделируемые технологические параметры 275 401
Запорно-регулирующая арматура, включая обратные, предохранительные и стопорные клапаны 198 461
Тягодутьевые механизмы и насосы 5 29
Регуляторы с импульсным выходом 31 31

Особенности

Цифровой тренажёр разработан с учетом действующих АСУ ТП на Уфимской ТЭЦ-3 с повторением динамических мнемосхем и алгоритмов управления, автоматического регулирования, а также технологических защит и блокировок, реализованных на базе ПТК КРУГ-2000

Для создания компьютерного тренажёра использовались графические проекты, БД и прикладные программы с реальных АСУ ТП котла и турбины. Заказчик имеет возможность внесения собственными силами изменений в модели АСУ ТП с использованием среды разработки ИСР КРУГОЛ™

В ходе разработки тренажёра исходные проекты АСУ ТП дополнены технологическими параметрами и арматурой, не входящими в состав реальных АСУ ТП, но участвующими в процессе управления котлом и турбиной (ручная арматура, местные показывающие приборы, релейные схемы защит и т.д.). В состав тренажёра также включено оборудование питательно-деаэраторного отделения, циркводоводов, системы подогрева сырой воды, части паропроводов давления 100 ата, 18 ата, 8 ата, бойлерной установки.

Тренажёр предполагает проведение раздельных тренировок машинистов котла и турбины. Для этого предусмотрены стартовые исходные состояния, запускающие тренажёр в режиме работы турбоагрегата от общестанционного парового коллектора, а также состояния с работой парового котла на общий коллектор (режимы работы с перекрестными связями).

Компанией «КРУГ» выполнены следующие работы:

  • Разработка модели АСУ ТП тренажёра
  • Поставка программного обеспечения
  • Инжиниринговые и пусконаладочные работы по модели АСУ ТП тренажёра.

Внедрение компьютерного тренажера в качестве цифрового двойника АСУ ТП котла и турбины Уфимской ТЭЦ-3 позволяет получить навыки надежной и эффективной эксплуатации оборудования, не подвергая опасности персонал и оборудование предприятия в процессе обучения. Теперь операторы и других ТЭЦ Башкирской генерирующей компании регулярно проходят обучение и повышают свою квалификацию с помощью тренажеров, построенных с использованием КТК «ТРОПА».