Научные, методические и технологические основы разработки тренажеров оперативного персонала энергетических установок тема диссертации и автореферата по ВАК 05.14.04, доктор технических наук Магид, Сергей Игнатьевич

Диссертация и автореферат на тему «Научные, методические и технологические основы разработки тренажеров оперативного персонала энергетических установок». disserCat — научная электронная библиотека.
Автореферат
Диссертация
Артикул: 81952
Год: 
1999
Автор научной работы: 
Магид, Сергей Игнатьевич
Ученая cтепень: 
доктор технических наук
Место защиты диссертации: 
Москва
Код cпециальности ВАК: 
05.14.04
Специальность: 
Промышленная теплоэнергетика
Количество cтраниц: 
343

Оглавление диссертации доктор технических наук Магид, Сергей Игнатьевич

Введение.

Глава 1. Современные принципы построения тренажеров в энергетике.

1.1. Оперативный персонал и его роль в управлении ТЭС.

1.2. Принципы и тенденции построения тренажеров оперативного персонала.

1.3. Принципы моделирования теплоэнергетического оборудования при построении тренажеров.

1.4. Определение цели и направления исследований.

Глава 2. Математические модели технологических процессов ТЭС.

2.1. Требования к моделям объектов, используемых в тренажерах.

2.2. Психофизиологические особенности человека-оператора в системе управления.

2.3. Логико-динамические модели оборудования и процессов теплового энергоблока.

2.4. Формализация метода определения нелинейных непрерывных моделей.

2.5. Выводы по главе.

Глава 3. Построение системы оперативных моделей теплового энергоблока.

3.1. Технологическая декомпозиция системы оперативных моделей оборудования и процессов ТЭС.

3.2. Алгоритм построения тренажера оператора энергоблока ТЭС.

3.2.1. Этапы построения тренажера.

3.2.2. Анализ взаимодействия специалистов при разработке тренажера.

3.3. Разработка и исследование системы оперативных моделей теплового энергоблока.

3.3.1. Методы математического описания оперативных моделей теплового блока.

3.3.2. Пример разработки, исследования и реализации оперативной модели котлоагрегата.

3.3.3. Методика упрощения математических моделей для тренажера.

3.3.4. Численная параметрическая идентификация оперативной модели пусковых режимов котла.

3.4. Комплексная система оценки качества оперативных моделей и тренажера оператора энергоблока.

3.5. Внедрение результатов проведенных исследований и разработок.

3.6. Выводы по главе.

Глава 4. Концепция построения вахтового компьютерного тренажера оперативного персонала электростанции.

4.1. Особенности построения компьютерных тренажеров для комплексных тренировок оперативного персонала тепловой электростанции.

4.2. Методические вопросы выбора состава программно-технических средств вахтового компьютерного тренажера.

4.3. Аппаратно-программная реализация вахтового компьютерного тренажера.

4.4. Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) На тему "Научные, методические и технологические основы разработки тренажеров оперативного персонала энергетических установок"

Электроэнергетика - одна из важнейших отраслей топливно-энергетического комплекса России и ее устойчивое функционирование является жизненно необходимым для нормальной работы всего механизма экономики. Поэтому главной задачей отрасли является обеспечение устойчивого и надежного снабжения потребителей электрической и тепловой энергией [1,2].

Эффективность функционирования сложной человеко-машинной системы, какой является современная ТЭС, определяется надежностью работы как технических средств, так и оперативного персонала.

Повышение надежности и экономичности работы тепловой электростанции связано, прежде всего, со снижением аварийности по вине оперативного персонала. Анализ аварий на российских и зарубежных электростанциях показывает, что вклад ошибок человека в общее число аварийных или потенциально опасных ситуаций составляет в настоящее время 40-60% [3]. Основные источники этих ошибок - неадекватное конструирование пультов и щитов управления, неудовлетворительные инструкции и регламенты, недостатки в обучении и организации труда операторов. Необходимо отметить, что только за счет повышения квалификации операторов указанные цифры аварийности по вине персонала могут быть снижены до 4 - 6%.

Современные энергоустановки представляют собой сложнейшие динамические системы, оснащенные автоматизированными системами управления. Последние включают в себя большое количество датчиков, электрических приборов и релейных устройств, регуляторов, систем отображения информации, цифровые вычислительные машины и, как неотъемлемую часть АСУ, человека-оператора.

О сложности задач управления, стоящих перед оператором говорит тот факт, что, например, оператор мощной теплофикационной энергоустановки контролирует свыше 800 точек измерения и управляет более чем 400 объектами, выполняя свыше 100 заявок контроля и управления в час.

Возрастание требований к деятельности оперативного персонала вызвано в настоящее время следующими объективными причинами:

- увеличением неравномерности графика электрических нагрузок, в связи с чем в регулирующем режиме работает все большая часть оборудования, оснащенная системами автоматического регулирования, ориентированными на базовые нагрузки и с обслуживающим персоналом, не обладающим соответствующими навыками управления оборудованием в широком диапазоне изменения нагрузок;

- увеличением доли поступающего на электростанции топлива пониженного качества, приводящего к повышению уровня и частоты неорганизованных возмущений и, как следствие, требующего более интенсивного обслуживания;

- существенным изменениям в характере деятельности оперативного персонала ТЭС, происходящим в последнее время в связи с внедрением в АСУТП распределенных микропроцессорных программно-технических средств, предполагающих значительное сокращение традиционных средств контроля и управления и снижение активной роли оператора [4].

