Имитатор блочного пункта управления полномасштабного тренажера ядерной энергетической установки

Заявляемая полезная модель относится к области энергетики, в частности, энергетического тренажеростроения и касается конструирования и эксплуатации имитаторов блочных пунктов управления (БПУ) полномасштабных тренажеров энергоблоков электростанций, преимущественно атомных, и может быть использована в учебно-тренировочных центрах как универсальное техническое средство для тренажерной подготовки операторов разнотипных энергоблоков АЭС. Задачей, решаемой настоящей полезной моделью, является реализация таких свойств, как универсальность, позволяющая вести тренажерную подготовку операторов нескольких разнотипных энергоблоков, БПУ которых имеют существенные отличая в оформлении приборных панелей и пультов управления; гибкость, позволяющая легко видоизменять имитатор БПУ при изменении средств отображения информации на реальном БПУ, а также повышение оперативности конфигурирования тренажера под конкретный энергоблок - наиболее близкий аналог. Сущность предлагаемого технического решения состоит в том, что в имитаторе блочного пункта управления полномасштабного тренажера ядерной энергетической установки, содержащем имитатор приборных панелей, имитатор пульта управления с приборной доской и компьютер, предложено, приборные панели и приборные доски выполнить на дисплеях, причем в качестве дисплеев приборных панелей использовать видеокубы, обеспечивающие возможность получения бесшовного полиэкранного изображения, а пульт управления выполнить в виде модулей с

унифицированными разъемами и сменных столешниц с панелями управления. Кроме того, компьютер выполняет функции управления, и связан с дисплеями через видеоконтроллер и оборудование доставки видеосигналов. Предложенные технические решения позволят создать универсальный имитатор БПУ полномасштабного тренажера, повысить оперативность подготовки тренажера к работе, сократить затраты и время на приведение имитатора БПУ в соответствие с БПУ энергоблоков - наиболее близких аналогов при их модернизации.

Заявляемая полезная модель относится к области энергетики, в частности, энергетического тренажеростроения и касается конструирования и эксплуатации имитаторов блочных пунктов управления (БПУ) полномасштабных тренажеров энергоблоков электростанций, преимущественно атомных, и может быть использована в учебно-тренировочных центрах как универсальное техническое средство для тренажерной подготовки операторов разнотипных энергоблоков АЭС.

Повышение спроса на хорошо подготовленных операторов АЭС, а также необходимость поддержания уровня натренированности операторов вместе со сложностью атомных электростанций привело в 60-х годах прошлого века к созданию полномасштабных тренажеров, являющихся самым эффективным инструментом обучения в этой области. Полномасштабный тренажер атомной станции - программно-технический моделирующий комплекс, воспроизводящий динамические режимы работы АЭС в реальном времени и использующий полномасштабную модель реального блочного пункта управления, с которого на АЭС ведется централизованное автоматизированное управление технологическими процессами, реализуемое операторами и средствами автоматизации. Полномасштабные тренажеры для АЭС создаются, как правило, под конкретный (референтный) энергоблок и практически отсутствуют тренажеры, способные гибко перестраиваться на различные типы энергоблоков и быть универсальным тренажерным средством. Вместе с тем, на многих действующих АЭС, имеющих несколько однотипных

энергоблоков с одинаковой организацией централизованного автоматизированного управления, могут быть разные по виду БПУ в силу того, что на них в разные сроки и в различных объемах проводились работы по модернизации систем и оборудования, продлению срока эксплуатации. Актуальность решения проблемы "универсальности" и "гибкости" полномасштабных тренажеров усиливается процессом внедрения на действующих АЭС современных дисплейных средств представления информации на БПУ (проекционных кубов, плазменных и жидкокристаллических панелей). Применение дисплейных средств существенно меняет человеко-машинный интерфейс БПУ и никакими компенсирующими мероприятиями невозможно обеспечить подготовку персонала на полномасштабном тренажере, имитатор БПУ которого изначально создавался на традиционных средствах отображения информации. Поэтому, несмотря на успехи, достигнутые в мировом энергетическом тренажеростроении, до настоящего времени российским и зарубежным разработкам полномасштабных тренажеров присущи проблемные вопросы, заключающиеся в реализации:

