Тренажер для подготовки персонала тепловых сетей

Д.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»)

Статья в журнале Новое в российской электроэнергетике.  №1. 2007. С. 33-43.

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» (г. Челябинск) были 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.

Рис. 1. Экран тренажера для персонала тепловых сетей

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:

1. 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]»

2. 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]»

3. 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

4. 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.
5. 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).

6. 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»

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»

Команда	Этап							Количество набранных баллов	Занятое место
	0	1	2	3	4	5	6
Пермские ТС	29	148	181,3	83,699	258,14	170	268	1138,109	2
Березниковская ТЭЦ-2	28	138	144,9	199,597	211,628	116	222	1060,125	6
Свердловские ТС - №2	29	146	175	110,887	220,93	175	234	1090,817	4
Сыктывкарские ТС	33	154	196.3	81,653	232,558	87	199	983,511	7
Чайковская ТЭЦ	30	160	168,8	229,839	169,767	84	225	1067,406	5
Ухтинские ТС	32	156	175,3	27,218	276,744	187	259	1113,262	3
Свердловские ТС - №1	29	144	148,3	227,823	300,000	189	274	1312,123	1

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

Команда	Этап						Количество набранных баллов	Занятое место
	1	2	3	4	5	6
Пермские тепловые сети	189	163	180	200	167	252	1150,98	2
Челябинские тепловые сети	200	197	200	196	195	298	1285,973	вне конкурса
Тюменские тепловые сети	182	79	147	165	174	258	1005,348	5
Свердловские тепловые сети	187	165	200	196	179	281	1208,173	1
Курганские тепловые сети	176	130	157	185	176	264	1087,492	4
Оренбургские тепловые сети	182	90	189	200	173	264	1098,089	3
Кировские тепловые сети	154	88	146	146	177	259	969,855	7
Башкирские тепловые сети	184	103	131	188	101	264	970,55	6

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.

Литература:

1. 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.

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

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