ИНТЕГРИРОВАННЫЕ ОБУЧАЮЩИЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ...

УДК 614.8.084

ИНТЕГРИРОВАННЫЕ ОБУЧАЮЩИЕ СИСТЕМЫДЛЯ СПЕЦИАЛИСТОВ ТРУБОПРОВОДНОГО ТРАНСПОРТА НЕФТИ

Хафизов Ф.Ш., Кудрявцев А.А., Шевченко Д.И.Уфимский государственный нефтяной технический университет, г. Уфа

кафедра «Промышленной и пожарной безопасности»e-mail: [email protected]

Аннотация. В статье описывается концепция разработки и построения инте-грированных обучающих комплексов, предназначенных для обучения специалистов опас-ных производств. Выдвинуты требования, которым должен отвечать современный комплекс технических средств обучения.

Ключевые слова: трубопроводный транспорт, обучающие системы, тре-нажеры, требование к средствам обучения

В настоящее время на технологических объектах активно внедряется сов-ременное дорогостоящее и надежное оборудование, работающее под управлением микропроцессорных систем автоматики. Однако это не может полностью ском-пенсировать общее увеличение износа техники и коммуникаций, а значит, повы-шаются требования к качеству обслуживания и диспетчерского управления [1]. Проблема усугубляется общим снижением уровня образования новых кадров. Профессиональное обучение и переподготовка кадров производится при сущест-венном дефиците ресурсов – кадровом (образовательном), финансовом и времен-ном (длительные периоды между переподготовками и короткие переподготовки). Единственным решением является интенсификация процесса обучения с исполь-зованием всех возможностей современных технологий. Наиболее эффективным способом такой интенсификации является внедрение в учебный процесс интегри-рованных обучающих систем на базе тренажеров. Для опасных производств ис-пользование тренажеров для обучения теперь являются обязательным: «Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехими-ческих и нефтеперерабатывающих производств, (ПБ 09-540-03)», пункт 2.12 гла-сят: «…на технологических объектах с блоками I и II категории взрывоопасности все рабочие и инженерно-технические работники, непосредственно занятые веде-нием технологического процесса и эксплуатацией оборудования на этих объектах, проходят курс подготовки с использованием современных технических средств обучения и отработки навыков (тренажеров, учебно-тренировочных полигонов и т.д.). С этой целью, указанные организации должны иметь компьютерные трена-жеры, включающие максимально приближенные к реальным – динамические

_____________________________________________________________________________ Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело», 2011, № 3 http://www.ogbus.ru

356

mailto:[email protected]

модели процессов, реальные средства управления (функциональные клавиатуры, графические экранные формы и т.д.) [2].

Исследования показывают [3], что индивидуальные и совместные занятия на тренажерах оставляют в памяти на длительный срок 75-90 % информации, а лекции – только до 10 %. Особенно эффективны занятия в условиях решения сложных задач с активной визуализацией результатов действия (искусственная 3D-реальность, действующие макеты и приборные стенды, реальные диспетчер-ские мнемосхемы). При этом расчетная себестоимость часа обучения персонала с использованием сложных технических средств увеличивается на 10-20 рублей (менее чем 1 %).

В настоящее время в ОАО «АК «Транснефть» существуют программ-но-технические средства позволяющие производить проектирование и моделиро-вание трубопроводов. Однако, использование данных программно-технических средств в качестве средств обучения и подготовки диспетчерского персонала представляется невозможным так как, они позволяют дать только общие навыки управления технологическими процессами транспорта нефти либо на неких «ти-повых» объектах, либо на программных средствах, исключающих тренинги по предотвращению аварийных ситуаций. Для отработки моторных навыков работы у диспетчера необходимо, чтобы он обучался на таком участке нефтепровода, на котором ему предстоит работать в штатных и нештатных режимах. Попытаемся сформулировать требования к техническим средствам обучения для тренинга опе-раторов и диспетчеров объектов трубопроводного транспорта нефти.

Общая структура аппаратной части Тренажера

В состав Тренажера должны входить (рис. 1):– автоматизированное рабочее место инструктора («АРМ инструктора») – 1 шт.;– автоматизированное рабочее место диспетчера ("АРМ диспетчера) – 1 шт.

Общие требования к функционированию Тренажера

Тренажерный комплекс должен полностью моделировать АРМ диспетчера и АРМ оператора (экранные формы, тренды, формы отчетов и т.д.). Все видеокад-ры должны соответствовать существующим экранным формам диспетчеров тех-нологических участков нефтепроводов.

Тренажер должен состоять из «АРМ диспетчера» и «АРМ преподавателя» на базе современных ПЭВМ, соединённых между собой локальной вычислительной сетью согласно структурной схеме Тренажера (рис. 1).


357

Рис. 1. Структурная схема Тренажера

Тренажер должен позволять проводить обучение на любых ранее набран-ных технологических участках. Моделируемый технологический участок должен быть настраиваемым и конфигурируемым.