- универсального имитатора БПУ полномасштабного тренажера для нескольких разнотипных энергоблоков;

- механизмов, позволяющих гибко перестраивать полномасштабный тренажер при модернизации систем и оборудования АЭС без длительной остановки тренажера на модернизацию и замену его технических средств.

Одним из аналогов заявляемой полезной модели является имитатор БПУ полномасштабного тренажера, описанного в статье: Simulator Training for Older Nuclear Power Stations - CEGB Magnox simulator/Ratclif J.A. // Proc. of the Specialists' Meeting on Training Simulators for Nuclear Power Plants, Toronto, Canada, Sept.14-16, 1987. - IAEA, Vienna, 1987. Данный тренажер предназначен для подготовки персонала

нескольких АЭС, построенных в разное время, имеющих разные технологические схемы и, соответственно, существенные отличия в части организации контроля и управления на БПУ. Имитатор БПУ состоит из щита с приборными панелями и пульта управления. Для имитации приборных панелей разных АЭС предусмотрены накладные панели, устанавливаемые на каркас щита. Комплекты панелей складируются в помещении тренажера в специальной стойке. Для перемещения панелей используется транспортная тележка. К недостаткам указанного имитатора БПУ можно отнести трудоемкость процесса перестройки на другую конфигурацию, а также длительность изготовления и интеграции с моделирующим программным обеспечением тренажера новых панелей в случае изменения состава/номенклатуры оборудования приборных панелей на энергоблоках - наиболее близких аналогах.

Ближайшим аналогом заявляемого технического решения является имитатор БПУ полномасштабного тренажера, описанный в статье "TSG++: a full scope training simulator using soft panels", 2000 г. Данный имитатор БПУ включает имитаторы приборных панелей и пультов управления, выполненные на дисплеях, в том числе с использованием дисплеев с сенсорными экранами, при этом фасады реальных приборных панелей и пультов управления воспроизводятся при помощи графического интерфейса в виде так называемых программных панелей (soft panel) и компьютер. Такое решение предоставляет оператору такие же функциональные возможности, что и имитатор с полномасштабным копированием. Взаимодействие операторов с моделью энергоблока выполняется посредством сенсорных экранов, содержащих "оживленные" изображения органов управления. Для того чтобы воспринимать графические изображения панелей целиком и исключить необходимость навигации по фрагментам панелей, масштаб изображений уменьшен и составляет 40-45% от реальных размеров.

Недостатком ближайшего аналога является то, что примененные в нем дисплеи не позволяют представлять изображения панелей в натуральную величину, а сенсорные экраны не позволяют обучаемому манипулировать органами управления способом, идентичным используемому в реальной деятельности. Известно также, что средствами одной лишь компьютерной графики невозможно подготовить оператора, способного к профессиональному выполнению реальных задач.

Задачей, решаемой настоящей полезной моделью, является реализация таких свойств, как универсальность, позволяющая вести тренажерную подготовку операторов нескольких разнотипных энергоблоков, БПУ которых имеют существенные отличая в оформлении приборных панелей и пультов управления; гибкость, позволяющая легко видоизменять имитатор БПУ при изменении средств отображения информации на реальном БПУ, а также повышение оперативности конфигурирования тренажера под конкретный энергоблок - наиболее близкий аналог.