Последнее обстоятельство обусловливает дополнительные требования к увеличению готовности оператора и принятию решений в условиях неполной информированности, особенно в нештатных и аварийных ситуациях.

Очевидно, что успешная работа оператора может быть обеспечена исключительно за счет высокой тренированности, за счет доведенных до автоматизма приемов работы с органами управления и приемов безошибочного нахождения необходимых органов управления.

Это приводит к необходимости значительно улучшить систему переподготовки оперативного персонала и повышения его квалификации. Надежным средством лнтенсификации и повышения качества учебного процесса стала его компьютеризация.

Необходимость осуществления новых эффективных подходов к обучению персонала вызвана обострившемся в последние годы противоречием между возрастанием требований к обязанностям человека-оператора, обслуживающего технологическое оборудование, и неучетом этих требований традиционной системой подготовки.

Одним из направлений совершенствования системы подготовки оперативного персонала является приведение ее в соответствие с современными требованиями на основе интенсивного использования тренажеров, обучающих и контролирующих компьютерных программ для ЭВМ с превалирующим формированием навыков управления энергооборудованием и поддержанием уровня натренированности операторов.

Наиболее специфической чертой деятельности оператора в автоматизированной системе управления технологическим процессом является то, что оператор лишен возможности непосредственно наблюдать состояние управляемого объекта и вынужден пользоваться информацией, которая поступает к нему по каналам связи, т.е. оператор имеет дело с информационной моделью реального объекта.

Для формирования и совершенствования профессиональных навыков операторов на тренажерах необходимо создание такой информационной модели воспроизводимых условий в реальном масштабе времени, чтобы зрительное восприятие и моторная реакция оператора не отличались от таковых в реальных условиях.

Разрабатываемые в настоящее время модели энергетического оборудования и процессов для тренажеров оперативного персонала характеризуются большой сложностью, и для их реализации требуются современные мощные ЭВМ с максимальным быстродействием и памятью.

Существование указанных тенденций обуславливается и основным противоречием современного моделирования технологических объектов для тренажеров, а именно, противоречием между необходимостью учета действия большого количества факторов, определяющих процессы, протекающие в сложных технологических системах, и необходимостью быстрого получения надежных результатов, то есть работы в реальном и в ускоренном масштабе времени.

Анализ методов и алгоритмов для решения задач моделирования показывает, что процедура решения включает в себя не только собственно алгоритм, позволяющий получить интересующие разработчика переменные, т.е. модель, реализуемую с помощью цифровой техники, но и алгоритм построения модели, т.е. алгоритм, который по имеющейся информации о системе формирует или назначает собственно алгоритм моделирования. Именно алгоритм построения и определяет эффективность реализуемой модели.

Если для реализации алгоритма решения задачи в настоящее время существуют определенные формальные процедуры, то алгоритм построения модели составляется преимущественно исходя из интуитивных и эвристических соображений с последующей опытной проверкой.

В настоящей работе предпринята попытка формализации процедуры моделирования, которая рассматривается как оптимизационная задача, в которой минимизируется стоимость решения задачи моделирования при известных (или назначенных): моделируемой системе (оригинале) и цели моделирования, а также ограничениях на качество решения. Оптимизируемыми являются параметры модели в широком смысле, т.е. структура логических связей между отдельными блоками модели, уровень детализации моделируемых функций, исходя из психофизиологических свойств человека-оператора, тип блоков и их количество и т.д.

Кроме рассмотренных противоречий современного тренажеростроения технического характера наблюдаются противоречия организационного плана, которые заключаются в следующем.

Проектированием моделей технологического оборудования для тренажеров зачастую занимаются математики, специалисты по электронике, программисты, системотехники, психологи и т.д., то есть любые специалисты, кроме технологов, специалистов глубоко владеющих вопросами устройства и эксплуатации технологического оборудования. Таким образом, имеет место парадоксальная ситу ация - люди, не обладающие профессиональными знаниями технологов, создают технические средства для их переподготовки и повышения квалификации.

В ряде случаев технологи все же привлекаются к созданию моделей, но только в качестве экспертов-консультантов. В этом случае в модель закладывается вторичная интерпретация идентифицируемого оборудования и процессов, причем сложность и длительность передачи информации от технологов к разработчикам моделей приводит, помимо естественных погрешностей, к тому, что в условиях изменений в технологии в модель закладываются устаревшие данные без возможности адаптации к текущему состоянию объекта.

В настоящее время в электроэнергетике к разработке тренажеров и моделей для них привлекаются значительные силы технологов-специалистов энергосистем, наладочных и других организаций. Однако отсутствие методических материалов обуславливает многообразие подходов и невысокую эффективность разрабатываемых моделей, что довольно быстро компрометирует их в глазах оперативного персонала.

