ИМИТАТОР БЛОЧНОГО ПУНКТА УПРАВЛЕНИЯ ПОЛНОМАСШТАБНОГО ТРЕНАЖЕРА ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

Заявляемая полезная модель относится к области энергетики, в частности, энергетического тренажеростроения и касается конструирования и эксплуатации имитаторов блочных пунктов управления (БПУ) полномасштабных тренажеров энергоблоков электростанций, преимущественно атомных, и может быть использована в учебно-тренировочных центрах как универсальное техническое средство для тренажерной подготовки операторов разнотипных энергоблоков АЭС.
Повышение спроса на хорошо подготовленных операторов АЭС, а также необходимость поддержания уровня натренированности операторов вместе со сложностью атомных электростанций привело в 60-х годах прошлого века к созданию полномасштабных тренажеров, являющихся самым эффективным инструментом обучения в этой области. Полномасштабный тренажер атомной станции - программно-технический моделирующий комплекс, воспроизводящий динамические режимы работы АЭС в реальном времени и использующий полномасштабную модель реального блочного пункта управления, с которого на АЭС ведется централизованное автоматизированное управление технологическими процессами, реализуемое операторами и средствами автоматизации. Полномасштабные тренажеры для АЭС создаются, как правило, под конкретный (референтный) энергоблок и практически отсутствуют тренажеры, способные гибко перестраиваться на различные типы энергоблоков и быть универсальным тренажерным средством. Вместе с тем, на многих действующих АЭС, имеющих несколько однотипных
энергоблоков с одинаковой организацией централизованного автоматизированного управления, могут быть разные по виду БПУ в силу того, что на них в разные сроки и в различных объемах проводились работы по модернизации систем и оборудования, продлению срока эксплуатации. Актуальность решения проблемы "универсальности" и "гибкости" полномасштабных тренажеров усиливается процессом внедрения на действующих АЭС современных дисплейных средств представления информации на БПУ (проекционных кубов, плазменных и жидкокристаллических панелей). Применение дисплейных средств существенно меняет человеко-машинный интерфейс БПУ и никакими компенсирующими мероприятиями невозможно обеспечить подготовку персонала на полномасштабном тренажере, имитатор БПУ которого изначально создавался на традиционных средствах отображения информации. Поэтому, несмотря на успехи, достигнутые в мировом энергетическом тренажеростроении, до настоящего времени российским и зарубежным разработкам полномасштабных тренажеров присущи проблемные вопросы, заключающиеся в реализации:
- универсального имитатора БПУ полномасштабного тренажера для нескольких разнотипных энергоблоков;
- механизмов, позволяющих гибко перестраивать полномасштабный тренажер при модернизации систем и оборудования АЭС без длительной остановки тренажера на модернизацию и замену его технических средств.
Одним из аналогов заявляемой полезной модели является имитатор БПУ полномасштабного тренажера, описанного в статье: Simulator Training for Older Nuclear Power Stations - CEGB Magnox simulator/Ratclif J.A. // Proc. of the Specialists' Meeting on Training Simulators for Nuclear Power Plants, Toronto, Canada, Sept.14-16, 1987. - IAEA, Vienna, 1987. Данный тренажер предназначен для подготовки персонала
нескольких АЭС, построенных в разное время, имеющих разные технологические схемы и, соответственно, существенные отличия в части организации контроля и управления на БПУ. Имитатор БПУ состоит из щита с приборными панелями и пульта управления. Для имитации приборных панелей разных АЭС предусмотрены накладные панели, устанавливаемые на каркас щита. Комплекты панелей складируются в помещении тренажера в специальной стойке. Для перемещения панелей используется транспортная тележка. К недостаткам указанного имитатора БПУ можно отнести трудоемкость процесса перестройки на другую конфигурацию, а также длительность изготовления и интеграции с моделирующим программным обеспечением тренажера новых панелей в случае изменения состава/номенклатуры оборудования приборных панелей на энергоблоках - наиболее близких аналогах.
