автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Автоматизация построения компьютерных противоаварийных тренажеров для электротехнического персонала электрических станций

На правах рукописи

ФОМИЧЕВ Андрей Альбертович

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ ПРОТИВОАВАРИЙНЫХ ТРЕНАЖЕРОВ ДЛЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО ПЕРСОНАЛА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ

Специальности 05.14.02 - «Электрические станции (электрическая часть), сети, электроэнергетические системы и управление ими», 05.13.12 - «Системы автоматизации проектирования»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

/

- Иваново - с^мС^ 1998 \)г

Работа выполнена в Ивановском государственном энергетическом университете.

Научные руководители:

доктор технических наук, профессор, ректор ИГЭУ Нуждин В.Н. кандидат технических наук, профессор Коротков В.Ф.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор,

член корр. АЭН РФ Савельев В.А.

кандидат технических наук Шубин В.А.

Ведущая организация:

ЗАО «НПО Системотехника», г. Иваново

Защита состоится 11 июня 1998 г. в 1300 на заседании диссертационного совета К 063.10.01 при Ивановском государственном энергетическом университете по адресу: г. Иваново, ул. Рабфаковская, д. 34, корп. Б ауд. № 237

Отзывы (в двух экземплярах, заверенные печатью) просим отсылать по адресу: 153003, г. Иваново, ул. Рабфаковская, д.34, Ученый Совет ИГЭУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан $ мая 1998 г.

Ученый секретарь специализированного совета профессор, доктор технических наук

ОШКАРИН А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Аварийные ситуации, возникающие в электрической части электростанций, в своем развитии могут привести к значительному материальному ущербу и даже гибели людей. Успешная ликвидация аварийных ситуаций во многом определяется совместными действиями оперативного электротехнического персонала, от которого требуются самостоятельность, точность и быстрота принятия решений и их реализации.

Для поддержания соответствующего уровня готовности оперативного электротехнического персонала в практике электростанций периодически проводятся цеховые противоаварийные тренировки, которые являются основной формой обучения методам и приемам ликвидации аварийных ситуаций.

Развитие событий в процессе противоаварийной тренировки носит условный характер и определяется заранее подготовленным сценарием в предположении, что действия персонала будут соответствовать инструкциям, в которых, как правило, даются предписания к действиям в определенных условиях без объяснения их сущности.

Кроме того, между традиционными противоаварийными тренировками и реальной деятельностью существуют различия в структуре и источниках оперативной информации, а также в затратах времени на ее получение, анализ и реализацию принятого решения.

Повышение эффективности организации и проведения противо-аварийных тренировок на электростанциях могло бы внести широкое применение компьютерных противоаварийных тренажеров. Они должны органически входить в общую систему подготовки оперативного электротехнического персонала, отвечать ее основным требованиям и по возможности максимально приближать тренировки к реальной деятельности.

Однако широкое применение компьютерных противоаварийных тренажеров сдерживается из-за необходимости разработки или учета уникальных моделей электроэнергетических объектов и связанных с ними многочисленных технологических систем, а также соответствующих уникальных программ тренировок, что в свою очередь влияет на трудоемкость разработки, сроки реализации и стоимость тренажера. Их уникальность обусловлена особенностями цеховых противоаварийных тренировок (одновременность действий нескольких участников тренировки, многообразие задействованных технологических систем и оборудования, широкая география их размещения, многообразие аварийных ситуаций и возможность каскадного их развития).

Кроме этого, эффективность подготовки персонала может быть обеспечена лишь при постоянной адаптации и совершенствовании тре-

нажеров, что возможно при условии вовлечения в разработку специалистов отрасли, специалистов по инженерной психологии, педагогов и медиков.

Учитывая изложенное, представляется актуальной разработка специализированного программно-методических инструментальных средств, обеспечивающих автоматизацию построения и функционирование компьютерных тренажеров для проведения цеховых противоава-рийных тренировок электротехнического персонала электрических станций - компьютерных противоаварийных тренажеров.

Работы по теме диссертации выполнялись в рамках отраслевой научно-технической программы № 21 РАО «ЕЭС России» «Подготовка персонала и новые учебные технологии», а также по договорам с электрическими станциями.

Целями работы являются:

- разработка программно-метод1гческого обеспечения для автоматизированного построения и функционирования компьютерных противоаварийных тренажеров оперативного электротехнического персонала электростанций;

- применение разработанного программно-методического обеспечения для практической реализации компьютерных противоаварийных тренажеров.

Для достижения поставленных целей в работе решены следующие задачи:

- проведен аналитический обзор существующих разработок в области обучения и тренировки оперативного персонала и используемых для этих целей тренажеров;

- проведен анализ существующих традиционных цеховых программ противоаварийных тренировок для оперативного электротехнического персонала, нормативной документации, регламентирующей их проведение, а также оперативной деятельности в условиях аварийной ситуации;

- выработан подход к формальному представлению деятельности оперативного электротехнического персонала в аварийных ситуациях, а также режимов работы оборудования и технологических систем в электрической части электростанций;

- на основе выработанного подхода разработаны формальные модели основных компонентов тренажера: информационная модель, обеспечивающая визуальное представление электротехнических объектов, ввод команд от субъектов тренировки, а также их взаимодействие друг с другом; модель деятельности, определяющая поведение персонала при ликвидации аварийной ситуации; модель объекта управления, обеспечивающая реакцию тренажера на действия субъектов тренировки и от-

ражающая процессы, происходящие в электротехническом оборудовании электростанций в ходе тренировки;

- разработаны типовые элементы электротехнических объектов (органы управления, контрольно-измерительные приборы, коммутационная аппаратура и т.д.), обеспечивающих формирование структур информационной модели, модели объекта управления и частично модели деятельности для каждого конкретного тренажера;

- разработаны алгоритмы функционирования компьютерного противоаварийного тренажера, основанные на применении разработанных моделей;

- разработана методика построения компьютерного противоаварийного тренажера;

- разработано программное обеспечение для автоматизированного построения компьютерных противоаварийных тренажеров;

- на основе разработанных программных средств осуществлена практическая реализация компьютерных противоаварийных тренажеров для проведения цеховых противоаварийных тренировок оперативного электротехнического персонала электрических станций.

Методы исследования. При решении поставленных задач были использованы теория множеств, методы имитационного и ситуационного моделирования.

Научная новизна:

1. Предложен подход к формальному представлению деятельности оперативного электротехнического персонала в аварийных ситуациях, а также режимов работы оборудования и технологических систем в электрической части электростанций.

2. Разработаны способы организации и структура формальных моделей основных компонентов тренажера, а также типовых элементов электротехнических объектов, обеспечивающих автоматизированное построение тренажера в части отображения электротехнических объектов электростанций, представления деятельности персонала и процессов, происходящих в электрическом оборудовании электростанций в ходе тренировки.

3. Предложена методика автоматизированного построения компьютерных противоаварийных тренажеров оперативного электротехнического персонала электрических станций.

Практическая ценность работы:

1. Разработано программно-методическое обеспечение для автоматизированного построения компьютерных противоаварийных тренажеров и проведения тренировок оперативного электротехнического персонала электрических станций.

2. Создан широкий набор компьютерных тренажеров для проведения противоаварийных тренировок электротехнического персонала электрических станций.

Реализация результатов работы. Разработанные компьютерные противоаварийные тренажера были успешно внедрены и функционируют на Балаковской АЭС, Череповецкой и Костромской ГРЭС.

Автор защищает:

1. Подход к формальному представлению деятельности оперативного электротехнического персонала в аварийных ситуациях, а также режимов работы оборудования и технологических систем в электрической части электростанций.

2. Типовые элементы электротехнических объектов и формальные модели основных компонентов тренажера, обеспечивающих автоматизацию его построения при отображении объектов электрической части электростанций, представлении деятельности персонала и процессов, происходящих в электрическом оборудовании электростанций.

3. Алгоритмы функционирования компьютерных противоаварийных тренажеров, обеспечивающих подготовку оперативного электротехнического персонала электростанций в режимах индивидуальной тренировки, индивидуальной тренировки с имитацией действий других субъектов и коллективной (цеховой) тренировки.

4. Методику построения и программные средства автоматизированного построения компьютерных противоаварийных тренажеров для проведения противоаварийных тренировок оперативного электротехнического персонала электростанций.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на международном семинаре «Обзор национальных материалов по состоянию разработок научно-методических основ создания технических средств для подготовки персонала» (Десногорск, 1989 г.), на Всесоюзным научно-техническом совещании «Вопросы создания система подготовки персонала АЭС и обеспечения ее полномасштабными тренажерами и специальными техническими средствами» (Москва, 1989 г.); «Актуальные проблемы подготовки персонала АЭС» (Москва, 1991 г.); на Республиканской научно-технической конференции «Автоматизация проектирования в энергетике и электротехнике» (Иваново, 1991 г.); на Международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (Иваново, 1994 г.); на научно-технической конференции «Повышение надежности и маневренности оборудования тепловых и атомных электростанций» (Санкт-Петербург, 1994 г.); на научном семинаре по электротехнике (Иваново, 1998 г).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 12 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация включает введение, 4 главы, заключение, список литературы из 124 наименований и приложение. Основной материал изложен на 135 страницах машинописного текста. Работа содержит 31 иллюстрацию и 7 таблиц. Общий объем работы составляет 147 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность темы диссертационной работы и направление исследований, сформулированы цели исследований, перечислены решаемые задачи, отражены научная новизна и практическая ценность полученных результатов, реализация результатов исследований, а также основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен аналитический обзор литературы по тренажерам, применяемым для подготовки персонала, и инструментальных средств по их разработке, выявлены основные задачи и критерии для построения тренажеров противоаварийных тренировок и обоснована необходимость применения специальных компьютерных тренажеров для проведения противоаварийных тренировок электротехнического персонала и разработки универсальных программно-методических инструментальных средств, позволяющих их автоматизированное построение и функционирование.

Показано, что используемые в настоящее время тренажеры не могут быть в полной мере применены для проведения цеховых противоаварийных тренировок электротехнического персонала электростанций. Это обусловлено полным или частичным отсутствием в них совокупности признаков, характерных для противоаварийных тренировок: глобальный характер объекта тренировок и территориальная разобщенность технологических систем, многообразие аварийных ситуаций, возможность каскадного развития аварийной ситуации, необходимость в согласованных действиях нескольких лиц, разноплановый характер действий персонала, наличие альтернативных путей ликвидации заданной аварийной ситуации. Поэтому для проведения противоаварийных тренировок представляется целесообразным использование специальных компьютерных противоаварийных тренажеров, которые отвечают перечисленным выше признакам.

Построение универсального компьютерного противоаварийного тренажера, удовлетворяющего в полной мере всем этим признакам, представляется чрезвычайно сложной задачей и экономически не оправдано. Поэтому представляется целесообразным автоматизированное построение уникальных наборов компьютерных противоаварийных тренажеров под любые гипотетически предполагаемые аварийные ситуа-

ции, адаптированных к конкретному технологическому оборудованию электростанции.

Решение этой задачи возможно путем создания комплекса универсальных программно - методических инструментальных средств автоматизированного построения компьютерных противоаварийных тренажеров, что позволит обеспечить сокращение трудоемкости выполнения и сроков реализации, а также снизить стоимость разработки тренажеров.

Создание таких средств, ориентированных на методы программированного и проблемного обучения персонала, а также разработка на их основе компьютерных противоаварийных тренажеров, является целью настоящей диссертационной работы.

Во второй главе проведен анализ программ традиционных цеховых противоаварийных тренировок и деятельности в условиях аварийной ситуации для оперативного электротехнического персонала электрических станций. На основании анализа выявлены основные атрибуты противоаварийных тренировок и предложен подход к формальному представлению деятельности оперативного электротехнического персонала в аварийных ситуациях, а также режимов работы оборудования и технологических систем электрической части электростанций. Данный подход позволил сформулировать допущения при представлении и моделировании оперативной деятельности персонала и режимов электрического оборудования в компьютерных противоаварийных тренажерах.

Выявленные атрибуты противоаварийных тренировок служат основанием для преемственного учета и использования их при разработке компьютерных противоаварийных тренажеров. Основные атрибуты противоаварийных тренировок представлены в виде табл. 1, которая может расширяться по мере появления новых или не выявленных автором признаков и расширения их содержания.

Для анализа деятельности персонала в аварийных ситуациях было использовано известное представление оперативной деятельности в виде четырех основных фаз: наблюдение и оценка, анализ собранной информации, планирование действий и реализация принятого решения.

На этапе наблюдения ход технологического процесса контролируется персоналом по представительному набору оценок. В число оценок входят показания приборов, состояния сигнальных устройств (табло, звуковые и световые сигналы, блинкера указательных реле и т.п.) и данные, полученные при обходах и осмотрах оборудования. При сравнении оценок и их норм выявляются отклонения от нормы. По множеству отклонений от нормы О формируется представление о возникшей ситуации.

