Разработка компьютерных информационных тренажеров на основе технологий виртуализации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат технических наук Рылов, Сергей Андреевич

• Рылов, Сергей Андреевич
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Рылов, Сергей Андреевич

Введение.

Глава 1. Анализ современных компьютерных информационных тренажеров.

1.1. Требования к современным информационным тренажерам.

1.2. Принципы построения информационных тренажеров.

1.3. Тенденции развития современных информационных тренажеров.

1.4. Влияние развития программных средств на разработку информационных тренажеров.

1.4.1. Программные пакеты моделирования технологических процессов.

1.4.2. Базы данных и файловые системы.

1.4.3. Универсальный информационный протокол ОРС.

1.4.4. Программная имитация контроллеров.

1.4.5. Информационная технология Flash - анимации.

1.4.6. SCADA-системы.

1.4.7. Виртуальные машины.

1.5. Использование современных информационных технологий для создания мобильных компьютерных тренажеров.

1.6. Основные производители программных продуктов для построения компьютерных информационных тренажеров.

Глава 2. Разработка информационной компьютерной модели технологического процесса.

2.1. Описание технологического процесса осушки газа.

2.2. Описание элементов из базовой библиотеки DynSim, используемых при создании имитационной модели технологического процесса.

2.2.1. Клапан.

2.2.2. Сепаратор.

2.2.3. Башня.

4.7. 8САБА система ШТОиСН, реализующая интерфейс управления технологическим процессом.

4.8. Информационно-анимированный компьютерный обучающий комплекс.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка компьютерных информационных тренажеров на основе технологий виртуализации»

Одной из основных проблем, стоящих перед современной промышленностью, является повышение безопасности технологических производств. Известно, что в химической и нефтехимической промышленности значительное количество аварий происходит по вине операторов. Ущерб от таких аварий несоизмеримо велик по сравнению со средствами, которые необходимо затратить на. качественное и постоянное обучение оперативного персонала.

В последние годы намечается тенденция в повышении требований в области промышленной безопасности, что приводит к необходимости создания компьютерных тренажеров для обучения персонала, работающего на предприятиях с АСУТП.

Современные АСУТП - это сложные комплексы, состоящие из множества частей и компонентов. Такими компонентами являются: различные датчики и устройства, контроллеры управления технологическими процессами, серверы с базами данных, операторские станции и многое другое. При работе с такими сложными комплексами требуются, высококвалифицированные операторы [1], которые должны быть специально обучены. Эти люди несут большую ответственность за последствия тех решений, которые они принимают во время управления производственными процессами.

По некоторым оценкам- в области нефтехимии [2] 26% аварий происходит по вине операторов [3], ущерб от таких аварий несоизмеримо велик по сравнению со средствами, которые необходимо затратить на качественное и постоянное обучение персонала.

Поэтому проблема обучения и переподготовки операторов привлекает к себе все больше и больше внимания. Одним из наиболее эффективных и общепризнанных методов обучения таких специалистов считаются компьютерные тренажеры. Такие тренажеры обучают принимать комплексные решения, это связано с тем, что при занятиях на тренажере, можно смоделировать отклик системы на произвольные управляющие действия оператора. Они позволяют научить оперативный персонал работе с системой управления и действиям в аварийных ситуациях без риска нарушить технологический процесс.

Если рассматривать отечественную электроэнергетику с 1996 г. по 2006 г., то ежегодный суммарный недоотпуск электроэнергии в целом по РАО «ЕЭС России» по вине персонала составляет от 1300 до 1500-МВт/ч [4].

Число вынужденных остановов энергоблоков из-за отказов оборудования на ТЭС -30% [4]. Доля вины персонала в этих нарушениях составляет значительную величину (до 15 %) [4].

В целом по РАО «ЕЭС России» процентное отношение нарушений по вине персонала от общего количества нарушений'составляет 2 % [4]. В то же время, по электростанциям это количество составляет 18 % [4]. В энергосистемах Сибири- относительное количество нарушений по вине персонала достигает 50 [4].

Одним из наиболее эффективных и общепризнанных методов обучения операторов считаются компьютерные информационные тренажеры. Во многих странах применение тренажеровь для обучения персонала в опасных отраслях промышленности (химическая, нефтехимическая, газовая и др.) прописывается в законодательных нормах и стандартах. Компьютерные тренажеры позволяют обучить оперативный персонал работе с информационной системой управления и оптимальным действиям в аварийных ситуациях.

В США в федеральном стандарте прописано, что компьютерный тренинг обязателен для всех операторов, принимаемых на работу и тренажерный курс переподготовки на реже чем раз в три года.

