авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 ||

Разработка тренажерного оборудования для повышения безопасности технологических процессов на нефтегазовых объектах

-- [ Страница 2 ] --

С АРМ учеников возможно управление технологическим оборудованием так, как это производится на реальных технологических объектах. В зависимости от поставленной преподавателем задачи ученики следят за технологическим процессом или осуществляют технологические переключения.

Преподаватель через генератор аварийных ситуаций может воздействовать на модель основных ТП, модель вспомогательных ТП и модель СУ. К таким воздействиям относятся:

  • имитация утечки на линейном участке трубопровода;
  • недостоверность показаний контролируемых параметров, изменения показаний (достижение предельных или аварийных значений);
  • отказ в управлении технологическим объектом (имитация обрыва управляющей цепи).

В связи с тем, что моделируемый ТП является сложным, с большим количеством взаимосвязанных параметров и подсистем при разработке математической модели ТП параметры условно разделили на две группы: основные и вспомогательные технологические параметры.

Значения основных технологических параметров, передаваемые в модель СУ, представляются в следующем виде:

П = Пр + Ппр,

где Пр = f(t) – значение контролируемого параметра в контрольной точке от времени (рассчитывается математической моделью);

Ппр – отклонение параметра, задаваемое с АРМ преподавателя (имитация неисправности датчика или аварийной ситуации).

Разработано программное обеспечение, позволяющее производить расчет основных технологических параметров моделируемой технологической схемы с использованием двух методов расчета:

  1. Составление и расчет дифференциальных уравнений движения жидкости по трубопроводу на основе теоремы количества движения, закона сохранения массы и уравнения состояния (математическая модель№1):

где – давление;

– осредненная по сечению скорость течения жидкости;

с – скорость звука в данной жидкости;

– коэффициент гидравлического сопротивления;

D – диаметр трубопровода.

Моделируемая технологическая схема нефтепроводов условно разбивается на участки по следующему принципу: начало первого участка – резервуар, конец первого участка – ближайший узел или технологический элемент (задвижка, насос, клапан и.т.д.); начало второго участка – конец первого, конец второго – следующий ближайший узел или технологический элемент и т.д.; конец последнего участка – резервуар. Таким образом, все участки являются взаимосвязанными по краевым условиям, расчет параметров ведется для каждого участка и соответственно для всей схемы со скважностью, определяемой возможностями ЭВМ.

  1. Составление и расчет уравнений, на основании 1-го и 2-го законов Кирхгофа вида (математическая модель №2):

a11 x1 + : : : + a1n xn = Q1;

: : :

ak1 x1 + : : : + akn xn = Qk;

a(k+1)1 x1 1-1 x1 + : : : + a(k+1)n xn n -1 xn = H1;

: : :

an1 x1 1-1 x1 + : : : + ann xn n -1 xn = Hn-k,

где xi - расход в i-той трубе;

аij – коэффициент, определяемый по 1-му или 2-му закону Кирхгофа (для 1-го закона Кирхгофа втекающий в контрольную точку поток привносит коэффициент, равный единице, вытекающему потоку отвечает коэффициент, равный минус единице; для 2-го закона Кирхгофа и для нелинейных уравнений аij – коэффициент сопротивления трубы);

Нi - приложенные напоры;

Qi – отбор в узле;

i – степень в законе зависимости величины напора от значения расхода.

Суть метода расчета следующая: система трубопроводов описывается уравнениями, составленными исходя из 1-го и 2-го законов Кирхгофа, и решается со скважностью, определяемой возможностями ЭВМ.

Для выбора оптимального метода расчета основных технологических параметров проведены экспериментальные исследования на соответствие моделей следующим критериям:

  1. адекватность расчетных параметров реальному объекту в стационарных состояниях;
  2. адекватность расчетных параметров реальному объекту в нестационарных состояниях;
  3. устойчивость моделирования ТП.