Анализ собранной информации проводится посредством построения предположений (гипотез). Из множества отклонений от норм О

выделяются подмножества О1 ... Ои, каждое из которых однозначно определяет тот или иной аварийный режим или ситуацию. Результатом деятельности на этой фазе является выявление одной или группы возможных причин аварийного режима, на основании которой строится план дальнейших действий.

Таблица 1.

Основные атрибуты цеховых противоаварийных тренировок электротехнического персонала электростанций

ЛЬ Наименование атрибута Содержание атрибута

1. География тренировки Электрическая станция, машинный зал, помещение центрального щита управления, помещение блочного щита управления, помещение электролизной, помещение аккумуляторной, кабельный туннель, территория открытого распределительного устройства, помещение комплектных распределительных устройств и т.д.

2. Объекты тренировки Центральный щит управления, блочный щит управления, релейный щит, щиты системы водородного охлаждения генератора, щиты и пункты подачи воды системы пожаротушения, открытые распределительные устройства, комплектные распределительные устройства и т.д..

3. Субъекты тренировки Основные Начальник смены электроцеха, старший дежурный электромонтер, дежурный электромонтер.

Содействующие Начальник смены электростанции, диспетчер энергосистемы, машинист котлотурбинного цеха и т.д.

4. Параметры исходного режима Число работающих генераторов, число генераторов в ремонте, мощность, напряжение в сети, частота и т.д.

5. События-источники аварийных ситуаций Первичные Короткое замыкание, пожар, взрыв, разрушение оборудования, неполнофазное отключение (включение) коммутационного аппарата, самопроизвольное отключение (включение) коммутационного аппарата, нарушение (уменьшение) сопротивления электрической изоляции, качания в электроэнергетической системе, асинхронный ход генератора, ошибки персонала и т.д.

Сопутствующие Короткое замыкание, пожар, взрыв, качания в электроэнергетической системе, асинхронный ход генератора, ошибки персонала, неполнофазное отключение (включение) коммутационного аппарата, разрушение оборудования и т.д.

6. Признаки событий и аварийных ситуаций Загорание табло, звуковой сигнал, показания приборов, запах дыма, сообщения, звук взрыва, дым и т.д.

7. Действия персонала Организационные Дать распоряжение, сообщить, доложить, вызвать, предупредить и т.д.

Поверочные Осмотреть, проверить, проконтролировать и т.д.

Технические Включить, отключить, снять блокировку, синхронизировать, перевести и т.д.

Составление плана состоит в отыскании последовательности действий, которая ведет к новому состоянию схемы или новому послеава-рийному режиму.

Этап планирования представляется следующим образом.

1. Выбор из множества всех возможных действий Х> подмножеств ,/>2.. . каждое из которых определяет один из возможных вариантов ликвидации аварийной ситуации.

2. Определение для каждого отдельного действия йеОь интервала времени на его выполнение.

3. Выбор варианта ликвидации аварийной ситуации ДсВ, / ей\

4. Задание семейства подмножеств Р\, Рг. • • Рт для определения необходимых действий для каждого из участника ликвидации аварии.

5. Определение для каждого подмножества действий Рт последовательности, а в общем случае, если не существует четкого порядка выполнения, последовательностей выполнения действий де:Рт=> {1,2,... л}; <р,е{(р\, ф2, ... £>/}, где п - число шагов в последовательности действий, щ - отображение, определяющее одну из возможных последовательностей действий для одного из участников.

Реализация плана действий состоит в выполнении всего множества необходимых регулировочных и переключающих действий с оборудованием, а также связанных с ними операций наблюдения и контроля

А-

Каждый конкретный аварийный режим в общем случае может представляться как вектор в многомерном фазовом пространстве, координатами которого являются некоторые функции Х2(4), ... , •Х/1(£)> описывающие и отражающие состояние объекта тренировки. В ходе ликвидации аварийного режима состояние объекта зависит от вектора управления в многомерном пространстве управления, реализуемого субъектами тренировки. В общем случае на вектор управления накладывается множество ограничений, определяемых конкретными техническими условиями, требованиями нормативных документов и др. Цель тренировки может состоять в реализации оптимальной траектории управления, что относится к задаче оптимального управления из класса задач вариационного исчисления.

Однако, несмотря на привлекательность хорошо разработанного математического аппарата теории вариационного исчисления, использование его для формализации деятельности оперативного электротехнического персонала в аварийных ситуациях, а также режимов работы оборудования и технологических систем в электрической части электростанций представляется неоправданной из-за чрезмерной сложности, обусловленной следующими причинами:

- большое разнообразие аварийных режимов и вызывающих их отказов;

- сложность функций, описывающих состояние объекта;

- субъекты тренировки, кроме чисто технологических операций управления, могут выполнять специфические действия (например, организационные или поверочные), для учета которых больше подходит другой математический аппарат.

Прежде всего необходимо отметить, что для большинства электроэнергетических процессов характерна быстротечность. Например, переход от исходного режима к аварийному может осуществляться практически мгновенно и персонал не в состоянии повлиять на этот переход. Поэтому изменения режимов допустимо рассматривать как дискретные события.

Все реально возможные режимы объекта тренировки могут рассматриваться как элементы конечного множества состояний 51. Это множество состоит из двух непересекающихся подмножеств (рис.1) -нормальных состояний N и аварийных А, где 5Ш=А. Множество Л^ в свою очередь включает подмножества исходных V' и послеаварийных состояний XV, которые в общем случае могут пересекаться.

Под влиянием различных событий (отказы, ошибки персонала) объект из исходного состояния V, являющегося одним из элементов множества V, переходит в аварийное состояние а, представленный элементом множества Л, где определено отображение <р : У=>А.

Как уже упоминалось выше, последовательность действий субъектов тренировки по ликвидации аварийного режима может быть представлена как конечное множество Де1>. При соответствующем выборе из этого множества требуемых элементов г/еД и реализации их в требуемой последовательности происходит последовательное изменение аварийного состояния объекта и в конечном итоге переход его в по-слеаварийное состояние ю, где и>еГГ.

Цель состоит в том, чтобы из множества Х> выбрать в требуемой последовательности минимальное число возможных действий ¿еБ, реализация которых переводит аеА в ше/У при минимальном отличии и> от ие V. При этом предполагается, что для каждого аеА известно подмножество ОоеЭ, элементы которого упорядочены в определенную (эталонную) последовательность, соответствующую данному аеА, при которой достигается поставленная цель.

С учетом возможных ошибок, действия субъектов тренировки могут быть оценены в совокупности по степени отличия го от у и по отклонениям от эталонной последовательности. При необходимости может

эЗ.