Американский нефтяной институт (АР1) рекомендует использовать компьютерные тренажеры для режимов пуска и останова при определении уровня квалификации работников не реже 1 раз в год. Ведущие нефтяные компаний во внутренних правилах прописывают обязательный восстановительный курс после отпусков, болезни или длительного отсутствия практики по другим причинам.

В РФ действующие "Общие правила взрывобезопасности нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий" также предусматривают обязательное обучение на компьютерных тренажерах персонала производства первой категории, что относится практически ко всем объектам отрасли [2].

В' работах Дозорцева В.М., Шестакова Н.В., Магида С.И. и др. [2, 5], являющихся ведущими специалистами в области компьютерных тренажеров, практически отсутствуют исследования, связанные с построением распределенных информационных комплексов на базе современных технологий виртуализации.

В последние годы происходит постоянное увеличение мощности персональных компьютеров, что позволяет использовать их не только для проектирования, но и для имитации самих технологических процессов.

Такое развитие персональных компьютеров позволило создавать новые средства обучения — компьютерные тренажеры.

Компьютерные тренажеры нашли свое применение в авиации, вооруженных силах, медицине, космонавтике и во многих других областях.

Сфера применения компьютерных тренажеров постоянно расширяется. В основном они применяются там, где проведение обучения на реальной системе или объекте сопровождается серьезными трудностями в техническом плане и серьезными материальными затратами (высокая стоимость оборудования для обучения, высокая стоимость эксплуатации этого оборудования, существенная опасность при обучении, сложности при изменении конфигурации оборудования' для обучения, сложности при изменении параметров среды, большие временные затраты на какие либо изменения, отсутствие визуального наблюдения за изменением внутри объекта или системы и т.д.).

Компьютерные тренажеры применяются при обучении работе на опасных участках технологического процесса. [6, 7, 8].

Полномасштабные тренажерные системы (в т.ч. на базе формирования виртуальной реальности) имеют большинство ведущих компаний мира - Боинг, Форд, Дженерал Моторс, Бритиш Петролеум и многие другие.

Обучение на таких системах, имеющих довольно высокую стоимость, повышает качество подготовки и переподготовки персонала и коммерчески оправдано [9, 10].

Технологии, которые используются сейчас для создания тренажеров - не полностью стандартизованы, достаточно ресурсоемки и требуют разработки профессиональными программистами со знаниями в той области, к которой относится конкретный создаваемый тренажер.

Многие предприятия, которые занимаются повышением квалификации персонала, учебные заведения не имеют ресурсов для закупки* или создания, компьютерных тренажеров своими силами, именно по этому компьютерные тренажеры,не получили пока повсеместного распространения.

Присутствие возможной опасности для жизни и здоровья людей, экологии и экономике предприятия накладывает обязательное условие использования компьютерных тренажеров. Согласно требованиям Ростехнадзора, операторы всех технологических установок I и II категории взрывоопасности подлежат обязательному компьютерному тренингу.

В связи с появлением более современной вычислительной техники и программного обеспечения, актуальна разработка новых методик и типовых структур построения компьютерных информационных тренажеров. Использование современных персональных компьютеров (ПК) и специализированного программного обеспечения виртуализации позволит решить такие актуальные задачи, как рациональное использование аппаратных ресурсов ПК, расширение функционала тренажера и одновременный запуск нескольких информационных тренажеров на одной аппаратной платформе.

Работа выполнялась в рамках межвузовской комплексной программы по внедрению инновационных технологий в образовании (МКР ИТО).

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Рылов, Сергей Андреевич, 2011 год

1. Shanel A. and C.Crabb. Who shall operate your plant? // Chemical Engineering. 1999. Vol. 106. No.2. Pp. 30-31.

2. B.M. Дозорцев "Компьютерные тренажеры для обучения операторов технологических процессов" Москва: СИНТЕГ, 2009 г. С. 29-31,42-44.

3. Park, J. and W. Jung. The operators' non-compliance behavior to conduct emergency operating procedures—comparing with the work experience and the complexity of procedural steps // Reliability engineering and system safety. 2003. Vol. 82. Pp. 115-131.

4. Магид С.И. "Человеческий фактор и энергобезопасность на современном этапе реформирования электроэнергетики РФ". Москва - Краснодар: ТЭСТ, 2007. - С. 29-30.

5. Дозорцев В.М., Шестаков Н1В1 Компьютерные тренажеры для производств химико-технологического типа: полезность, эффективность, окупаемость // Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. 1997. № 7. С.24-39.

