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蒸压釜作业人员培训考核模拟系统的开发*

2013-10-15舒安庆陈翠梅许银萍

化工装备技术 2013年4期
关键词:蒸压实际操作特种设备

舒安庆 游 锋 陈翠梅 陈 忠 许银萍 杨 红,2

(1.武汉工程大学机电工程学院 2.武汉市压力容器压力管道安全技术研究中心 3.武汉市锅炉压力容器检验研究所)

0 前言

承压类特种设备在石油化工、能源、电力等领域广泛应用,对国民经济的发展以及人民生活等方面起着重要作用。由于承压类特种设备涉及生产和生命安全,国家颁布实施了 《特种设备安全监察条例》[1],规定特种设备作业人员须经特种设备安全监督管理部门考核合格,取得作业证书,方可从事相关的作业。从承压类特种设备发生的事故统计,由于操作人员错误操作造成事故占事故率50%以上,因此,提高承压类特种设备作业人员的专业素质和实际操作能力是保障设备安全运行的重要措施。

现有培训考核模拟系统中,主要采用课堂上理论授课,考核采用笔答及口答的形式,实际操作部分基本上没有满足规范的要求,或者仅限于计算机模拟,没有与现场操作设备相结合。作业人员无法通过必要的实际操作训练来掌握相关操作技能,尤其对设备故障排除、常见事故处置、节能减排等相关知识很欠缺,并且没有科学的培训教案和操作考核的试题库。这些因素制约了作业人员实际操作能力的有效提高。因此,开发科学、高效的压力容器作业人员培训考核的新方法和新模式,开发能够满足培训和考核需要、致力于提高作业人员实际操作能力的培训考核设备,已成为一项非常紧迫的任务。本课题从压力容器安全事故几率、事故危害性、使用广泛性、结构的特点等因素考虑,以快开门式蒸压釜为例,模拟压力容器实际运行状态、各种操作和各种故障,使培训人员更直观地了解压力容器的内部结构和附属设备及其工艺流程、工作原理等,进而提高作业人员的技能水平。

1 蒸压釜工作人员培训考核模拟系统的总体设计

1.1 工艺流程设计

蒸压釜是广泛应用于建筑材料生产的压力容器,是利用蒸汽的压力能对容器有效空间内的工质进行相关工艺加工处理的设备,并配备保证安全、经济、稳定运行所必需的附属设备以及自控系统与保护装置系统。其显著特点是快开门结构、需频繁开启和关闭、运行操作安全水平要求高。图1为蒸压釜基本工艺流程图。

图1 蒸压釜基本工艺流程

1.2 系统的控制部分

考核培训系统控制部分是基于现场设备开放网络平台,以网络可编程控制器构建下位机单元,实现现场设备控制,以MCGS工控组态软件和通用PC为软、硬件平台构建上位机系统,提供图文界面环境;基于通用的以太网平台,实现上、下位机间的通信,并可实现一对多的上、下位机结构,方便系统扩展。

该系统专门设计了基于单片机技术的仿真仪表控制卡,通过单片机程序控制仿真仪表控制卡,由仿真仪表控制卡产生控制信号,达到控制步进电机、完成仪表模拟仿真的目的。系统还选择触摸屏形式的人机对话方式,使培训考核操作过程的环境更加完善。

1.3 系统的功能特征

系统将计算机虚拟现实和设备实物结构模拟技术相结合,构造逼真的设备操作环境,模拟典型设备实际操作和考核的全过程,为压力容器培训考核提供一种标准化的教学平台。系统的培训考核功能齐全,开发中体现了以下特点。

(1)能满足 《压力容器安全管理人员和操作人员考核大纲》[2]的教学考核要求,对学员进行专业知识、安全管理和安全操作的培训和考核,可以帮助不同行业的操作人员在培训过程中掌握本行业典型设备的流程原理和操作方法,培训机构便于针对不同行业的学员实施有重点的分类培训,以提高培训质量。

