РАЗРАБОТКА КОМПЬЮТЕРНОГО ТРЕНАЖЕРНОГО КОМПЛЕКСА УСТАНОВКИ ДЕБУТАНИЗАЦИИ НА ОСНОВЕ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ YOKOGAWA CENTUM VP И ТРЕНАЖЕРНОЙ СИСТЕМЫ СТДИНАМИКА

DEVELOPMENT OF THE DEBUTANIZATION COMPUTER TRAINING COMPLEX BASED ON THE DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM YOKOGAWA CENTUM VP AND STDINAMIKA TRAINING SYSTEM

Stanislav Grigorev

master candidate, Department of Automation Systems and Technological Process Control, Kazan National Research Technological University,

Russia, Kazan

Rimma Zaripova

Scientific advisor, Candidate of Engineering Sciences, Docent of ASTPC department, Kazan National Research Technological University,

Russia, Kazan

АННОТАЦИЯ

В настоящей статье рассматривается разработка, особенности и возможности компьютерной тренажерной системы (КТС) для установки дебутанизации на основе распределенной системы управления (РСУ) YOKOGAWA Centum VP и тренажерной системы СТДинамика. Разработанная КТС может применяться для обучения оперативного персонала установки дебутанизации, а также студентов учебных заведений.

ABSTRACT

The article discusses the development, features and capabilities of a computer training system (CTS) for a debutanization plant based on the YOKOGAWA Centum VP distributed control system (DCS) and the STDinamika training system. The developed CTS can be used to train the operating personnel of the debutanization plant, as well as students of educational institutions.

Ключевые слова: разработка, компьютерная тренажерная система, распределенная система управления, дебутанизация, Centum VP, СТДинамика.

Keywords: development, computer training system, distributed control system, debutanization, Centum VP, STDinamika.

В настоящее время производство развивается ускоренными темпами: строятся новые заводы, реконструируются и усложняются старые. Это приводит к тому, что новое и более сложное производство требует более подготовленный персонал. В связи с этим наличие компьютерной тренажерной системы (КТС) для повышения квалификации персонала на опасных производствах крайне рекомендуется.

Основная опасность процесса дебутанизации (рис. 1) — разгерметизация технологического оборудования. Неправильные или несвоевременные действия технологического персонала — основная причина возникновения аварий на технологических объектах. Поэтому для их предотвращения требуются систематические отработки ведения технологического процесса, пуска и остановки производства, а также аварийных ситуаций. Таким образом, разработка КТС установки дебутанизации позволяет снизить затраты на ликвидацию последствий возможных аварий и повысить эффективность обучающегося персонала, тем самым обеспечивает бесперебойную работу и выпуск товарного продукта.

Рисунок 1. Компьютерная модель установки дебутанизации

В разработке КТС применялась РСУ YOKOGAWA Centum VP [1], поскольку она поддерживает большинство современных информационных сетей. В основе структуры Centum VP лежат: станция оператора (HIS), станция управления (FCS) и управляющая сеть.

В качестве станции оператора (HIS) в системе Centum VP используется ПК, на котором установлены программные пакеты функций управления и контроля.

Станция инженера (ENG) — это ПК, используемый для конфигурации и техобслуживания системы. Станция инженера имеет виртуальную функцию тестирования, которая позволяет осуществить тестирование алгоритмов управления системы на одном ПК.

В качестве системы противоаварийной защиты (ПАЗ) применяется YOKOGAWA ProSafe, которая удовлетворяет всем требованиям к функциональности и надежности современных систем обеспечения безопасности производства. Она оснащена функциями для интеграции с системой CENTUM VP / CS3000, реализующими интерфейс связи для доступа из станции оператора (HIS) или станции управления (FCS) к контроллеру системы безопасности (SCS) системы ProSafe-RS через шину Vnet или Vnet/IP.

Динамический компьютерный тренажёр СТДинамика [2] представляет собой специализированное программное обеспечение, устанавливаемое на вычислительный комплекс, состоящий из нескольких персональных компьютеров (ПК), оснащенных системным и прикладным программным обеспечением, и объединенных в единую локальную сеть (рис. 2).

Тренажёр включает в себя максимально приближённые к реальным динамические модели процессов химической технологии, автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУТП), а также системы ПАЗ. Используемые динамические модели представляют собой системы дифференциальных уравнений материального и теплового балансов, а также уравнений, описывающих тепло-массообменные, кинетические, термодинамические, равновесные, гидродинамические, гидравлические и другие аспекты процессов химической технологии.

Рисунок 2. Структурная схема КТС

Ядром тренажёра является модуль СТТехнология, в основе которого заложена структура, включающая 5 базовых компонентов:

• Адекватные динамические модели;
• Адекватные трёхмерные модели (опционально);
• Учебно-методическое обеспечение;
• Экспертная система оценки действий пользователей;
• Модуль подключения к проекту промышленной РСУ.

В модуле СТТехнология реализована совокупность функций обучения и контроля над учебным процессом, к которым относятся:

• выбор и загрузка стандартного упражнения для тренинга или тестирования;
• моделирование штатных, нештатных и аварийных ситуаций, а также ситуаций изменения внешних условий технологических процессов;
• наглядного представления информации для наблюдения значений, трендов и алармов параметров технологического процесса (температуры, давления, перепады давлений, расходы, уровни, концентрации и пр.);
• реализация управления всеми доступными объектами (интерактивными элементами);
• использование экспертной системы оценки по выполняемому упражнению;

Модели адаптированы к конкретным условиям моделируемого технологического объекта по режимным параметрам, обозначениям и описаниям позиций, обвязке КИПиА, шкалам приборов, границам сигнализаций и т.п.

К основным возможностям модуля СТИнструктор относятся:

• создания и редактирования нестандартных заданий к упражнениям, содержащих различные последовательности возникновения произвольных технологических, нештатных и аварийных ситуаций;
• дистанционного назначения нестандартных упражнений ученикам;
• дистанционного контроля над ходом тренинга, анализа и оценки результатов выполнения упражнений всех учеников;

Рисунок 3. Механизм взаимодействия модулей СТТехнология и «АРМ РСУ»

Взаимодействие модулей СТТехнология и «АРМ РСУ» осуществляется c помощью OPC-протокола (рис. 3). После подключения клиент ОРС в модуле СТТехнология выполняет операции чтения-записи тегов эмулятора контроллера, эмулируя передачу сигналов с «поля».

Такой механизм обеспечивает возможность подключения к любой РСУ или SCADA, поддерживающей протокол ОРС.

Заключение. Компьютерные тренажерные комплексы представляют собой не только эффективное средство для обучения, в том числе дистанционного, но и являются крайне перспективным инструментом в научно-исследовательских работах, в частности, для математического моделирования процессов, протекающих в технологическом оборудовании.

Применение современных компьютерных тренажерных комплексов позволяет достичь максимальной эффективности и максимальной отдачи от вложенных в подготовку оперативного персонала и студентов временных и финансовых ресурсов.

Список литературы:

1. Обзор распределенной системы управления CENTUM VP // YOKOGAWA.[2007–2018]. — [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://www.yru.nichost.ru/products/upravlenie-proizvodstvom-i-bezopasnostyu/raspredelennye-sistemy-upravleniya/obzor-sistemy-centum-vp/ (дата обращения: 20.03.2021).
2. Динамические компьютерные тренажеры СТДинамика // СТДинамика. [2021-2021]. — [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://sistemotehnika.ru/ (дата обращения: 20.03.2021).