6. Описание Stoner Pipeline Simulator // http://www.glnobledenton.com/assets/ downloads/Stoner PipelineSimulatorfSPS) DS.pdf

7. Описание Stoner Operator Qualification // http://www.phmsa.dot. gov/staticfiles/ PHMSА/ DownloadableFiles/Files/4 TopOOIssuesToDate Dec 2 RES.pdf

8. Описание Distilation Expert-Trainer & Simulator // http://smartprocedures.com/ distillation expert

9. Описание D-SPICE // http://www.essca.com/en/dspice en.asp

10. Описание Plantutor // http ://www.omegasim.со. jp/contents е/ product/pit/cnt 1 /index.htm

11. Описание DynSim // http://iom.invensvs.com/EN/Pages/SimSci-EsscorDynSimSuite DYNSIM.aspx

12. PRO/II Comprehensive Process Simulation //http://iom.invensys.com/EN/Pages/SimSci-Esscor ProcessEngSuite PROII.aspx

13. Пахомов A.H., Коновалов В.И., Гатапова Н.Ц., Колиух А.Н. Основы моделирования химико-технологических систем: Учебное пособие.// Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2008. . С. 46-78.

14. Баталин Г., Васютинский В. Создание распределённых систем сбора данных на основе стандарта ОРС.: Современные технологии автоматизации, 2/2005.- С. 84-87.

15. Джон Уолкенбах, Лорен Абдулезер "Microsoft Excel 2003, 2002 и 2000"// HT Пресс, 2007 г. С. 20-400.

16. Грабер M. " SQL" // издательство "Лори", 2009 г. С. 3-614.

17. Джонатан Стерн, Рик Гринвальд, Роберт Стаковьяк "Oracle M g. Основы-(4-е издание)"// Символ, 2009'г.- С. 20-400.

18. Роджер Дженнингс "Использование Microsoft Office Access 2003 : Специальное издание"// Вильяме, 2004 г. С. 10- 400;'

19. Ирина Баженова "Основы информационных технологий. Основы проектирования приложений баз данных"// Бином: Лаборатория знаний, 2006 г. -С. 10-300.

20. Официальный сайт Aspentech // http://www.aspentech.com/

21. Официальный сайт Honeywell // http://www51 .Honeywell.com/ru/

22. Официальный сайт КВС // http://www.kbcat.com/

23. Petro SIM Express // http://www.kbcat.com/Products-and-Services/Software/Simulation-Software/Petro-SIM-Express/

24. Petro SIM // http://www.kbcat.com/Products-and-Services/Software/Simulation-Software/Petro-SIM/

25. Официальный сайт Invensys // http://www.ips-invensvs.ru/

26. Официальный сайт SimSci-Esscor // http://iom.invensys.com/EN/Pages/SimSci-Esscor.aspx

27. HYSYS Petroleum Refining // http://www.aspentech.com/products/aspen-refsys.aspx41. Описание Aspen HYSYS //http://sepedadestaratabratasena.files.wordpress.com/2009/01/hysys-3.pdf

28. Aspen Simulation Workbook //http://www.aspentech.com/uploadedFiles/Company/aspensimulationworkbook.pdf

29. Кен Гетц, Майк Гилберт "Программирование на Visual Basic 6 и VBA. Руководство разработчика"// BHV, 2001 г. С. 20-100.

30. Бьярн Страуструп "Программирование: принципы и практика использования С++" // Вильяме, 2010 г. С. 10-1100

31. Aspen Hysys The Optimizer // http://www.docstoc.com/docs/56442272/Aspen-Hysvs-The-Optimizer

32. Process Simulation // http://www.migas-indonesia.net/download/ mdex.php?option=comdocman&task=docview&gid=85747. UniSim Heat Exchangers //http://archivos.labcontrol.cl/HYSYSDQCUS/UHX%20User%20Guide.pdf

33. UniSim Process Pipeline Modeler // http://archivos.labcontrol.cl/HYSYS DQCUS/PPL%20GS.pdf

34. Моделирование установившегося потока флюида (PIPESIM) // http://www.slb.ru/sis/pipesirn/

35. Официальный сайт Schlumberger Information Solutions // http://www.slb.ru/sis/main/

36. New JIP Opportunities with Important Ramifications // http://www.intercorr.com/2005sscsourservice.htm

37. Официальный сайт Intercorr // http://www.intercorr.com/

38. Официальный сайт UOP // http://www.uop.com/

39. UniSim Operations // http://hpsweb.honeywell.com/Cultures/en-US/Products/ControlApplications/simulation/UniSimOperations/default.htm

