Международная сертификация менеджмента качества ISO 9001

Международная Кафедра-сеть ЮНЕСКО/МЦОС «Техническое и профессиональное образование и подготовка кадров (TVET)

Международный Центр Обучающих Систем

Полномасштабный тренажер

Полномасштабный тренажер — программно-техническое средство профессиональной подготовки персонала, реализующее адекватные характеристики объекта управления и штатный оперативный человеко-машинный интерфейс, оснащенное учебно-методическим обеспечением процесса обучения и его контроля, и предназначенное для формирования и совершенствования у обучаемых навыков и умений по управлению энергообъектом в штатных и аварийных ситуациях с гарантированным уровнем его безопасности.

Полномасштабный тренажер предназначен для обучения и повышения квалификации оперативного персонала энергетических предприятий. Позволяет отрабатывать весь спектр профессиональных навыков оперативных работников предприятий — от понятийных до моторных, то есть вырабатывать и закреплять навыки принятия решений и управления энергообъектом в штатных, нештатных и аварийных ситуациях.

Необходимый состав: пульт и щит оператора (для щитового управления) и/или компьютерная реализация активных динамических мнемосхем или терминала оператора АСУ; всережимная и адекватная модель энергообъекта; пульт инструктора; контролирующая программа; комплект сценариев тренировок; комплект аварийных ситуаций; документация и инструкция по установке, наладке и эксплуатации тренажера.

Требуемые функциональные возможности: полномасштабность; комплексность; всережимность; адекватность; оптимизация; работа в замедленном или ускоренном масштабе времени; ведение протоколов действий оператора, ошибок оператора и аварийных сообщений с возможностью сохранения и печати; вывод графиков зависимостей параметров и состояния арматуры от времени для анализа ситуации; возможность записи и повторного использования текущего режима работы тренажера, включая состояния арматуры, защит, блокировок и сигнализации".

В традиционную электроэнергетику термин «полномасштабный тренажер» был привнесен из атомной электроэнергетики, где после ряда крупных аварий законодательным путем была запрещена эксплуатация атомных электростанций без применения тренажеров с адекватной математической моделью и с интерфейсом, полностью повторяющим щиты и пульты управления энергооборудованием.

Ситуация усугублялась тем, что многочисленные попытки применять для обучения персонала атомных электростанции тренажеров с «исследовательскими» моделями, имеющими большое распространение, не привели к успеху по той причине, что многофункциональность регламентированного «полномасштабного тренажера» определяет совершенно иные, причем значительно расширенные требования к математическим моделям, по сравнению с «исследовательскими» моделями, разработанными научными организациями для решения частных задач управления.

Указанные расширенные и усложненные требования к математической модели «полномасштабного тренажера» связаны с тремя ее составляющими: всережимностью, полномасштабностью и сопряженностью.

Всережимность модели обусловливает ее нелинейность — усложняется логическая структура модели, требуется использование специального математического аппарата.

Полномасштабность модели определяет необходимость учета практически всех взаимосвязей между обязательно моделируемыми всеми элементами энергообъекта, который вызывает значительное повышение порядка уравнений. К полномасштабности относится также требование работы модели в ускоренном, реальном и замедленном масштабах времени.

Сопряженность модели касается ее связей со щитом управления или интерфейсом микропроцессорной АСУТП. Каждому органу управления сопоставляется отдельный вход модели, каждой точке контроля, сигнализации и защите — ее выход. В результате модель имеет размерность на несколько порядков большую, чем у «исследовательских» моделей.

Необходимость реализации в модели «полномасштабного тренажера» указанных требований, и связанный с этим, помимо прочих причин, катастрофический финал «исследовательских» моделей и тренажеров, при подготовке на них оперативного персонала атомных электростанций, и привел в итоге к законодательному решению вопроса внедрения «полномасштабных тренажеров» с адекватным интерфейсом и с адекватными математическими моделями, построенными на совершенно иных принципах.

В связи с несоизмеримо меньшей критичностью, а, то есть, и с большей экологической безопасностью традиционных тепловых и гидравлических электрических станций, вопрос о законодательной регламентации «полномасштабных тренажеров» в традиционной электроэнергетике в настоящее время пока не ставится.