/<*2

'(13

ат

(1171+1

Рис. 1. Общее представление влияний действий персонала на переход объекта тренировки из одного состояния в другое

быть также учтены время достижения поставленной цели, а также "тяжесть" отдельных отклонений от эталонной последовательности.

При рассмотренном подходе к формальному представлению деятельности оперативного электротехнического персонала в аварийных ситуациях и режимов работы электротехнического оборудования электростанций следует учитывать очевидные трудности, в общем случае состоящие в следующем:

- элементы упомянутых выше множеств в общем случае являются многомерными векторами с большим числом накладываемых на них ограничений и взаимных связей;

- в случае альтернативных путей достижения цели тренировки задача становится многовариантной;

- многообразие возможных ошибок в действиях субъектов тренировки существенно усложняет определение множества послеаварийных состояний;

- наличие нескольких субъектов тренировки, отдельные из которых по распоряжениям вышестоящего персонала в рамках возлагаемых на них должностными инструкциями функций в каждой аварийной ситуации выполняют часть общего множества действий, правильность которых должна быть дифференцированно учтена.

Упрощение задачи может быть достигнуто при следующих ограничениях (допущениях):

- выбор только тех элементов множеств состояния оборудования, которые имеют существенное значение для цели тренировки;

- учет только тех параметров, которые могут наблюдаться персоналом по ходу тренировки или могут контролироваться при взаимодействии с другими субъектами тренировки;

- блокировка попыток действий субъектов тренировки (в том числе и неправильных), не соответствующих целям тренировки, и сопровождение их комментариями и оценкой;

- составление отдельных эталонных последовательностей действий в рамках общей последовательности действий по ликвидации соответствующего аварийного режима для каждого субъекта тренировки.

На основании анализа противоаварийных тренировок и принятых ограничений определены структура программного обеспечения компьютерного противоаварийного тренажера, основные этапы и методы автоматизации его построения.

Показано, что для автоматизированного построения компьютерных противоаварийных тренажеров целесообразна разработка и использование формальных моделей, обеспечивающих унификацию построения информационной модели, модели деятельности и модели объекта управления для каждого конкретного тренажера, которые строятся пу-

тем ввода данных без необходимости построения разработчиком программного обеспечения тренажера.

Третья глава посвящена разработке структуры типовых элементов и организации формальных моделей основных компонентов компьютерного противоаварийного тренажера - информационной модели, модели деятельности и модели объекта управления.

В информационной модели информация представляется в виде последовательностей текстовых, графических и звуковых примитивов (число, точка, линия, цвет, растровое изображение, тон звука, речь и т.д.), а изображение разделено на две составляющие - статическую и динамическую.

Статическая составляющая изображения выполняется в виде растрового рисунка. Динамическая составляющая изображения представляется в виде динамических элементов

Р={Р, X, Р,С), (1)

где Р - множество наборов параметров примитивов; X - множество входных параметров элемента; - множество функций, связывающих наборы параметров примитивов с входными параметрами элемента; С - множество команд; / - номер элемента.

Команда определяется множеством С '={сцьл'о,-,.у о;, -V1ьу 1;}, где сч - код клавиши; лго, >'о, XI, >'1 - координаты точек прямоугольной области.

Описание информационной модели определено как комбинация статической и динамической составляющих

ИМ=(Д, Е, V),

где Л - множество растровых рисунков; Е - множество динамических элементов; V - координаты вывода динамических элементов.

При невозможности организовать информационную модель на одном экране дисплея, ее изображение разбивается на фрагменты

ИМ={ ь1, ь2,ьп},

где Ьп - фрагмент информационной модели; п - номер фрагмента информационной модели.

Для описания структуры модели деятельности сделан обзор и проведен сравнительный анализ уже существующих моделей деятельности. Учитывая достоинства и недостатки рассмотренных моделей деятельности, а также предъявляемые к ним требования, предложена модель деятельности, основанная на эталонных последовательностях действий.

Действие определяется как комбинация команд информационной модели и условий его выполнения

где С* - команда информационной модели; Ц1 - множество условий выполнения действия; / - номер действия в упорядоченном множестве Б.

Описание деятельности персонала по одному варианту ликвидации аварийной ситуации представляется последовательностью действий, математическое описание которой имеет вид

я = ( /, а, (0,р,у, т, е ), где / - функция, определяющая последовательность действий из множества О; а, а> - функции, определяющие текстовые комментарии и помощь; [}- функция, определяющая оценки действий; у - функция, определяющая оценку последовательности действий; г - время на выполнение поставленной задачи по данной последовательности.

Функции а, со позволяют определить текстовые сообщения для выдачи комментария А.-еЛ" или помощи еК для каждого действия последовательности и каждого из субъектов как

А/ = а (О', ла, и,,, Яш, Пу); Ау = со ( ла, п„, пш, %), где иа, и„, яш, Пу - индексы, соответственно определяющие альтернативные варианты ликвидации аварийной ситуации, различные последовательности действий для одного альтернативного варианта, номер шага в последовательности и субъекта тренировки.

Функция /? определяет оценку о^О для каждого действия данной последовательности и каждого из субъектов тренировки

ОЧ = Р Ф1, Ла, Пи, Яш, Пу).

Множество комментариев и помощи к\, кг, ... ,кп } содержит текстовые сообщения общие для всех действий и последовательностей, которое может быть использовано для построения различных тренажеров. Множество 0={ 01, 02, ... ,оа} содержит оценки для всех последовательностей, действий и субъектов, а также характеристики действия (правильное, неправильное и допустимое).

Функция ^определяет оценку оеО для последовательности действий как

0= у( 11а, Пп ).

Структура последовательности действий описывает деятельность субъектов тренировки для одного из вариантов ликвидации заданной аварийной ситуации. Информация о том, кто должен выполнять каждое действие в той или иной ситуации, определяется через функцию оценок. Это позволяет использовать последовательности действий как для проведения коллективных тренировок, так и для тренировки одного субъекта.

Последовательности с одинаковым числом и качественным составом действий образуют группы действий (рис. 2), которые определяют один альтернативный вариант ликвидации аварийной ситуации и представляются в виде множества

Группы последовательностей образуют модель деятельности

МД = (Д IV, Я, Л'с),

где /) - упорядоченное множество всех возможных действий; - упорядоченное множество групп последовательностей действий; £ - упорядоченное множество начальных состояний модели объекта управления; Хс - упорядоченное множество начальных значений параметров модели объекта управления.