40. Using an Integrating Petrochemical/Refinery Model to Improve Profit // http://www.kbcat.com/default/documents/technical%20papers/tp%202006/2006 AR TCAnnualJUsinglntegratedPetrochemRefModel Paul%20Haugseth.pdf

41. Use DISTOP // http://www.kbcat.com/default/documents/presentations pembroke/2009 %20DE%20Seminar%20Refinerv%20Design NKnig ht.pdf

42. LP Model Issues and Solutions //http://www.kbcat.com/default/documents/Presentations Houston Ecopetrol June201 0/P-06%20LP%20Issues%20and%20Solutions.pdf

43. FSIM Plus // http://iom.invensvs.com/EN/Pages/SimSci-Esscor DvnSimSuite FSIMPLUS.aspx

44. TRISIM Plus // http://iom.invensvs.com/EN/Pages/SimSci-Esscor DvnSimSuite TRISIMPLUS.aspx

45. Invensys Foxboro // http://iom.invensys.com/EN/Pages/Foxboro.aspx

46. Официальный сайт Tricon Energy // http://www.triconenergy.com/

47. HEXTRAN Heat Transfer // http://iom.invensvs.com/EN/Pages/SimSci-Esscor ProcessEngSuite HEXTRAN.aspx

48. Описание INPLANT // http://iom.invensys.com/EN/Pages/SimSci-Esscor ProcessEngSuitelNPLANT.aspx

49. ROMeo Online Performance Suite // http://iom.invensys.com/en/pages/simsci-esscor romeoonlineperformancesuite.aspx

50. Коннолли Т., Бегг К. Базы данных: проектирование, разработка и сопровождение. Теория и практика. 2 изд.: Пер. с англ. М: ИД "Вильяме", 2001.- С. 41-76.

51. Описание софт ПЛК CoDeSys SP RTE //

52. КТК-М: МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТРЕНАЖЕРЫ // http://hpsweb.honeYwell.com/Cultures/ru-RU/ AdvancedSolutions/ SimulationandOperatorTrainingSystems/Products/CTCM/default.htm

53. Самойлов В.Д., Писаренко А.П. Программное обеспечение локальных тренажеров ТЭС // Энергетика и электрификация. 1983. № 2. С. 42-44.

54. Волкова О. Технологические компьютерные системы в Норвегии // PCWeek live. № 48. 22.12.1999. http://www.pcweek.ru.

55. Шмелев.Г.С., Ашкалиев Э.Я., Ляпин А.В. Опыт реализации стандарта МЭК 1131-3 (ISaGRAF) в среде операционной системы реального времени.// Приборы и системы управления, № 4/1997.-С. 8-10.

56. Официальный сайт Emerson // http://www.emersonprocess.ru/

57. Официальный сайт Yokogava // http://www.yokogawa.ru/

58. Aspen Plus Conceptual design of chemical processes // http://www.aspentech.com/products/aspen-plus.aspx

59. Aspen Plus Dynamics Dynamic simulation and optimization of chemical processes // htt|3://\vww.aspentech.com/products/aspen-dvnamics.aspx

60. Aspen Simulation Workbook // http://www.aspentech.com/products/aspen-simulation-workbook. aspx

61. PDS DeltaV Simulate // http://www2.emersonprocess.com/siteadmincenter/ PM%20DeltaV%20Documents/ProductDataSheets/PDS DeltaV Simulate.pdf

62. The DeltaV Digital Automation System // http://www2.emersonprocess.com/en-us/brands/de ltav/Pages/index. aspx

63. MiMiC Simulation Software // http://www.mvnah.com/products/mimic96. 3rd Generation Simulation Solves Process Industry Challenges // http://www2.emersonprocess.eom/siteadmincenter/PM%20DeltaV%20Documents/W hitepapers/WP 3rd Generation Simul.pdf

64. Официальный сайт MYNAH // http://www.mynah.com/

65. DeltaV OTS Express Facts // http://www2.emersonprocess.com/en-US/brands/edservices/deltavots/Pages/DeltaVOTSExpressFacts.aspx

66. Описание UNISIM // http://esdotcom.com/UNISIM BROCHURE.pdf

67. UniSim Operations // http://hpsweb.honevwell.com/Cultures/en-US/Products/ControlApplications/simulation/UniSimQperations/default.htm

68. UniSim Framework // http://www.dii.unisi.it/~giorgi/ didattica/ cale!208/ Iezioni08/c208es04-unisim intro.pdf

69. Honeywell ProcessSync // https://hpsweb.honevwell.com/HPSWebIl/ SiteNavigator.aspx?Definition=Download&Type=WebinarProcess&DocId=WP01 (необходима регистрация)

70. Invensys Triconex // http://iom.invensvs.com/AP/Pages/triconex.aspx

71. Официальный сайт ABB // http://www.abb.ru/

72. OmegaLand Visual Modeler For Plant Simulation // http ://w ww. ome gasim. с о. jp/contents е/pro duct/ vm/index, htm

73. Operator training system Plant simulator //http ://w ww. yoko gawa. com/ sbs/ О SC/VMmaster-overvie w.htm

74. Официальный Omega Simulation// http://www.omegasim.co.ip/contentse/product/ol/index.htm

75. Технологический регламент головных сооружений III очереди расширения Невской СПХГ. (Книга 1. Технологический регламент по эксплуатации установки осушки газа.) 2005 г.

76. UniSim Design Suite // http://www.neftelib.ru/neft-book/067/71/index.shtml

77. Официальный сайт ООО МНТЦ "БИАТ" // www.biat.COm.ru

78. Standard Contracted Rectangular Weirs //http://www.usbr.gov/pmts/hydraulics lab/pubs/wmm/chap07 09.html

79. James B. Francis // http://en.wikipedia.org/wiki/James B. Francis

80. Stichlmair, J., Bravo, J.L. and Fair, J.R., "General model for prediction of pressure drop and capacity of countercurrent gas/liquid packed towers," Gas Separation & Purification, Vol. 3 (March, 1989), pp. 19-28.

81. Пахомов A.H., Коновалов В.И., Гатапова Н.Ц., Колиух А.Н. Основы моделирования химико-технологических систем: Учебное пособие.// Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2008. . С. 46-78.

82. Андреев Е.Б., Куцевич H.А., Синенко О.В. SCADA-системы: взгляд изнутри.// Москва: РТСофт, 2004 г. С. 19-132.

83. Андреев Е.Б., Попадько В.Е. "Программные средства систем управления технологическими процессами в нефтяной и газовой промышленности" // Москва Нефть и газ, 2005. С. 64-156.

84. Описание Acronis True Image Home //http://www.acronis.ru/homecomputing/products/trueimage/features.html

85. M. Михеев "Администрирование Vmware vSphere" // ДМК Пресс, 2010 г. -С. 13-51.

86. Описание VMware vSphere// http://www.vmware.com/ru/products/vsphere/

87. Облачные вычисления // http://habrahabr.rU/blogs/cloudcomputing/l 11274/121. Vmware ESXi сервер //http ://www. softbcom.ru/products/vmware/detail.php?ID= 1814122. VMware vCenter Server//http://www.softbcom.ru/products/vmware/detail.php?ID= 1815

88. Лейден К., Виленски M. TCP/IP для "чайников", 4-е издание //ДИАЛЕКТИКА, 2001- г. С. 20-300.

89. МАС-адрес // http://ru.wikipedia.Org/wiki/MАС-адрес125. 64-битные системы // http://www.viva64.eom/ru/l/0001/

90. Виртуализация. Архитектура Hyper-V //http://www.gliffer.ru/articles/virtualizatsiva--arhitektura-hvper-v-glubokoe-pogrugenie/

91. VMware converter инструмент миграции на VM // http://itc.ua/articles/vmwareconverterinstrumentmigraciinavm27276

92. Диттнер Р. "Виртуализация и Microsoft'Virtual Server 2005", M.: Бином 2008 г., С. 15-400.

93. Virtual PC // http://www.dvakompa.com/forum/virtual-pc-2007.html

94. VMware Infrastructure 3 Documentation//http ://www. vmware.com/support/pubs/vi pubs .html

95. VMware Documentation // http ://pubs .vmware.com

96. С.А. Рылов, А.Э. Софиев, Ю.В. Тараканов "Разработка мобильного компьютерного тренажера для обучения операторов технологических процессов" Журнал "Приборы" №3, Москва, 2010. - С. 19 - 24.

97. Кобелев Н.Б. Введение в общую теорию имитационного моделирования. -М.: Принт-Сервис, 2007.

98. Reddy V. et al. Custom Simulation for Control Systems Solutions and Process Operations Training // Proc. 19 Annual Control Conference Purdue Univ. W. Lafayette (IN), 1993. Pp. 57-63.

99. Описание OPCLink // http://www.intouch.ru/support/pub/OPCLINK.PDF

100. Описание InSQL // http://www.intouch.ru/support/pub/InSQLstart.pdf

101. Администрирование InSQL // http://www.intouch.ru/support/pub/InSOLAdm.pdf

102. Wonderware Factory Suite IndustrialSQL Server / Руководство по клиентским инструментам // http://old.intouch.ru/support/pub/InSOLClients.pdf