Ближайшим аналогом заявляемого технического решения является имитатор БПУ полномасштабного тренажера, описанный в статье "TSG++: a full scope training simulator using soft panels", 2000 г. Данный имитатор БПУ включает имитаторы приборных панелей и пультов управления, выполненные на дисплеях, в том числе с использованием дисплеев с сенсорными экранами, при этом фасады реальных приборных панелей и пультов управления воспроизводятся при помощи графического интерфейса в виде так называемых программных панелей (soft panel) и компьютер. Такое решение предоставляет оператору такие же функциональные возможности, что и имитатор с полномасштабным копированием. Взаимодействие операторов с моделью энергоблока выполняется посредством сенсорных экранов, содержащих "оживленные" изображения органов управления. Для того чтобы воспринимать графические изображения панелей целиком и исключить необходимость навигации по фрагментам панелей, масштаб изображений уменьшен и составляет 40-45% от реальных размеров.
Недостатком ближайшего аналога является то, что примененные в нем дисплеи не позволяют представлять изображения панелей в натуральную величину, а сенсорные экраны не позволяют обучаемому манипулировать органами управления способом, идентичным используемому в реальной деятельности. Известно также, что средствами одной лишь компьютерной графики невозможно подготовить оператора, способного к профессиональному выполнению реальных задач.
Задачей, решаемой настоящей полезной моделью, является реализация таких свойств, как универсальность, позволяющая вести тренажерную подготовку операторов нескольких разнотипных энергоблоков, БПУ которых имеют существенные отличая в оформлении приборных панелей и пультов управления; гибкость, позволяющая легко видоизменять имитатор БПУ при изменении средств отображения информации на реальном БПУ, а также повышение оперативности конфигурирования тренажера под конкретный энергоблок - наиболее близкий аналог.
Сущность предлагаемого технического решения состоит в том, что в имитаторе блочного пункта управления полномасштабного тренажера ядерной энергетической установки, содержащем имитатор приборных панелей, имитатор пульта управления с приборной доской и компьютер, предложено, приборные панели и приборные доски выполнить на дисплеях, причем в качестве дисплеев приборных панелей использовать видеокубы, обеспечивающие возможность получения бесшовного полиэкранного изображения, а пульт управления выполнить в виде модулей с унифицированными разъемами и сменных столешниц с панелями управления. Кроме того, компьютер выполняет функции управления, и связан с дисплеями через видеоконтроллер и оборудование доставки видеосигналов.
Несмотря на то, что в основе предлагаемого имитатора БПУ и его ближайшего аналога лежит один и тот же принцип - воспроизведение
внешнего вида и функций, реальных БПУ, они отличаются способом формирования и средствами представления изображений на дисплеях, а также конструкцией имитаторов пультов управления. Использование видеокубов, представляющих собой крупноформатные средства отображения информации, в качестве дисплеев обеспечивает получение бесшовного полиэкранного изображения, содержащего видеообразы имитируемого оборудования в натуральную величину. Выполнение имитатора пульта управления в виде модульной конструкции со сменными столешницами обеспечивает возможность установки комплектов столешниц разных конфигураций с полномасштабным копированием органов управления и индикации на лицевой стороне столешниц. Для обеспечения связи комплектов столешниц разных конфигураций с системами ввода/вывода и электропитания тренажера, модули пульта снабжены разъемами, унифицированными по исполнению и размещению. Использование видеоконтроллера для распределения видеосигналов по дисплеям позволяет управлять видеоизображениями независимо от их источника и способа передачи.
Предлагаемая полезная модель поясняется графическим материалом. На фиг.1 приведена компоновка имитатора БПУ, на фиг.2 представлен общий вид имитатора БПУ в процессе замены столешниц пульта, на фиг.3 - структурно-функциональная схема вывода видеоизображений на дисплеи имитатора БПУ.
Имитатор БПУ (фиг.1) состоит из имитатора "приборных" панелей 1, собранных из видеокубов, имитатора пульта управления 2 с "приборной" доской 3, собранной из плоскопанельных мониторов.
