Тренажер для подготовки персонала тепловых сетей

Тренажер для подготовки персонала тепловых сетей К.т.н. Очков В. Ф., к.т.н. Мищеряков С. В.,.

к.т.н. Орлов К. А., к.т.н. Иванов А. Н.,.

асп. Кондакова Г. Ю., инж. Очков А.В.

(МЭИ (ТУ) — РАО «ЕЭС России» — ООО «Триеру»).

В соответствии с требованиями корпоративного «Стандарта Организации профессиональной подготовки, переподготовки, повышения квалификации персонала» (СО-ЕЭС-ПП-1−25) с периодичностью один раз в три года проводятся Всероссийские и региональные соревнования по профмастерству среди персонала основных специальностей, которые являются одной из форм профессиональной подготовки персонала энергетических предприятий Холдинга РАО «ЕЭС России». В последнее время для оценки уровня подготовленности персонала при проведении соревнований по профмастерству достаточно активно используются различного рода тренажеры и программно-технические средства, позволяющие смоделировать основные технологические процессы, применяемые в энергетике.

В сентябре 2006 года в соответствии с приказом ОАО РАО «ЕЭС России» на базе тепловых сетей ОАО «ТГК-10» были организованы и проведены первые Всероссийские соревнования персонала тепловых сетей. Для проведения двух основных этапов соревнований: работа диспетчера по управлению оборудованием тепловых сетей при аварийных режимах и нормальной эксплуатации ООО «Триеру» (www.trie.ru) и МЭИ (ТУ — www.mpei.ru) на базе оболочки ТВТ Shell [2] был разработан тренажер. Он входит в состав комплекса «TBTHeatingSystems» (свидетельство о соответствии нормам годности средств подготовки персонала энергетики № 50 от 30.05.2006 г.) и может быть «скачен» с сайта http://twt.mpei.ac.ru/ochkov/trenager/ThermoNet/index.html [3].

При создании тренажера ставилась задача разработки программного продукта, позволяющего осуществлять обучение и проверку знаний диспетчера тепловой сети, его умение правильно эксплуатировать оборудование и локализовывать аварийные ситуации. Основным вспомогательным инструментом для принятия решений по управлению тепловой сети для диспетчера является оперативная технологическая схема, на которой отображается состояние арматуры и показания приборов. В показанном на рис. 1 основном окне тренажера такая схема занимает большую часть. Пользователь может перемещаться по схеме с помощью полос прокрутки или нажатием и удерживанием правой кнопки мышки и одновременным перемещением курсора.

На схеме расположены активные элементы, такие как, например, тепловые камеры, при обращении к которым раскрывается содержимое этих элементов. Обратиться к элементам схемы можно двумя способами:

во-первых, щелчком левой кнопки мышки на изображение этого элемента;

во-вторых, обращением к кнопке-меню «Элементы [E]», расположенной в верхней части экрана и выбором соответствующего пункта в меню.

На рис. 2 представлено окно элемента основной схемы — тепловой камеры ТК-105 и меню кнопки «Элементы [E]».

Рис. 2. Элемент основной схемы — «Тепловая камера ТК-105»

Помимо кнопки «Элементы [E]» в верхней части экрана (рис. 1) находятся также:

Кнопка «Действия [A]», предназначенная для осуществления общих действий с программой тренажера. При обращении к данной кнопке появляется диалог, представленный на рис. 3. Перечень возможных действий следующий:

«Просмотреть задание на тренажер» — вызывается окно с заданием;

«Пропустить интервал времени» — вызывается окно пропуска промежутка времени (описание дано ниже);

«Завершить работу с тренажером» — завершение работы с тренажером.

Рис. 3. Диалог кнопки «Действия [E]»

Кнопка «Связь [C]», предназначенная для ведения переговоров. При обращении к ней появляется диалог выбора абонента, а после выбора абонента — диалог с перечнем текущих тем переговоров с данным абонентом. После выбора темы разговора и нажатием кнопки «Готово» появляется окно с соответствующими переговорами. Пример обращения к кнопке «Связь [С]» показан на рис. 4.

Рис. 4. Пример обращения к кнопке «Связь [C]»

Кнопка «Элементы [E]», как уже сообщалось ранее, служит для обращения к элементам схемы: тепловые камеры, насосные, показателям приборов. Пример обращения к показателям приборов «Параметры наружного воздуха» показан на рис. 5.

Рис. 5. Показатели приборов

Кнопка «История [H]» служит для обращения к автоматически генерируемой истории работы с тренажером, в которую заносятся все сообщения, действия, переговоры и т. д., произошедшие до текущего момента. История служит для упрощения работы с тренажером и пользователь может в любой момент времени узнать, что происходило ранее.

Кнопка «Подсказка [F1]» позволяет узнать какое действие по сценарию, заложенному в тренажер, необходимо выполнить в текущий момент. Это дает пользователю возможность перейти к следующему этапу, даже если он не знает, что нужно делать на данном этапе. Помимо всего прочего, использование кнопки «Подсказка» позволяет использовать тренажер в режиме обучения, при котором программа будет «вести за собой» обучающегося.

Необходимо отметить, что возможно настроить тренажер таким образом, что количество обращений к подсказке будет ограничено, или даже вообще запрещено. За обращение к подсказке также могут быть сняты баллы (см. описание балльной системы ниже).

Кнопка «Бинокль [B]» служит для перехода к участкам схемы в том случае, если схема не умещается на экране тренажера. При обращении к кнопке «Бинокль [B]» появляется окно, в котором представлена уменьшенная копия всей схемы. На уменьшенной копии схемы можно указать участок основной схемы, который будет отображаться на основном экране.

В нижней части экрана тренажера (см. рис. 1) выводится строка статуса, на которой отображается текущее время модели тренажера (описание дано ниже) и промежуток времени до окончания работы тренажера.

Для работы с арматурой (открытие, закрытие) служит диалог, показанный на рис. 6. Открытие или закрытие арматуры может быть осуществлено следующими способами:

при помощи задания конечной степени открытия в текстовом поле и нажатием кнопки «Принять [Enter]». При этом, возможен как ввод числа, так и использование стрелок «Вверх» или «Вниз»: при их нажатии происходит изменение степени открытия арматуры на 1%. При удерживании клавиши [Shift] изменение степени открытия происходит на 0,1%. При удерживании клавиши [Ctrl] - на 10%. При удерживании клавиши [Alt] - на 100%.

при помощи воздействия на активные области «З» (закрыть) и «О» (открыть);

при помощи установки требуемой степени открытия бегунком в форме треугольника, слева от которого выводится задаваемая степень открытия, а справа — текущая;

путем воздействия непосредственно на изображение арматуры (влево, вправо).

Рис. 6. Диалог работы с арматурой

Выбранный способ воздействия на арматуру несколько отличается от того, который используется в реальной жизни. Ведь специфика работы диспетчера заключается в использовании в основном только средств связи для опосредованного воздействия на работу тепловой сети. Это связано с тем, что оборудование теплосети географически рассредоточено, а на узловых участках (таких как ТЭЦ, тепловые пункты, насосные) есть свои операторы, подчиняющиеся диспетчеру. Для обслуживания же другого оборудования в подчинении у диспетчера есть оперативные бригады. И в реальной жизни воздействие на арматуру осуществляется мастером с бригадой, которая получает задание от диспетчера, выезжает на место к какой-либо тепловой камере и там осуществляет требуемые операции по работе с арматурой.

Перенесение такого принципа автоматически в программу тренажера означало бы создание большого списка как всех элементов тепловой сети (тепловых камер, насосных и т. д.), так и возможных операций по работе со всей арматурой в этих элементах. С такими списками было бы также тяжело работать. В качестве примера работы со списками можно привести рис. 2, на котором показано, что доступ к элементу схемы «Тепловая камера ТК-105» возможен либо щелчком мышки по изображению элемента на основной схеме, либо выбором соответствующего пункта в длинном меню.

Вследствие этого, было принято решение для повышения наглядности и упрощения работы использовать «непосредственное» воздействие диспетчером на арматуру, как если бы на его рабочем месте была возможность открывать/закрывать арматуру. Однако подразумевается, что вся работа в тренажере с арматурой (см. рис. 6) означает выдачу команды мастеру с бригадой, который и выполняет непосредственное воздействие. Для подтверждения этого факта в окне работы с арматурой (рис. 6) отображается текст «Внимание! Управление осуществляется мастером по команде».

Практика обучения и проведения соревнований показала, что выбранный способ гораздо более нагляден и проще для восприятия пользователям, хотя и несколько отличается от реальной жизни.

Специфика поставленной задачи при разработке тренажера теплосети состояла в том, что создавался не просто тренажер теплосети, а тренажер, рассматривающий действия диспетчера по управлению теплосети. Последнее означает, что помимо моделирования процессов, происходящих в теплосети, необходимо моделировать поведение диспетчера теплосети и возможные его действия, такие как переговоры, команды, воздействия на арматуру. Это привело к тому, что тренажер состоит из двух частей:

первая часть — это математическая модель тепловой сети;

вторая часть — логическая модель действий диспетчера.

Математическая модель тепловой сети рассчитывается с помощью двух взаимодополняющих программными модулями:

модуль, разработанный в ООО «Триеру», который представляет процессы в тепловой сети как квазистатические, а рабочее тело — гомогенное несжимаемое. Его преимущество — простота описания схемы, быстрое время счета и возможность осуществления «скачков во времени» (описание приведено ниже). Недостатки — расчет примерного поведения процессов в тепловой сети.

модуль, разработанный специалистами МВТУ им. Баумана (http://energy.bmstu.ru/mvtu), который позволяет рассчитывать динамическую модель тепловой сети, рассматривая рабочее тело как гомогенную сжимаемую жидкость. Преимущество данного модуля — в учете реальных переходных процессов в тепловой сети, т. е. точность расчета. Недостатки: относительно длительное время расчета (по сравнению с первым модулем), сложность программирования (для чего необходима специальная программа) и невозможность осуществления мгновенного «скачка во времени».

Одним из преимуществ расчетного модуля, разработанного ООО «Триеру» состоит в том, что он позволяет осуществлять т.н. «скачки во времени», т. е. пропускать заданный промежуток времени. Для чего это необходимо? Дело в том, что процессы, проходящие в теплосети достаточно продолжительные. В качестве примера можно привести тот факт, что в одном из заданий в разработанном тренажере требуется заполнить участок теплосети, который в реальной жизни заполняется около 5 часов. Естественно, ожидать за монитором компьютера окончания операции в реальном времени достаточно проблематично. Ускорение время расчета модели даже в 10 раз, что позволяет сделать расчетный модуль МВТУ, тоже недостаточно. В этом случае наиболее оптимален для использования расчетный модуль ООО «Триеру», который позволяет рассчитывать модель с любым временным шагом. Последнее позволяет при прохождении тренажера при выполнении длительных операций мгновенно переходить к их окончанию. Для этого используется диалог «Пропуск интервала времени», показанный на рис. 7 и вызываемый либо через кнопку «Действия [A]» (рис. 3), либо щелчком мышки по строке времени в левом нижнем углу экрана тренажера.

Рис. 7. Диалог «Пропуск интервала времени»

тренажер тепловой расчетный сеть Вышеописанная специфика работы тренажера, связанная с необходимостью осуществления «прыжков во времени», привела к тому, что в тренажере есть два времени:

внутреннее время модели, которое пользователь может произвольно изменять с помощью прыжков во времени (естественно, только в положительном направлении — назад вернуться нельзя);

реальное время работы с тренажером.

Эти два времени в самом начале работы с тренажером совпадают, однако при осуществлении «прыжков во времени» они могут расходиться в десятки, сотни и тысячи раз.

Программа тренажера позволяет ограничивать время работы с тренажером как для внутреннего, так и для реального времен. Так можно ограничить работу с тренажером на 1 час реального времени и 15 часов внутреннего.

Логическая модель тренажера описывается путем создания файла в специальном формате, в котором описывается необходимая последовательность действий для текущего задания. В этом файле описываются как возможные шаги пользователя, так и реакция программы тренажера на эти шаги.

На основе файла описания логической модели действий программа тренажера автоматически генерирует сообщения для подсказки в любой из моментов времени работы с тренажером. Также автоматически производится выставление оценки за выполненные действия при работе с тренажером.

Тренажер также ведет отчет-протокол по всем действиям пользователя, который можно сохранить и затем вызвать, выставляет оценку в баллах, общее число которых можно настроить.

В 2006 году тренажер был также использован на ряде региональных соревнований профессионального мастерства персонала тепловых сетей. Одно из первых соревнований — для филиалов ОАО «ТГК-9» проходило с 17 по 21 апреля. Результаты соревнований представлены в табл. 1. Работе с тренажером диспетчера теплосети были посвящены два этапа: на этапе № 3 рассматривалась нормальная работа теплосети, а на этапе № 4 — аварийная ситуация. Аналогичные данные для соревнований в ОАО «ТГК-10» приведены в табл. 2. На этих соревнованиях команда Челябинских тепловых сетей выступала вне конкурса.

Таблица 1. Результаты соревнований командного первенства филиалов ОАО «ТГК-9».

Таблица 2. Результаты соревнований командного первенства филиалов ОАО «ТГК-10».

Выводы

На базе разработанного пилотного тренажера для персонала тепловых сетей ведется создание тренажеров для реальных тепловых сетей, что позволит повысить надежность, экономичность и экологическую безопасность этой важной энергетической отрасли.

Индивидуальные, групповые и общественные потребности в повышении квалификации персонала электроэнергетики (К вопросу о проведении соревнований оперативного персонала). Магид С. И., Загретдинов И. Ш., Мищеряков С. В. и др. — Энергосбережение и водоподготовка, № 2, 2006 г.

Очков В. Ф. Новые информационные технологии в энергетике: направления, решения, проблемы. — Новое в российской электроэнергетике, № 11,. 2005 г.

Очков В. Ф. Математические пакеты и сетевой интерактивный теплотехнический справочник: проблемы и решения. — Теплоэнергетика. № 6 2006 г.