Теплоэнергетика 13.04.01, Экономика 38.04.01.
(Конспект подготовлен студентами)
Цифровизация источника энергии (генерации)
Цифровые двойники для генерации – цифровая копия физического объекта или процесса. Это ПО или СОФТ, который копирует поведение объекта при различных на него воздействиях (в меру глубины математической модели, заложенной в нем). Бывает 2D-моделирование (образно: "на плоскости" – расчеты в маткаде, экселе; 3D-моделирование (в объеме и во времени) и оно может быть масштабируемо.
Не путать с художественным 2D и 3D моделированием
Гейм-плей – (см. глоссарий) понятие из игровой индустрии, обозначающее компонент среды (игры), отвечающий за взаимодействие среды и пользователя. Посмотреть, какие еще есть варианты этого определения.
При цифровизации устройств/установок/комплексов энергетического сектора имеет место некоторое раздвоение понимания слова «модель» (математическое описание сложных физических объектов) – цифровой клон, и «модель» (художественное изображение, возможно спроектированное в САПР, но не имеющее в себе (или имеющее слишком примитивную) «физику» объекта - модель для геймплея.
При цифровизации энергетического сектора есть двойное понимание слова «модель»:
1) математическая модель – математическое описание сложных физических процессов, которые протекают в определенном объекте – это цифровой клон (например, протекание химического процесса в котле (или не в котле?); собрали модель самолет и поставили в аэродинамическую трубу и проверяют давление на крыло.
2) художественное – художественное изображение, возможное проектирование в САПР, но не имеющее в себе или имеет очень примитивную физику – модель для гейм-плея – модель самолета в аэропорту.
Вопрос: Модель для чего? Двойник (клон) или концепт?
Если речь идет об энергетическом объекте, то для цифрового двойника необходима как можно более точная математическая модель объекта. Вся ценность этого двойника определяется адекватностью математической модели.
Моделирование для тренажеростроения (см. книгу из списка литературы к дисциплине - Магид С.И. Архипова Е.Н. Тренажеры электрических станций и сетей) Продукт на плоскости, но модели привязаны адекватные.
Самое ценное в моделировании – математическая модель. Математическая модель крупных энергообъектов может содержать тысячи переменных и тысячи увязывающих эти переменные уравнений. Создание модели – это дорогой и ресурсоемкий процесс. Такая модель будет «генерить» большие данные.
Риторический вопрос: На сколько глубоко нам надо собирать и обрабатывать эти данные? Существуют адекватные границы – требует решение оптимизационной задачи: на сколько глубокой и точной должна быть «физика» математической модели.
Границы:
1) Есть примитивная модель, очень грубая, требует малого количества ресурсов и, как правило, не дает полной картины устройства предприятия.
2) Очень глубокая модель, слишком сложная, учитывает все параметры, требует ресурсов от компьютера и стоит дорого.
Оптимум – оптимальная модель как в плане создания (удобство для предприятия), так и последующего использования (сервис, поддержка, консалтинг, обучение сотрудников и т.д.)
Что делают разработчики ПО? Создают программное обеспечение, обучают сотрудников заказчика и последующий сервис осуществляют (поддержку и обновление ПО).
Цели создания ПО для генерации, что позволяет сделать:
1) Управлять объектом;
2) Подготовку кадров (смены поколений специалистов);
3) Обучение персонала аварийным ситуациям (имитируют аварии на ПО и следят, соблюдают ли работники протокол). Аварии нельзя тренировать нигде кроме как на моделях.
Создание ПО:
1) Для управления объектами: щиты управления на станциях и сетях + АСУ ТП;
2) Для подготовки кадров: отделы подготовки оперативного персонала – тренажеры станций, сетей; могут быть вариации корпоративных систем – видео Учебная ситуация в тренинговом центре на Курской АЭС Корпоративные системы станций (ПО для эксплуатации) РИА Новый день цифровизация на ТЭС – для КМ;
3) Для отработки аварийных ситуаций
4) Для науки (для развития технологий)
Кроме «стационарного» ПО на компьютерах, мобильных устройствах, может широко применяться виртуальная (VR) или дополненная реальность (AR) (носимые на голове человека устройства) — в первую очередь для обучения.
Реальности бывают (виртуальная, дополненная, смешанная — студентам дополнительно изучить эти понятия)
Дополненная реальность — это среда, в реальном времени дополняющая физический мир.
- Автоматизированная (только с помощью алгоритмов)
- Смешанная (человек\наставник+автоматическая система)
Например:
- Автоматизированное. Человек в очках дополненной реальности попадает в помещение насосной. Подходя к насосу, дополненная реальность дает человеку основные сведения о насосе в реальном времени (напор/давление, подача/расход, электропотребление, время работы, температура среды и проч.)
- Смешанное. Обучающийся получает задание на изменение режима, обучающийся выполняет инструкцию — дополненная реальность дает подсказки и фиксирует ошибки. Наставник (через средства связи) наблюдает ситуацию, дает дополнения, подсказки и оценку выполнения инструкции.
Стоимость ПО высокая:
· Стоимость разработки ПО высокая. Двух энергетических станций одинаковых не бывает, но физические процессы протекают одинаково.
· Сложность математического моделирования. Нужны хорошие теплоэнергетики и программисты.
· Энергетика – зарегулированная отрасль, очень много нормативов, постановлений, требований (в т.ч. о том, как делать тренажеры).
· Оперативные персонал: операторы станции на стороне генератора, на стороне сети – диспетчеры сети. И тех, и других нужно учить. Е.П. Грабчак Цифровая трансформация электроэнергетики
АСУ ТП – автоматизированная система управления технологическим процессом – группа решений, технических и программных средств для автоматизации управления технологическим процессом.
Что входит в АСУ ТП?
В состав АСУ ТП входят: элементы автоматики, необходимые для управления технологическим процессом: контроллеры, датчики, исполнительные устройства и прочее средства сбора, обработки и хранения информации о ходе технологического процесса пульт управления (один или несколько), позволяющий вносить изменения в ход технологического процесса промышленные сети, связывающие все элементы АСУ ТП/
АСУ ТП нижний уровень
К нижнему уровню относятся датчики, счетчики, преобразователи, клапаны и т.д., то есть все, что непосредственно контактирует с объектом управления.
АСУ ТП: средний
На среднем уровне происходит сбор информации с нижнего уровня, ее обработка в соответствие с необходимыми критериями и передача информации на регулирующие элементы АСУ ТП.
Задача среднего уровня состоит в управлении и регулировании, запуске и отключении оборудования. К его функциям также относится обработка и хранение информации поступающей с нижних уровней. На основе полученных сведений контроллеры вырабатывают сигналы и передают их в высшие подсистемы.
АСУ ТП: верхний
Верхний уровень автоматической системы управления - широкие возможности визуализации и взаимодействия системы АСУ ТП с человеком (диспетчером или оператором).
В первую очередь программное обеспечение и оборудование верхнего уровня реализует информационные функции (сбор, обработку, хранение и выдачу информации по требованию оператора). При этом в систему поступает не только информация о параметрах технологических процессов, и моментах срабатывания автоматики безопасности, но также информация о внешнем вмешательстве персонала в работу установки.
Кроме этого, с помощью программного обеспечения верхнего уровня осуществляется дистанционное управление оборудованием БСУ и настройка параметров системы управления.
Субстратом визуализации технологических процессов, которые происходят на предприятии, является система компьютеров и специализированных мониторов. На мониторах отображаются изменения параметров и этапы срабатывания оборудования.