Результаты проведенных исследований представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Результаты исследования математических моделей ТП

п/п Наименование исследования,
контролируемый параметр
Значение параметра
для математической модели №1
Значение параметра
для математической модели №2
Допустимое Фактическое Допустимое Фактическое
1 Адекватность в стационарных состояниях, отклонение (%) 5,00 1,60 5,00 2,48
2 Адекватность в нестационарных состояниях, максимальное отклонение (%) 10,00 4,39 10,00 16,81
3 Устойчивость моделирования ТП, отклонение (%) 1,00 0,40 1,00 0,50

Результаты исследования показали, что математическая модель ТП, составленная исходя из 1-го и 2-го законов Кирхгофа, не соответствует установленному критерию адекватности моделирования нестационарных состояний. Допустимое значение максимального отклонения составляет 10,00%, фактическое значение – 16,81%.

Моделирование значений вспомогательных технологических параметров в контрольных точках производится согласно следующему уравнению (рисунок 4):

Т = Т0 + Тп + Тр + Тпр,

где Т0 – начальное значение параметра, загружаемое по умолчанию при пуске программного обеспечения;

Тп – значение помехи, единичного отклонения от заданного значения;

Тр = f(t) – значение изменения параметра в контрольной точке от времени (нагрев обмоток работающего электродвигателя, изменение уровня во вспомогательных емкостях при работающих насосах и т.д.);

Тпр – отклонение параметра, задаваемое с АРМ преподавателя (имитация неисправности датчика или аварийной ситуации).

Рисунок 4 – Диаграмма моделирования вспомогательных параметров

Для различных видов моделируемых вспомогательных технологических параметров начальные, рабочие, предельные и аварийные значения определяются в соответствии со значениями, установленными в регламентах, из реальных данных технологического процесса и значений уставок срабатывания СУ.

Время выхода на рабочий режим и вид функции Тр = f(t) для каждого моделируемого технологического параметра так же определятся исходя из реальных данных технологического процесса.

Описание принятых алгоритмов изменения различных моделируемых вспомогательных параметров представлено в таблице 2.

Спроектированы основные элементы и библиотека готовых типовых элементов системы отображения диспетчерской информации для мнемонических схем, соответствующих наблюдаемым и управляемым компонентам насосных станций и линейного участка нефтепроводов с АРМ оператора и АРМ диспетчера. Разработан программный модуль «дизайнер» системы отображения экранных форм операторов НПС и диспетчеров РДП с учетом действующих требований регламентов ОАО «АК «Транснефть».

Таблица 2 - Функции Тр = f(t) для различных параметров

п/п Наименование вспомогательного параметра Описание функции
1 Температура в контрольных точках Условие начала изменения – пуск агрегата; Начальное значение (t0) = 20 °C; Рабочее значение (tр) = 50 °C; Значение помехи = ±5 °C; Тр = k – линейная функция; – время, с. k = 0,5.
2 Вибрация в контрольных точках Условие начала изменения – пуск агрегата; Начальное значение (а0) = 0 мм/с; Рабочее значение (ар) = 3 мм/с; Значение помехи = ±0,5 мм/с; 1 – время достижения максимального значения вибрации агрегата при пуске, с. 2 – время достижения рабочего значения вибрации агрегата при пуске, с. – максимальное (пусковое) значение вибрации агрегата, мм/с; k1 = 5; k2 = 3.

Окончание таблицы 2

п/п Наименование вспомогательного параметра Описание функции
3 Сила тока электродвигателей Условие начала изменения – пуск агрегата; Начальное значение (i0) = 0 мм/с; Рабочее значение (iр) = 700 А; Значение помехи = ±10 А; 1 – время достижения максимального значения тока агрегата при пуске, с. 2 – время достижения рабочего значения тока агрегата при пуске, с. – максимальное (пусковое) значение тока агрегата, А; k1 = 5; k2 = 3.
4 Уровни продукта во вспомогательных емкостях Условие начала изменения – пуск насоса (откачки утечек, пожарного насоса и т.д.); Начальное значение – сохраненное в исходных данных значение; Значение помехи = ±1 мм; Тр = kt – линейная функция; k = 0,05.
5 Загазованность в контрольных точках Условие начала изменения – пуск насоса; Начальное значение (t0) = 0 %; Рабочее значение (tр) = 0 %; Значение помехи = +2 %.
6 Перепад давлений на фильтрах Условие начала счета – пуск тренажера; Начальное значение – сохраненное в исходных данных значение; Значение помехи = ±0,01 кгс/см2.
7 Состояния вспомогательных систем Условие начала счета – пуск тренажера; Начальное состояние – сохраненное в исходных данных состояние.
8 Содержание примесей в продукте Условие начала счета – пуск тренажера; Начальное значение – сохраненное в исходных данных значение; Значение помехи = ±0,05%.