Таким образом, в создавшихся условиях было необходимо создать научно-обоснованную методику разработки эффективных моделей для тренажеров и причем такую, чтобы проектирование начальной и определяющей стадии триады - модель, алгоритм, программа, - а именно, модели могли бы проводить в большей мере специалисты-технологи.

Опыт оперативного управления электростанцией свидетельствует, что в нештатных и аварийных ситуациях сложной проблемой являются взаимопонимание и взаимодействие групп людей, управляющих технологическим оборудованием электростанции с различных рабочих мест, в связи с чем все более актуальными становятся вопросы коллективных совместных (комплексных) тренировок оперативного персонала цехов и служб электростанций, позволяющих совершенствовать навыки взаимодействия персонала при решении той или иной задачи, касающейся станции в целом.

Комплексные противоаварийные, противопожарные и другие виды тренировок, проводимые на действующем оборудовании с привлечением большого количества исполнителей и наблюдателей, требуют значительных затрат времени, сил и средств на их подготовку и проведение. Однако в условиях работы электростанции в энергосистеме нельзя воспроизвести весь широкий спектр технологических ситуаций, которые могут возникнуть в процессе эксплуатации оборудования.

Как известно, основным принципом построения системы управления таким сложным объектом как ТЭС , является принцип иерархичности, при котором осуществляется распределение функций управления и принятия решений между отдельными операторами с поддержкой их действий соответствующими техническими средствами, при выборе которых все большее внимание уделяется микропроцессорной технике и локальным вычислительным сетям. Поэтому при построении тренажера оперативного персонала ТЭС необходимо подробно изучать структуру информационных потоков на электростанции и анализировать объем информации, предъявляемой оператору в наиболее сложных ситуациях, с целью оптимальной организации информационного обмена между моделями технологического оборудования.

Отражение реальных процессов в моделях, применяемых при построении станционного тренажера, также должно учитывать принцип иерархичности построения системы управления. Система оперативных моделей технологических комплексов ТЭС должна распределяться по процессорным станциям с учетом их сложности и требуемого информационного обмена.

Реализация тренажера оперативного персонала ТЭС для полного состава обслуживающей вахты (смены) на базе щитовых тренажеров в настоящее время затруднена в связи с необходимостью учета довольно многочисленных щитов и приборов неоперативного контура, так называемого, местного управления. Компьютерный тренажер, построенный на базе локальных вычислительных сетей с использованием технологии «клиент - сервер» и реализующий модели технолою V- Ь "г \ )

Комплексные противоаварийные, противопожарные и другие виды тренировок, проводимые на действующем оборудовании с привлечением большого количества исполнителей и наблюдателей, требуют значительных затрат времени, сил и средств на их подготовку и проведение. Однако в условиях работы электростанции в энергосистеме нельзя воспроизвести весь широкий спектр технологических ситуаций, которые могут возникнуть в процессе эксплуатации оборудования.

Как известно, основным принципом построения системы управления таким сложным объектом как ТЭС , является принцип иерархичности, при котором осуществляется распределение функций управления и принятия решений между отдельными операторами с поддержкой их действий соответствующими техническими средствами, при выборе которых все большее внимание уделяется микропроцессорной технике и локальным вычислительным сетям. Поэтому при построении тренажера оперативного персонала ТЭС необходимо подробно изучать структуру информационных потоков на электростанции и анализировать объем информации, предъявляемой оператору в наиболее сложных ситуациях, с целью оптимальной организации информационного обмена между моделями технологического оборудования.

Отражение реальных процессов в моделях, применяемых при построении станционного тренажера, также должно учитывать принцип иерархичности построения системы управления. Система оперативных моделей технологических комплексов ТЭС должна распределяться по процессорным станциям с учетом их сложности и требуемого информационного обмена.

Реализация тренажера оперативного персонала ТЭС для полного состава обслуживающей вахты (смены) на базе щитовых тренажеров в настоящее время затруднена в связи с необходимостью учета довольно многочисленных щитов и приборов неоперативного контура, так называемого, местного управления. Компьютерный тренажер, построенный на базе локальных вычислительных сетей с использованием технологии «клиент - сервер» и реализующий модели технологического оборудования и рабочих мест операторов, в этом смысле является наиболее эффективным средством отработки коллективных действий персонала в различных производственных условиях благодаря своей гибкости и универсальности.

Создание тренажеров, таким образом, достаточно сложная задача, требующая решения ряда научных, технических и организационных вопросов и проблем, центральной из которых является разработка достаточно адекватной математической модели имитируемого технологического оборудования и процессов в нем.

Диссертационная работа посвящена разработке научных, методических и технологических основ тренажеров оперативного персонала энергетических установок. В ней изучены следующие основные положения, представляющие интерес для тренажеростроения в энергетике:

1. Современные энергоблоки, рассматриваемые как объект моделирования, в большинстве своем нестационарны, нелинейны, многомерны, со многими внутренними обратными связями, невелика или отсутствует вовсе априорная информация о форме и степени взаимосвязи между переменными в динамике в реальных условиях эксплуатации. Это значительно усложняет получение их адекватного математического описания. Использование разработчиком модели для этой цели априорной информации, которая имеется, например, в распоряжении конструктора (физические, химические, механические закономерности, нормативные документы и др.), в большинстве случаев вызывает затруднения.

