Тренажер оператора систем управления технологическими процессами

 

Изобретение позволяет повысить качество обучения. Пульт 14 преподавателя соединен первым выходом с входом пульта 5 обучаемого и с первым входом ключа 7, подключенного выходом к входу ограничителя 8 сигналов . Блок 15 задания возмущений связан входом с вторым выходом пульта 14, третий выход которого соеди нен с входами блоков запоминания 1, возмущений 2, заданий 3 и выходных сигналов 4. Четвертый выход . пульта 14 соединен с первыми вьгходами дополнительного ключа 17 и первого переключателя 19, выход которого связан с первым входом второго переключателя 21, соединенного с выходами блока 20 отображения информации , который подключен вторым входом к выходу блока 1. Выходы блоков 1,15 и 4 соединены с первыми выходами блоков 6,9,13 сравнения и соответственно с вторым, третьим и четвертым входами переключателя 21, соединенного пятым входом с входом пульта 5, выход которого соединен с ше.стым входом переключателя 21 и вторым входом блока 9, подключенного выходом к второму входу ключа 7. . Выход блока 15 связан с вторым входом переключателя 19 и входом блока 9, соединенного выходом с вторым входом ключа 17, которьй через масштабирующий блок 18 соединен с первым входом сумматора 12, второй вход которого связан с выходом блока 11 задержки, а выход подключен к второму входу блока 13, соединенного выходом с седьмым входом переключателя 21. Выход ограничителя 8 соединен с первым вхо (/)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (51) 4 (09 В 9/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3669553/18-12 (22) 01. 12. 83 (46) 30.01.86. Бюл. ¹ 4 (71) Сибирский ордена Трудового

Красного Знамени металлургический институт им. Серго Орджоникидзе (72) В.П.Авдеев, Л.А.Сульман, Л.П.Мьппляев, С.P.Çåëüöåð и Г.П.Руденков (53) 681.136.51 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР № 629544, кл. G 09 В 9/00, 1976. (54) ТРЕНАЖЕР ОПЕРАТОРА СИСТЕМ

УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ (57) Изобретение позволяет повысить качество обучения. Пульт 14 преподавателя соединен первым выходом с входом пульта 5 обучаемого и с первым входом ключа 7, подключенного выходом к входу ограничителя 8 сигналов. Блок 15 задания возмущений связан входом с вторым выходом пульта 14, третий выход которого соединен с входами блоков запоминания 1, возмущений 2, заданий 3 и вьтходных сигналов 4. Четвертый выход .пульта 14 соединен с первыми выходами дополнительного ключа 17 и первого переключателя 19, выход которого связан с первым входом вторОго переключателя 21, соединенного с выходами блока 20 отображения информации, который подключен вторым вхолом к выходу блока 1. Вьжоды блоков 1, 15 и 4 соединены с первыми выходами блоков 6,9,13 сравнения и соответственно с вторым, третьим и четвертым входами переключателя 21, соединенного пятым входом с входом пульта 5, выход которого соединен с шестым входом переключателя 21 и вторым входом блока 9, подключенного выходом к второму входу ключа 7.

Выход блока 15 связан с вторым входом переключателя 19 и входом блока 9, соединенного выходом с вторым входом ключа 17, которьп» через масштабирующий блок 18 соединен с первым входом сумматора 12, второй вход которого связан с выходом блока 11 задержки, а выход подключен к второму входу блока 13, соединенного выходом с седьмым входом переключателя 21, Выход ограйичителя 8 соединен с первым входом бпока 16, выход которого через интегратор 10 связан с входом блока 11 и вторым входом блока 16

1208571 сравнения. Тре тий выход переключателя 19 соединен с первым входом блока 9 ° 1 ил.

Изобретение относится к тренажерам операторов систем управпения.

Цель изобретения — повышение качества обучения.

На чертеже изображена блок-схема тренажера оператора систем управления технологическими процессами, Тренажер оператора содержит блоки запоминания натурных управлений 1, возмущений 2, заданий 3 на выходы процесса, выходных сигналов 4, пульт 5 обучаемого, блок 6 сравнения, первый ключ 7, ограничитель 8 сигнала, блок 9 сравнения, интегратор 10, блок 11 задержки, сумматор 12, блок 13 сравнения, пульт 14 преподавателя, блок 15 задания возмущений, блок 16 сравнения, дополнительный ключ 17, масштабирующий блок 18, первый переключатель 19, блок 20 отображения информации, второй переключатель 21.

Блоки 1-4 запоминания реализованы с помощью многодорожечного магнитофона, блок 15 задания возмущений — с помощью однодорожечного магнитофона, Пульт,4 преподавателя содержит трехпозиционный переключатель для управления блоками 1-4 запоминания, трехпозиционный переключатель для управления блоком 15 задания возмущений, двухпозиционный переключатель режима обучения и двухпозиционный переключатель выбора вида возмущений. Пульт 5 обучаемого содержит дистанционный ручной эадатчик управляющего воздействия и световое табло индикации режима обучения. Первый переключатель 19 содержит замыкающий ключ, размыкающий ключ и сумматор, входы которого соединены с выходами ключей, а выход является выходом переключателя, Первый вход переключателя соединен с входом замыкающего ключа, второй — с выходом размыкаюшего ключа, управляющий вход переключателя с управляющими входами ключей. Второй п".ðåêëþчатель 21 содержит три замыкающих ключа„ три размыкающих ключа и три сумматора, выходы которых подключены к выходам второго переключателя.

Блок 20 отображений информации представлен многоканальным самопишущим прибором или графическим терминалом, Ограничитель 8 сигнала реализован с помощью усилителя в режиме насышения.

B предлагаемом тренажере имитируется система управления доменной плавкой, в частности система управления тепловым состоянием rop ;aa доменной печи и расходом кокса.

За показатель теплового состояния принято содержание кремния в чугуне !,выходная переменная). Управляющими воздействиями являются изменения расхода кокса в подачу, возмущениями — влажность кокса и содержание в нем золы. Заданием является определенное значение содержания. кремния в чугунеÄ 0,7Е.

Натурные возмущения представляют собой зарегистрированные на действующей доменной печи данные о влажности кокса и его зольности. Задаваемые возмущения представляют собой видоизмененные (с учетом задач обу-чения) те же данные, Например, к натурным данным о влажности кекса подмешиваются импульсные помехи большой амплитуды в виде

"выбросов"„ для имитации грубых ошибок контроля.

В блие 20 тренажера отображается информация о параметрах плавки в виде графиков, образованных последовательностью точек, Для каж-дого параметра печатается свой график. При этом форма представления

1208571

Э5

55 информации не меняется при изменении режимов обучения.

В режиме пассивного обучения в блоке 20 отображения информации печатаются графики натурных значений содержания кремния в чугуне, расхода кокса, влажности и зольности кокса, а также натурный заданный уровень кремния, В режиме активного обучения,при положении переключателя на пульте 14 преподавателя "натурные возмущения!! в блоке 20 отображения информации печатаются графики натурных (W) значений возмущений — влажности и зольности кокса, натурного задания на содержание кремния в чугуне, графики модельных (V ) управляющих м воздействий .расходом кокса, которые вырабатываются обучаемым и полученньп в результате моделирования график значений содержания кремния в чугуне (У ), а также для сравм нения — график натурных значений . содержания кремния в чугуне (У).

В режиме активного обучения, при положении переключателя вида возмущений на пульте 14 преподавателя заданные возмущения", в блоке, 20 отображения информации печатаются график натурного задания на содержание кремния и в чугуне, графики заданных возмущений (W ) о влажности кокса и его зольности, отли- . чающиеся от натурных возмущения (W), м графики модельных (V ) управляющих воздействий расходом кокса, выработанных обучаемым,и полученный в ходе моделирования график значений содержания кремния в чугуне (У ). Кроме того, регистрируется график натурных значений содержания кремния в чугуне (У).

Таким образом, можно считать, что в предлагаемом тренажере оператора имеется три режима представления информации — по числу режимов обучения: пассивное обучение, активное обучение при натурных возмущениях, активное обучение при заданных возмущениях.

Обучаемому представляется скорректированньп на величину выходной сигнал Y натурного объекта, в данном случае — содержания кремния в

М чугуне, Этот сигнал Y = Y -ьУ является реакцией моделируемой системы на управляющие воздействия обучаемого и на изменение заданных

30 возмущений относительно их натурных значений. Другими словами, корректировка натурного выходного сигнала показывает, что было бы на доменной печи, если управляющие воздействия изменяются на величину (V — V ) а возмущения — на величиМ

4 м ну (W — W),,где и — соответственно натурные управления и управ ления обучаемого; W u W - натурные и заданные возмущения.

Действия обучаемого при изменении м

Y определяются характером этого изменения и технологическими инструкциями по ведению доменной плавки.

Действия преподавателя при работе с предлагаемым тренажером (как технической системой) заключаются в выборе режима обучения с помощью переключателя режима работы на пульте 14 и вида возмущений с помощью переключателя вида возмущения на пульте 14, а также в установке начала натурного участка данных с помощью трехпозиционного переключателя на пульте 14. Действий обучаемого в режиме пассивного обучения заключаются в наблюдении за графиками данных на блоке 20 отображения информации, а в режиме активного обучения — минипуляции задатчиком управляющего воздействия на пульте 5 обучаемого.

Обучение с использованием тренажера осуществляется в двух режимах. В первом режиме (режиме пассив" ного обучения) обучаемому представляют характерные производст-: венные (натурные)ситуации с соответствующими натурными управляющими решениями. Информация о производственных ситуациях заранее записывается в блоки запоминания натурных управлений 1, возмущений 2, заданий 3 на выходы процесса и выходных сигналов 4, В этом случае преподаватель на пульте 14 ставит переключатель режима работы в положение "Пассивное обучение" и на пульте 4 обучаемого высвечивается соответствующее табло, при этом ключ 7 размыкается, чтобы сигнал не поступал в схему моделирования процесса, а переключатель 21 соединяет со своими выходами второй, четвертый и пятый входы.

Преподаватель с помощью трехпозиционного переключателя управления блоками запоминания на пульте 14 преподавателя задает требуемую про12085

55 рования;

$ изводственную ситуацию, динамика которой отображается на блоке 20 отображения информации, После проведения первой стадии обучения в режиме наблюдения реали. зуется режим активного обучения с назначением обучаемым управляющих воздействий и моделированием соответствующих этим воздействиям выходов управляемого процесса. С этой IO целью преподаватель на пульте 14 ус-! танавливает переключатель режима работы в положение "Активное обучение". о

При этом на пульте 5 обучаемого высвечивается соответствующее табло, ключ 7 замыкается, а переключатель 21 соединяет со своими выходами первый, третий и шестой входы, С помощью трехпозиционного переключателя пульта 14 преподавателя 20 в блоках 1-4 запоминания преподавателем устанавливается начало требуемого участка производственного реяла. В тренажере оператора предусмотрено обучение при запомненных в блоке 2 запоминания натурных возмущениях или записанных в блоке 15 задания возмущений. В первом случае двухпозиционный переключатель вида возмущений на пульте 14 преподавателя устанавливается в полоIt жение "Натурные возмущения, вследствие чего ключ 17 размыкается, и переключатель 19 соединяет свой первый вход с выходом. При обучении

35 с заданными возмущениями двухпозиционный переключатель гида возмущений устанавливается в положение Заданные возмущения 1. При этом ключ 17 замыкается, переключатель 19 соединяет свой второй вход с выходом. Кроме того, с помощью трехпозиционного переключателя для управления блоком 15 задания возмущений устанавливается начало

45 участка требуемого возмущения н блоке 15 задания возмущений.

Обучаемый оператор на основе анализа состояния процесса, которое отображается на блоке 20 отображения информации, вырабатывает управляющее воздействие V на пульте 5 обучаемого, сигнал с выхода которого вычитается в блоке 6 сравнения из выходного сигнала напряжения U блока 1 запоминания натурных управлений, зарегистрированных на натурно действующем объекте, 71 б например доменной печи. Сигнал о полученной разности й7 через замкнутый ключ 7 поступает на ограничитель 8 сигнала, где происходит проверка сигнала hV на ограничения, выбираемые из условия работоспособj ности модели канала регулирования.

Канал регулирования представлен моделью в виде последовательно соединенных инерционного звена первого порядка и звена запаздывания. Такие модели удовлетворительно описывают в приращениях к фактическим режимам функционирования каналы регулирования многих промъпнпенных объектов, в частности черной металлургии, Модель канала регулирования реализована с помощью блока 9 сравнения, интегратора 10 и блока 11 задержки, В блоке 9 сравнения выходной сигнал интегратора 10 вычитается из выходного сигнала ограничителя 8 и поступает на вход интегратора 10. Выходной сигнал интегратора 10 задерживается в блоке 11 задержки на интервал времени запаздывания канала регулирования и поступает на первый вход сумматора 12, где алгебраически суммируется с выходным сигналом масштабирующего блока 18 о корректировке л У выхода процесса по приращению контролируемого возмущения, Сигнал о йУ получается при обучении с заданным возмущением. Сигнал о зацанном возмущении К с выхода блока 15 задания возмущений вычитается во втором блоке 16 сравнения из выходного сигнала У блока 2 запоминания натурных возмущений и поступает через замкнутый ключ 17 на масштабирующий блок 18, где умножается на коэффициент Кщ пересчета приращений возмущения в приращении выхода процесса. Если же обучение производится при натурных возмущениях, то ключ 17 размыкается и на второй вход сумматора 12 посту-пает сигнал нупевого значения.

На выходе сумматора 12 получается сигнал о корректировке а У выходного сигнала процесса v.(t)=е, Pv(t)-v (t)g+ (w(t)- 1 (г.)), где Г (o) — модель канала регулиv

v(t) м

V (t) — натурное и модельное (вырабатываемое обуча1208571 8

7 емым) управляющие воздействия;

К вЂ” коэффициент пересчета приращений возмущений в приращения выходов;

С,Алексанов

Корректор Е.Сирохман кеш

Заказ 291/59 Тираж 456 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент", r, Ужгород, ул. Проектная, 4

w(e) и И (e) — натурные и задаваемые

+ возмущения.

Сигнал о пУ. вычитается в блоке 13 сравнения иэ выходного сигнала бло— ка 4 запоминания натурных выходов У процесса. В результате полум чается сигнал о модельном выходе У процесса, который соответствует упм равляющим воздействиям V обучаемого. На блок 20 отображения информации поступают через переключатель 21 м сигналы V (с выхода пульта 5 обучаемого), У (с выхода четвертого блом ка 13 сравнения), о У (с выхода блока 4 запоминания натурных выходов процесса), N или 11 (в зависимости от выбранного режима с выхода переключателя 19). На блок 20 отображения информации поступает также выходной сигнал блока 3 запоминания .заданий на выходы процесса. Таким образом, в блоке 20 отображается весь режим управления обучаемого и для сравнения натурные выходы процесса, Формула и э обретения

Тренажер оператора систем управления технологическими процессами, содержащий пульт преподавателя, соединенный первым выходом с входом пульта обучаемого и первым входом ключа, подключенного выходом к входу ограничителя сигнала, блок задания возмущений, связанный входом с вторым выходом пульта преподавателя, и блок отображения информации, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения качества обучения, в не ro в в еде ны блоки з апоминания натурных управлений, возмущений, заданий и выходных сигналов, блоки сравнения, интегратор, сумматор, блок задержки, масштабирующий блок, пеСоставитель

Редактор А,Ревин Техред Л,Ми

5 !

О

S5

45 реключатели и дополнительный ключ, при этом третий выход пульта преподавателя соединен с входами блоков запоминания натурных управлений, возмущений, заданий и выходных сигналов, четвертый выход пульта преподавателя соединен с первыми входами дополнительного ключа и первого переключателя,выход которого связан с первым входом второго переключателя, соединенногс выходами с первыми входами блока отображения информации, подключенного вторым входом к выходу блока запоминания натурных заданий, выходы блоков запоминания натурных управлений, возмущений и выходных сигналов соединены с первыми входами первого, второго и третьего блоков сравнения и, соответственно, с вторьм, третьим и четвертым входами второго переключателя, соединенного пятым входом с входом пульта обучаембго, выход которого соединен с шестым входом второго переключателя и вторым входом первого блока сравнения, подключенного выходом к второму входу ключа, выход блока задания возмущений связан с вторым входом первого переключателя и вторым входом второго блока сравнения, соединенного выходом с вторым входом дополнительного ключа, который выходом через масштабирующий блок соединен с первым входом сумматора, второй вход которого связан с выходом блока задержки, а выход подключен к второму входу третьего блока сравнения, соединенного выходом с седьмым входом второго переключателя, выход ограничителя сигналов соединен с первым входом четвертого блока сравнения, выход которого через

1 интегратор связан со входом блока задержки и вторым входом четвертого блока сравнения, причем третий вход первого переключателя соединен с первым входом второго блока сравнения,