Разработан имитатор аварийных ситуаций, позволяющий реализовать режим обучения, максимально соответствующий реальному рабочему месту, и метод его применения, отличающийся возможностью задания набора аварийных событий в виде определенной согласованной последовательности.

Четвертая глава посвящена исследованию эффективности применения тренажерных обучающих комплексов оперативного и диспетчерского персонала в интересах повышения промышленной безопасности при управлении объектами транспорта нефти и нефтепродуктов.

Для проведения эксперимента были взяты 2 группы по 25 (первая группа) и 21 (вторая группа) человек соответственно. Каждая группа находилась в отдельном компьютерном классе и не обладала информацией о действиях другой группы. При этом первая группа выполняла задания с предварительным обучением при помощи тренажерной обучающей программы, а вторая на основе методических материалов на бумажном носителе.

Проведенный анализ показал, что наиболее адекватными характеристиками оценки эффективности результатов обучения с использованием разработанной тренажерной системы являются показатели времени выполнения определенных действий, доля правильных действий, среднее квадратическое отклонение (СКО) времени выполнения действий и доли правильных действий, а также такие сравнительные показатели, как коэффициент усвоения и коэффициент сокращения времени выполнения.

Проведенные исследования эффективности разработанной тренажерной системы показали, что при решении типовых задач приемки смены среднее время приемки сокращается с 18 до 15 минут, что при уровне значимости =0,01 является статистически значимым различием. Доля правильных действий увеличивается с 76 до 97%. Соответственно в восемь раза уменьшается количество ошибок. При решении проблем аварийной ситуации на одной из подсистем среднее время правильной реакции сокращается почти в два раза, стандартное отклонение (разброс) времени – в 2,5 раза. Доля правильных действий увеличивается с 64 до 89%, то есть более чем в три раза сокращается доля ошибочных действий. При решении проблем аварийной ситуации станционного характера среднее время реакции сокращается с 19,1 до 10,5 минут, стандартное отклонение (разброс) времени – в 2,7 раза. Доля правильных действий увеличивается с 57 до 84%, то есть в два с лишним раза уменьшается доля ошибочных действий.

Рисунок 5 – Сравнительные показатели при выполнении приемки смены

Рисунок 6 – Сравнительные показатели при выполнении заданий с аварийными ситуациями агрегатного типа

Рисунок 7 – Сравнительные показатели при выполнении заданий с аварийными ситуациями станционного типа

Выводы и результаты

  1. Анализ данных по обучению персонала сложных технических систем с использованием современных тренажерных комплексов показал, что аварийность на объектах ОАО «АК «Транснефть» по вине оперативного и диспетчерского персонала составляет 9,1%, что, главным образом, обусловлено отсутствием готовности к работе в сложных штатных и нештатных ситуациях. Это положение требует применение для подготовки оперативного и диспетчерского персонала имитационных тренажеров нового поколения. Установлено, что в структуре тренажеров необходимым является наличие подсистемы генерации и анализа аварийных ситуаций, которая в большинстве известных систем либо не реализована, либо реализована не в полном объеме.
  2. Предложен новый метод построения тренажерного комплекса для подготовки диспетчеров и операторов трубопроводного транспорта на базе единого подхода, новых моделей и метода типизации. Он заключается в построении математической модели типового участка нефтепровода, модели типовой СУ, проектировании типовой системы отображения диспетчерской информации, базы данных и типового имитатора аварийных ситуаций. Типовой имитатор СУ спроектирован на основе РД, регламентирующих тип, место и время возникновения ситуации.
  3. Разработано новое программное обеспечение тренажерного комплекса для обучения деятельности по обеспечению промышленной безопасности при управлении объектами транспорта нефти и нефтепродуктов в штатных и нештатных ситуациях на основе концептуальных моделей деятельности человека–оператора. В составе тренажерного комплекса впервые разработан имитатор аварийных ситуаций, позволяющий реализовать режим обучения, максимально соответствующий реальному рабочему месту, и метод его применения, отличающийся возможностью задания набора аварийных событий в виде определенной согласованной последовательности.
  4. Предложена и экспериментально доказана концепция снижения риска аварийности и травматизма в нефтегазовой отрасли на основе обучения деятельности по распознаванию ситуаций и отработке моторных навыков управления технологическими процессами. Применение методов обучения, основанных на данной концепции, позволяет сократить время выполнения действий обучаемых в аварийных ситуациях в среднем в 2 раза, вероятность выполнения ошибочных действий сокращается в 3–8 раз.
  5. Экспериментальное исследование разработанных методов, моделей и алгоритмов показало с достоверностью =0,95, что в штатных режимах в три раза уменьшается количество ошибок. С тем же уровнем достоверности установлено, что при решении проблем аварийной ситуации на одной из подсистем среднее время правильной реакции сокращается в два раза, а доля правильных действий увеличивается с 64 до 89%, то есть более чем в три раза сокращается доля ошибочных действий. На том же уровне достоверности установлено, что при решении проблем аварийной ситуации станционного характера среднее время реакции сокращается в два раза (с 19,1 до 10,5 минут), а доля правильных действий увеличивается с 57 до 84%, то есть в два с лишним раза уменьшается доля ошибочных действий.

