CC BY
4УДК 371.693.4:629.5.064
А.О. Рогожников1, К.И. Ершова2
1 Камчатский государственный технический университет,
Петропавловск-Камчатский, 683003;
2 Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет,
Санкт-Петербург, 190005 e-mail: aleksei17_90@mail.ru
РАЗРАБОТКА ТРЕНАЖЕРА ОТРАБОТКИ НАВЫКОВ УПРАВЛЕНИЯ СУДОВОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМОЙ
Судовая электроэнергетическая система (СЭЭС) является первичным элементом в отношении других судовых систем, устройств и отдельных механизмов. Основная задача СЭЭС - бесперебойное электроснабжение судовых потребителей качественной электроэнергией. Эффективная работа судовой электростанции не только обеспечивает качество эксплуатации, но и определяет показатели надежности и безопасности для судна в целом. Степень ответственности судовой электроэнергетики требует глубокой автоматизации судовой электростанции и элементов управления СЭЭС. При этом важную роль в обеспечении качественной эксплуатации СЭЭС и надежности ее работы играет обслуживающий персонал с соответствующим уровнем его профессиональной подготовки. Для обеспечения профессиональных навыков при подготовке операторов СЭЭС в том числе предусматривается их тренажерная подготовка. Большинство тренажеров предназначено для отработки определенных алгоритмов действий в стандартных ситуациях. В статье обосновывается необходимость разработки тренажера с большой степенью вариации нестандартных ситуаций и предлагаются некоторые технические решения для реализации данного проекта.
Ключевые слова: судовая электроэнергетическая система, судовая электростанция, электрическая энергия, автоматизация, короткое замыкание, тренажерная подготовка, математическое моделирование, эффективность, надежность, безопасность.
A.O. Rogozhnikov1, K.I. Ershova2
1 Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamcharsky, 683006;
2 Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering, St. Petersburg, 190005 e-mail: aleksei17_90@mail.ru
DEVELOPMENT OF A SIMULATOR FOR THE SHIP POWER SYSTEM
The ship power system is the primary element in relation to other ship systems, devices and individual mechanisms. The main task of the ship power system is uninterrupted power supply to ship consumers with high-quality electricity. The efficient operation of the ship's power plant not only ensures the quality of operation, but also determines the reliability and safety indicators for the ship as a whole. The degree of responsibility of the ship power industry requires deep automation of the ship power plant and control elements of the ship power system. At the same time, maintenance personnel with an appropriate level of their professional training play an important role in ensuring the high-quality operation of the ship power system and the reliability of its operation. To ensure professional skills in the training of ship power system operators, their simulator training is also provided. Most simulators are designed to practice certain algorithms of actions in standard situations. The article substantiates the need to develop a simulator with a large degree of variation in non-standard situations and proposes some technical solutions for the implementation of this project.
Key words: ship power system, ship power plant, electric power, automation, short circuit, simulator training, mathematical modeling, efficiency, reliability, safety.
Обучение квалифицированных специалистов - важная государственная задача, для решения которой необходимо применять современные методы обучения, внедрять современные способы контроля учебного процесса. Внедрение разрабатываемого тренажера отработки навыков
эксплуатации судовой электростанции в учебный процесс направлено на отработку нестандартных режимов работы судовой электростанции, а также на упрощение понимания физических процессов, протекающих при работе судовой электростанции [1, 2].
По программам специальностей, таких как инженер-электромеханик, инженер-судомеханик, по программам подготовки бакалавров, а также по программам повышения квалификации и профессиональной переподготовки предъявляется ряд профессиональных требований или компетенций, при освоении которых будущий специалист должен быть способен осуществить анализ проблемных ситуаций и выбрать стратегию действий. Также специалист должен уметь идентифицировать опасные ситуации и сценарий их развития, воспринимать и управлять рисками, поддерживать должный уровень владения ситуацией, быть способным осуществлять безопасное техническое использование, техническое обслуживание, диагностирование и ремонт судового электрооборудования и средств автоматики, должен устанавливать причину отказа оборудования [3].
Не менее важно предотвращение аварий на судах, происходящих по причине неправильной эксплуатации. Разрабатываемый тренажер отработки навыков эксплуатации судовой электростанции направлен на понимание принципов работы узлов судовой электростанции, общего устройства, а также способов запуска и вывода на номинальные режимы работы. Также разрабатываемый тренажер направлен на отработку нестандартных ситуаций, таких как короткое замыкание, повышенное напряжение. При отработке нестандартных ситуаций на тренажере судовой электростанции будут приобретены знания физических процессов, необходимые для безаварийной эксплуатации, а также для действий в аварийных ситуациях с целью купирования с наименьшими экономическими потерями [4].
