CC BY
0УДК 371.693.4:621.313.1
А.О. Рогожников
Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003 e-mail: aleksei17_90@mail.ru
АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ИМИТАЦИИ РАБОТЫ
СУДОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ СУДОВЫХ ОПЕРАТОРОВ
Цифровые тренажеры в последние годы стали основным средством отработки практических навыков в процессе обучения. Эти тренажеры предназначены для того, чтобы обучающиеся могли отработать определенный набор действий на конкретном оборудовании. В статье проанализированы актуальные цифровые тренажеры подготовки операторов судовой электростанции. Сделаны выводы о преимуществах и недостатках различных видов тренажеров.
Ключевые слова: судовая электроэнергетическая система, судовая электростанция, автоматизация, короткое замыкание, тренажерная подготовка, безопасность мореплавания.
A.O. Rogozhnikov
Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamcharsky, 683006 e-mail: aleksei17_90@mail.ru
ANALYSIS OF TECHNICAL SOLUTIONS FOR SIMULATING THE OPERATION OF A SHIP POWER PLANT FOR TRAINING SHIP OPERATORS
In recent years, digital simulators have become the main means of practicing practical skills in the learning process. These simulators are designed to enable students to practice a specific set of actions on specific equipment. The article analyzes current digital training simulators for ship power plant operators. Conclusions are drawn about the advantages and disadvantages of various types of simulators.
Key words: ship electrical power system, ship power plant, automation, short circuit, simulator training, navigation safety.
Цифровые тренажеры в последние годы стали основным средством отработки практических навыков в процессе обучения. Эти тренажеры предназначены для того, чтобы обучающиеся могли отработать определенный набор действий на конкретном оборудовании, что является важной государственной задачей. В статье проанализированы актуальные цифровые тренажеры подготовки операторов судовой электростанции, с помощью которых могут отрабатываться различные режимы работы судовой электростанции. Будущий специалист инженер-электромеханик должен быть способен анализировать ситуации, связанные с режимами работы судовой электростанции, осуществлять безопасную эксплуатацию судовой электростанции. Также тренажерная подготовка должна включать отработку нестандартных режимов работы судовой электростанции: различных аварий, перегрузок. Действия оператора в аварийных режимах должны быть последовательными и продуманными во избежание экономических потерь [1-5].
Рассмотрим характеристики и возможности тренажера 1 «Компания ДВК-электро», под названием «Тренажер электростанций серии DGS» [6]. Изображение указанного тренажера приведено на рис. 1.
Тренажерный комплекс (тренажер № 1) состоит из одного главного распределительного щита (ГРЩ) и двух генераторных агрегатов. Генераторные агрегаты представляют собой соединенные жесткой муфтой трехфазный синхронный генератор (напряжение 440 В, частота тока 50 Гц,
мощность 600 Вт) и асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором, управляемый частотным преобразователем.
Рис. 1. Тренажерный комплекс (тренажер № 1)
Электростанция тренажера состоит из основной части - двух дизель-генераторов мощностью по 600 Вт каждый, которые располагаются внутри секции щита управления и индикации, и дополнительных секций питания с берега и валогенератора. Распределение электроэнергии и управление агрегатами осуществляется с помощью органов управления на главном распределительном щите (ГРЩ). Индикация осуществляется стрелочными приборами на панелях индикации каждого генератора и на панелях управляющего контроллера. ГРЩ также включает секцию синхронизации, снабженную элементами управления и индикации генераторами при вводе в параллельную работу генераторных агрегатов между собой и с секциями питания с берега или валогенератора. Питание с берега и валогенератор имитируется с помощью внешнего питания тренажера и не регулируется.
Электрическая нагрузка состоит из активной (лампы накаливания), индуктивной (катушки индуктивности) и емкостной (конденсаторы) нагрузки. Возможно распределение нагрузки между генераторами в автоматическом и ручном режимах.
На данном тренажере возможно моделирование всех стандартных режимов работы судовой электростанции, отработка синхронизации генераторов между собой и с берегом, распределение нагрузки между генераторами. Невозможна отработка и анализ перегрузки генераторов по причине срабатывания автоматической защиты. Отсутствует фиксация действий оператора судовой электростанции.
Также рассмотрим тренажер № 2 производства компании «Галсен» (рис. 2). Данный стенд (тренажер) предназначен для моделирования работы судовой электростанции и состоит из одного главного распределительного щита и двух генераторных агрегатов.
Рис. 2. Тренажер № 2 производства компании «Галсен»
Как показано на рис. 2, генераторные агрегаты жестко закреплены на металлическом основании и соединены центрующей муфтой, вал закрыт кожухом. Электрические параметры агрегатов: напряжение 400 В, частота 50 Гц, активная мощность 300 Вт. Тренажер имеет модульную конструкцию, что предполагает большую вариативность работ, удобство хранения и взаимозаменяемость элементов тренажера. Основные приборы индикации - аналоговые стрелочные приборы - продублированы экранами индикации. Соединение схем модулей происходит с помощью промаркированных различными цветами проводов. Тренажер № 2 имеет разные комплектации в зависимости от требований заказчика: возможны два дизель-генераторных агрегата или два дизель-генераторных агрегата и дополнительный аварийный дизель-генератор.