2. Разработка методологической базы и схемы практической реализации всех этапов решения задач моделирования, анализа и синтеза основывается на системном принципе единства функционально-целевых и причинно-следственных отношений, заключающемся в одновременном использовании концептуальной функционально-целевой и формализованной причинно-следственной информации в целях создания системы моделей и представлений, единых для разработчика математических моделей и конструктора тренажера, и в организации их диалога на всех этапах анализа и синтеза модели. На основе этого принципа эффективно решаются задачи декомпозиции и интеграции систем.

3. Построение всережимной модели технологического оборудования реального времени должно быть основано на подходе, состоящем в разделении функций статического и динамического моделирования с направленной асимметрией точности разделенных функций, причем моделирование осуществляется путем точного нелинейного статического и качественного динамического преобразования входных управляющих и возмущающих воздействий. Полученная непрерывная нелинейная динамическая система управляется дискретной логикой.

4. Модели технологического оборудования электростанций, разрабатываемые для тренажера, т.е. для использования ее в системе "человек-машина" должны прежде всего отвечать целям восприятия человеком-оператором информационной модели объекта управления, анализа информации и принятия решений, а также формирования и совершенствования у операторов профессиональных навыков и умений. Конкретная модель объекта должна являться таким отображением процесса, которое позволяет выделить наиболее существенные для поставленной задачи его свойства.

5. Разработка алгоритма построения системы оперативных моделей (СОМ) основана на функционально-целевом подходе, предполагающем соответствие целей и структур СОМ функциям и свойствам предметной области, то есть функциям и свойствам энергоустановки и управляющего им человека-оператора. Такое соответствие обеспечивает как формальную постановку и решение, так и практическую реализацию задач синтеза структуры СОМ и алгоритма моделирования, оптимальных в смысле определенных критериев.

6. Разработанные алгоритмы решения задачи моделирования объектов управления (то есть собственно СОМ) основаны на физико-статистическом подходе к идентификации. Сущность примененного подхода заключается в том, что структура моделей формируется большей частью на базе физико-технологического анализа причинно-следственных связей переменных объекта и возмущений внешней среды, а оценка параметров модели (численная параметрическая идентификация) проводится статистическими методами по конкретным данным функционирования теплофикационных энергоблоков.

7. Структурный гомоморфизм системы оперативных моделей энергооборудования достигается отображением тепловой схемы установки на технологический граф, узлы и дуги которого дополнены технологическими кодами прообразов этих элементов в схеме установки. Количественные соотношения между параметрами моделируемых процессов отображаются системой алгебраических, трансцендентных и дифференциальных уравнений и неравенств. Размеры и качественный состав функциональной системы уравнений зависят от технологического графа, то есть не числовой, а логической информации, поэтому естественное формирование ее согласно произвольным алгоритмам и матрицам, то есть логически-числовым функциям по условиям конкретного графа, является ключевым моментом СОМ.

8. Примененные методы сжатых представлений структур графом больших систем и машинной идентификации по технологическим принципам их прообразов, разделение нелинейности и динамики объекта, логико-числовая интерпретация тепловой схемы и использование научно-обоснованных упрощений при ее математическом описании позволяют создать эффективную в смысле обучения человека в человеко-машинной системе, "оперативную" модель энергоблока.

9. Современные средства вычислительной техники, многопользовательские операционные системы позволяют эффективно решать задачи создания вахтовых компьютерных тренажеров на базе локальных вычислительных сетей, обеспечивающих одновременную работу оперативного персонала с различных рабочих станций: выбор архитектуры тренажера, оптимизацию информационных потоков для обеспечения адекватной реакции системы математических моделей на действия обучаемых. Реализация тренажера на базе персональных компьютеров с сервером и клиентами позволяет конфигурировать вахтовый тренажер путем поэтапного расширения числа рабочих станций вычислительной сети.

Заключение диссертации по теме "Промышленная теплоэнергетика", Магид, Сергей Игнатьевич

4.4.Выводы по главе 4.

На основании проведенных в данной главе исследований можно сделать следующие выводы:

Разработана концепция построения вахтового компьютерного тренажера для комплексных тренировок оперативного персонала тепловой электростанции. Показано, что приемлемое решение повышения эффективности совместных тренировок оперативного персонала лежит на пути создания тренажера на базе локальных вычислительных сетей (ЛВС) с выделением рабочих мест для основных постов управления технологическим оборудованием.

Проведена формализация задачи обучения и тренировки лиц, принимающих решения в процессе управления электростанцией как единым энергетическим объектом. Решение задачи разбито на два этапа: предварительный и этап обучения. Раскрыто содержание этапов и показано, что в процессе обучения коллектива окончание процесса обучения для отдельного его участника производится не по индивидуальным характеристикам оператора, а по условию достижения требуемого уровня подготовки всеми участниками.

Математическая модель электростанции в целом может быть получена интеграцией моделей отдельных ее компонентов в части основного оборудования с дополнением моделями общестанционного оборудования (трубопроводы питательной воды, пара собственных нужд, газо- и мазутопроводы, циркуляционная система, тепловые сети и пр.).