Список публикаций по теме диссертации:

  1. Гиниятов И.Г. Проблема самовозбуждения емкостных электрических машин // Материалы II Международной конференции «Интеллектуальные системы управления и обработки информации». - Уфа: Изд-во УГАТУ, 2001. С.236.
  2. Гиниятов И.Г., Аиткулов Ф.Ф., Нугуманов В.Г., Шевченко Д.И. Тренажерный комплекс для обучения операторов НПС, диспетчеров РДП и ремонтного персонала // НТЖ «Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности». – М.: ОАО «ВНИИОЭНГ», 2004. - №4. С. 13-16.
  3. Гиниятов И.Г., Шевченко Д.И., Ахряпов В.С., Кудрявцев А.А. Имитационные тренажеры и автоматизированные системы обучения // НТЖ «Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности». – М.: ОАО «ВНИИОЭНГ», 2005. - №3. С. 26-30.
  4. Гиниятов И.Г., А.Д.Галиев, Шевченко Д.И. Эффективное обучение персонала // Ежемесячный научно-практический журнал «Ростехнадзор. Наш регион». – Уфа: ООО «Информ-сервис», 2006. - №9. –С.62-63.
  5. Гиниятов И.Г., А.Д.Галиев, Д.И.Шевченко Эффективное обучение персонала // Ежемесячный научно-практический журнал. «Ростехнадзор. Наш регион» – Уфа: Изд-во ООО «Информ-сервис», 2006г. - №10. –С.58-62.
  6. Гиниятов И.Г., Хафизов Ф.Ш., Шевченко Д.И., Кудрявцев А.А. Использование обучающих систем и тренажерных комплексов в процессе обучения// Сб. научных трудов «Обеспечение промышленной безопасности на предприятиях нефтегазовой отрасли» - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2007. С. 80-83.
  7. Гиниятов И.Г., Сафончик Е.И., Хафизов Ф.Ш., Кудрявцев А.А. Имитационный тренажер для обучения технического персонала ОАО «АК «Транснефть» // Журнал «itech – интеллектуальные технологии». -2008. -№9. С. 70-71.
  8. Гиниятов И.Г., Хафизов Ф.Ш., Кудрявцев А.А. Подготовка и тренинг персонала объектов нефтегазового комплекса с использованием имитационных тренажеров // НТЖ «Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов». - Уфа: Изд-во ГУП «ИПТЭР». -2008г. -№4 (74). -С. 115-118.
  9. Giniyatov I.G., Schevchenko D.I., Nugumanov V.G., Kudryavtsev A.A. Computer-aided training systems and simulators// Antaliya, Turkey, CSIT. - September 15-17. -2008. -V.3. -Р.123-127.
  10. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2005611823. TransNNP. Программа имитации объектов трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов / Шевченко Д.И., Гиниятов И.Г, Кудрявцев А.А. – Заявка №2005611724 от 11.07.2005 г.; зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 25.07.2005 г.
  11. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2007612079. TransNNP_RP. Программа моделирования и имитации объектов трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов / Шевченко Д.И., Гиниятов И.Г, Кудрявцев А.А. – Заявка №2007611555 от 2

    Pages:     | 1 ||
     








 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.