Система обучения операторов (Omega Simulation)

Система обучения операторов (Omega Simulation)

OmegaLand представляет собой интегрированную среду для динамического моделирования, которая позволяет создавать виртуальные химические, нефтехимические и нефтеперерабатывающие заводы, а также другие типы производственных объектов. Это создаёт основу для подготовки операторов, анализа и исследования процессов, проектирования и проверки систем управления, обучения химическим технологическим процессам, поддержки операторов и оптимизации эксплуатации.

Эффект от применения OMEGALAND

• Приобретение навыков пуска, останова и штатной эксплуатации технологического объекта
• Освоение действий в случае нарушений в работе оборудования и в других чрезвычайных ситуациях (раннее выявление, предотвращение и корректирующие действия)
• Документирование и передача знаний об эксплуатации предприятия среди операторов
• Развитие знаний о технологическом процессе у операторов и формирование уверенных навыков для повышения качества эксплуатации предприятия

Для эффективного обучения операторов предприятия КТК должен воспроизводить поведение реального технологического объекта, а также имитировать рабочую среду, с которой взаимодействуют операторы предприятия. Это налагает на КТК определённые требования с точки зрения точности и функционала:

• максимально точное воспроизведение работы реального технологического объекта;
• использование рабочей среды, идентичной интерфейсам РСУ и ПСБ на реальных установках;
• воссоздание реалистичной рабочей среды на предприятии для операторов поля;
• связь с ПО других поставщиков, имеющим дополняющим функционалом.

Помимо этого, высокоточные модели технологических объектов в КТК могут быть использованы и для других задач на протяжении всего жизненного цикла предприятия.

Основные функции для операторов технологических установок

Компания Omega Simulation Co., Ltd. предлагает высокоточные КТК OmegaLand. По всему миру уже внедрено более 200 проектов КТК OmegaLand в нефтегазовой, нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической и энергетической отраслях. КТК OmegaLand имеет следующие характеристики и функции:

Для операторов технологических установок

Пакет динамического моделирования высокой точности
В состав КТК OmegaLand входит пакет точного и строго моделирования Visual Modeler. Visual Modeler обеспечивает точное воспроизведение параметров работы реальных технологических объектов благодаря тому, что в нём реализован расчёт энергетического, теплового балансов, а также баланса по расходу и давлению с учётом законов сохранения массы и энергии. Также в пакет интегрирована база данных института DIPPR для физических свойств 1600 чистых компонентов и разнообразные вычислительные методы термодинамики.

Рабочая среда оператора идентичная РСУ и ПСБ
Важно, чтобы в высокоточном КТК использовалась рабочая среда, идентичная той, с которой операторы предприятия взаимодействуют при работе с РСУ и ПСБ. КТК OmegaLand имеет идеальное сопряжение с системами CENTUM и ProSafe-RS – РСУ и ПСБ от Yokogawa – одними из самых известных во всём мире. Это даёт операторам максимально полное ощущение, что они находятся на своих реальных рабочих местах и управляют своей установкой.

Реалистичная рабочая среда для операторов поля
Панель оператора поля (FOP), интегрированная в КТК OmegaLand, обеспечивает высокоточный КТК для операторов поля. Благодаря FOP, операторы поля в ходе обучения воспринимают ситуацию, как если бы они фактически выполняли обход на производственной площадке предприятия, осуществляя контроль и управление средствами КИПиА во взаимодействии с операторами РСУ. FOP можно легко подключить к ПО для формирования 3D-изображения или виртуальной графики. Эта функция повышает реалистичность при обучении операторов поля.

Для инструкторов

Специализированный инструмент для инструкторов
КТК OmegaLand включает специализированный программный инструмент – так называемый «набор инструктора» (Instructor Tool Kit). Используя ITK, инструкторы, осуществляющие обучение персонала, определяют и управляют учебными занятиями, контролируют и оценивают работу обучающихся и формируют отчёты об обучении.

Различный функционал для обучение операторов
КТК OmegaLand предназначен для выполнения различных функций, необходимых для обучения операторов. Инструктор задаёт настройки учебных заданий и – с помощью ITK – может менять параметры в любой момент времени в ходе учебного занятия по своему усмотрению. Также ITK позволяет инструктору оценивать действия обучающегося и воспроизводить их позднее для совместного разбора с обучающимися.

Для инженеров

Имитационное моделирование крупных предприятий на одном компьютере
КТК OmegaLand способен моделировать на одном компьютере целое крупное предприятие, такое как завод по производству этилена, в состав которого входит более 10 000 единиц технологического оборудования. Это возможно благодаря превосходной архитектуре ПО, в то время как другие КТК требуют использования нескольких компьютеров для моделирования столь крупного объекта.