Функциональная схема математической модели электростанции имеет конкретные особенности для каждой ТЭС и соответственно вахтовый компьютерный тренажер должен иметь в своем составе базу данных типовых моделей основного и общестанционного оборудования с возможностью конфигурирования модели конкретной ТЭС.

Сформулирована задача выбора оптимального состава программно-технических средств вахтового компьютерного тренажера оперативного персонала ТЭС. В качестве критерия оптимальности принят минимум приведенных затрат на приобретение и эксплуатацию программно-технических средств, при ограничении на время цикла моделирования технологического оборудования электростанции. Сформулированная задача представляет собой задачу целочисленного линейного программирования с ограничениями.

Подробно рассмотрено ограничение на допустимое время цикла моделирования технологического оборудования электростанции при программной реализации моделей в тренажере. Показано, что при построении вахтового компьютерного тренажера с требуемыми характеристиками пропускной способности каналов связи, быстродействия процессоров и емкости запоминающих устройств необходимо решать задачу оптимального размещения в вычислительной сети программных модулей объектов моделирования оборудования ТЭС и соответствующих массивов данных.

Для решения задачи размещения использовано представление функциональной структуры модели объекта и технической структуры вахтового тренажера в виде графов. Задача представлена как поиск отображения множества вершин графа функциональной структуры модели объекта на множество вершин графа технической структуры тренажера. В качестве примера представлен граф связей между основными объектами моделирования ТЭЦ для вахтового компьютерного тренажера ( применительно к ТЭЦ-25 Мосэнерго).

Разработана методика и приведен алгоритм решения задачи размещения программных модулей и массивов данных, который позволяет определить значение

222 булевых переменных, присваиваемых размещаемым модулям и массивам. Изложенная методика и алгоритм решения задачи позволяют обоснованно подходить к выбору сетевого оборудования и размещения программного и информационного обеспечения по рабочим станциям.

Задавая в алгоритме решения задачи размещения различные значения емкости оперативного запоминающего устройства, быстродействия процессора, скорости передачи информации по сети и выбирая соответствующие им капитальные и эксплуатационные затраты на компоненты вычислительной сети тренажера, можно получить различные варианты построения вахтового тренажера на программно-технических средствах, предлагаемых в настоящее время фирмами производителями технического и программного обеспечения.

Рассмотрены вопросы аппаратной и программной реализации вахтового компьютерного тренажера на базе локальной вычислительной сети. На основе сравнения различных вариантов решения задач "клиент-сервер" для программной реализации вахтового тренажера с учетом факторов развития средств вычислительной техники и многопользовательских систем приведены рекомендации по выбору аппаратно-программной реализации тренажера.

5. Заключение.

1. Выполненный и реализованный на практике комплекс работ, содержащий совокупность научных, методических и технологических положений по разработке систем оперативных моделей энергоблоков ТЭС с целевым назначением тренировок операторов на станционных тренажерах для восстановления, развития и поддержания на определенном уровне навыков оперативной работы персонала в нестационарных, аварийных и нормальных эксплуатационных режимах и обеспечивающий принятие оптимальных решений при управлении технологическим оборудованием, позволил решить научную проблему, имеющую важное народно-хозяйственной значение.

2. Сформулированы основные требования к модели для тренажера, а именно:

- всережимность, то есть возможность воспроизведения всех характерных для эксплуатации нормальных и аварийных режимов при любых типах и величинах возмущений;

- достаточная и необходимая точность статических и динамических реакций модели на внешние и внутренние возмущения;

- воспроизведение моделируемых процессов в реальном, ускоренном и замедленном масштабе времени;

- простота реализации.

3. Разработана система оперативных моделей /СОМ/ энергоустановок ТЭС, в которую введены необходимые упрощения, сущность которых сводится к следующему: человеку-оператору максимально точно воспроизводятся статические характеристики технологических режимов, при этом динамические свойства объектов управления моделируются в пределах возможности восприятия человеком изменений инерционных свойств.

Указанные упрощения обосновываются функционально-целевым подходом к алгоритму построения СОМ, базирующемся на концепции соответствия целей и структур СОМ функциям и свойствам предметной области. Такое соответствие обеспечивает обоснование как формальной постановки и решения, так и практической реализации задач синтеза структуры СОМ и алгоритма моделирования, оптимальных в смысле определенных критериев.

4. Разработан научно-обоснованный подход к преодолению основного противоречия современного моделирования в тренажеростроении, а именно, необходимости учета действия большого количества факторов, определяющих процессы, протекающие в сложных технологических системах, и необходимости быстрого получения надежных результатов, то есть работы модели в реальном и в ускоренном масштабе времени.

Создана методика разработки эффективных моделей для тренажеров и оценки их качества, позволяющая осуществлять проектирование моделей специалистами-технологами.

Проведен анализ взаимодействия специалистов в процессе построения системы оперативных моделей и тренажера в целом. Разработаны рекомендации по составу групп специалистов, формируемых для разработки тренажера, содержанию решаемых ими задач, а также предложен подход к оценке их трудозатрат.