Сущность предлагаемого технического решения состоит в том, что в имитаторе блочного пункта управления полномасштабного тренажера ядерной энергетической установки, содержащем имитатор приборных панелей, имитатор пульта управления с приборной доской и компьютер, предложено, приборные панели и приборные доски выполнить на дисплеях, причем в качестве дисплеев приборных панелей использовать видеокубы, обеспечивающие возможность получения бесшовного полиэкранного изображения, а пульт управления выполнить в виде модулей с унифицированными разъемами и сменных столешниц с панелями управления. Кроме того, компьютер выполняет функции управления, и связан с дисплеями через видеоконтроллер и оборудование доставки видеосигналов.

Несмотря на то, что в основе предлагаемого имитатора БПУ и его ближайшего аналога лежит один и тот же принцип - воспроизведение

внешнего вида и функций, реальных БПУ, они отличаются способом формирования и средствами представления изображений на дисплеях, а также конструкцией имитаторов пультов управления. Использование видеокубов, представляющих собой крупноформатные средства отображения информации, в качестве дисплеев обеспечивает получение бесшовного полиэкранного изображения, содержащего видеообразы имитируемого оборудования в натуральную величину. Выполнение имитатора пульта управления в виде модульной конструкции со сменными столешницами обеспечивает возможность установки комплектов столешниц разных конфигураций с полномасштабным копированием органов управления и индикации на лицевой стороне столешниц. Для обеспечения связи комплектов столешниц разных конфигураций с системами ввода/вывода и электропитания тренажера, модули пульта снабжены разъемами, унифицированными по исполнению и размещению. Использование видеоконтроллера для распределения видеосигналов по дисплеям позволяет управлять видеоизображениями независимо от их источника и способа передачи.

Предлагаемая полезная модель поясняется графическим материалом. На фиг.1 приведена компоновка имитатора БПУ, на фиг.2 представлен общий вид имитатора БПУ в процессе замены столешниц пульта, на фиг.3 - структурно-функциональная схема вывода видеоизображений на дисплеи имитатора БПУ.

Имитатор БПУ (фиг.1) состоит из имитатора "приборных" панелей 1, собранных из видеокубов, имитатора пульта управления 2 с "приборной" доской 3, собранной из плоскопанельных мониторов.

Видеокубы 1 (фиг.2) собраны в единую бесшовную конструкцию, образующую видеостену, и установлены на пьедестал 2. Размеры экранов видеокубов выбираются согласно размерам реальных приборных панелей, что позволяет визуально точно воспроизвести приборы и средства

отображения информации, которыми оборудованы реальные приборные панели. Имитатор пульта управления состоит из модулей 4, предназначенных для размещения пультового оборудования (аппаратуры системы ввода/вывода, источников питания, кабелей, электротехнической арматуры и пр.) и сменных столешниц 5, с размещенными на них органами управления и индикации. Модуль 4 состоит из несущего каркаса (на фиг.2 не показан) и навесных декоративно-защитных панелей. Каркас модуля собран из металлоконструкций, имеющих фасонные отверстия для соединения модулей между собой и крепления навесных элементов. Навесные элементы отличаются способом их установки на каркас модуля. Внутренние навесные элементы являются пультовым оборудованием, и все установочные размеры для их крепления выполнены в соответствии со стандартом установки оборудования. Внешние навесные элементы выполняют декоративно-защитную роль. Сменная столешница 5 состоит из рамы (на фиг.2 не показана) и откидывающейся панели управления 6. Рама предназначена для крепления внутреннего оборудования столешницы 5 и панели управления 6 и представляет собой пространственный каркас (на фиг.2 не показан), выполненный из фасонных металлоконструкций. Панель управления 6 служит для установки органов управления и индикации, аналогичных оборудованию реального БПУ. Форма и конструктивное исполнение столешницы 5 обеспечивают возможность установки направляющих элементов и фиксаторов для ее закрепления в определенном положении. Направляющие элементы с фиксаторами соединены в единый механизм, имеющий возможность произвольного монтажа. Для обеспечения электрических соединений сменных столешниц с пультовым оборудованием верхняя часть модуля 4 имеет унифицированные разъемы 7. Контакты разъемов 7 функционально разделены на группы так, что каждая из групп (на фиг.2 не показаны) имеет строго определенный состав. Разъемы 7 размещаются