Высокая скорость расчётов
Высокоэффективные вычислительные алгоритмы КТК OmegaLand обеспечивают высокую скорость расчётов. Это позволяет выполнять громоздкие и сложные расчёты в реальном времени. Помимо этого, КТК OmegaLand позволяет значительно повысить скорость расчёта при моделировании на нескольких ПК.

Дополнительное применение на протяжении всего жизненного цикла предприятия
КТК OmegaLand может применяться не только для обучения операторов, но и для других задач на протяжении жизненного цикла предприятия, используя модели, разработанные в КТК.

Основные функции для инструкторов и инженеров

Инструкторы

Специализированный инструмент для инструкторов
КТК OmegaLand включает специализированный программный инструмент – так называемый «набор инструктора» (Instructor Tool Kit). Используя ITK, инструкторы, осуществляющие обучение персонала, определяют и управляют учебными занятиями, контролируют и оценивают действия обучающихся и формируют отчёты об обучении.

Различный функционал для обучение операторов
КТК OmegaLand предназначен для выполнения различных функций, необходимых для обучения операторов. Инструктор задаёт настройки учебных заданий и – с помощью ITK – может менять параметры в любой момент времени в ходе учебного занятия по своему усмотрению. Также ITK позволяет инструктору оценивать действия обучающегося и воспроизводить их позднее для совместного разбора с обучающимися.

Инженеры

Имитационное моделирование крупных предприятий на одном компьютере
КТК OmegaLand способен моделировать на одном компьютере целое крупное предприятие, такое как завод по производству этилена, в состав которого входит более 10 000 единиц технологического оборудования. Это возможно благодаря превосходной архитектуре ПО, в то время как другие КТК требуют использования нескольких компьютеров для моделирования столь крупного объекта.

Высокая скорость расчётов

Высокоэффективные вычислительные алгоритмы КТК OmegaLand обеспечивают высокую скорость расчётов. Это позволяет выполнять громоздкие и сложные расчёты в реальном времени.

Дополнительное применение на протяжении всего жизненного цикла предприятия
КТК OmegaLand может применяться не только для обучения операторов, но и для других задач на протяжении жизненного цикла предприятия, используя модели, разработанные в КТК, обеспечивая возможность оптимизации.

Оптимизация

Решение MIRROR PLANT, основанное на технологии OmegaLand, разработано и предназначено для работы в синхронизации с системой управления предприятием и осуществляет непрерывное и периодическое обновление технологических моделей. Это означает следующие возможности:

• Прогнозирование будущей работы на основе расчёта модели в ускоренном масштабе времени.
• Выбор кратчайшего переходного пути, на который не повлияет ситуация на предприятии при смене сортов.
• Выполнение экономической оптимизации в текущих обстоятельствах и поиск наиболее подходящих операций для перехода в оптимальное состояние.

Подробно

• Имитационная модель предприятия
• Функция обучения оператора

Анализ и изучение технологического процесса

Для анализа технологических процессов и проектирования используют пакеты имитационного моделирования для стационарных состояний, в то время как динамические модели применяют для анализа и проверки работы технологического объекта.

С помощью виртуального завода, сконфигурированного в пакете динамического моделирования, можно выполнять различные виды проверок и исследований проблем, что было бы невозможным на реальном работающем предприятии по соображениям безопасности и недопущения внешних возмущений. Также существует возможность прогнозировать проблемы, которые могут возникнуть на предприятии, которое будет построено в будущем.

Среда моделирования предлагает следующий функционал для имитации ситуаций из реальной эксплуатации:

• Подготовка и проверка процедур пуска и останова вновь строящихся объектов
• Проверка ограничений и мощности установки перед выполнением повторного моделирования
• Проверка возможностей оборудования в нештатных или чрезвычайных ситуациях на предприятии
  (например, мощность и скорость реакции предохранительного клапана и ёмкость буферных резервуаров)
• Проверка эксплуатационных условий до внесения изменений
  (например, изменений состава сырья, рабочей загрузки и оборудования)
• Предварительная оценка изменений в системах управления и параметрах

Для анализа техпроцессов и проверки можно использовать как Visual Modeler, так и VMviewer. С модулем Visual Modeler, с подключенными к нему основными функциональными модулями, можно работать с использованием окон мнемосхем.

Интерфейс OmegaLand для обмена данными имеет функции экспорта, что позволяет получать данные моделирования или вводить значения с помощью небольших макросов (на VBA) в среде MS Excel. Также можно удобно получать результаты моделирования в реальном времени для последующей обработки.

Образование

Учебный тренажёр строится на основе пакета динамического моделирования, приспособленного для изучения химических технологий. Обучающиеся могут изучать принципы работы современных сложных предприятий и самостоятельно обучаться работе с технологическими установками, используя модели в рамках виртуального завода. Такой опыт невозможно получить, занимаясь лишь теоретическими исследованиями. В конечном итоге они смогут получить знания и навыки, необходимые для эффективного анализа и управления в различных ситуациях.

Цели образовательного семинара – Проявляя инициативу в использовании учебных тренажёров, учащиеся могут быстро приобретать и расширять знания и навыки и достигать следующих целей.

• Понимание принципов проектирования технологических процессов
• Понимание принципов и работы оборудования и установок, а также формирование умений правильно разрешать различные ситуации, опираясь на обширный опыт
• Понимание работы систем управления и поведения технологического процесса, а также освоение основ управления
• Получение знаний, необходимых для управления технологическим процессом

Конфигурация учебного тренажёра обычно выполняется VMviewer.

Помощь в управлении процессом

IВ последние годы в области эксплуатации и управления предприятиями был достигнут значительный технологический прогресс. Помимо систем управления в формате традиционных РСУ, сформировалась потребность в более высокотехнологичных системах эксплуатации, подключаемых к базовой РСУ и реализующих расширенные пакеты управления, включая многопараметрическое предиктивное управление на основе модели и предиктивное управление на основе нейронных сетей, а также различные пакеты поддержки оператора для автоматического пуска, останова и смены сорта продукции.
Фактическому применению этих пакетов поддержки оператора на реальном объекте может предшествовать проверка и настройка их работы путём подключения их к виртуальному заводу в OmegaLand.
Поскольку динамическое моделирование позволяет проверять влияние логики управления и работы этих пакетов, имитационная модель в пакете поддержки оператора будет особенно полезна при изменении логики управления в сочетании с усовершенствованием на уровне техпроцесса, а также при подготовке сложных рабочих процедур, направленных на повышение эффективности эксплуатации.

Функция обучения оператора

Помимо базовых функций пакета динамического моделирования, таких как управление работой модели (запуск и приостановка), снимок и возврат назад, а также изменение масштаба времени, требуются ещё и функции обучения оператора. К ним относятся, например, функции включения сбоев, автоматическая работа, имитация работ в поле, регистрация и воспроизведение данных, а также оценка работы обучающегося

• Функция управления исполнением

Помимо функции управления работой модели, которая запускает и приостанавливает работу всей системы, включая прямое подключение к РСУ, существуют разнообразные дополнительные функции: функция снимка, которая осуществляет временное сохранение текущего набора условий во время обучения, функция возврата назад, которая восстанавливает ранее сохранённый набор условий для повторного начала обучения, и функция изменения масштаба времени, которая ускоряет или замедляет работу модели в два или в четыре раза.

• Функции для загрузки и сохранения исходных условий

Обучение начинается в условиях заранее настроенного стационарного состояния завода. Такие условия можно заранее сохранить в файле в качестве начальных условий.

Эти функции используют для того, чтобы намеренно создавать нештатное состояние или отказ оборудования. Операторов учат справляться с такими ситуациями. Для активации сбоев существует два метода. Один из них состоит в выборе сценария сбоя из списка на панели управления работой модели. Другой требует подготовки соответствующей панели управления сбоями в графическом окне и последующую передачу инструкций в среду работы модели по нажатию кнопки.

• Функции автоматической работы

Модуль автоматической работы является полезным при проведении обучения на основе серии процедур, объединённых одним сценарием, (функция сценария) или процедур, которые намеренно выполняются без участия оператора (функция «караоке»). Эта функция автоматической работы используется даже для выполнения сбоев, если при этом происходит несколько операций; работа с переменными происходит за продолжительный период времени; или вариант обработки выбирается в зависимости от условий.

• Функции повторного воспроизведения

Эти функции позволяют воспроизвести выполненные действия после окончания учебного занятия. Такое воспроизведение позволяет инструктору проанализировать выполненную работу совместно с обучающимся и дать ему соответствующие указания.

• Функции регистрации событий

Существует возможность сохранять действия и события, произошедшие во время обучения, в соответствующем файле-«журнале». Таким образом можно сохранять эти записи, например, для последующей оценки действий обучающегося. События, которые сохраняются с временной меткой, могут быть впоследствии использованы для воспроизведения.

• Функции оценки действий обучающегося

Эта функция передаёт сохранённые данные в формате MS Excel, чтобы инструктор мог посчитать количество действий с РСУ и сигнализаций, а также позволяет строить графики трендов для оценки действий обучающегося.

• Функции связи с РСУ

Для работы напрямую с РСУ требуется подключение к РСУ. Однако следует иметь в виду, что для системы обучения операторов роль станции управления (FCS) в составе РСУ играет специальный модуль, имитирующий работу FCS. Для этого модуля не обязательно, чтобы оборудование было той же модели, что и на реальной установке, но его функционал повторяет работу реальной станции управления.

https://www.yokogawa.com/cis/solutions/products-and-services/lifecycle-services/training-services/operator-training-system-omega-simulation/