(2)能把典型设备的工艺流程原理以动画形式显示出来,逼真地模拟实际操作环境,及时地显示温度、压力变化情况,模拟操作步骤与压力、温度的逻辑关系,并将压力、温度、操作过程等参数显示在计算机上。

(3)培训操作过程具有可选择性,可实现操作步骤语音提示和设备常见故障判断、故障排除、故障应急处理等培训功能,为学员提高事故处理能力提供了学习锻炼的真实环境。

(4)系统具有考核试题题库 (题库包括设备基本操作、典型环节安全措施操作、安全巡视过程中设备故障应急处理操作、节能工艺操作等知识),可实现自动组卷、考核计时、考核自动评卷、试题数据库管理、学员考核信息管理等功能。

(5)为实现操作人员培训考核的标准化和信息化,提高培训考核的管理质量,提供了硬件支持条件,可避免传统培训考核中的个性化差异。

2 培训考核模拟系统的技术原理及技术特性

2.1 硬件构成

蒸压釜作业人员培训考核模拟系统的硬件包括设备主体、快开门、安全附件、阀门、安全联锁装置、模拟仪表、触摸屏、电源控制台、PEC 8000和DIO 2000网络可编程控制器、计算机以及投影仪等。图2为蒸压釜硬件构成图。

图2 蒸压釜硬件构成

2.2 软件构成

计算机选用MCGS(monitor and control generated system,通用监控系统)工控组态软件进行软、硬件组态,通过采集和监控可编程控制器上传的实时数据,提供模拟操作监控流程,实现操作可视化,并实现操作提示和培训考核功能。MCGS是一套用于快速构造和生产计算机监控系统的组态软件,由 “组态环境”和 “运行环境”两个系统组成,通过对现场数据的采集处理,以动画显示、报警处理、流程控制、实时曲线、历史曲线和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案。它充分利用了Windows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点,比以往使用专用机开发的工业控制系统更有通用性,因而在自动化领域使用更为广泛。图3为MCGS系统界面图。

图3 MCGS系统界面

2.3 技术特性

蒸压釜工作人员培训考核模拟系统包含了五个方面的技术并进行了合理运用和融合:压力容器实际操作人员安全培训、压力容器安全技术、基于计算机的虚拟仿真技术、基于计算机的实物仿真技术、基于计算机的监控技术。

压力容器实际操作人员安全培训应该根据TSG特种设备技术规范R6001—2011《压力容器安全管理人员和操作人员考核大纲》附件B和C的要求,完成对操作人员实际操作技能的培训和考核。该系统对压力容器安全技术方面的问题 (如安全联锁装置、安全附件设置、安全装置操作程序等)进行了全面的综合考虑,并将其全部体现到了培训考核系统中。利用计算机虚拟技术,将系统操作过程对系统工艺流程的作用反映在屏幕上,使学习者更容易理解和掌握安全操作程序及其原理。运用计算机实物模拟技术,通过单片机程序控制设计,由仿真仪表控制卡产生控制信号,达到控制步进电机、完成仪表模拟仿真的目的,从而使模拟操作与计算机模拟真实环境相结合。运用计算机监控功能,将操作人员的操作过程完整记录下来,并且根据正确操作程序进行分析评价,进行培训考核的信息化管理。

3 结论

(1)经实际试用表明,该系统运行稳定,效果良好,对操作人员的培训达到了预期效果。

(2)该培训考核系统在开发手段和实际性能上具有一定的先进性和创造性,对于提高培训水平、科学评价培训效果意义重大,并且已取得了很好的经济效益。

(3)该系统还具有弥补教学手段和实验条件限制等优点,能与生产实际紧密结合,对培养高技能、复合型人才可发挥重要的作用。

[1] 特种设备安全监察条例 [S] .2009.

[2] TSG R6001—2011.压力容器安全管理人员和操作人员考核大纲 [S] .

[3] 承压类特种设备作业人员培训考核模拟系统开发技术研究报告 [R] .武汉:武汉工程大学,2011.

[4] 程英超,陈明怀,牟元平.燃料乙醇装置仿真培训系统的开发 [J] .化工科技,2006,14(4):44-46.

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