Тренажер оператора систем управления

 

О.Л И С А Н И Е ()987655

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сяеэв Саветсюех

Социвлистнчесник

Республик (61) Дополнительное к 3bf. свнд-ву (22) Заявлеио03. 07. 81 (21) 3311628/18-12 с прмсоеаиненнем заявки М (23 } Приоритет

Опубликовано 07. 01 83-Бюллетень РВ 1

Дата опубликования описания 09. 01.83 (Я ) М. К1.

G 09 В 9/00

Ркудерстееииый коиитет

СССР оо делан иаебретеиий и открытий (53) УДК 681.136..У (088.8) В.К; Иишков, В.Б. Покровский, В. . Первфп юн, А.Е.Невзоров и А.И.Пугаев 1.;;.

4 ф Р

: i"1::.", -.

v - (ь4:(;,"Казанский ордена Трудового Красно1 оеы ени хйе1ико- - технологический институт им. С.М Кирова (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ТРЕНАЖЕР ОПЕРАТОРА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к тренажерам операторов систем управления и может быть использовано для обучения операторов систем управления.

Известен тренажер оператора систем управления, содержащий пульт оператора, соединенный через блок инди кации информации с блоком моделирования реальных процессов, подключенным к блоку контроля действий оператора, и формирователь командных сигналов 1)

Недостатком известного тренажера является невысокая эффективность тренажа.

Цель изобретения - повышение зффек-15 тивности тренажа.

Поставленная цель достигвется тем, что тренажер оператора систем управ" ления, содержащий пульт оператора, о соединенный через блок индикации информации с блоком моделирования реальных процессов, подключенным к блоку контроля действий оператора, и форми" рователь командных сигналов, имеет блок датчиков, задатчик управляющих воздействий, логический блок управления, задатчик адреса, блок идентификации и блок выборки адресов, при этом выход блока датчиков соединен с первым входом блока моделирования реальных процессов, подключенного вторым входом к первому выходу логического блока уп" равления, соединенного вторым выходом с первым входом формирователя ко" мандных сигналов, который вторым входом соединен с первым выходом задатчика управляющих воздействий, подключенного вторым выходом к входу логическо" го блока управления и первому входу блока выборки адресов, который первым выходом подключен к управляющим входам блока контроля действий оператора и блока моделирования реальных процессов, который информационным вхо" дом дополнительно соединен с выходом задатчика адреса, второй вход блока выборки адреса связан с первым синх98765 ровыходом пульта оператора и первым входом блока идентификации, который вторым входом подключен к выходу формирователя командных сигналов, связаН" ного третьим входом с вторым выходом блока выборки адресов и третьим входом блока идентификации, который четвертым входом связан с вторым синхровыходом пульта оператора, а выходом. подключен к логическим входам блока 10 контроля действий оператора и блока моделирования реальных процессов.

В тренажере блок моделирования реальных процессов имеет коммутатор, преобразователь аналог-код и элемент 15 памяти, при этом выход коммутатора через преобразователь аналог-код соединен с входом элемента памяти.

Кроме того, в тренажере блок идентификации имеет сумматор, первый ре- 20 гистр, узел сравнения и второй регистр, при этом выход сумматора соединен с первым входом первого регистра и первым входом узла сравнения, второй вход которого соединен с выхо- 2S дом первого регистра, подключенного вторым входом к первому выходу узла сравнения и первому входу второго регистра, связанного входом с вторым выходом узла сравнения. 30

В тренажере также блок выборки адресов имеет первый счетчик, узел сравнения, генератор тактовых импульсов и второй счетчик, выход которого соединен с первым входом узла сравнения,35 связанного вторым входом с выходом первого счетчика, выход узла сравнения подключен к входу генератора тактовых импульсов и первому входу второго счетчика, который вторым входом 40 подключен к выходу генератора тактовых импульсов.

На чертеже приведена функциональная„схема тренажера. !

Тренажер содержит блок 1 датчиков, 45 задатчик 2 управляющих воздействий, логический блок 3 управления, блок 4 моделирования реальных процессов, формирователь 5 командных сигналов, коммутаторы 6 и 7, преобразователь 8 аналог-код, элементы 9 и 10 памяти, задатчик 11 адреса, пульт 12 оператора, блок !3 индикации информации, включающий индикаторные элементы 14 и 15, блок 16 контроля действий опера-33 тора, блок 17 идентификации, блок 18 выборки адресов, сумматор 19, счет" чик 20, регистр 21, узлы 22 и 23

5 4 сравнения, генератор 24 тактовых импульсов, регистр 25 и счетчик 26.

При этом выход блока l датчиков соединен с первым входом блока 4 1оде" лирования реальных процессов, подключенного вторым входом к первому выходу логического блока 3 управления, соединенного вторым выходом с первым входом формирователя 5 командных сигналов, который вторым входом соединен с первым выходом задатчика 2 управляющих воздействий, подключенного втерым выходом к входу логического блока 3 управления и .-первому входу блока 18 выборки адресов, который первым выходом подключен к управляющим входам блока 16 контроля действий оператора и блока 4 моделирования реальных процессов, который информационным входом дополнительно соединен с выходом задатчика 11 адреса, второй вход блока 18 выборки адресов связан с первым синхровыходом пульта l2 оператора и первым входом блока 17 идентификации, который вторым входом подключен к выходу формирователя 5 комайдных сигналов, связанного третьим входом с вторым выходом блока 18 выборки адресов и третьим входом блока 17 идентификации, который четвертым входом связан с вторым синхровходом пульта 12 оператора; а выходом подключен к логическим входам блока 16 контроля действий опера" тора.и блока 4 моделирования реальных процессов.

В блоке 4 моделирования реальных процессов- выход коммутатора 6 через преобразователь 8 аналог-код соединен с входом элемента 9 памяти.

В блоке 17 идентификации выход сумматора 19 соединен с первым входом первого регистра 21 и первым входом узла 23 сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого регистра 21, подключенного вторым входом к первому выходу узла 23 сравнения и первому входу второго регистра 2, связанного выходом с вторым выходом узла 23 сравнения.

В блоке 18 выборки адресов счет чик 26 соединен с первым входом узла 22 сравнения, связанного вторым входом с выходом счетчика 20, выход узла 22 сравнения подключен к входу генератора 24 тактовых импульсов и первому входу счетчика 26, который

987655

По истечении некоторого времени после выдачи управляющих воздействий опытным оператором, определяемого инерционностью объекта, блок 3 выдает новый сигнал на запуск коммутатора 6, В этом случае в элемент 9 будет. записываться реакция объекта на выданное воздействие опытного оператора. Записанная реакция необходима для того, чтобы показать обучаемому в процессе обучения, как на его управляющие Boa" действия изменяются технологические параметры до значений, лежащих в пределах регламентных границ.

Вся записанная информация в weментах 9 и 10 после выдачи општным оператором управляющих воздействий представляет собой ситуацию, возникшую на реальном объекте от воздейст" вия на него возмущающих факторов.

Рассмотрим, например, накопление ситуаций с ректификационной колонны, которая разделяет углеводородную смесь, состоящую из этана, пропана, бутана, пентана и гексана. В качест" ве технологических параметров объекта выступают температурный профиль, нижнее и верхнее давление колонны, концентрации нижнего и верхнего про:дукта. Управляющими параметрами колонны являются расход пара и флегмы.

В качестве наиболее важных возмущающих факторов, воздействующих на ко" лонну,являются изменения состава и расхода питания (углеводородной смеси). Например, если на входе ко" лонны возникает возмущение по соста" ву питания, т.е, в смеси стало больше (в процентном отношении ) высококипящих компонентов, то через некоторое время возникает отклонение технологических параметров колонны, которое приводит к понижению температуры в колонне, снижению верхнего давления и изменению концентрации верхнего и нижнего продуктов за рег,ламентные границы.

Реальная информация о ходе управляемого технологического процесса и об управляющих воздействиях опытного оператора накапливается соответственно в элементах 9 и 10. В качестве реальной информации выступают отклонения параметров объекта за регламент-, ные границы от воздействия. на него возмущающих факторов. Отклонения технологических параметров объекта за регламентные границы приводит .к ухудшению качества продукции. Для сохранения качества оператор выдает управляющие воздействия в виде уставок с задатчика 2 управляющих воздействий.

После выдачи оператором управляю» „ щих воздействий с задатчика 2 посыла-, ется сигнал для запуска логического блока 3 управления. Блок 3 выдает сигналы для запуска коммутаторов 6 и 7. .С помощью коммутатора 6 последователь-, но опрашиваются .датиики блока 1. и ана" логовая информация с объекта подается на преобразователь 8 аналог-код. После. преобразования информация с датчиков записывается в цифровой форме в элемент 9. Одновременно информация об уставках опытного оператора последовательно с помощью коммутатора 7 переписывается в элемент 10 памяти.

Для приведения технологических параметров в норму, т.е. в регламентные границы, опытный оператор с задатчика 2 выдает управляющие воздействия на увеличение расхода пара и снижение флегмы. Задатчик 2 может быть расположен либо на пульте технолога-онератора (ПТО), либо на блоке щитового управления (БЦУ). В первом случае управляющие воздействия набираются оператором в цифровом коде вторым входом подключен к выходу генератора 24 тактовых импульсов.

Работа заключается в накоплении

/ реальных технологических ситуаций и отображении двух ситуаций, одна из S которых является исходной для обуче" ния, а другая находится из накопленных ситуаций.по выданному обучающим" ся управляющему воздействию. При совпадении двух отображенных ситуаций обучаемый переходит к новой исходной ситуации, в противном случае выдает новые управляющий воздействия, приводящие в конечном итоге к cosnaдению двух отображенных ситуаций.

Под ситуацией понимается совокупность значений отклонений технологи" ческих параметров объекта, выявленных опытным оператором, характеризующих реакцию объекта на воздействие >В возмущающих факторов, управляющих воздействий опытного оператора и реакцию объекта на эти управляющие воздействия.

Рассмотрим первый этап работы уст" ройства, связанный с накоплением реальных ситуаций.

987655 считываются на индикаторный элемент 14. Для некоторых индикаторов, нь запоминающих отображенную инфор- мацию, предусматривается процесс регенерации считанной из элемента 9 памяти. Считанная в индикаторный элемент 14 .информация представляет собой образ реакции объекта на воздействия возмущающих факторов.

Рассмотрим отображение .образа реакции объекта на индикаторном элементе 14; находящемся совместно с индикаторным элементом 15 на пульте 12 оператора. В этом случае в качестве индикаторных элементов 14 и

15 используются цифровые и графичес" кие дисплеи. Заранее перед отображением образа реакции объекта на экранах дисплеев высвечиваются схемы кадров, считанные из элемента 9 памяти.

В этих схемах отображаются шифр схемы, название объекта, например, "Колонна К-1.1", слева направо в виде колонок отображаются условные номера технологических параметров, их шифры, текущие фильтрованные значения, минимальные значения, нижние и верхние граничные значения регламентов основных параметров и максимально возможные р значения. Значения отображаемых технологических параметров в кадре могут быть представлены на экране либо в виде точек, либо горизонтальных отрезков прямых линий, начинающихся от ко5 лонки минимальных значений параметров.

Полученный на экране образ представляется в виде либо ломаной кривой, либо гребенчатой фигуры. Чтобы значения соседних параметров резко не ото личались друг от друга и вид кривой или фигуры имел бы более плавный xa" рактер, отображаемые параметры располагаются на экране в порядке наибольшей корреляции между собой.

Другой способ отображения информации возможен на макетах блоков щитового управления, включающих в се" бя стрелочные, щелевые и т.п. индикаторы. Для отображения значений параметров на эти индикаторы между элементом 9 памяти и .индикаторными элементами 14 и 15, представляющими собой в этом случае два одинаковых блока БЩУ, ставятся преобразователи типа код-аналог (не показаны).

7 на клавишных регистрах ПТО для пере. дачи регулятором управляющих параметров. Во втором случае оператор управляющую уставку выдает непосредственно на локальные регуляторы((не показаны .

Пусть задатчик 2 находится на пульте технолога-оператора. В этом слу-. чае после выдачи опытным оператором цифровых уставок с задатчика 2 посы- 10 лается сигнал в блок 3 управления для запуска его в работу. Блок 3 запускает в работу коммутаторы 6 и 7.

С помощью этих коммутаторов аналоговая информация с блока 1 датчиков и цифровая информация с задатчика 2 записываются в элементы 9 и 10 памя. ти. Затем через время, определяемое инерционностью колонны, записывается в элемент 9 реакция ее на управляющие 2о воздействия опытного оператора.

Задатчик 2 одновременно с запуском блока 3 посылает импульс в первый счетчика 20 блока 18 выборки адресов, увеличивая ранее накопленное в нем 25 число на единицу. Вновь полученное число определяет номер ситуации, запи санной в элементах 9 и 10 памяти.

При упраВлении процессом с БЩУ технологическая ситуация может быть записана в элементы 9 и 10 только при добавлении в формирователь 5 командных сигналов преобразователя аналог-код (не показан), предназначенный для преобразования аналогового сигна3 ла с коммутатора 7 в цифровую форму.

При функционировании реального объекта запоминание ситуаций может быть осушествлено в течение длительного срока. Записываются в память наиболее характерные ситуации, возникающие на объекте с различной периодичностью. Непрерывное накопление ситуаций может осуществляться за счет замены элементов 9 и 10 памяти.

Рассмотрим работу тренажера на этапе обучения оператора. !

При обучении оператора на индика" торном элементе 14 блока 13 выдается, 50 по усмотрению инструктора, какая-либо исходная ситуация. Для выдачи этой ситуации инструктором набирается ее номер на задатчике 11 адреса, который в элементе 9 памяти преобразуется в адрес исходной ситуации, По этому ад- ресу значения:технологических параметров, определяющих реакцию объекта на воздействие возмущающих факторов, На отображенный на индикаторном элементе 14 образ реакции объекта обучаемый выдает управляющие воздей655 IO вновь порученная разность окажется больше разности, ранее записанной в первом регистре 21, то узел 23 сравнения не вырабатывает сигнал на пере" запись информации в регистры 21 и 25..

Накопление единиц во втором счет" чике 26 от импульсов из блока 24 продолжается до тех пор, пока узел 22 сравнения не выработает сигнал равенl0 ства чисел s счетчиках 20 и 26. Ранее записанное число в первый счетчик 20 определяет максимальное количество ситуаций, хранящихся в элементах 9 и IO. В момент сравнения .

1% этих двух чисел во втором регист" ре 25 хранится номер ситуации. При вычислении абсолютной разности, между управляющими воздействиями которой и воздействиями обучаемого на

20 исходную ситуацию, данная разность будет наименьшей из всех вычисляе" мых разностей при считывании всех управляющих воздействий, хранящихся в элементе 10.

Ý5 Таким образом, при совместном функционировании блока 17 идентификации, блока 18 выборки адресов и элемента 10 памяти определяется наименьшая возможная разность между вы30 данным обучаемым управляющим воздействием на отображенный на индикатор" ном элементе 14 исходный образ и все" ми управляющими воздействиями опытного оператора, записанными в элез менте 10 памяти.

9В7

9 ствия с задатчика g не показан на пульте 12 оператора. Управляющие воз.действия обучаемого в виде цифровых уставок заносятся s сумматор 19. При необходимости преобразования управляющих уставо.: в цифровую форму между пультом 22 операторе и сумматором 19. ставится преобразователь аналог-код (не показан).

После того, как обучаемый выдает управляющие воздействия с пульта 12 оператора, он посылает сигнал, по которому запускается генератор 24 тактовых импульсов, а в первый регистр 21 во все его разряды записываются единицы.

По первому импульсу из генератора 24 тактовых импульсов во втором счетчике 26 фиксируется число 1, которое является номером первой ситуации. По этому номеру из элемента 10 считываются управляющие воздействия опытного оператора, соответствующие первой ситуации, в сумматор 19, В данном блоке вычисляется абсолютная разность между управляющими воздей" ствиями опытного оператора и обучаемого,- которая в виде одного числа подается в узел 23 сравнения. Так как в начале в первом регистре 2I заведомо записано максимальное число, то при сравнении этого числа с полученной разностью из сумматора узел 23 сравнения вырабатывает сигнал, по которому абсолютная разность из блока 19 переписывается в первый регистр 21. Число 1 из второго счетчи,:ка 26 переписывается в этом случае во второй регистр 25. После этого генератор 24 формирует второй импульс, во второй счетчик 26 заносится вторая единица. По числу 2 в счетчике 26 в элементе 10 формируется адрес обращения. к управляющим воздействиям второй ситуации. В блоке 19 определяет«ся вновь абсолютная разность между. двумя управляющими воздействиями опытного оператора и обучаемого, которые он выдал на исходную ситуацию. Вновь полученная абсолютная разность сравнивается в узле 23 с разностью, записанной в первом регистре 21. Если окажется, что она меньше этой разности, то эта информация пере писывается в первый регистр 21 из блока 19 по сигналу из узла 23 сравнения и по этому сигналу число 2 из второго счетчика 26 переписывается во второй регистр 25. В случае, если

По сигналу сравнения из узла 22 сравнения производится блокировка генератора 24 тактовых импульсов и сброс второго счетчика 26. По этому же сигналу производитвя сравнение в блоке 16 контроля действий оператора двух цифровых кодов из второго регист" ра 25 и задатчика 11 адреса, в котором номер исходной витуации набирает .ся инструктором. При совпадении двух ,цифровых кодов в блоке 16 выдается .сигнал на какой-либо индикатор, например лампочку для привлечения внимания инструктора. выданный бло" ком 16 сигнал характеризует наименьшую разность между управляющими воздействиями обучаемого и опытного оператора на одну и ту we ситуацию. Кроме указанных выше действий по сигналу из узла 22 сравнения произдодится считывание из элемента 9 ситуации по адресу,. который определяется номером из второго регистра 25.

ll 98765

По этому номеру на индикаторный эле-, мент 15 выдается образ реакции объекта на возмущающие факторы той ситуации, которая идентифицирована по наименьшей разности между управляющими воздействиями обучаемого и опытного оператора. Вновь отображаемый образ в виде ломаной . линии или гребенча той фигуры высвечивается в кадре, аналогичном кадру индикаторного эле- 10 мента 14.

На основе анализа двух отображенных образов на индикаторных элементах 14 и f5 обучаемый принимает решение либо выдать новое управляющее

l воздействие, если по его мнению имеются различия между этими образами, либо перейти к следующей исходной ситуации. При этом новое воздействие, как он считает, должно привести после идентификации к отображению на индикаторном элементе 15 такого образа, который бы имел больше сходства с исходным образом на индикаторном элементе 14.

При выдаче сигнала из блока 16 контроля действий оператора на какомлибо шаге обучения на индикаторном элементе 15 может быть отображен образ, полностью идентичный исходному образу индикаторного элемента 14. На этом этап обучения данному исходному образу (ситуации ) заканчивается.

Чтобы дать обучаемому более полную информацию о поведении объекта, в

35 устройстве предусмотрено отображение образа (реакции)объекта на индикаторном элементе 14 на правильное управляющее воздействие обучаемого, которое соответствует воздействию опыт40 ного оператора. Отображение этого образа может быть осуществлено по сигналу с задатчика 11 адреса.

На реально существующих объектах обучение навыкам управления сложными 45 технологическими процессами осуществляется с помощью передачи опыта от оператора к обучаемому при работе на объекте. В этом случае реализуется принцип обучения, когда обучаемый не имеет возможности экспериментировать на реальном объекте. Такой процесс обучения является очень длительным (протяженностью от нескольких месяцев до нескольких лет ). В то же время он не гарантирует, что могут встретиться ситуации, которым не был обучен начинающий, оператор.

5 12

Реализация устройства позволяет решить задачу обучения оператора в минимальные сроки и довести качество обучения до уровня опытного опера" тора.

Использование изобретения позволит повыситЬ эффективность тренажа.

Формула изобретения

1. Тренажер оператора систем управления, содержащий пульт оператора, соединенный через блок индикации информации с блоком моделирования реальных процессов, подключенным к блоку контроля действий оператора, и формирователь командных сигналов, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности тренажа, он имеет блок датчиков, задатчик управляющих воздействий, логический блок управления, задатчик адреса, блок идентификации и блок выборки адресов, при этом выход блока датчиков соединен с первым входом блока моделирования реальных процессов, подключенного вторым входом к первому выходу логического блока управления, соединенного вторым выходом с первым входом формирователя командных сигналов, кото,рый вторым входом соединен с первым выходом задатчика управляющих воздействий, подключенного вторым выходом к входу логического блока управления и первому входу блока выборки адресов, который первым выходом подключен к управляющим входам блока контроля. действий оператора и блока моделирования реальных процессов, кото.рый информационным входом дополнительно соединен с выходом задатчика адреса, второй вход блока выборки адреса связан с первым синхровыходом пульта оператора и первым входом блока идентификации, который вторым входом подключен к выходу формирователя командных сигналов, связанного третьим входом с вторым выходом блока выборки адресов и третьим входом блока идентификации, который четвертым входом связан с вторым синхровыходом пульта оператора, а выходом подключен к логическим входам блока контроля действий оператора и блока моделирования реальных процессов

2. Тренажер по и. 1, отличающийся тем, что блок моделироl3 98765 вания реальНых процессов имеет кь мутатор, преобразователь аналог-код и элемент памяти,.при этом выход ком" мутатора через преобразователь аналогкод соединен с входом элемента памяти.

3. Тренажер по и. l, о т л и ч aq шийся тем, что блок идентификации имеет сумматор, первый, регистр, узел сравнения и второй регистр, при этом выход сумматора соединен с М первым входом первого регистра и пер" вым входом узла сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого регистра, подключенного вторым входом к первому выходу узла сравне- . 1$ ния и первому входу второго регистра, связанного входом с вторым выходом узла сравнения.

5 1Ц .4. Тренажер no n. 1, о т л и ч аю ц и и с я тем, что блок выборки адресов имеет первый счетчик, узел сравнения, генератор тактовых импульсов и второй счетчик, выход которого соединен с первым входом узла сравнения, связанного вторым входом с выходом первого счетчика, выход узла сравнения подключен к входу генератора тактовых импульсов и первому входу второго счетчика, который вторью входом подключен к выходу генератора тактовых импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

И 734796, кл. GQ9 8 9/00, l978. 87655

Составитель С. Алексанов

Ре актор С. Крупенина Техрер И,Костик Корректор Е. Рошко

Тира>х 486 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж-Д5 Раушская наб. g. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная; 4