1. Постановка задачи

На кафедре «Автоматизированное проектирование технологического оборудования» ТГТУ ведется работа по созданию информационной системы, позволяющей повышать уровень профессиональной подготовки персонала предприятий химического профиля, а также оценивать уровень их подготовки при управлении технологическими схемами в штатных условиях и при возникновении нештатных и аварийных ситуаций. Второй возможной областью применения разрабатываемой системы является обучение студентов химико-технологического профиля. Основным компонентом данной системы является тренажерный комплекс, созданный в среде LabVIEW компании National Instruments.

2. Описание решения

Разрабатываемая система является комплексным решением, призванным повысить теоретические знания персонала в области технологических процессов химических производств, а также выработать практические навыки управления технологическими системами на предприятиях химического профиля. Структура разрабатываемой системы представлена на рис. 1.

Рисунок 1. Структура обучающей информационной системы

Информационная система включает 3 основных функциональных модуля:

1) Модуль тестирования, реализует функции проверки теоретических знаний обу чаемого в области химической технологии, а также знание технологических процес сов, использующихся в тренажерном модуле.

2) Тренажерный модуль, предназначенный для выработки практических навыков управления технологическими линиями гибких химико-технологических систем в штатных режимах, а также проверки правильности и своевременности действий оператора при возникновении внештатных и аварийных ситуаций.

3) Справочная система, включающая в себя файлы справок по работе с модулем тестирования и тренажерами, а также описания технологических процессов, исполь зуемых в тренажерах и регламенты изготовления целевых продуктов.

Основным и наиболее сложным компонентом системы является тренажерный модуль, создаваемый в среде разработки LabVIEW. В основе входящих в его состав тренажеров лежат имитационные модели технологических процессов, представляющие собой сети задач, выполняемых оператором в рамках технологического процесса. Каждый технологический процесс в соответствии с регламентом разбивается на ряд элементарных действий, которые оператор должен последовательно или параллельно выполнить для достижения конечного результата - выпуска партии готового продукта. Пример фрагмента такой сети для одного из технологических процессов, реализованных в системе, представлен на рис 2.

Рисунок 2. Фрагмент сети задач для получения партии продукта (пигмент бордо)

Кроме сети задач имитационная модель включает ограничения, задающие нормальные условия протекания технологического процесса (температурный режим, объемы реагентов и пр.), основанные на технологическом регламенте для данного продукта, а также зависимости, моделирующие поведение аппаратуры и изменение ее параметров в зависимости от действий оператора (изменение объема реакционной массы при открытии клапанов, температурный режим и пр.). Разработанная таким образом имитационная модель реализуется в среде LabVIEW.

Передняя панель создаваемого таким образом виртуального инструмента является аналогом пульта управления технологическим схемы на химическом предприятии, оснащенном АСУ ТП. К ней предъявляется ряд требований, главным из которых является максимально возможное (в идеале - абсолютное) соответствие «виртуального пульта» интерфейсу пульта управления на реальном производстве. За счет этого может достигаться наиболее полное усвоение навыков управления технологическим процессом, а также предотвращение возникновения навыков, дающих отрицательный эффект при переходе в реальные условия.

Целью применения данной системы является комплексное повышение уровня знаний и навыков персонала химических предприятий без использования реального оборудования, что может быть опасным, а зачастую и невозможным.

3. Используемое оборудование и ПО

Разрабатываемая система может использоваться на любом персональном компьютере под управление Windows при наличии на нем среды National Instruments Lab-VIEW или LabVIEW Run-Time Engine.

4. Внедрение и развитие решения

В настоящее время информационная система активно используется при подготовке студентов специальности «Машины и аппараты химических производств» в ТГТУ. Отдельные модули системы переданы для обучения персонала химико-технологических систем ОАО «Пигмент», г. Тамбов. В дальнейшем предполагается реализовать возможность модульной разработки тренажеров на базе уже готовых стандартных узлов и элементов с указанием параметров обслуживаемых аппаратов и особенностей реализации технологического процесса (объем аппарата, объемы реагентов и их наименования, температурный режим и др.). Это позволит оперативно разрабатывать новые тренажеры даже при отсутствии навыков программирования.