с определенным шагом, что дает возможность стандартизации посадочных мест модуля 4 и сменной столешницы 5. На обращенном к оператору торце модуля 4 установлены стандартные выдвижные полки 8 под компьютерные клавиатуры. Для доступа к пультовому оборудованию предусмотрены открывающиеся дверцы (на фиг.2 не показаны), расположенные с тыльной стороны модуля. Плоскопанельные мониторы 3 установлены вдоль задней верхней части пульта непрерывным рядом, непосредственно за сменными столешницами 5. Крепление мониторов к модулям пульта осуществляется с помощью стандартных кронштейнов.

Схема вывода видеоизображений на дисплеи представлена на фиг.3. Видеоизображения, сформированные в главном моделирующем компьютере тренажера, передаются на дисплеи (видеокубы и плоскопанельные мониторы) через видеоконтроллер 1. Смоделированные изображения могут произвольно микшироваться с изображениями, поступающими в виде видеосигналов, от прочих систем, интегрированных в состав вычислительного комплекса полномасштабного тренажера, включая источники телевизионных аналоговых сигналов. Дистанционное управление, микширование, масштабирование и месторасположение на дисплеях видеоизображений осуществляется с помощью управляющего компьютера 2, на котором установлено программное обеспечение, позволяющее управлять видеоконтроллером. Передача видеосигналов осуществляется посредством оборудования доставки видеосигналов включающего видеоудлинители стандарта DVI-I, состоящие из передающего 3 и принимающего 4 модулей, соединенных стандартным кабелем на основе витой пары. Передатчики 3 установлены в непосредственной близости от видеоконтроллера 1, приемники 4 смонтированы внутри пульта.

Работа по приведению конфигурации имитатора БПУ в соответствие с конкретным энергоблоком включает два этапа: настройку имитатора пульта управления и загрузку на главном моделирующем компьютере модели энергоблока-прототипа и видеоизображений. В процессе настройки имитатора пульта управления выполняются следующие действия (см. фиг.2):

- транспортировка комплекта сменных столешниц 5 при помощи тележки, имеющей направляющие и фиксаторы, предназначенные для стыковки с направляющими модулей 4;

- установка сменных столешниц 5 на пульт, заключающаяся в стыковке и фиксации тележки, перемещении столешницы 5 по направляющим с тележки на пульт, стыковке с унифицированными разъемами 7, закреплении замковыми фиксаторами и отстыковке тележки;

- включение электропитания имитатора пульта;

- тестирование системы ввода/вывода.

Преимуществом настоящего имитатора БПУ является то, что с его реализацией отпадает необходимость строительства нескольких полномасштабных тренажеров для разных энергоблоков (затраты на создание полномасштабного тренажера для энергоблока АЭС электрической мощностью 1000 МВт. в настоящее время оцениваются в 200 млн. рублей). Дополнительным преимуществом является сокращение до минимума расходов по приведению имитатора БПУ в соответствие с БПУ энергоблоков - наиболее близких аналогов при их модернизации, а также отсутствие расходов на техническое обслуживание и ремонт многочисленного оборудования приборных панелей БПУ.

1. Имитатор блочного пункта управления полномасштабного тренажера ядерной энергетической установки, содержащий имитатор приборных панелей, имитатор пульта управления с приборной доской и компьютер, отличающийся тем, что приборные панели и приборные доски выполнены на дисплеях, причем в качестве дисплеев приборных панелей использованы видеокубы, обеспечивающие возможность получения бесшовного полиэкранного изображения, а пульт управления выполнен в виде модулей с унифицированными разъемами и сменных столешниц с панелями управления.

2. Имитатор блочного пункта управления по п.1, отличающийся тем, что компьютер выполняет функции управления и связан с дисплеями через видеоконтроллер и оборудование доставки видеосигналов.