5. Разработаны алгоритмы, ориентированные на решение задач высокой размерности, уровень сложности которых определяется психофизиологическими возможностями восприятия среды человеком-оператором.

На базе экспериментальных исследований энергоустановок Мосэнерго с учетом психофизиологических свойств человека-оператора предложена формализованная процедура создания системы оперативных моделей энергоблока, основанная на принципе свертывания информации путем линеаризации модели нелинейного объекта относительно идентифицируемых параметров.

Показано, что при создании оперативных моделей для тренажеров следует использовать точную нелинейную безинерционную статику и качественную динамику, что является наиболее разумной альтернативой при рассмотрении множества конкретных классов моделей для тренажеров.

6. Разработаны алгоритмы решения задачи моделирования объектов управления (то есть собственно СОМ), основанные на физико-статистическом подходе к идентификации. Структура моделей формируется большей частью на базе физико-технологического анализа причинно-следственных связей переменных объекта и возмущений внешней среди, а оценка параметров модели (численная параметрическая идентификация) проводится статистическими методами по конкретным данным функционирования теплофикационных энергоблоков.

7. Разработана комплексная система оценки качества оперативных моделей и тренажера оператора энергоблока .В связи с тем, что процесс создания моделей технологического оборудования для тренажера с точки зрения оценки адекватности объекта и модели включает в себя несколько этапов, предлагается применение многокритериальной трехуровневой системы контроля и управления качеством системы оперативных моделей.

Получены количественные отношения, вытекающие из теории информации и применимые для реализации вероятностно-статистического подхода при комплексной оценке качества такой сложной системы, как модель прямоточного котла. Показано, что энтропийные оценки разброса переменных процесса позволяют выявить более полноценные и устойчивые критерии оценки качества модели, поскольку они отражают более глубокие свойства вариации переменных как случайных величин.

8. Разработана и реализована концепция построения вахтового компьютерного тренажера для комплексных тренировок оперативного персонала тепловой электростанции. Показано, что приемлемое решение повышения эффективности совместных тренировок оперативного персонала лежит на пути создания тренажера на базе локальных вычислительных сетей (ЛВС) с выделением рабочих мест для основных постов управления технологическим оборудованием.

Проведена формализация задачи обучения и коллективных тренировок оперативного и руководящего персонала в процессе управления электростанцией как единым энергетическим объектом. Сформулирована задача выбора оптимального состава программно-технических средств вахтового компьютерного тренажера оперативного персонала ТЭС. В качестве критерия оптимальности предлагается минимум приведенных затрат на приобретение и эксплуатацию программно-технических средств при ограничении на время цикла моделирования технологического оборудования электростанции.

9. Разработаны методика и алгоритм решения задачи размещения программных модулей и массивов данных, который позволяет определить значение булевых переменных, присваиваемых размещаемым модулям и массивам. Предложенные автором методика и алгоритм решения задачи позволяют обоснованно подходить к выбору сетевого оборудования и размещения программного и информационного обеспечения по рабочим станциям.

Изучены вопросы аппаратной и программной реализации вахтового компьютерного тренажера на базе локальной вычислительной сети. На основе сравнения различных вариантов решения задач "клиент-сервер" для программной реализации вахтового тренажера с учетом факторов развития средств вычислительной техники и многопользовательских систем разработаны рекомендации по выбору аппаратно-программной реализации тренажера.

10. Разработаны и внедрены в эксплуатацию:

- комплексный полномасштабный тренажер теплофикационного энергоблока мощностью 250 МВт с котлом ТГМП-314, турбиной Т-250/300-240 и генератором ТВФ-320, а также специализированные (локальные) тренажеры по указанному оборудованию в учебно-тренировочном центре Мосэнерго на ТЭЦ-25;

- автоматизированные обучающие системы (АОС) по эксплуатации турбин К-300-240, энергоблоков Т-250/300-240 и отдельных подсистем, турбин Т-100-130, ПТ-60-130, энергетических и водогрейных котлов различных модификаций, электротехнического оборудования: генераторов, трансформаторов собственных нужд, синхронных генераторов, распределительных устройств, а также АОСы по обслуживанию Ногинских, Северных, Западных и Октябрьских электросетей;

227

- тренажеры практически всех типов водоподготовительного оборудования ТЭС;

- пункт тренажерной подготовки на ТЭЦ-23, оснащенный новыми полномасштабными тренажерами энергоблока 250 МВт, станции с поперечными связями и др., на базе которого в 1998 г. был проведен конкурс профессионального мастерства оперативного персонала.

11. Приемочные испытания тренажеров энергоблока и опыт обучения персонала на тренажере свидетельствуют об эффективности примененного подхода и допустимости сделанных упрощений.

Широкое внедрение результатов диссертационной работы позволило на электростанциях Мосэнерго за период 1989-1998гг. снизить относительное количество отказов в работе энергооборудования по вине персонала, приходящегося на выработку 1 млрд. кВт-ч электрической и тепловой энергии, практически в 10 раз.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Магид, Сергей Игнатьевич, 1999 год

1. Решение Правительственной комиссии по научно-технической политике "Приоритетные направления развития науки и техники" № 2728-П8 от 21.08.1996г.

2. Исследование рациональной структуры источников инвестирования российской электроэнергетики./Теплоэнергетика, 1997, № 11

3. Ципцюра Р.Д. Принципы обучения операторов в АСУТП с помощью комплекта тренажеров. Киев, Знание, 1980г.

4. Машин В.А. Компьютеризированные системы поддержки операторов АЭС (психологические проблемы). / /Электрические станции, 1995, N 7, стр. 2-7.

5. Дьяков А.Ф., Ципцюра Р. Д. Система подготовки и поддержания уровня квалификации операторов энергоблоков. / /Электрические станции, 1989, N 3, стр. 13 20.

6. Чачко А.Г. Подготовка операторов энергоблоков: Алгоритмический подход. -М.: Энергоатомиздат, 1986.- 232 с.

7. Зверков В.В. Адаптированный пульт управления атомного энергоблока. //Теплоэнергетика, 1998, N 5, стр. 62 68.

8. Охотин В.В., Хозиев В.Б. Психолого педагогическое обеспечение и компьютеризация подготовки персонала энергоблоков. - М.,1992, 286 с.

9. Прушинский Б.Я. По поводу статьи Машина В.А. «Компьютеризированные системы поддержки операторов АЭС (психологические проблемы)». //Электрические станции, 1995, N 7, стр. 8-10.

10. Чачко С.А. Когнитивная модель деятельности оператора энергоблока. //Электрические станции, 1992, N 6, стр. 10 16.

11. Журавлев Г.Е., Саков В.А. Психологический мониторинг персонала электростанций. / /Электрические станции, 1993, N 2, стр. 2-7.

12. Магазаник Я.М. Дидактические и инженерно-психологические основы обучения операторским специальностям в теплоэнергетике. -М.: Энергоатомиздат, 1988. --248 с.

13. Оценка противоаварийных тренировок оперативно-диспетчерского персонала энергосистем // А.Ф.Дьяков, И.Е.Лесковец, Г.В.Меркурьев, А.Д.Щербаков, Электрические станции, 1997. N 2. С. 2 7.

14. Магид С.И. Тренажер для подготовки машинистов теплофикационного энергоблока 250 МВт. //Электрические станции, 1984г. №8.

15. Чачко А.Г. Производство-язык-человек. Проблемы отображения информации. -М.: Энергия, 1977.

16. Применение тренажеров для подготовки оперативного персонала АЭС // В.Н.Стряпан, Я.Д.Дембицкая, В.П.Кидыба //Атомная техника за рубежом. 1989. N4. С. 13-17.

17. Малашинин И.И., Сидорова И.И. Тренажеры для операторов АЭС.-М.: Атомиздат, 1979.

18. Учебно-тренировочный центр Минэнерго УССР для подготовки оперативного персонала энергоблоков 300 МВт / В.Ф.Скляров, Ю.М.Булавицкий, Н.Н.Красноштан и др.// Электрические станции. 1981. N10. С. 10-15.

19. Cordel Ph., Chaze J.-L., Hodayer G. Les simulators de fonctionnement des reacteurs nucléaires français //Technica (Fr.). 1989. N463. P. 82-84.

20. Магид С.И. и др. Разработка и реализация моделей теплотехнических процессов для тренажеров учебно-тренировочного центра Мосэнерго //Электрические станции. 1984. N10. С. 53-59.

21. Абагян А.А., Крошилин А.Е. Проблемы разработки тренажеров технических средств обучения для персонала АЭС//Теплоэнергетика. 1990. N8. С. 3437.

22. Константинов Л.В., Ракитин И.Д. Методы и средства совершенствования взаимодействия человек-машина при управлении АЭС //Атомная техника за рубежом. 1984. N9. С. 12-22.

23. Simulator development for the Dodewaard nuclear power plant in the Netherlands /N.Bruens a.o. //IAEA/NPPCI Spesialists Meeting on Nuclear Power Plant

24. Training Simulators. Otaniemi, Finland. 12-14 Sept. 1983. Rep. 2,3.

25. Toshihiko M., Chiaki К. Тренажер АЭС для функциональных исследований //Tochiba Rev. 1988. Vol. 43. N12. P. 997-1000.

26. Kand C.M. Compact Simulator for on-site reactor transient analysis and operator training//Trans. Amer. Nucl. Soc., 1983, 45: Winter Meet., San Francisco, Calif., 30 Oct. -3 Nov. 1983.

27. Vignon D., Bertran L., Giraulf H. Simulators for study of accident and validition of operational procedurs //Nucl. Eur. 1988. Vol. 8. N10. P. 41-44.

28. Рубашкин А.С. Построение математической модели энергоблока для обучения и тренировки оперативного персонала//Теплоэнергетика. 1990. N11. С. 9-14.

29. Каталог тренажеров и обучающих систем, представляемых ГВЦ энергетики. -М.: 1995.

30. Jurmu Е., Ahman Т. NOPS Nuclear power plant simulator for demonstration purposes //VTT Symp. 1988. N84. P. 74-89.

31. Microsimulation of a nuclear steam generator and ist in operator training// M.Grabish, M J.Macbeth, G.I.Bereznai / Compint 85: Ist. Int. Cont. Aid Technol. 1985. Washington. D.C. 1985. P. 638-640.

32. Stanley С J. Use compact nuclear operation simulator for Training nuclear utitity personnel //Training Nucl. Power Plant Oper. Int. Conf., Bristol. 20-21 May 1982. London, 1983. P. 1-17.

33. Miller W.H. Design and implementation of a simle nucleare power plant simulator //Nucl. Instrum. and Meth. Phys. Res. 1983. Vol. 205. N3. P. 511-516.

34. Тренажер для подготовки машинистов энергоблоков 300 МВт // В.А.Гарнык, В.Д.Косогов, Л.В.Кость /Электрические станции. 1974. N2. С. 75-76.

35. Станционный тренажер для операторов энергоблоков // Ю.А.Кочкарев, В.П.Ратушняк, И.А.Луцкая /Электрические станции. 1980. N5. С. 67-68.

36. Тренажеры для электростанций //Проспект фирмы Nokia Electronics (Финляндия). 1985. С. 15.

37. Gueben M. Le simulateur "compact" de la centrale nucleaire de Tihange //Electricite (Belg.). 1982. N174. P. 19-24.

38. Охотин В.В., Хозиев В.Б. Современные тенденции тренажеростроения и компьютеризации подготовки персонала энергоблоков //Электрические станции. 1994. N10. С. 23-27.

39. VTT Symposium 41. Muominen L., Sammatti P., Turpeinenl. "Nuclear power plant training simulators". 1984.

40. Ципцюра Р.Д. и др. Имитатор работы автоматизированного технологического комплекса //Электрические станции. 1991. N2. С. 9-12.

41. Лейзерович А.Ш. О создании специализированных тренажеров управления переходными режимами блочных паровых турбин //Электрические станции. 1991. N2. С. 41-44.

42. Сучков В.П., Татаринов А.В. Компьютерные тренажерные системы для технологических отраслей промышленности //Приборы и системы управления. 1994. N5. С. 3-5.

43. Программный тренажер автоматизированной настройки систем автоматического управления // В.Я.Ротач, В.П.Зверьков, Ю.А.Лютиков /Электрические станции. 1993. N12. С. 3-7.

44. Имитатор работы автоматизированного технологическогокомплекса. /Р.Д.Ципцюра, Ю.М.Ковриго, Ю.В.Коваленко, Е.В.Цымбалюк, //Электр. ct.-1991.-N 2.-С. 9-12.

45. Training for power station operators: Pap. Coal Handl. and Util. Conf., Sydney, 19-21 June, 1990. /Trimmer, P.//Nat. Conf. Publ.-1990.-N 3.-C. 247252.

46. Maintaining a high standard of training. /Colas, Armand ;Jusselin, Francois//Nucl. Eng. Int.-1989.-t.Spec. publ.,.-C. 55-56.

47. Multifunctional training simulators on workstations for nuclear power plants: Pap. Winter Meet. Amer. Nucl. Soc., Washington, D. C., Nov. 13-17, 1994. /NormandX.// Trans. Amer. Nucl. Soc.-1994.-t.71,.- C. 61.

48. Функциональные тренажеры технологических систем энергоблоков РБМК-1 ООО. /И.В.Романович, Е.В.Шершнев, Н.Н.Кудряков //Изв. вузов. Ядер, энерг.-1995.-N 4.-С. С. 86-90.

49. REal Time Advanced Core and Thermohydraulic code ( RETACT ) worstation. /McLeod,Randy//ENC'90: ENS/ANS-Foratom Conf. Transact., Lyon, 23-28 Sept., 1990.-Köln:, 1990.-C. 1646-1647.

50. Чачко А.Г. Язык взаимодействия оператора с системой для атомного энергоблока//Электрические станции. 1996. N1. С.16-20. N3. С. 27-32. N4. С.ЗЗ-40. N11. С.37-43.

51. Веников В.А., Суханов O.A. Кибернетические модели электрических систем. М.; Энергоиздат, 1982.

52. Шеннон К.Э. Работы по теории информации и кибернетике. М.: Изд-во иностр. лит. 1959.

53. Магид С.И. и др. Разработка и реализация моделей теплоэнергетических процессов для тренажеров учебно-тренировочного центра Мосэнерго// Теплоэнергетика. 1984. N 10.

54. Бусленко Н.П. и др. Лекции по теории сложных систем, Москва, Сов. радио, 1973.

55. Долгоносов Н.С., Магид С.И. Новые методы и средства подготовки оперативного персонала на электростанциях. Экспресс-информация. Серия: эксплуатация и ремонт электростанций. Выпуск № 9, Москва, 1985.

56. Основы управления технологическими процессами, сб. Под редакцией Рай-бманаН. С. М: Наука. 1978.

57. Элементы теории функций. Р.С.Гупер, Л.Д.Кудрявцев, Б.М.Левитан. М.,58

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания.
В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.

Автореферат
200 руб.
Диссертация
500 руб.
Артикул: 81952