Моделируемая технологическая схема должна полностью соответствовать реальному участку нефтепровода. Алгоритмы моделируемой системы должны со-ответствовать РД-35.240.00-КНТ-207-08 «Автоматизация и телемеханизация ма-гистральных нефтепроводов».

На «АРМ преподавателя» должен быть реализован генератор аварийных ситуаций и должен позволять последовательно имитировать возникновение отка-зов и неисправностей (развитие аварийных ситуаций) через определенные интер-валы времени, отказы основного и вспомогательного оборудования, прорывы и утечки на линейных участках трубопровода и т.д.

Программное обеспечение Тренажера

Программное обеспечение Тренажера диспетчера (гидравлическая модель трубопроводов, модель системы автоматики, система отображения) будет нас-троено на конкретный участок магистрального нефтепровода (МН) с возможно-стью гибкой перенастройки на другой конкретный участок МН.

Настройки программного обеспечения должны позволять:– вносить изменения в моделируемую технологическую схему трубопрово-

дов;– вносить изменения в алгоритмы работы систем автоматизации;– вносить изменения в систему отображения.


358

Для того, чтобы сделать масштабную работу исполнимой, моделирующий комплекс должен быть разделен на расчетную часть и настройки на конкретный трубопровод. Эти настройки могут быть произведены с помощью независимого инструмента (конструктора настроек) параллельно разными специалистами в разных местах (в учебных центрах Компании, в МН-ах). Параллельная работа позволит резко уменьшить сроки ожидания конкретной настройки для «своего» МН, а также накапливать работу разных специалистов в «Базу данных настроек», чтобы иметь возможность на одном комплексе отображать работу разных участков МН.

Рис. 2. Структурная схема программно-технических средств Тренажера


359

Гидравлическая модель тренажера

Гидравлическая модель трубопровода должна моделировать работу реаль-ных технологических участков нефтепроводов (трубопроводы, запорная армату-ра, насосы, резервуары) с учетом профиля местности.

Точность отображения процессов без учета особенностей работы системы автоматики (СА) не удовлетворяет задачам обучения диспетчеров, так как гидрав-лическая модель сама по себе не отражает всех особенностей переходных процес-сов, например, при достижении аварийного уровня давления гидравлическая модель просто отобразит это давление, а в реальности происходит срабатывание защит с множественным перекрытием задвижек, что дает серьезную поправку к переходным процессам на всем участке МН.

Требуется разработка комплекса, позволяющего моделировать поведение участка МН, начиная от задвижки на НПС до АРМ-а диспетчера, с полным уче-том работы СА по актуальным регламентам, вспомсистем и энергоснабжения.

Рис. 3. Пример графика частичного перекрытия линейной задвижкибез вмешательства СА и при отработке СА


360

Рис. 4. Общая структура комплексной модели технологического оборудования

Модель системы автоматизации

Модель системы автоматизации должна моделировать работу СА (работу первичных датчиков, линии связи, среднего уровня СА, верхнего уровня СА). Мо-дель СА должна реализовывать реально применяемые алгоритмы работы систем автоматики моделируемого технологического участка. Реализованные алгоритмы СА должны соответствовать РД-35.240.00-КНТ-207-08 «Автоматизация и телеме-ханизация магистральных нефтепроводов».


361

Рис. 5. Моделирование систем автоматики


362

Система отображения тренажера

Система отображения должна имитировать графический интерфейс реаль-ных рабочих мест диспетчеров. Экранные формы Тренажера должны соответство-вать типовым экранным формам, приведенным в РД-35.240.60-КТН-586-06 "Аль-бом типовых экранных форм СДКУ".

Рис. 6. Пример экранной формы

Генератор аварийных ситуаций

Генератор аварийных ситуаций должен быть реализован на АРМ препода-вателя и должен позволять последовательно имитировать возникновение отказов и неисправностей (развитие аварийных ситуаций) через определенные интервалы времени, отказы основного и вспомогательного оборудования, прорывы и утечки на линейных участках трубопровода и т.д. Разрабатываемый генератор аварийных ситуаций в соответствии с настройками, введенными с АРМ преподавателя, воз-действует на гидравлическую модель трубопроводов и модель системы автомати-ки. В результате данных воздействий на АРМ-ах учеников имитируется возникно-вение тех или иных аварийных ситуаций. Таким образом, обучаемый диспетчер-ский персонал получает навыки по управлению ТП как в штатных ситуациях (пуск/останов, вывод в ремонт агрегатов, изменение технологического режима перекачки и т.д.), так и при возникновении различных аварийных ситуаций наст-раиваемых преподавателем.


363

Рис. 7. Пример работы Тренажера (АРМ инструктора):отработка нештатной ситуации

Конструктор настроек

Конструктор настроек разных участков предназначен для формирования настроечных параметров всех программных модулей (гидравлическая модель тру-бопровода, модель системы автоматизации, генератор аварийных ситуаций, систе-ма отображения) и моделируемых технологических объектов (трубопроводы, резервуары, насосы, задвижки, вспомогательные системы и т.д.).

Для обучения диспетчера на технологическом участке, на котором он рабо-тает, тренажерный комплекс должен позволять выбирать технологический уча-сток из ранее сконфигурированных.

Рис. 8. Пример работы Тренажера (АРМ инструктора):выбор участка МН для тренинга


364

В состав конструктора настроек гидравлической модели должен быть включен конструктор схем, позволяющий формировать технологическую схему МН произвольной конфигурации из отдельных элементов линейной части МН и НПС.

Рис. 9. Пример работы «Конструктора настроек модели»:конфигурирование гидравлической модели

Для обеспечения более точного моделирования, тренажер должен позво-лять производить настройку параметров конкретного оборудования, такого как насосные агрегаты, запорная арматура и т.д. Необходимо реализовать возмож-ность как выбора характеристик оборудования из базы данных, так и добавление нового оборудования и изменения его параметров.


365

Рис. 10. Пример работы «Конструктора настроек модели»: выбор оборудования для вставки в модель

В конструкторе настроек должна производиться конфигурация алгоритмов работы МПСА конкретного технологического участка.

Рис. 11. Пример работы «Конструктора настроек модели»:настройка и конфигурирование алгоритмов работы системы автоматики


366

В конструкторе настроек системы отображения должна производиться кон-фигурация экранных форм.

Рис. 12. Пример работы «Конструктора настроек модели»:настройка системы отображения

В конструктор настроек генератора аварийных ситуаций должна настраи-ваться последовательность возникновения отказов и неисправностей (развитие аварийных ситуаций). Система генерации должна имитировать:

– разгерметизацию трубопровода с выходом нефти;– отказ систем автоматики НПС;– отсутствие напряжения питания НПС;


367

– отклонение величин давлений, вызванное различными причинами (несанкционированное срабатывание запорной арматуры, застревание СОД в трубе, нарушение работоспособности датчиков давления и т.п.);

– нештатные ситуации, вызывающие срабатывание технологических защит, предусмотренных требованиями РД-35.240.00-КНТ-207-08 «Автоматизация и телемеханизация магистральных нефтепроводов. Основные положения».

Рис.13. Пример работы «Конструктора настроек модели»:настройка генератора аварийных ситуаций

Средства визуализации

При первичном обучении вновь принятых сотрудников, а также для обуче-ния студентов, малознакомых на практике с особенностями функционирования оборудования объектов транспорта нефти, критически важным является нагляд-ность процесса управления. Поэтому кроме схематичной картинки АРМ операто-ра или диспетчера необходимо визуализировать процессы в виде графиков, диа-грамм, а также средств, отображающих пространственную реализацию тех или иных процессов. К таким средствам можно отнести 3D-модели объектов транс-порта нефти или действующие макеты типовых участков, как например в инте-грированной обучающей системе, реализованной в Самарском государственном техническом университете.


368

Рис. 14. 3D-модель объектов транспорта нефти

Рис. 15. Действующий макет интегрированной обучающей системы


369

Литература

1. Пуликовский К.Б. Приоритет качеству подготовки, профессиональному обучению и аттестации работников организаций, поднадзорных Ростехнадзору // Безопасность труда в промышленности. 2006. №7. С. 5-7.

2. ПБ 09-540-03. Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароо-пасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств.

3. Базарова Г.Т. Особенности обучения взрослых // Менеджер по персона-лу. 2007. № 2. С. 42 - 48.


370

UDC 614.8.084

INTEGRATED LEARNING SYSTEMSFOR PIPELINE OIL TRANSPORT SPECIALISTS

F.Sh. Khafizov, D.I. Shevchenko, A.A. KudryavtsevUfa State Petroleum Technological University,Ufa, Russia

Fire and Industrial Safety Chaire-mail: [email protected]

Abstract. In this article the conception of working out and construction of integrated learning complexes is described. They are intended for the pipeline oil transport specialists training. The learning complexes design requirements are advanced.

Keywords: pipeline transport, training systems, simulator, training aids require-ment

References

1. Pulikovskii K.B. Prioritet kachestvu podgotovki, professional'nomu obuche-niyu i attestatsii rabotnikov organizatsii, podnadzornykh Rostekhnadzoru (Priority for quality training, professional training and certification of employees of organizations, supervised by Rostechnadzor). Bezopasnost' truda v promyshlennosti. 2006, Issue 7, pp .5-7.

2. PB 09-540-03. General codes on explosion protection for explosive and fire hazardous chemical, petrochemical plants and oil refineries). Мoscow: PIO OBT, 2003.

3. Bazarova G.T. Osobennosti obucheniya vzroslykh (Features of adults educa-tion). Menedzher po personalu. 2007, Issue 2, pp. 42 - 48.


ИНТЕГРИРОВАННЫЕ ОБУЧАЮЩИЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ...

Documents