Видеокубы 1 (фиг.2) собраны в единую бесшовную конструкцию, образующую видеостену, и установлены на пьедестал 2. Размеры экранов видеокубов выбираются согласно размерам реальных приборных панелей, что позволяет визуально точно воспроизвести приборы и средства
отображения информации, которыми оборудованы реальные приборные панели. Имитатор пульта управления состоит из модулей 4, предназначенных для размещения пультового оборудования (аппаратуры системы ввода/вывода, источников питания, кабелей, электротехнической арматуры и пр.) и сменных столешниц 5, с размещенными на них органами управления и индикации. Модуль 4 состоит из несущего каркаса (на фиг.2 не показан) и навесных декоративно-защитных панелей. Каркас модуля собран из металлоконструкций, имеющих фасонные отверстия для соединения модулей между собой и крепления навесных элементов. Навесные элементы отличаются способом их установки на каркас модуля. Внутренние навесные элементы являются пультовым оборудованием, и все установочные размеры для их крепления выполнены в соответствии со стандартом установки оборудования. Внешние навесные элементы выполняют декоративно-защитную роль. Сменная столешница 5 состоит из рамы (на фиг.2 не показана) и откидывающейся панели управления 6. Рама предназначена для крепления внутреннего оборудования столешницы 5 и панели управления 6 и представляет собой пространственный каркас (на фиг.2 не показан), выполненный из фасонных металлоконструкций. Панель управления 6 служит для установки органов управления и индикации, аналогичных оборудованию реального БПУ. Форма и конструктивное исполнение столешницы 5 обеспечивают возможность установки направляющих элементов и фиксаторов для ее закрепления в определенном положении. Направляющие элементы с фиксаторами соединены в единый механизм, имеющий возможность произвольного монтажа. Для обеспечения электрических соединений сменных столешниц с пультовым оборудованием верхняя часть модуля 4 имеет унифицированные разъемы 7. Контакты разъемов 7 функционально разделены на группы так, что каждая из групп (на фиг.2 не показаны) имеет строго определенный состав. Разъемы 7 размещаются
с определенным шагом, что дает возможность стандартизации посадочных мест модуля 4 и сменной столешницы 5. На обращенном к оператору торце модуля 4 установлены стандартные выдвижные полки 8 под компьютерные клавиатуры. Для доступа к пультовому оборудованию предусмотрены открывающиеся дверцы (на фиг.2 не показаны), расположенные с тыльной стороны модуля. Плоскопанельные мониторы 3 установлены вдоль задней верхней части пульта непрерывным рядом, непосредственно за сменными столешницами 5. Крепление мониторов к модулям пульта осуществляется с помощью стандартных кронштейнов.
Схема вывода видеоизображений на дисплеи представлена на фиг.3. Видеоизображения, сформированные в главном моделирующем компьютере тренажера, передаются на дисплеи (видеокубы и плоскопанельные мониторы) через видеоконтроллер 1. Смоделированные изображения могут произвольно микшироваться с изображениями, поступающими в виде видеосигналов, от прочих систем, интегрированных в состав вычислительного комплекса полномасштабного тренажера, включая источники телевизионных аналоговых сигналов. Дистанционное управление, микширование, масштабирование и месторасположение на дисплеях видеоизображений осуществляется с помощью управляющего компьютера 2, на котором установлено программное обеспечение, позволяющее управлять видеоконтроллером. Передача видеосигналов осуществляется посредством оборудования доставки видеосигналов включающего видеоудлинители стандарта DVI-I, состоящие из передающего 3 и принимающего 4 модулей, соединенных стандартным кабелем на основе витой пары. Передатчики 3 установлены в непосредственной близости от видеоконтроллера 1, приемники 4 смонтированы внутри пульта.
Работа по приведению конфигурации имитатора БПУ в соответствие с конкретным энергоблоком включает два этапа: настройку имитатора пульта управления и загрузку на главном моделирующем компьютере модели энергоблока-прототипа и видеоизображений. В процессе настройки имитатора пульта управления выполняются следующие действия (см. фиг.2):
- транспортировка комплекта сменных столешниц 5 при помощи тележки, имеющей направляющие и фиксаторы, предназначенные для стыковки с направляющими модулей 4;
- установка сменных столешниц 5 на пульт, заключающаяся в стыковке и фиксации тележки, перемещении столешницы 5 по направляющим с тележки на пульт, стыковке с унифицированными разъемами 7, закреплении замковыми фиксаторами и отстыковке тележки;
- включение электропитания имитатора пульта;
- тестирование системы ввода/вывода.
Преимуществом настоящего имитатора БПУ является то, что с его реализацией отпадает необходимость строительства нескольких полномасштабных тренажеров для разных энергоблоков (затраты на создание полномасштабного тренажера для энергоблока АЭС электрической мощностью 1000 МВт. в настоящее время оцениваются в 200 млн. рублей). Дополнительным преимуществом является сокращение до минимума расходов по приведению имитатора БПУ в соответствие с БПУ энергоблоков - наиболее близких аналогов при их модернизации, а также отсутствие расходов на техническое обслуживание и ремонт многочисленного оборудования приборных панелей БПУ.