УУ1

1

2 3

Пш<

«и" Я}

в* в^ в> 1

вк вп вк 2

вп В' В' 3 1

в^

вк

Р"|лш2[

□

Рис. 2. Организация модели деятельности

Для описания модели объекта управления проведен обзор и сравнительный анализ различных классов моделей, который показал, что для построения компьютерных противоаварийных тренажеров предпочтительнее использование имитационных моделей.

Под имитационными моделями для тренажеров необходимо понимать математическое воплощение знаний персонала об объекте управления, используемых для управления им или его частью в определенном режиме работы.

Перед тем как рассмотреть структуру модели объекта управления была определена структура типовых элементов.

Типовой элемент определяется как объект с заданной математической функцией, содержащий элементы структур моделей основных компонентов тренажера Это позволяет при построении информационной модели автоматически формировать структуру модели объекта управления и частично - модели деятельности.

1

Типовые элементы, необходимые для построения модели объекта, по способу управления разделены на три группы: входные, выходные и комбинированные.

Входной типовой элемент характеризуются тем, что значениями его входных параметров являются команды субъекта тренировки (рис.3). Управление им производится только через информационную модель посредством выполнения субъектами тренировки заданных для элемента команд, изменяющих состояние или численное значение выходного параметра. Математическая схема, реализующая его функцию, создается изначально и хранится вместе с описанием его структуры.

Рис. 3. Общая структура входного типового элемента

Управление выходным элементом (рис.4) осуществляется моделями деятельности или объекта управления через входные параметры элемента. Математические функции для него создаются на этапе разработки модели деятельности или модели объекта управления.

Рис. 4. Общая структура выходного типового элемента

Комбинированные элементы представляют комбинацию входных и выходных типовых элементов.

Математические функции типового элемента могут быть как дискретными, так и непрерывными, а типовые элементы - дискретного, непрерывного (в данной работе не используются) и дискретно-

непрерывного типов. Для получения структуры типового элемента достаточно расширить описание элемента информационной модели (1).

Описание входных элементов дискретного типа представляется комбинацией информационного элемента и автоматных функций

Эвх.д = ( Р, С, 5, С, Г, Т), где Р - множество наборов параметров примитивов; С - множество команд элемента; 5 - множество состояний элемента; (7 - функция, связывающая команды элемента с параметрами примитивов <7: 5 => Р\ /■■ - функция выхода ТХ С=> Т - множество интервалов време-

ни нахождения элемента в заданном состоянии.

В качестве входных параметров элемента выступают соответствующие ему команды. В качестве выходных параметров используются элементы множества 5.

Аналогично строится описание выходного элемента дискретного типа, которое имеет вид

Эвых. д = (Р, 2, Б, С, Р, Т),

где Z - множество входных параметров дискретного типа, в качестве которых выступает объединение всех выходных параметров типовых элементов модели объекта управления и модели деятельности.

Состояние элемента и его графический образ определяются отображениями ТХ Z=i>S', (7: 5=>Р. Функция выхода Р определя-

ется на этапе построения модели деятельности или модели объекта управления и может быть изменена в зависимости от ситуации или значений параметров модели объекта управления.

Описание входного элемента дискретно-непрерывного типа выглядит следующим образом:

Эвх.дн=(Р, С, у, в, Р),

где у - выходной параметр типового элемента; / - функция, определяющая значения выходного параметра у от времени и текущей команды (множество С) как у (7 - множество функций, опреде-

ляющих значения параметров примитивов.

Выходной типовой элемент дискретно-непрерывного типа описывается следующим образом:

Эвых.дн= (Р, С, г, X, у, <7, Т7),

где X - множество входных параметров непрерывного типа; - множество входных параметров дискретного типа; у - выходной параметр; Г - множество функций выхода.

Определение функций множества Г производится на этапе построения модели деятельности или модели объекта управления, а выбор той или иной функции производится в зависимости от ситуации или состояния модели объекта управления.

На основе созданных структур были разработаны модели типовых элементов электротехнических объектов (органов управления, контрольно-измерительных приборов, коммутационной аппаратуры и т.д.).

Организация модели объекта управления показана на рисунке 5.

и

1

3 3 Л'/

УЧХЛ1Т,

О «V Л! I Увхлмз

. ^ т Уахя11„

V х-

-Ун/.Г .У./.!

З^ГЬХУЛ

Увмхлмл

Увых^цн2

у.;и

Рис. 5. Организация модели объекта управления

Множество дискретных входных параметров каждого выходного элемента модели определяется следующим выражением:

к I

г = (Х 5Авх.д ) х ( X Лых.д ) X Лга X Л'п X Ми, /=1 /=1

где к - число входных элементов дискретного типа; / - число выходных элементов дискретного типа; Ла, Л'п, /Уш - множества индексов, соответственно определяющих альтернативные варианты ликвидации аварийной ситуации, различные последовательности действий и номер шага.

Выходные параметры элементов Э'вх.дц образуют множество Г, которое используется в качестве аргумента X для выходных элементов дискретно-непрерывного типа.

На основе описаний типовых элементов получено описание модели объекта управления, которое имеет следующий вид

МО=( Эвх, Эвых, *"вых.д, ^вых.дн)-

Оно включает в себя множества входных Эвх и выходных Эвых типовых элементов, множество функций /*вых.д Для выходных элементов дискретного типа и множество функций ^Вых.дн Для выходных элементов дискретно-непрерывного типа.

Рассмотренная организация модели объекта управления сочетает два подхода к ее построению - ситуационно-независимый и ситуационно-зависимый.

Ситуационно-независимая организация модели заключается в том, что модель объекта управления создается и функционирует независимо от модели деятельности и организована таким образом, чтобы изменения состояний и параметров модели объекта осуществлялись только за счет внутренней структуры и связей типовых элементов, входящих в структуру модели. Это обстоятельство дает возможность многократного использования разработанной модели объекта в других тренажерах, а также использование ее в качестве элемента в других моделях объектов управления. Основные недостатки, присущие моделям объектов с данной организацией, большие затраты времени и трудоемкость разработки.

Ситуационно - зависимая организация модели объекта управления позволяет не учитывать внутренние связи, которые влияют на состояния и значения параметров реальных объектов. Функционирование модели ставиться в зависимость от ситуаций, определяемых моделью деятельности. Достоинством подобных моделей объекта управления является их простота, и как следствие, небольшие затраты времени на их разработку. Основной недостаток - «жесткая» привязка к модели деятельности.

В диссертации рассмотрены примеры построения моделей конкретных электротехнических объектов, выполненных при разработке компьютерных противоаварийных тренажеров.

