Как стать автором
Обновить

Имитационные тренажеры и импортозамещение Honeywell Unisim

Время на прочтение6 мин
Количество просмотров7.4K

Компания Honeywell решила свернуть свой существующий бизнес и операции в России и Беларуси. Для многих нефтегазовых предприятий России это стало неприятным событием. Дело в том, что на опасных производственных объектах для обучения персонала обязаны использоваться компьютерные имитационные тренажеры и да, большинство компьютерных имитационных тренажеров в нефтегазовой промышленности создавалось именно на базе программного обеспечения Honeywell Unisim. Спустя некоторое время начался процесс остановки таких программных и программно-аппаратных комплексов, т.к. необходима актуальная лицензия на Unisim, а продлить ее невозможно.

На рынке РФ, к сожалению, практически отсутствуют компании, ведущие разработку аналогичных тренажеров для нефтегазовых объектов, не используя UniSim. Причина достаточна проста, сейчас на рынке нет аналога ПО, в реальном времени позволяющего производить имитацию технологического процесса с достаточной точностью (3-7% отклонение от реальных данных), а также ПО, имитирующее реальные контроллеры системы автоматизации. Команды, создающие 3D-ходилки на Unity/Unreal, которых сейчас достаточно много, не способны устранить данную проблему, т.к. не работают с математическими моделями таких масштабов и точности, а в большинстве случаев, вообще не используют математический аппарат.

Интересно и то, что еще в 2007 году, когда я защищал диссертационную работу «Разработка системы автоматизированного проектирования компьютерных имитационных тренажеров » в Ижевском государственном техническом университете (Решением Высшей аттестационной комиссии Министерства образования и науки Российской Федерации № 15к/73 от 11 апреля 2008г. присуждена ученая степень кандидата технических наук), я указывал на эту потенциальную угрозу.

В 2013-2014 годах наша команда успешно разработала тренажер "Установка подготовки природного и попутного нефтяного газа", который отличался не только достаточно продвинутой на тот момент графикой, но и точной математикой, работающей в реальном времени.

Аналогично были реализованы также крупные тренажеры, основанные в первую очередь на математических моделях и имитации АСУТП - Тренажер установки предварительного сброса воды (УПСВ), тренажер установки подготовки нефти (УПН) и тренажер Блочной кустовой насосной станции (БКНС). Несколько тренажеров имели аппаратную часть в виде интерактивных макетов и систему формирования виртуальной реальности.

Стартовый экран виртуального месторождения
Стартовый экран виртуального месторождения
Тренажер - Установка подготовки нефти
Тренажер - Установка подготовки нефти

Причем для создания этих тренажеров был использован собственный редактор математических моделей и сценариев.

И да, наша команда смогла создать инструмент - редактор математических моделей, который может стать заменой UniSim в области математического моделирования процессов. Адекватность, универсальность и экономичность, т.е. способность точно имитировать физический процесс, в реальном масштабе времени и с учетом множества сторонних факторов, позволили нам реализовать уже не один десяток проектов для нефтегазовых компаний. Давайте рассмотрим на примере тренажера установки подготовки нефти (УПН).

Немного терминологии. Тренажер УПН – техническое средство профессиональной подготовки обучаемых, предназначенное для формирования и совершенствования у обучаемых профессиональных навыков и умений, необходимых им для управления материальным объектом путем многократного выполнения обучаемыми действий, свойственных управлению реальным объектом. Тренажер имеет три необходимые части: конструктивную (точную копию рабочего места оператора АСУТП и оператора в 3D); программную (адекватную модель оборудования и процессов); дидактическую (рабочее место инструктора с программой оценки и контроля действий оператора и прочих не менее важных сервисных программ). Тренажер будет использоваться как для систематического так и для предметного обучения, т.е. обеспечения усвоения определенной совокупности навыков, умений и процедур. Задачи тренажера — обеспечить соответствие усваиваемых материалов или навыков требованиям предстоящей работы, эффективность учебного процесса, а также добиться того, чтобы усвоенные при обучении стереотипы были успешно перенесены на условия реальной работы.

Были созданы 3D и математически модели следующих типов оборудования:

  • Площадки узла подключения (УДР)

  • Нефтегазовые сепараторы первой ступени

  • Нефтегазовые сепараторы концевой ступени (КСУ)

  • Газовые сепараторы (ГС)

  • Отстойники обезвоживания нефти (ОГ)

  • Путевые подогреватели нефти (ПП)

  • Резервуары нефти РВС-3000 и РВС-5000

  • Площадка резервуаров противопожарного запаса воды

  • Факельный сепаратор высокого давления

  • Факельный сепаратор низкого давления

  • Совмещенная факельная установка

  • Насосная внешней перекачки нефти

  • Насосная станция пожаротушения НПС

  • Насосная внутренней перекачки

  • Ресивер азота

  • Емкость подземная аварийная

  • Емкость дренажная нефти

  • Емкость подземная дренажная

  • Емкость сбора конденсата

  • Емкость дренажная химреагентов

  • Система измерений качества газа

  • Система измерений количества газа

  • Система измерения количества газового конденсата

  • Станция налива нефти

  • Блочно-кустовая насосная станция БКНС

  • Блок дозирования химических реагентов

  • Резервуары РВС-3000 воды

  • Насосная пресной воды

  • Электродегидраторы

  • Сепараторы горячей ступени сепарации и т.д.

Выполнение стропальных работ в VR
Выполнение стропальных работ в VR

Тренажер предназначен для обучения и контроля знаний и навыков персонала УПН при выполнении штатных технологических операций, так и при возникновении нештатных и аварийных ситуаций, например:

  • Разгерметизация фланцевого соединения на запорной арматуре, разгерметизация трубопроводов, вследствие образования свища по сварному шву или «телу» трубопровода, на площадке узла подключения

  • Выброс нефти через факельные стволы высокого давления, в результате превышения уровня нефти в сепараторах и поступления нефти в газовые коллекторы.

  • Разгерметизация сепаратора первой ступени сепарации с образованием розлива нефти, выброса газа с возгоранием (взрывом) и без возгорания.

  • и т.д. более 30 сценариев.

Основные отличительные особенности данного тренажера:

  • Кинематографическое качество, в т.ч. VR

  • Математическое моделирование физических процессов, точное соответствие АСУиТП

  • Возможность имитации аварий, происшествий на производстве

  • Наблюдение изнутри изучаемого оборудования 

  • Возможность быстрого изменение параметров оборудования и среды

Как это работает?

Редактор матмодели в процессе работы
Редактор матмодели в процессе работы

Собственная технология автоматического синтеза математической модели объекта. Технология повышает качество и технико-экономический уровень создаваемых математических моделей. Поддержка однофазных и многофазных режимов течения жидкости и газа. Точный контроль фазовых состояний веществ во всех элементах модели технологической схемы. 

Универсальные математические модели оборудования

  • Запорнорегулирующая арматура, гидро-пневмо- трубопровод

  • Пласты-Скважины

  • Печи

  • Обратные клапаны

  • Динамические насосы и компрессоры

  • Объемные насосы и компрессоры

  • Теплообменники

  • Подогреватели

  • СППК

  • Измерительные приборы (манометры, термометры, расходомеры)

Высокая точность предоставления компонентного состава

Высокая точность предоставления компонентного состава нефти и попутного газа:

  • Фракционный состав нефти от C1 до С40+

  • Метан    CH4    

  • Этан    C2H6    

  • Пропан    C3H8    

  • И-Бутан    iC4H10    

  • Бутан    C4H10    

  • И-Пентаны    iC5H12    

  • Пентан    C5H12    

  • И-Гексаны    

  • Гексан    C6H14    

  • И-Гептаны    

  • Бензол    C6H6    

  • Гептан    C7H16

  • И-Октаны    iC8H18    

  • Толуол    C7H8    

  • Октан    C8H18    

  • И-Нонаны    iC9H20    

  • Нонан    C9H20    

  • И-Деканы    iC10H22    

  • Декан    C10H22    

  • Углекислый газ    CO2   

  • Азот    N2    

  • Сероводород    H2S

Высокоточная имитация автоматики (АСУ ТП нижний и верхний уровень)

  • Имитация управляющих устройств

  • Имитация датчиков

  • Имитация алгоритмов контроллеров

  • Имитация системы верхнего уровня (SCADA)

Редактор сценариев
Редактор сценариев

Сценарии

  • Линейная и нелинейная структура

  • Развитые механизмы ветвления сценария

  • Развитые механизмы задания последствий действий или условий

  • Простой графический редактор

  • Связь с математическим описанием объекта

Связь между системами тренажера осуществляется по стандарту IEEE1516 / HLA 1.3. Получение данных об обучении и формирование аналитики осуществляется с использование спецификации xAPI.

Таким образом нам удалось реализовать полноценное импортозамещение ушедшего Honeywell Unisim.

Теги:
Хабы:
Всего голосов 28: ↑27 и ↓1+31
Комментарии43

Публикации