Цифровой тренажер обеспечивает высокий уровень подготовки персонала котлотурбинного цеха Уфимской ТЭЦ-1

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-1 – старейшая теплоэлектроцентраль города Уфы, входит в состав ОАО «Башкирская генерирующая компания». Установленная электрическая мощность составляет 69 МВт, тепловая – 572 Гкал/ч.

Цель проекта

Проект нацелен на подготовку оперативного и обслуживающего персонала Уфимской ТЭЦ-1 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 БКЗ-160-100 ГМ, паровой турбины ПР-25-90/10/0.9 и общестанционного оборудования Уфимской ТЭЦ-1 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 неэлектрифицированную 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, расчетные 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 АСУТП
    • возобновление тренировки из любой промежуточной точки имеющейся истории
    • сохранение и загрузка истории тренировки для просмотра ее хода, анализа ошибочных действий и «работы над ошибками» (повторение тренировки из точки, предшествующей ошибочным действиям).

Вспомогательные функции АСУ ТП тренажера

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

Архитектура системы

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

Первый (нижний) уровень системы представлен математической моделью объектов управления, включающей в себя:

  • модели парового котла БКЗ-160-100 ГМ, паровой турбины ПР-25-90/10/0.9 и общестанционного оборудования
  • модель АСУ ТП
  • модели запорно-регулирующей арматуры
  • модели насосов, вентиляторов и других механизмов.

Во второй (средний) уровень системы входят:

  • виртуальные имитаторы контроллеров, работающих в реальных АСУ ТП, включая контроллеры подсистем технологических защит, блокировок и регулирования
  • устройства и линии связи, обеспечивающие обмен информацией в цифровом виде.

Имитаторы контроллеров запускаются в виде «виртуальных машин» на компьютерах соответствующих серверов тренажера АСУ ТП. При этом имитаторы контроллеров на 100% повторяют функционал реальных контроллеров.

Третий (верхний) уровень содержит:

  • АРМ инструктора, на котором установлены графический клиент КТК «ТРОПА» и программное обеспечение «АРМ инструктора», выполняющее функции общего управления тренажером
  • Сервер АСУ ТП турбины (2-мониторный)
  • Сервер АСУ ТП котлоагрегата (2-мониторный)
  • АРМ оператора турбины (2-мониторный)
  • АРМ оператора котлоагрегата (2-мониторный).

Структурная схема тренажера

Схема взаимодействия между компонентами тренажера

Информационная мощность системы

Уфимская ТЭЦ-1 Паровой котел Паровая турбина Общестанционное оборудование
Моделируемые технологические параметры 985 1645 97
Запорно-регулирующая арматура 234 357 25
Тягодутьевые механизмы и насосы 14 11 3
Технологические защиты 12 9 1

Особенности системы

Цифровой тренажер разработан на базе действующих на Уфимской ТЭЦ-1 автоматизированных систем управления котлом БКЗ-160-100 ГМ №11, турбоагрегатом ПР-25-90/10/0.9 №6 и общестанционным оборудованием с повторением динамических мнемосхем и алгоритмов управления, автоматического регулирования, а также технологических защит и блокировок, реализованных с использованием ПТК КРУГ-2000.

Для создания компьютерного тренажера использовались графические проекты, БД и прикладные программы с реальных АСУ ТП котла ст. №11 и турбины ст. №6. Заказчик имеет возможность внесения собственными силами изменений в модели АСУ ТП с использованием среды разработки ИСР КРУГОЛ™.

Модели котла и турбоагрегата, а также АРМ инструктора реализованы с использованием программного обеспечения, разработанного ФГБОУ ВО «ИГЭУ».

Тренажер предполагает как общие, так и раздельные тренировки машинистов котла и турбины. Для обеспечения возможности проведения раздельных тренировок предусмотрены стартовые исходные состояния. Максимальная длительность тренировки, в том числе ранее прерванной (если сохранение было выполнено с историей), составляет 24 часа.

Запуск тренировки на тренажере осуществляется с «одной кнопки».

Обобщенная мнемосхема котлоагрегата КА-11

Обобщенная мнемосхема турбины ТГ-6

Компанией «КРУГ» выполнены следующие работы:

  • Разработка модели АСУ ТП тренажера
  • Поставка программного обеспечения
  • Инжиниринговые работы по модели АСУ ТП тренажера
  • Пусконаладочные работы по модели АСУ ТП тренажера.

Внедрение компьютерного тренажера в качестве цифрового двойника АСУ ТП котла и турбины Уфимской ТЭЦ-1 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».