На основе формальных моделей основных компонентов разработаны алгоритмы функционирования компьютерных противоаварийных тренажеров, обеспечивающих их работу в трех режимах: индивидуальной тренировки, индивидуальной тренировки с имитацией действий других субъектов и коллективной тренировки.

В четвертой главе предложена методика построения компьютерных противоаварийных тренажеров, приведена структура программного обеспечения для автоматизированного построения компьютерных противоаварийных тренажеров и рассмотрен пример выполнения конкретного тренажера.

Предложенная методика построения компьютерного противоаварийного тренажера предполагает использование алгоритма формирования тренажера (рис.6) и применение для создания типовых элементов и моделей тренажера непосредственного программирования, формальных описаний и визуального программирования. Выбор метода зависит от того, насколько часто возникает необходимость в создании новых типовых элементов и формальных структур тренажера или в корректировке ранее разработанных.

Применение непосредственного программирования целесообразно при разовом создании типовых элементов и ситуационно-независимой части модели объекта управления и их применении для построения

большого числа однотипных тренажеров. В иных случаях целесообразно применение формальных описаний или визуального программирования как методов, позволяющих снизить трудоемкость и время реализации как типовых элементов, так и моделей основных компонентов тренажера.

Под формальным описанием подразумевается набор заданных по определенным правилам и форме данных, содержащих необходимую для построения модели информацию. Построение модели производится путем интерпретации (трансляции) формального описания и автоматическим заполнением соответствующих структур.

Основная сущность визуального программирования заключается в том, что разработка кода программ или получение структур данных осуществляется путем заполнения визуальных форм на экране дисплея.

В диссертационной работе на конкретных примерах показана возможность применения указанных методов для построения как типовых элементов, так и моделей основных компонентов тренажера. Однако, учитывая существующую тенденцию развития инструментальных средств программирования, предпочтение следует отдать методу визуального программирования.

Работоспособность указанных формальных моделей и алгоритмов функционирования была проверена путем непосредственного построения (на языке программирования TURBO PASCAL) компьютерного про-тивоаварийного тренажера по теме «Пожар на турбогенераторе», который был внедрен на Балаковской АЭС.

На основании предложенных структур типовых элементов и формальных моделей на кафедре «Автоматизация управления энергетическими системами» ИГЭУ при непосредственном участии автора разработано программное обеспечение для построения и функционирования компьютерных противоаварийных тренажеров, выполняющее следующие функции:

- ввод и интерпретацию формальных описаний информационной модели, модели деятельности и ситуационно-зависимой части модели объекта управления;

- функционирование тренажера в режимах индивидуальной тренировки и индивидуальной тренировки с имитацией действий других субъектов тренировки;

- хранение и обработку результатов тренировочных занятий.

Создание типовых элементов и ситуационно-независимой части

модели объекта управления выполняется непосредственным программированием и встраивается в указанное программное обеспечение.

С применением данного программного обеспечения был создан ряд компьютерных противоаварийных тренажеров, внедренных на Череповецкой, Костромской ГРЭС и обеспечивающих проведение тренировок по следующим темам:

1. Аварийное понижение частоты в системе.

2. Аварийное отключение двух линий ЛЭП - 220 кВ, перевод одного блока на нагрузку собственных нужд.

3. Полный сброс нагрузки электростанции с потерей собственных нужд.

4. Обесточение системы шин 220 кВ от действия УРОВ.

5. Неполнофазное отключение МВ-220 кВ при плановых переключениях.

6. Исчезновение напряжения на одной секции С. Н. 6 кВ.

7. Короткое замыкание на ВЛ-220 кВ с неполнофазным отключением выключателя.

8. Вывод в ремонт ВЛ-220 кВ, сопровождающийся отказом в отключении выключателя.

9. Действия оперативного персонала при коротком замыкании на присоединении собственных нужд сопровождающимся обесточением секции.

10. Отключение автотрансформатора 2 АТ газовой защитой фазы «А».

В настоящее время на основе метода визуального программирования ведется разработка программных средств по созданию и функционированию компьютерных противоаварийных тренажеров, обеспечивающих коллективное проведение тренировок для электротехнического персонала электрических станций.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные теоретические и практические результаты диссертационной работы могут быть сведены к следующему:

1. Предложен подход к формальному представлению деятельности оперативного электротехнического персонала в аварийных ситуациях, а также режимов работы оборудования и технологических систем в электрической части электростанций. Сформулированы основные допущения при моделировании оперативной деятельности электротехнического персонала и электротехнического оборудования электростанций в компьютерных противоаварийных тренажерах.

2. Разработаны способы организации и структура формальных моделей основных компонентов тренажера, а также типовых элементов электротехнических объектов, обеспечивающих автоматизированное построение тренажера в части отображения электротехнических объектов электростанций, представления деятельности персонала и процессов, происходящих в электрическом оборудовании электростанций в ходе тренировки.

3. Разработаны алгоритмы функционирования компьютерных противоаварийных тренажеров, обеспечивающих их работу в трех режимах: индивидуальной тренировки, индивидуальной тренировки с имитацией действий других субъектов и коллективной тренировки.

4. Предложена методика построения компьютерных противоаварийных тренажеров для оперативного электротехнического персонала электрических станций.

5. Разработаны библиотека типовых элементов электротехнических объектов электростанций и программно-методическое обеспечение для автоматизированного построения компьютерных противоаварийных тренажеров, а на их основе разработан и внедрен ряд компьютерных противоаварийных тренажеров для персонала электрического цеха электростанций.

На сладок рукописи

ФОМИЧЕВ Андрей Альбертович

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ ПРОТИВОАВАРИЙНЫХ ТРЕНАЖЕРОВ ДЛИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО ПЕРСОНА

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИ

Специальности 05.14.02 - «Электрические станции (элек^рическа© часть), сети, электроэнергетические системы и управление ими», 05.13.12 - «Системы автоматизации проектирования (электротехника и энергетика)»

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научные руководители:

доктор технических наук, профессор, ректор ИГЭУ лхуяедин В.Н. кандидат технических наук, профессор Коротков В.Ф.