Тем не менее, большой удельный вес в энергетике традиционных способов выработки электрической энергии, критическое состояние и аварийность в отрасли приводит к необходимости отраслевой регламентации подготовки персонала, так принятая в настоящее время «Концепция обеспечения надежности в энергетике» однозначно предписывает применять для подготовки персонала «полномасштабные тренажеры»:

«…Важным аспектом подготовки оперативного персонала является психофизическая тренировка, а современным инструментом — полномасштабные тренажеры, воспроизводящие характеристики объекта управления и штатный оперативный человеко-машинный интерфейс».

При этом следует учесть, что основной проблемой современного тренажеростроения в традиционной электроэнергетике является тот факт, что математические модели для «специализированных», «комплексных» и др. тренажеров разрабатываются многими тренажеростроительными фирмами без учета приведенных выше требований (всережимности, полномасштабности и сопряженности), то есть на уровне «исследовательских» моделей, со всеми вытекающими отсюда последствиями, прямо связанных с надежностью оперативного персонала.

По этой основной причине, определяющейся к тому же неспособностью разработчиков тренажеров реализовать в моделях необходимые требования, «полномасштабные тренажеры» имеют множество противников, приводящих помимо реальных доводов о сравнительно большей стоимости указанных тренажеров, явно надуманные доводы о «вторичности» и «ненужности» привития операторам ориентационных и моторных навыков, что эти навыки не связаны с аварийностью, приобретаются оператором сами — собой, автоматически при работе его на реальном оборудовании и т. д. и т. п.

По заключению психологов, деятельность оператора по управлению любым объектом регулирования рассматривается как сложный поведенческий акт, включающий процессы восприятия и переработки информации, и формирования и выполнения на этой основе двигательных действий. В структуре сенсомоторного навыка управления объектом регулирования двигательный компонент является интегральным показателем, отражающим полноту и качество переработки оператором информации, поступающей по каналам различных анализаторов. В конечном итоге почти вся информация, воспринятая оператором, реализуется в управляющих движениях.

По этим причинам отсутствие в тренажере адекватного воспроизведения штатного человеко-машинного интерфейса, лишение человека-оператора возможности получения и развития ориентационно — моторных навыков, лишение его возможности реализации итоговой, интегральной двигательной функции переработки поступающей информации, с точки зрения дидактики в борьбе с аварийностью по вине персонала совершенно недопустимо.


Полномасштабный щитовой тренажер.

Полномасштабные щитовые тренажеры представляют собой полномасштабную имитацию реальных щитов управления всего энергообъекта при адекватной имитации поведения энергоустановки в режиме реального, ускоренного и замедленного времени.

Интерьер таких тренажеров максимально точно соответствует интерьеру реального объекта. Полномасштабные щитовые тренажеры используются на электростанциях, которые имеют щитовую систему управления.

Оператору предоставляется возможность до автоматизма отрабатывать моторные навыки при управлении объектом в различных режимах и аварийных ситуациях.

Прошедший обучение оператор, имеет все необходимые ему умение и опыт и готов к действиям в экстремальных ситуациях.

Примеры реализации полномасштабных щитовых тренажеров.

В 1984 г., впервые в отрасли, в учебно-тренировочном центре Мосэнерго на ТЭЦ-25 введен в эксплуатацию комплексный полномасштабный тренажер теплофикационного энергоблока мощностью 250 МВт с котлом ТГМП-314, турбиной Т-250/300−240 и генератором ТВФ-320.

Полномасштабный тренажер теплофикационного энергоблока мощностью 250 МВт с котлом ТГМП-314, турбиной Т-250/300-240 и генератором ТВФ-320, установленный в учебно-тренировочном центре ТЭЦ-25 Мосэнерго

Полномасштабный тренажер теплофикационного энергоблока мощностью 250 МВт с котлом ТГМП-314, турбиной Т-250/300−240 и генератором ТВФ-320, установленный в учебно-тренировочном центре ТЭЦ-25 Мосэнерго

В последующие годы в этом же центре внедрены полномасштабные тренажеры водогрейных котлов КВГМ-180 и ПТВМ-180:
Полномасштабный тренажер водогрейного котла ПТВМ-180, установленный в учебном центре ТЭЦ-25 Мосэнерго

Полномасштабный тренажер водогрейного котла ПТВМ-180, установленный в учебном центре ТЭЦ-25 Мосэнерго

Полномасштабный тренажер водогрейного котла КВГМ-180, установленный в учебном центре ТЭЦ-25 Мосэнерго

Полномасштабный тренажер водогрейного котла КВГМ-180, установленный в учебном центре ТЭЦ-25 Мосэнерго

Полномасштабный тренажер теплофикационного энергоблока мощностью 250 МВт с котлом ТГМП-314, турбиной Т-250/300-240 и генератором ТВФ-320, установленный в учебно-тренировочном центре ТЭЦ-21 Мосэнерго

Полномасштабный тренажер теплофикационного энергоблока мощностью 250 МВт с котлом ТГМП-314, турбиной Т-250/300−240 и генератором ТВФ-320, установленный в учебно-тренировочном центре ТЭЦ-21 Мосэнерго

Полномасштабный тренажер с компьютерной системой управления.

Полномасштабный тренажер с компьютерной системой управления адекватно отражает компьютерную систему управления АСУ ТП энергообъекта-прототипа и имеет информационную модель объекта управления точно повторяющую реальную. Только в этом случае человек-оператор получает при обучении на «компьютерном тренажере» адекватные объекту-прототипу моторные и когнитивные навыки и умения.

Используются для тренировок персонала, обслуживающего энергоблоки с компьютерной системой управления АСУ ТП. Интерфейс этих тренажеров максимально точно соответствует интерфейсу реальной АСУ ТП энергообъекта.

В настоящее время все большее применение находят компьютерные автоматизированные системы управления энергообъектами (АСУ ТП). Соответственно растет потребность в полномасштабных тренажерах с компьютерной системой отображения. Они дешевле щитовых и являются более компактными и мобильными в процессе использования и переустановки.

Оператору предоставляется возможность отрабатывать моторные навыки при управлении объектом в различных режимах и аварийных ситуациях.

Примеры реализации полномасштабных тренажеров с компьютерной системой управления:

«Программно-технический комплекс – тренажер дубль-блока 150 МВт в составе: два котла ПК-24, турбина К-160-130, генератор ТВ2-150-2 на базе АСУ ТП ABB»построен на основе ПТК АСУ ТП энергоблока №5 Иркутской ТЭЦ-10. Введен в эксплуатацию и установлен в учебном центре ОАО «Иркутскэнерго» в 2011 году.

«Программно-технический комплекс — тренажер дубль-блока 150 МВт в составе: два котла ПК-24, турбина К-160−130, генератор ТВ2−150−2 на базе АСУ ТП ABB"построен на основе ПТК АСУ ТП энергоблока № 5 Иркутской ТЭЦ-10. Введен в эксплуатацию и установлен в учебном центре ОАО «Иркутскэнерго» в 2011 году.

«Тренажер-симулятор парогазовой установки 410 МВт (1 газовая турбина Siemens SGT5-4000F, 1 паровая турбина SST5-3000, котел-утилизатор Еп-270/316/46-12,5/3,06/0,46—560/560/237, турбогенератор SGen5-2000H, система управления на базе программно-технического комплекса SPPA-T3000) введенный в эксплуатацию Няганской ГРЭС в 2015 году.

«Тренажер-симулятор парогазовой установки 410 МВт (1 газовая турбина Siemens SGT5-4000 °F, 1 паровая турбина SST5−3000, котел-утилизатор Еп-270/316/46−12,5/3,06/0,46—560/560/237, турбогенератор SGen5−2000H, система управления на базе программно-технического комплекса SPPA-T3000) введенный в эксплуатацию Няганской ГРЭС в 2015 году.

Полномасштабный тренажерный комплекс высокой точности, рабочее место оператора энергоблока, оборудованного ПТК «ОВАЦИЯ», с котлом П-57-3М и турбиной К-500-240-2 ХТГЗ, генератором ТГВ-500, для обучения оперативного персонала, и анализа динамических режимов. Работает с двумя операторскими интерфейсами – реальной АСУ ТП, имеющейся на электростанции, и моделью АСУ ТП, копирующей реальную. Введен в эксплуатацию и установлен на Экибастузской ГРЭС-1 им.Булата Нуржанова (респ. Казахстан) в 2013 году.

Полномасштабный тренажерный комплекс высокой точности, рабочее место оператора энергоблока, оборудованного ПТК «ОВАЦИЯ», с котлом П-57−3М и турбиной К-500−240−2 ХТГЗ, генератором ТГВ-500, для обучения оперативного персонала, и анализа динамических режимов. Работает с двумя операторскими интерфейсами — реальной АСУ ТП, имеющейся на электростанции, и моделью АСУ ТП, копирующей реальную.
Введен в эксплуатацию и установлен на Экибастузской ГРЭС-1 им. Булата Нуржанова (респ. Казахстан) в 2013 году.


Компьютерный тренажер

Компьютерный тренажер — программно техническое средство профессиональной подготовки персонала, реализующее с помощью компьютерных технологий интерфейсные и математические модели энергообъекта-прототипа, оснащенное системой учебно-методического обеспечения, и предназначенное для формирования и совершенствования у обучаемых знаний и информационных навыков, необходимых для управления энергетическим объектом в штатных, нештатных и аварийных ситуациях с гарантированным уровнем его безопасности.

В инженерном смысле под «компьютерным тренажером» понимается такое программно-техническое устройство для обучения персонала, интерфейс и вся система управления которого отображается на дисплее персонального компьютера, и которое может быть строго отнесено к определению «тренажер» только в единственном случае, когда это устройство адекватно отражает «компьютерную» систему управления АСУ ТП энергообъекта-прототипа. И только в этом случае человек-оператор получает при обучении на «компьютерном тренажере» адекватные объекту-прототипу моторные и когнитивные навыки и умения. Во всех остальных случаях, а их ~98% от всех энергообъектов электроэнергетики (имеются ввиду энергообъекты не оснащенные современными микропроцессорными АСУ ТП), применение «компьютерных тренажеров» в процессе обучения не приводит к приобретению человеком оператором адекватных моторных навыков и умений.

Таким образом, в указанных обстоятельствах «компьютерный тренажер» служит инструментом получения знаний и информационных навыков, то есть является только лишь «когнитивным» тренажером, то есть тренажером ограниченных возможностей.

Реализованные на практике «компьютерные тренажеры», в части выполнения требований к математическим моделям остаются зачастую на уровне «исследовательских», предназначаемых для решения частных задач и конкретных вопросов, не имеющих отношения к обучению оперативного персонала, и, тем более, к повышению его профессиональной квалификации (сверхточные «тренажеры-анализаторы», «тренажеры-эмуляторы», «тренажеры-полигоны» и т. д. и т. п.).

Происходит, по выражению известного американского ученого У. Холла (W.Hall), широкое злоупотребление математикой при построении моделей, которое превратилось в автокаталитический процесс, благодаря чему одни части системы моделируются преувеличенно точно, а другие, вследствие математической и системотехнической некомпетентности или недопустимо упрощаются, или вообще не учитываются.

Анализ общих задач профессиональной подготовки персонала с точки зрения дидактического функционально-целевого подхода позволяет выделить три основные принципиальные функции, которые должны быть реализованы в любом эффективном «учебном» тренажере:

  • моделирование адекватных информационных и эргономических условий работы оператора;
  • создание дидактических предпосылок системы обучения, то есть реализация необходимого учебно-методического обеспечения;
  • контроль обученности на всех этапах обучения.

Тренажер с динамическими компьютерными мнемосхемами для блока 100 МВт с турбиной Т-100-130, котлом ТГМ-96Б, турбогенератором ТВФ-120». Тренажер имитирует работу блока 100 МВт Северной ТЭЦ ОАО «ТГК-1». Установлен на Северной ТЭЦ и введен в эксплуатацию в 2006 году .

Тренажер с динамическими компьютерными мнемосхемами для блока 100 МВт с турбиной Т-100−130, котлом ТГМ-96Б, турбогенератором ТВФ-120″. Тренажер имитирует работу блока 100 МВт Северной ТЭЦ ОАО «ТГК-1». Установлен на Северной ТЭЦ и введен в эксплуатацию в 2006 году.

«Компьютерный тренажерно-аналитический комплекс – «Узловая подстанция 110/35/6 кВ районной электрической сети» построен на основе схемы ПС №16 НЯЦ Талгарской РЭС. Установлен и сдан в эксплуатацию в 2011 году в АО «Алатау Жарык Компаниясы» (республика Казахстан).

«Компьютерный тренажерно-аналитический комплекс — «Узловая подстанция 110/35/6 кВ районной электрической сети» построен на основе схемы ПС № 16 НЯЦ Талгарской РЭС. Установлен и сдан в эксплуатацию в 2011 году в АО «Алатау Жарык Компаниясы» (республика Казахстан).

Поделиться: