Система интерактивного обучения



Система интерактивного обучения
Система интерактивного обучения

 


Владельцы патента RU 2631967:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к системе интерактивного обучения и может быть использовано для групповой и/или индивидуальной подготовки и повышения квалификации персонала, эксплуатирующего и обслуживающего автоматизированные системы управления технологическими процессами. Система состоит из двух частей - симулятора технологического объекта управления с имитаторами параметров и системы управления, имеющей в своем составе автоматизированные рабочие места. Симулятор состоит из персонального компьютера, в котором реализована математическая модель технологического объекта управления, и присоединенных к компьютеру модулей аналоговых и дискретных входов/выходов, связанных с системой управления. В качестве имитаторов параметров использована математическая модель технологического объекта управления, связанная с модулями аналоговых и дискретных входов/выходов. В качестве полномасштабного и/или действующего оборудования использованы оборудование и технические средства, с помощью которых реализована система управления и автоматизированные рабочие места. Техническим результатом изобретения является универсализация системы интерактивного обучения с возможностью ее применения для обучения персонала, эксплуатирующего технические средства автоматизированных систем управления различными технологическими процессами. 1 табл.

 

Изобретение относится к системе интерактивного обучения и может быть использовано для групповой и/или индивидуальной подготовки и повышения квалификации персонала, эксплуатирующего и обслуживающего автоматизированные системы управления технологическими процессами.

Известна интерактивная автоматизированная система обучения, включающая базу данных первичной информации об объекте, являющуюся входом системы, модули обработки параметрических данных, физических характеристик и механических свойств объекта, модуль моделирования динамических свойств объекта, модуль экономической оценки динамических свойств, модуль технологической оценки свойств объекта, модуль интегральной оценки и принятия решений и модуль визуализации итогового результата, являющийся выходом системы (см. патент №2388060, кл. G09B 9/00, опубл. 27.04.2010 г.).

Недостатком известной системы также является невозможность ее использования для обучения работе с реальным технологическим оборудованием.

Известен тренажер для групповой подготовки операторов радиолокационных станций, включающий комплект унифицированных рабочих мест обучаемых и пост руководства обучением, объединенных между собой посредством программно-технических средств локальной вычислительной сети (см. патент №2419164, кл. G09B 9/40, опубл. 10.11.2010 г.).

Недостатком тренажера является его узкая специализация.

Наиболее близкой системой того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является система интерактивного обучения, содержащая действующие макеты оборудования, имитаторы параметров, комплекс средств телемеханики, систему автоматизированного управления компрессорного цеха (КЦ), автоматизированное рабочее место (АРМ) диспетчера предприятия и автоматизированные рабочие места операторов, объединенные высокопроизводительной сетью передачи данных. В нее дополнительно введено оборудование основных и вспомогательных объектов магистрального газопровода (МГ), система сжатого воздуха, эмуляторы систем автоматизированного управления (САУ) объектов МГ, автоматизированные рабочие места обучаемых и комплекс видеонаблюдения, АРМ преподавателя, которое снабжено аппаратно-программным обеспечением для управления технологическими и учебным процессами и интерпретатором для создания сценариев (см. патент РФ №2420811, кл. G09B 19/00, опубл. 20.05.2011 г.). Данная система принята за прототип.

Признаки прототипа, являющиеся общими с заявляемой системой, - имитаторы параметров, полномасштабное и/или действующее оборудование, система управления, автоматизированные рабочие места.

Недостатком известной системы, принятой за прототип, является невозможность производить изучение, предварительную наладку, конфигурирование реальных технических и программно-технических средств автоматизации в силу узкой направленности для работы с оборудованием магистральных газопроводов.

Задачей изобретения является универсализация системы интерактивного обучения с возможностью ее применения для обучения персонала, эксплуатирующего технические средства автоматизированных систем управления различными технологическими процессами.

Поставленная задача решается за счет того, что в известную систему интерактивного обучения, включающую имитаторы параметров, полномасштабное и/или действующие оборудование, систему управления, автоматизированные рабочие места, дополнительно введен симулятор технологического объекта управления, состоящий из персонального компьютера, в котором реализована математическая модель технологического объекта управления, и присоединенных к компьютеру через общесистемную шину модулей аналоговых и дискретных входов/выходов, связанных с системой управления, включающей автоматизированные рабочие места, при этом в качестве имитаторов параметров использована математическая модель технологического объекта управления, связанная с модулями аналоговых и дискретных входов/выходов, а в качестве полномасштабного и/или действующего оборудования использованы оборудование и технические средства, с помощью которых реализована система управления и автоматизированные рабочие места.

Отличительные признаки предлагаемой системы - введение симулятора технологического объекта управления, состоящего из персонального компьютера, в котором реализована математическая модель технологического объекта управления, и присоединенных к компьютеру через общесистемную шину модулей аналоговых и дискретных входов/выходов, связанных с системой управления; включение в систему управления автоматизированных рабочих мест; использование в качестве имитаторов параметров математической модели технологического объекта управления, связанной с модулями аналоговых и дискретных входов/выходов; использование в качестве полномасштабного и/или действующего оборудования и технических средств, с помощью которых реализована система управления и автоматизированные рабочие места.

Отличительные признаки в совокупности с известными позволяют достичь универсализации системы интерактивного обучения.

Классические тренажеры, реализуемые с помощью персональных компьютеров, не дают возможность произвести изучение, предварительную наладку, конфигурирование реальных технических и программно-технических средств автоматизации. Использование симулятора, укомплектованного модулями аналоговых и дискретных входов/выходов (УСО), связанными с математической моделью технологического объекта управления, позволяет изучать, исследовать работу физических средств автоматизации.

Предлагаемая система поясняется чертежом, на котором показана структурная схема системы.

Система интерактивного обучения состоит из двух частей - симулятора 1 технологического объекта управления с имитаторами параметров и системы управления 2, выполненной на основе реальных средствах автоматизации.

Аппаратная часть симулятора 1 состоит из персонального компьютера 3 и присоединенного к нему через одну из общесистемных шин 4 (USB, ISA, PCI, PCIe и др.) модулей аналоговых и дискретных входов/выходов (УСО) 5.

На персональном компьютере 3 установлена моделирующая программа 6, которая с помощью вычислительного эксперимента рассчитывает математическую (имитационную) модель 7 технологического объекта управления. При этом сама модель 7 содержит вычислительную часть, реализующую непосредственно расчет модели объекта в режиме реального времени, и графическую часть, позволяющую отображать технологическое оборудование и потоки на дисплее. В зависимости от реализуемой задачи из библиотеки 8 математических моделей можно загружать в память компьютера 3 модели других объектов.

Имитаторами параметров является математическая модель 7 технологического объекта управления, связанная с модулями аналоговых и дискретных входов/выходов (УСО) 5, которые на основании работы моделирующей программы 6 вырабатывают физические унифицированные сигналы и передают их в систему управления 2. Также модули УСО 5 симулятора 1 получают физические унифицированные сигналы управления от системы управления 2.

Система управления 2 состоит из автоматизированных рабочих мест 9, которые реализованы средствами SCADA-системы, и промышленного контроллера 10, в состав которого входят модули УСО 11.

Оборудование и технические средства, с помощью которых реализована система управления 2 и автоматизированные рабочие места 9, являются полномасштабными и/или действующими.

Работа симулятора технологического объекта управления в комплекте с реальной системой управления, выполненной на основе реальных средств автоматизации, осуществляется следующим образом.

В зависимости от специфики технологического объекта из библиотеки математических моделей 8 выбирают необходимую модель 7. Эта модель 7 реализована в установленной на компьютере 3 программе моделирования 6 и взаимодействует с модулями УСО 5 посредством шины 4 в режиме реального времени.

Математическая модель 7 объекта передает данные расчета в ячейки памяти УСО 5 аналоговых и дискретных выходов. Значение управляющих параметров модель считывает из ячеек памяти аналоговых и дискретных входов УСО 5, поступающих от УСО 11 системы управления 2. Аналоговые и дискретные выходы УСО 5 преобразовывают переменные модели 7 в физические унифицированные (0-20 мА, 4-20 мА и др.) или цифровые сигналы (например, HART, FieldBus), а также в сигналы типа «сухой контакт». Эти физические сигналы можно рассматривать как информацию от датчиков, которая поступает на аппаратно-программные средства системы управления 2 (например, микропроцессорный контроллер 10, регулятор). Также в состав системы управления 2 входят автоматизированные рабочие места 9.

Сигналы, вычисленные аппаратными или аппаратно-программными средствами системы управления 2, подаются на аналоговые и дискретные входы модулей УСО 5 симулятора 1 в виде физических унифицированных или цифровых сигналов.

Преимущество изобретения состоит в том, что благодаря включению в состав системы симулятора, позволяющего моделировать различные технологические процессы и имитировать физические сигналы, достигается универсализация системы интерактивного обучения с возможностью ее применения для обучения персонала, эксплуатирующего технические средства автоматизированных систем управления различными технологическими процессами.

Система интерактивного обучения, включающая имитаторы параметров, полномасштабное и/или действующие оборудование, систему управления, автоматизированные рабочие места, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введен симулятор технологического объекта управления, состоящий из персонального компьютера, в котором реализована математическая модель технологического объекта управления, и присоединенных к компьютеру модулей аналоговых и дискретных входов/выходов, связанных с системой управления, включающей автоматизированные рабочие места, при этом в качестве имитаторов параметров использована математическая модель технологического объекта управления, связанная с модулями аналоговых и дискретных входов/выходов, а в качестве полномасштабного и/или действующего оборудования использованы оборудование и технические средства, с помощью которых реализована система управления и автоматизированные рабочие места.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к моделям и логико-математическому моделированию, которые следует рассматривать как учебные или тренировочные средства. Способ представляет инструмент разработки различных сценариев развития оперативной обстановки и формирования на их основе соответствующей модели радиоэлектронной обстановки (РЭО) для профессиональной подготовки специалистов радиомониторинга (РМ).

Изобретение относится к горному делу и предназначено для определения пространственного положения буровой машины. Тренажер глазомерного определения положения буровой машины относительно плоскости забоя, состоит из пластины с угловой шкалой, имитатора буровой машины, включающего буровой молоток с буровой штангой, выполненной телескопической с возможностью соединения с шаровой пятой шарового шарнира, закрепленного на плоскости забоя, присоединенную к буровому молотку шарнирно телескопическую опору, соединенную с основанием, а также размещенного на верхней площадке бурового молотка кожуха, снабженного источником света и угломерной шкалой в виде полукруга с отвесом, при этом источник света расположен перпендикулярно оси бурового молотка, пластина выполнена плоской и установлена перпендикулярно плоскости забоя, а угловая шкала, размещенная на пластине, проградуирована по формуле: где Lβ - длина отрезка угловой шкалы, отмеряемого от плоскости забоя, соответствующая величине горизонтального угла β;Lшт - длина от шарового шарнира до оси источника света;L - длина от шарового шарнира до пластины с угловой шкалой;β - величина горизонтального угла, град.Технический результат заключается в упрощении конструкции.

Программно-аппаратный тренажер аппаратуры для шифрования телефонной информации предназначен для обучения принципам работы с аппаратурой для шифрования телефонной информации (аппаратура Е11С) и обеспечения совместной работы с комплексом учебно-тренировочных средств в части речевого обмена.

Способ может быть использован в обучении операторов работам с мобильными дозиметрическими комплексами. Преподаватель моделирует с помощью программы ПРИЗМА условно радиоактивно-загрязненную местность (РЗМ) произвольной формы, размера и площади с переменной радиоактивностью по поверхности.

Устройство для обучения операторов содержит блок задания программы обучения, блок ответных действий оператора, три элемента ИЛИ, элемент задержки, два блока сравнения, два блока элементов И, регистр числа, два счетчика, дешифратор, триггер, элемент И, блок коррекции требований, блок коррекции команд, табло, блок анализа, блок контроля, соединенные определенным образом.

Изобретение относится к горному делу и предназначено для определения пространственного положения взрывных шпуров. Предложен тренажер глазомерного определения направления забуриваемых шпуров относительно плоскости забоя, состоящий из пластины в виде дуги с расположенной на ней угловой шкалой, имитатора буровой машины, включающего буровой молоток с телескопической опорой, телескопическую буровую штангу, выполненную с возможностью соединения с шаровой пятой шарового шарнира, закрепленного на плоскости забоя, а также источника света, соединенного с буровым молотком, при расположении в одной вертикальной плоскости оси источника света, бурового молотка, буровой штанги и шарового шарнира.

Изобретение относится к горному делу и предназначено для определения пространственного положения взрывных шпуров. Тренажер глазомерного определения положения буровой штанги относительно забоя состоит из имитатора буровой машины, включающего буровой молоток с буровой штангой, выполненной телескопической с возможностью соединения с шаровой пятой шарового шарнира, закрепленного на плоскости забоя, присоединенной к буровому молотку шарнирно телескопической опоры, соединенной с основанием, размещенного на верхней площадке бурового молотка параллельно его оси угломера, снабженного угломерной шкалой в виде полукруга со стрелкой, а также указателя горизонтальных углов с расположенной на нем линейной угловой шкалой, при этом тренажер дополнительно снабжен закрепленным на буровом молотке по его продольной оси держателем, а также размещенным на плоскости забоя репером, причем репер и держатель взаимосвязаны с указателем горизонтальных углов, а линейная угловая шкала проградуирована по формуле.

Устройство подготовки эксплуатационного персонала энергетического оборудования содержит группы рабочих мест тренинга оперативного, неоперативного, технического и ремонтного персонала, сетевые коммутаторы, ЭВМ расчета модели оборудования, ЭВМ рабочего места управления тренингом, основной коммутатор, ЭВМ базы данных автоматизированной системы управления технологических процессов (АСУТП), блок моделирования аварийных сигнализаций, ЭВМ базы данных предупредительной сигнализации, блок предупредительной сигнализации, блок ранней диагностики аварийной ситуации, модуль обработки и коммутации результатов моделирования, блок управления моделью, блок учебно-методического обеспечения, блок предварительной индексации качества топлива, модуль защит и блокировок, база данных АСУТП, блок обучения персонала техобслуживания и ремонта, модуль телефонных переговоров, модуль теплотехнического, тепломеханического, гидравлического, аэродинамического, электротехнического моделирования, модуль моделирования химводоочистки, модуль пошаговых программ, соединенные определенным образом.

Изобретение относится к области бронетанковой техники и может быть использовано при обучении экипажей объектов бронетанковой техники (БТТ) и при демонстрации тактико-технических возможностей объектов.

Изобретение относится к горному делу и предназначено для определения пространственного положения взрывных шпуров. Технический результат - упрощение конструкции устройства, а также снижение трудоемкости работы при обучении навыкам глазомерного определения направления бурения шпуров.

Тренажерный центр для экипажей судов содержит автоматизированные рабочие места (АРМ) обучаемых, программируемый блок моделирования, блок оценки результатов тренинга, АРМ руководителя обучения, модуль селекции режимов и типа тренинга, соединенные определенным образом. Блок моделирования содержит формирователи: параметров динамики судна, модели датчиков внешних воздействий, ситуационной модели навигационной обстановки, блок формирователей моделей объектов управления. Блок оценки результатов тренинга содержит блок тестовой оценки обучаемых, блок оценки результатов тренинга, формирователь контрольных критериев оценки, блок вынесения решения. АРМ руководителя содержит персональный компьютер, блоки визуализации и документирования. Модуль селекции содержит блок коммутации режимов тренинга и блок коммутации типов тренинга. Обеспечивается расширение функциональных возможностей тренажерного центра при оценке профпригодности обучаемых. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх