Разработка компьютерных тренажеров по ликвидации аварийных ситуаций в химической промышленности

А. В. Мущинин, Д. В. Елизаров, В. В. Елизаров

РАЗРАБОТКА КОМПЬЮТЕРНЫХ ТРЕНАЖЕРОВ ПО ЛИКВИДАЦИИ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ

В ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Ключевые слова: аварийная ситуация, компьютерный тренажер, интерфейс пользователя, способ визуализации, система

обучения, перечень действий.

В работе описывается технология создания компьютерного тренажера по ликвидации аварийных ситуаций для химического производства. Рассматриваются требования, предъявляемые к подобному комплексу. Представлена структура, функциональность и возможности разработанного тренажера. Описывается графический интерфейс пользователя и администратора.

Keywords: accident situation, computer simulator, user interface, way to visualize, training system, list of actions.

This paper describes a technique to create computer simulator for emergency responsefor chemical production. We consider the requirements for such a complex. The structure, function and capabilities of the developed simulator. We describe a graphical user interface and administrator.

Современный уровень развития нефтехимических производств предъявляет все более высокие требования ко всем аспектам системы управления химико-технологическими процессами, обслуживающему и руководящему персоналу, и что очень важно, к операторам, которые заняты непосредственным управлением. В связи с этим задача подготовки специалистов как всегда остается очень важной. В этой связи, обучение и тренинг операторов занимают практически столь же важное место, как и технические мероприятия по повышению надежности и безопасности процессов химической технологии.

Полноценному решению данной задачи способствует создание компьютерных тренажеров, которые позволят персоналу довести до автоматизма навыки диагностирования возможных отклонений от нормального режима, выявления их причин, прогнозирования возможных последствий, принятия и реализации правильных решений по ликвидации или локализации аварийных ситуаций. Еще одним основанием создания компьютерных тренажеров служат:

• Общие правила взрывобезопасности для

взрывопожароопасных химических,

нефтехимических и нефтеперерабатывающих

производств ПБ 09-540-03 п.2.12, утв. Постановлением Госгортехнадзора РФ от 5 мая 2003 г. №29;

• методические указания о порядке

разработки плана локализации и ликвидации аварийных ситуаций (ПЛАС) на химико-

технологических объектах РД 09-536-03 п.1.7, утв. постановлением Госгортехнадзора РФ от 18 апреля 2003 г. №14;

Большая науко- и трудоемкость разработки таких программных продуктов сказывается как на длительности, так и на большой стоимости выполняемых проектов, что и объясняет причину низкой обеспеченности предприятий подобными программными комплексами. Поэтому при создании

тренажерного комплекса ставится задача не только максимального приближения к реальным условиям работы, но и максимального упрощения и оптимизации всего процесса. Здесь кратко изложена технология разработки компьютерного тренажера для химического производства.

Была поставлена задача реализации

следующих функций тренажера:

• специализированная тренажерная модель моделируемого цеха (технологического узла);

• программное обеспечение, реализующее на базе персонального компьютера рабочее место (станцию) администратора (инструктора) обучения;

• набор упражнений для отработки навыков и комплексного умения безопасного и эффективного управления процессом, согласно плану ликвидации аварийных ситуаций;

• на базе персонального компьютера реализуется рабочее место (станция) оператора (обучаемого).

Помимо всех вышеперечисленных функций разработанный комплекс оснащен электронносправочной документацией и базой данных технологического оборудования. В тренажерном комплексе используются математические модели, разработанные большим авторским коллективом [1, 2].

Заключительный отчет содержит описание структуры программного обеспечения тренажера, интерфейса пользователя, математических моделей процессов, а также всего комплекса упражнений, предназначенных для освоения пуска, планового и аварийного останова.

Руководство пользователя компьютерного тренажера содержит полное описание разработанного программного продукта.

Рассмотрим структуру, функциональность и возможности разработанного комплекса:

На рис. 1 изображено окно входа в систему, которое появляется при запуске программы. Здесь происходит выбор пользователя, ввод пароля, выбор схемы и теста. Список пользователей задается в

соответствии с перечнем лиц, работающих в данном цехе. В дальнейшем он может быть отредактирован администратором системы. Каждому пользователю, в соответствии с занимаемой должностью определяются определенные узлы и упражнения, на которых он сможет проходить обучение. Это связано с тем, что у каждого должностного лица при ликвидации аварийных ситуаций строго определены функции, которые утверждены и прописаны в ПЛАС данного предприятия. Каждому

пользователю администратор задает

индивидуальный пароль.

После выбора пользователя необходимо выбрать номер и название схемы (узла, блока) на котором обучаемый (тестируемый) будет отрабатывать свои действия. Схема определяет какой узел цеха будет загружен в программу. Для каждой схемы существует набор тестов в соответствии с аварийными ситуациями, описанными в ПЛАС.

Вход 1-а»]

( Пользователь Пароль

Петров А.Л. Ч

Схема

*

Тест

Аппаратчик подготовки сырья А-2.2.1, 2.2.2, 2.4.0, 2.6.0 Ч

ОК [ Отмена

Рис. 1 - Окно входа в систему

После нажатия кнопки «ОК» перед пользователем появляется окно общего вида, изображенное на Рис. 2. Это основное окно, в котором происходит весь процесс обучения и тестирования. Оно состоит из нескольких рабочих областей.

1 - Основная рабочая область, в которой пользователь выполняет различные действия по управлению технологическим процессом. Данная область полностью повторяет функциональную схему данного технологического узла, за исключением оригинальной системы и способа визуализации технологических объектов. Это обусловлено отсутствием на данном узле современной системы автоматизации и системы визуализации. Разработанная система визуализации полностью соответствует требованиям визуализации «СКАДА»-систем и интуитивно понятна пользователю.

2 - Область просмотра всей схемы для визуального обзора (миникарта). Данная область позволяет пользователю оперативно осуществлять управление всей технологической схемой, быстро перемещаться из одного участка схемы в другой и помогает ориентироваться и запоминать относительное расположение объектов.

3 - Рамка текущей рабочей области, выделенная зеленым цветом, показывает

пользователю тот участок технологической схемы, обзор которого он сейчас осуществляет. Переход по схеме с помощью миникарты осуществляется нажатием левой кнопкой мыши на соответствующую область миникарты, которая подсвечивается зеленым цветом.

4 - Кнопки действий - «Закрыть окно», «Старт», «Финиш», «Выбор действия», «Свернуть» или «Показать» миникарту, «Справочник». Они расположены в нижнем левом углу слева-направо, соответственно. При нажатии на кнопку «Справочник» пользователь получает доступ к электронно-справочной системе (меню «Справка»), в которую входят «Руководство пользователя», «Технологическое оборудование» и «Упражнения». В данном разделе находится весь перечень необходимых материалов для работы с тренажером, что позволяет даже неподготовленному пользователю ознакомиться с работой технологического узла и комплекса по обучению. Стоит отметить, что доступ к электронносправочной системе возможен только до момента нажатия кнопки «Старт», представленной в виде флажка. При нажатии кнопки «Старт» происходит запуск схемы, начинает работать технологическое оборудование. После запуска режима тестирования доступ к электронно-справочной документации запрещен, поскольку во время проверки знаний пользователя можно полагаться только на отработанные навыки.

Для увеличения окна общего обзора имеется возможность свернуть/развернуть миникарту нажатием соответствующей кнопки, выполненной в виде стрелки.

Пользователю, в зависимости от настроек теста, дается определенное количество времени на выполнение конкретного действия.

Все действия делятся на несколько типов:

- текстовые - действия, которые не связаны с работой технологического оборудования, к ним относятся: позвонить, предупредить, сообщить и т.п.; при необходимости совершения данного действия активируется кнопка выбора действия (в остальное время она неактивна). При ее нажатии на экране появляется список возможных действий и от пользователя требуется выбрать одно из них. Для выбора конкретного действия необходимо два раза щелкнуть по выбранному пункту, либо выделить его одинарным щелчком левой кнопкой мыши и нажать кнопку «ОК»

- действия, связанные с работой технологического оборудования. К ним относятся: открытие/закрытие арматур, электрозадвижек, отсечных клапанов, установка автоматического режима регулятора, пуск или останов насоса и т.п.;

- действия по ожиданию - к ним относятся все действия, в которых необходимо дождаться заполнения/опорожнения емкости, выхода объекта на режим, открытия/закрытия клапана и т.п.

X *   ♦ «

Рис. 2 - Окно общего вида

Для входа в режим администрирования необходимо в качестве пользователя указать -Администратор и ввести соответствующий пароль.

Рис. 3 - Окно администратора

Права на добавление/удаление

пользователей, установку паролей, просмотр результатов тестирования доступны только администратору.

Результаты тестирования редактированию (удаление, исправление) не подлежат, все пройденные тесты выбранного пользователя сортируются по дате проведения.

Открытие, редактирование и сохранение списка пользователей осуществляется при помощи кнопок «Открыть», «Сохранить», «Добавить

пользователя», «Удалить пользователя». На рис. 3 данные кнопки расположены в левом верхнем углу окна.

Таблица 1 - Обозначение оборудования на схеме

пользователя и в выпадающем меню «Должность» выбрать позицию, которую этот пользователь занимает. После того как были введены все данные, необходимо нажать на кнопку «Сохранить». После чего пользователь может приступать к выполнению заданий.

Перечень управляющих элементов на схеме представлен в таблице 1.

К ним относятся: арматура с ручным приводом, которая может иметь два фиксированных положения: открыто/закрыто. Это состояние

отображается изменением цвета арматуры: зеленая

- открыто, красная - закрыто; электрозадвижка и отсечной клапан, которые могут находиться в аналогичных состояниях. Отображение состояния насосов, компрессоров и оборудования, не присутствующего на данной схеме представлено в таблице 1 в виде кнопки управления насосом. Весь перечень оборудования, не присутствующего на схеме группируется в одноименную таблицу, которая размещается на конце схемы. К непосредственным элементам управления относится панель регулятора, на которой отображается название контура регулирования, режим работы (ручной/авто), значение уставки 8Р и текущее значение измеряемой величины. Панель индикации представляет собой упрощенный вид панели регулятора, на которой присутствуют название контура и текущее измеряемое значение.

Для непосредственного управления положением арматуры, электрозадвижки, отсечного клапана необходимо совершить двойной щелчок левой кнопкой мыши по выбранному элементу, после чего появляется окно, предлагающее открыть или закрыть его, в зависимости от первоначального положения. Красный цвет означает, что арматура закрыта, зелёный означает, что арматура открыта.

При двойном клике по кнопке управления насосом появляется окно, предлагающее запустить или остановить насос, в зависимости от его первоначального положения. Красный цвет означает, что насос выключен, зелёный означает, что насос включен. Данное окно представлено на рис. 4.

Графическое изображение Назначение

Арматура

Ж Электрозадвижка

Л Отсечной клапан

О Кнопка управления насосом

ІЛШШІ р Панель регулятора

5Р 200 0

ТЕ0715 20,344 Панель индикации

При добавлении нового пользователя необходимо ввести в поле «Ф.И.О.» Имя

Рис. 4 - Окно управления положением клапана, работой насоса и т.п.

Все действия пользователя должны строго соответствовать положениям регламента и ПЛАС, поэтому все отклонения от этих предписаний заносятся в базу как совершенные ошибки. Одним из условий функционирования системы является отведение определенного интервала времени на выполнение конкретного действия. К примеру, на открытие арматуры дается 20 секунд времени, а на остановку насоса 30. Выбранный временной

интервал зависит от производственной временной необходимости для выполнения того или иного действия. При проектировании программного комплекса не ставилось задачи полного временного соответствия технологическому процессу, что позволило значительно упростить и ускорить процесс обучения и тестирования персонала. При выборе неверного действия, ошибочной установке значения или открытия-закрытия клапана система выдает ошибку в нижней панели и записывает ошибку в базу. Если пользователь не успел выполнить действие до окончания отпущенного времени, то система выдает ошибку о превышения временного интервала. Невыполненное

пользователем действие выполняется системой автоматически. Более подробно с ошибками пользователя можно знакомиться в окне администратора. По окончании тестирования оценочная система выдает отчет, в котором записано общее время выполнения упражнения и список всех допущенных ошибок. Принятие решения о сдаче/несдаче упражнения и о выставлении оценки лежит на администраторе, который является экспертом в данной области. Ошибки могут быть разделены на два типа, существенные и несущественные. К несущественным можно отнести ошибки, которые эксперт может посчитать незначительными. К примеру, в реальной ситуации, аппаратчик может открыть/закрыть в первую очередь арматуры, находящиеся вблизи его текущего местоположения,

а затем те, которые находятся вдалеке. Это позволит существенно сократить время выполнения данных операций, но на процесс ликвидации аварии не окажет сильного влияния. Эксперт знает эти особенности, и такие ошибки в расчет брать не будет. К существенным ошибкам отнесем те, в которых пользователь совершил кардинально не правильные действия, либо вообще не совершил одно/несколько из них. По мнению разработчиков и заказчиков данного комплекса, данный этап развития подобных программ не дает возможности построения объективной экспертной оценочной системы. Этот вопрос является не менее сложным, чем весь процесс построения тренажерного комплекса.

Разработанный программный комплекс успешно апробирован и внедрен на реальном предприятии, о чем имеется акт ввода в эксплуатацию.

Работа выполнена в рамках использования гранта президента РФ для государственной поддержки молодых российских ученых МД-552.2011.8 (договор № 16.120.11.552-МД от

18.02.2011).

Литература

1. Д.В. Елизаров, А.В. Мущинин, Вестн. Казан. технол. ун-та., 14, 9, 104-108 (2011).

2. Т.С. Камалиев, Д.В. Елизаров, Вестн. Казан. технол. ун-та, 14, 9, 127-131 (2011).

© В. В. Елизаров - д-р тех. наук, проф., директор НХТИ КНИТУ, nchti@nchti.ru; Д. В. Елизаров - канд. техн. наук, доц. кафедры АИТ КНИТУ, elizarov_dv@mail.ru; А. В. Мущинин - инж. каф. АТПП НХТИ КНИТУ, leha5588@mail.ru.