Аналогичные тренажеры отработки навыков эксплуатации судовой электростанции в своем составе имеют электромашинную модель дизель-генератора, аналоговые приборы, закрепленные на стенде, органы управления дизель-генераторами и нагрузкой, а также персональный компьютер, на котором дублируются параметры работы установки в программе, как показано на рис. 1.
Рис. 1. Общий вид типового тренажера судовой электростанции
Отработка штатных ситуаций происходит по заранее известным алгоритмам, адаптированным под определенный проект судна. Процесс подготовки на тренажере вырабатывает определенную последовательность действий, запоминаемую обучающимся. При возникновении аварийных и нештатных ситуаций происходит отключение системы и выведение на панели контроллера дизель-генератора кода ошибки, что не дает полного понимания процессов, происходящих в СЭЭС [5, 6].
Структурная схема разрабатываемого тренажера показана на рис. 2. Разрабатываемый тренажер судовой электростанции будет состоять из модуля контрольно-измерительных приборов (КИП), модуля дизель-генератора, панели индикации и вывода данных, модуля управления и модуля связи. Модуль КИП включает в себя набор цифровых датчиков тока, цифровых датчиков напряжения и энкодеров. Панель индикации и вывода данных представляет информацию об авариях, визуализирует данные датчиков, переданные модулем связи по асинхронному интерфейсу RS-485. Вывод данных работы системы также осуществляется с помощью термопринтера на термобумаге. Основными элементами модуля связи являются микроконтроллеры. Микроконтроллер Slave отвечает за опрос датчиков, кнопок управления, тумблеров и отправку данных на микроконтроллер Master. Микроконтроллер Master отвечает за прием данных с микроконтроллера Slave, отправку данных на модуль панели индикации и вывода данных. Модуль управления предназначен для регулировки тока возбуждения генератора, частоты оборотов приводного двигателя и обеспечения защиты модели дизель-генератора.
Рис. 2. Структурная схема тренажера отработки навыков эксплуатации судовой электростанции
В отличие от аналогов разрабатываемый тренажер отработки навыков эксплуатации судовой электростанции будет симулировать нештатные ситуации, которые будут воспроизведены с помощью микроконтроллера, используемого в разрабатываемом тренажере отработки навыков эксплуатации операторов судовой электростанции.
Отличительные особенности разрабатываемого тренажера:
- с помощью программных симуляций тренажер может быть адаптирован под различные проекты судов и мощности электроэнергетических установок;
- возможна отработка нестандартных режимов работы, таких как короткое замыкание, длительная перегрузка, повышенное напряжение, превышение частоты;
- все действия оператора тренажера будут фиксироваться и выводиться на печатном носителе, что упростит понимание происходящих процессов и может быть использовано в дальнейшем в учебной и методической деятельности;
- симуляция режимов в СЭЭС связана с риском возникновения больших токов, которые могут привести к выходу из строя КИП. В разрабатываемом тренажере аналоговые приборы заменены цифровыми, что позволит выводить значения токов короткого замыкания на контрольно-измерительных приборах без риска их разрушения и повреждения модели СЭЭС.
- тренажер предусматривает практическую отработку действий оператора в нестандартных режимах работы СЭЭС, а также теоретическую подготовку персонала в вопросах управления судовой электростанцией.
Полученные навыки и понимание сути физических процессов при эксплуатации позволят будущим специалистам, выпускникам высшего, среднего и начального профессионального
образования, а также слушателям курсов повышения квалификации электротехнического персонала грамотнее и безопаснее эксплуатировать судовую электростанцию [7-9].
Это в свою очередь снизит количество аварий на судах, выход оборудования из строя из-за неправильной эксплуатации персоналом и увеличит безопасность мореплавания.
При решении задачи обучения актуальным навыкам и повышения квалификации специалистов по эксплуатации судового электрооборудования необходимо применять современные методы обучения. Актуализация методов обучения - важнейшая задача, которая должна происходить непрерывно в том числе и за счет разработки современных тренажеров специалистами и преподавателями учебных заведений.
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. - Петропавловск-Камчатский, 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. Молочкова И.Д. Тренажерная подготовка. - Владивосток: Дальрыбвтуз, 2006. - 26 с.
6. Молочкова И.Д. Автоматизация судовой электростанции. - Владивосток: Дальрыбвтуз, 2006. - 84 с.
7. 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 Национальной (всерос.) науч.-практ. конф. - Петропавловск-Камчатский, 2019. -С. 80-83.
8. Белов О.А. Оценка безопасности эксплуатации судовых энергетических установок // Вестник Камчатского государственного технического университета. - 2017. - № 42. - С. 6-10.
9. Белов О.А. Аналитический обзор факторов эффективной эксплуатации морского транспорта // Техническая эксплуатация водного транспорта: проблемы и пути развития: Материалы междунар. науч.-техн. конф. - Петропавловск-Камчатский, 2019. - С. 5-9.