Иваново 1998

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ................................................................. 4

1 .АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ

ДИССЕРТАЦИИ .......................................................... 12

1.1. Постановка задачи.................................................. 12

1.2.Необходимость постоянной подготовки оперативного электротехнического персонала электростанций.......... 13

1.3.Навыки успешной деятельности в условиях аварийной ситуации ............................................................... 15

1.4.Методы обучения оперативного персонала.................. 17

1.5. Практика проведения противоаварийных тренировок . 18

1.6. Тренажеры и инструментальные средства их создания 21

1.7. Постановка цели и задач исследования ..................... 29

2. СТРУКТУР А И ПУТИ АВТОМАТИЗАЦИИ ПОСТРОЕНИЯ

КОМПЬЮТЕРНОГО ПРОТИВОАВАРИЙНОГО ТРЕНАЖЕРА . 32

2.1.Постановка задачи................................................. 32

2.2.Анализ программ и нормативной документации по проведению противоаварийных тренировок ................ 32

2.3.Деятельность оперативного персонала в аварийных ситуациях ............................................................. 41

2.4. Особенности моделирования электротехнического оборудования в компьютерных противоаварийных тренажерах ........................................................... 50

2.5. Основные этапы и подходы к автоматизации построения компьютерных противоаварийных тренажеров............... 52

2.6. Структура программного обеспечения компьютерного противоаварийного тренажера....................................... 54

2.7.Выводы ................................................................. 56

3. РАЗРАБОТКА ФОРМАЛЬНЫХ МОДЕЛЕЙ ОСНОВНЫХ

КОМПОНЕНТОВ И АЛГОРИТМОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ

КОМПЬЮТЕРНЫХ ПРОТИВОАВАРИЙНЫХ ТРЕНАЖЕРОВ 58

3.1.Постановка задачи.................................................. 58

3.2.Информационная модель компьютерного тренажера .... 58 3.2.1.Выбор форм диалога...................................... 59

3.2.2.Способы представления информации .....................63

3.2.3.Организация информационной модели .....................67

3.3.Модель деятельности персонала.....................................69

3.3.1.Обзор моделей деятельности...............................70

3.3.2.Структуры действия и последовательности

действий ...........................................................75

3.3.3.Организация модели деятельности...............................78

3.4.Модель объекта управления....................................................80

3.4.1.Требования, предъявляемые к моделям объекта управления..................................................................80

3.4.2.Структура типовых элементов для компьютерного противоаварийного тренажера — 84

3.4.3.Организация модели объекта управления ....................90

3.5.Алгоритмы функционирования компьютерного противоаварийного тренажера....................................................................93

3.6.Выводы ..........................................................................98

4.МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ И ПРИМЕРЫ РЕАЛИЗАЦИИ

КОМПЬЮТЕРНЫХ ПРОТИВОАВАРИЙНЫХ ТРЕНАЖЕРОВ 100

4.1.Постановка задачи ....................................................................................................100

4.2.Алгоритм формирования компьютерного противоаварийного тренажера....................................................................100

4.3.Методика построения компьютерных противоаварийных тренажеров ..................................................................105

4.3.1.Методы построения типовых элементов ............................105

4.3.2.Методы построения моделей основных компонентов тренажера...........................................113

4.4.Итоги реализации и внедрения..............................................125

4.5.Выводы ...................................................................133

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................135

ЛИТЕРАТУРА............................................................................................................................................................136

Приложение ...................................................................144

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Аварийные ситуации, возникающие в электрической части электростанций, в своем развитии могут привести к значительному материальному ущербу и даже гибели людей. Успешная ликвидация аварийных ситуаций во многом определяется совместными действиями оперативного электротехнического персонала, от которого требуются самостоятельность, точность и быстрота принятия решений и их реализации [1,2,4,6,8,12,13].

Для поддержания соответствующего уровня готовности оперативного электротехнического персонала в практике электростанций периодически традиционно проводятся цеховые противоаварийные тренировки, которые являются основной формой обучения методам и приемам ликвидации аварийных ситуаций [21,22].

Развитие событий в процессе противоаварийной тренировки носит условный характер и определяется заранее подготовленным сценарием в предположении, что действия персонала будут соответствовать инструкциям, в которых, как правило, даются предписания к действиям в определенных условиях без объяснения их сущности [2,12-15].

Кроме того, между традиционными противоаварийными тренировками и реальной деятельностью существуют различия в структуре и источниках оперативной информации, а также в затратах времени на ее получение, анализ и реализацию принятого решения [14].

Изменение существующей практики организации и проведения противоаварийных тренировок на электростанциях могло бы внести широкое применение компьютерных противоаварийных тренажеров, которые должны органически входить в общую систему подготовки оперативного электротехнического персонала, отвечать ее основным

требованиям и по возможности максимально приближать тренировки к реальной деятельности [2,5,14,39].

Во многих организациях нашей страны и стран СНГ накоплен богатый опыт создания тренажеров для энергетики и инструментальных средств их построения. Своими разработками известны Всесоюзный научно-исследовательский институт атомных электростанций [33], Московский энергетический институт [1,30,34], Киевский институт проблем моделирования [14,35], Санкт-Петербургский технический университет [11,36], ТОО «Таймер» (г.Чебоксары) [26], ТОО ДиСофт (г. Москва) [37].

Однако широкое применение компьютерных противоаварийных тренажеров сдерживается из-за необходимости разработки или учета уникальных моделей электроэнергетических объектов и связанных с ними многочисленных технологических систем, а также соответствующих уникальных программ тренировок, что в свою очередь влияет на трудоемкость разработки, сроки реализации и стоимость тренажера. Их уникальность обусловлена особенностями проведения противоаварийных тренировок (их коллективное проведение, одновременность действий участников тренировки, многообразие задействованных технологических систем и оборудования, широкая география их размещения, многообразие аварийных ситуаций и возможность каскадного их развития).

Кроме этого, эффективность подготовки персонала может быть обеспечена лишь при постоянной адаптации и совершенствовании тренажеров, что возможно при условии вовлечения в разработку специалистов отрасли, специалистов по инженерной психологии, педагогов и медиков.

Учитывая изложенное, представляется актуальным разработка программно-методического обеспечения для автоматизации построения и функционирования компьютерных тренажеров при проведении

противоаварийных тренировок электротехнического персонала электрических станций - компьютерных противоаварийных тренажеров.

Работы по теме диссертации выполнялись в рамках отраслевой научно-технической программы № 21 РАО «ЕЭС России» «Подготовка персонала и новые учебные технологии», а также по договорам с электрическими станциями.

Целями работы являются:

- разработка программного обеспечения для автоматизированного построения и функционирования компьютерных противоаварийных тренажеров оперативного электротехнического персонала электростанций;

- применение разработанного программного обеспечения для практической реализации компьютерных противоаварийных тренажеров.

Для достижения поставленных целей в работе решены следующие задачи:

- проведен аналитический обзор существующих разработок в области обучения и тренировки оперативного персонала и используемых для этих целей тренажеров;

- проведен анализ существующих традиционных программ противоаварийных тренировок для оперативного электротехнического персонала, нормативной документации, регламентирующей их проведение, а также анализ оперативной деятельности в условиях аварийной ситуации;

- выработан подход к формальному представлению деятельности оперативного электротехнического персонала в аварийных ситуациях, а также режимов работы оборудования и технологических систем в электрической части электростанций;

- на основе выработанного подхода разработаны формальные модели основных компонентов тренажера: информационная модель,

обеспечивающая визуальное представление объектов электрической части электростанций, необходимых для построения тренировки, а также взаимодействие субъектов тренировки с тренажером и друг с другом; модель деятельности, определяющая поведение персонала при ликвидации аварийной ситуации; модель объекта управления, обеспечивающая реакцию тренажера на действия субъектов тренировки и отражающая процессы, происходящие в электрическом оборудовании электростанций в ходе тренировки;

- разработаны типовые элементы электротехнических объектов (органы управления, контрольно-измерительные приборы, коммутационная аппаратура и т.д.), обеспечивающие построение моделей основных компонентов для каждого конкретного тренажера;

- разработаны алгоритмы функционирования компьютерного противоаварийного тренажера, основанные на применении разработанных моделей;

- разработана методика построения компьютерного противоаварийного тренажера;

- разработано программное обеспечение для автоматизированного построения компьютерных противоаварийных тренажеров;

- на основе разработанных программных средств осуществлена практическая реализация компьютерных противоаварийных тренажеров для проведения противоаварийных тренировок оперативного электротехнического персонала.

Методы исследования. При решении поставленных задач были использованы теория множеств, методы имитационного и ситуационного моделирования.

Научная новизна:

1. Предложен подход к формальному представлению деятельности оперативного электротехнического персонала в аварийных си-

туациях, а также режимов работы оборудования и технологических систем в электрической части электростанций.

2. Разработаны способы организации и структура формальных моделей основных компонентов тренажера и типовых элементов электротехнических объектов, обеспечивающих автоматизированное построение визуальных объектов электрической части электростанций, деятельности персонала при ликвидации аварийной ситуации и процессов, происходящих в электрическом оборудовании электростанций и необходимых по ходу тренировки.

3. Предложена методика автоматизированного построения компьютерных противоаварийных тренажеров оперативного электротехнического персонала электрических станций.

Практическая ценность работы:

1. Разработано программное обеспечение для автоматизированного построения компьютерных противоаварийных тренажеров для оперативного электротехнического персонала электрических станций.

2. Создан широкий набор компьютерных тренажеров для проведения противоаварийных тренировок электротехнического персонала электрических станций.

Реализация результатов работы. Разработанные компьютерные противоаварийные тренажеры были успешно внедрены и функционируют на Балаковской АЭС, Череповецкой и Костромской ГРЭС.

Автор защищает:

1. Подход к формальному представлению деятельности оперативного электротехнического персонала в аварийных ситуациях, а также режимов работы оборудования и технологических систем в электрической части электростанций.

2. Типовые элементы электротехнических объектов и формальные модели основных компонентов тренажера, обеспечивающие ав-

томатизированное построение визуальных объектов электрической части электростанций, деятельности персонала при ликвидации аварийной ситуации и процессов, происходящих в электрическом оборудовании электростанций и необходимых по ходу тренировки.

3. Алгоритмы функционирования компьютерных противоава-рийных тренажеров, обеспечивающие тренировку оперативного электротехнического персонала в режимах индивидуальной тренировки, индивидуальной тренировки с имитацией действий других субъектов тренировки и коллективной тренировки.

4. Методику построения и программные средства автоматизированного построения компьютерных противоаварийных тренажеров для проведения противоаварийных тренировок оперативного электротехнического персонала электростанций.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на международном семинаре «Обзор национальных материалов по состоянию разработок научно-методических основ создания технических средств для подготовки персонала» (Десногорск, 1989 г.), на Всесоюзном научно-техническом совещании «Вопросы создания система подготовки персонала АЭС и обеспечения ее полномасштабными тренажерами и специальными техническими средствами» (Москва, 1989г.); «Актуальные проблемы подготовки персонала АЭС» (Москва, 1991 г.); на Республиканской научно-технической конференции «Автоматизация проектирования в энергетике и электротехнике» (Иваново, 1991 г.); на Международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (Иваново, 1994 г.); на научно-технической конференции «Повышение надежности и маневренности оборудования тепловых и атомных электростанций» (Санкт-Петербург, 1994 г.); на научном семинаре по электротехнике (Иваново, 1998 г).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 12 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация включает введение, 4 главы, заключение, список литературы из 124 наименований и приложение. Основной материал изложен на 135 страницах машинописного текста. Работа содержит 31 иллюстрацию и 7 таблиц. Общий объем работы составляет 147 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность темы диссертационной работы и направление исследований, сформулированы цели исследований, перечислены решаемые задачи, отражены научная новизна и практическая ценность полученных результатов, реализация результатов исследований, а также основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен аналитический обзор тренажеров, применяемых для подготовки персонала, выявлены основные задачи и признаки для построения тренажеров противоаварийных тренировок и обоснована необходимость применения специальных компьютерных тренажеров для проведения противоаварийных тренировок электротехнического персонала, а также разработки универсальных программно-методических инструментальных средств, позволяющих их автоматизированное построение и функционирование.

Во второй главе проведен анализ программ традиционных противоаварийных тренировок и деятельности в условиях аварийной ситуации для оперативного электротехнического персонала электрических станций. На основании анализа выявлены атрибуты противоаварийных тренировок и предложен подход к формальному представлению деятельности оперативного электротехнического персонала в аварийных ситуациях, а также режимов работы оборудования и технологических систем в электрической части электростанций.

Данный подход позволил сформулировать ограничения при представлении и моделировании оперативной деятельности персонала и режимов электрического оборудования в компьютерных противоава-рийных тренажерах. Выявлены основные этапы построения компьютерного тренажера, пути его автоматизации и структура.

Показано, что для автоматизированного построения компьютерных противоаварийных тренажеров наиболее целесообразными являются разработка и использование формальных моделей в качестве описательной части тренажера, а также алгоритмов функционирования тренажера, являющихся его процедурной частью.

Третья глава посвящена разработке структуры типовых элементов и организации формальных моделей основных компонентов компьютерного противоаварийного тренажера - информационной модели, модели деятельности и модели объекта управления, а также алгоритмов функционирования тренажера.

В четвертой главе предложена методика построения компьютерных противоаварийных т