На данном тренажере возможно моделирование всех стандартных режимов работы судовой электростанции, отработка синхронизации генераторов между собой и с аварийным дизель-генератором, распределение нагрузки между генераторами. Также на данном тренажере возможна только кратковременная работа генераторов в синхронном режиме. Возможно тестирование защит генераторов: от обратной мощности, от перегрузки по активной мощности, от короткого замыкания. В связи с невозможностью перехода в аварийные режимы невозможны отработка и анализ перегрузки генераторов по причине срабатывания автоматической защиты. Отсутствует фиксация действий оператора судовой электростанции.
Также известен тренажер № 3, структурная схема блоков которого показана на рис. 3 [7].
Рис. 3. Схема тренажера с использованием программной симуляции
Как показано на рис. 3, тренажер состоит из блоков индикации и управления и блока дизель-генератора. Блоки связаны между собой интерфейсным кабелем RS 485. Блок индикации и управления включает микроконтроллер и приборы индикации. Приборы индикации управляются микроконтроллером посредством сервоприводов. К сервоприводам прикреплены стрелочные указатели. Такое устройство приборов индикации позволяет расширить перечень лабораторных работ, которые могут быть выполнены на тренажере № 3. Также на рис. 3 видно, что блок дизель-генератора также включает микроконтроллер, который производит измерения основных электрических параметров тренажера. Измеренные величины передаются и обрабатываются в блоке управления и индикации. При таком подходе возможен переход тренажера из режима модели в режим симуляции. Приборы индикации будут отображать заранее введенную модель СЭЭС, и реакция приборов и исполнительных механизмов будет соответствовать поведению системы в нестандартных режимах, таких как короткое замыкание, длительная перегрузка, обратный ток и т. д. без ущерба для элементов тренажера. Также устройство тренажера № 3 позволяет фиксировать и выводить информацию о действиях оператора на бумажном носителе, что упрощает оценку правильности действий оператора. Исходя из вышеизложенного, тренажер № 3 рекомендуется к применению в учебных заведениях для проведения лабораторных, практических работ и в качестве макета СЭЭС для объяснения устройства СЭЭС.
Тренажер № 3, по сравнению с указанными выше, имеет более широкие функциональные возможности за счет обеспечения возможности моделирования на заявляемом тренажере нестандартных режимов работы судовой электростанции, а также за счет применения программной симуляции.
Тренировка заранее известных штатных ситуаций по одинаковым алгоритмам в процессе подготовки операторов приводит к запоминанию действий, необходимых при работе в штатных ситуациях, и не дает понимание процессов, происходящих в остальных режимах работы СЭЭС. Аварийные режимы работы требуют понимания от оператора процессов, протекающих при нестандартных режимах работы, и достаточно быстрой реакции на ситуацию [8, 9].
Навыки, отработанные в дальнейшем, могут быть применены на практике, что повысит безопасность мореплавания [10-11].
Обучение будущих специалистов требует постоянного совершенствования тренажерного оборудования и приведение к актуальному состоянию. Расширение стандартных режимов является одним из направлений актуализации тренажерного оборудования.
Литература
1. Белов О.А., Белова Е.П. Инженерное образование как фактор развития техники и технологий // Наука, образование, инновации: пути развития: Материалы Десятой нац. (всерос.) науч.-практ. конф. (21-23 мая 2019 г.). - Петропавловск-Камчатский: Изд-во КамчатГТУ, 2019. -С.106-108.
2. Белов О.А., Толстова Л.А. Моделирование процесса обучения курсантов для формирования навыков технической эксплуатации // Вестник государственного морского университета имени адмирала Ф.Ф. Ушакова. - 2016. - № 3 (16). - С. 78-81.
3. Международная конвенция о подготовке и дипломировании моряков и несении вахты / Международная морская организация. - Лондон: ИМО, 2013. - 413 с.
4. Белов О.А. Оценка технической готовности системы с учетом влияния человеческого фактора // Вестник Камчатского государственного технического университета. - 2014. - № 30. -С.11-16.
5. Рогожников А.О. Ершова К.И. Разработка тренажера отработки навыков управления судовой электроэнергетической системой // Техническая эксплуатация водного транспорта: проблемы и пути развития: Материалы Четвертой междунар. науч.-техн. конф. (25-26 ноября 2021 г.). - Петропавловск-Камчатский: Изд-во КамчатГТУ, 2022. - С. 69-72.
6. Тренажер электростанций серии DGS // ООО «Компания ДВК-электро: готовые решения» [Электронный ресурс]. - URL: https://dvk-electro.ru/simulators.html (дата обращения: 22.02.24)
7. Патент на полезную модель № 218736 U1 Российская Федерация, МПК G09B 23/18. Универсальный тренажер отработки практических навыков операторов судовой электростанции с использованием программной симуляции / А.О. Рогожников. - № 2023111240: заявл. 02.05.2023: опубл. 08.06.2023.
8. Молочкова И.Д. Тренажерная подготовка. - Владивосток: Дальрыбвтуз, 2006. - 26 с.
9. Молочкова И.Д. Автоматизация судовой электростанции. - Владивосток: Дальрыбвтуз, 2006. - 84 с.
10. Белов О.А., Зайцев С.А. К вопросу оценки безопасности морских судов камчатского флота // Природные ресурсы, их современное состояние, охрана, промысловое и техническое: Материалы X Нац. (всерос.) науч.-практ. конф. (19-21 марта 2019 г.). - Петропавловск-Камчатский: Изд-во КамчатГТУ, 2019. - С. 80-83.
11. Белов О.А. Оценка безопасности эксплуатации судовых энергетических установок // Вестник Камчатского государственного технического университета. - 2017. - № 42. - С. 6-10.
