Тренажер оператора систем управления

О П И С А Н И Е (1 о 987655ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Саеээ СаветснмхСоцмвпистмчесникРеспубпмк(Ы)М. Кл. С 09 В 9/00 Ъеудерстеаиый комитет СССР до делам иаебретеиий и открытий:ь:р.,".Казанский ордена Трудового Краснозо Зц днихййико-:технологический институт им, С,М Кирова(54) ТРЕНАЖЕР ОПЕРАТОРА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ 1Изобретение относится к тренажерамоператоров систем управления и можетбыть использовано для обучения операторов систем управления.Известен тренажер оператора систем управления, содержащий пульт оператора, соединенный через блок индикации информации с блоком моделирования реальных процессов, подключеннымк блоку контроля действий оператора,и формирователь командных сигналов1Недостатком известного тренажераявляется невысокая эффективность тренажа.Цель изобретения - повышение зффек"15тивности 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, имеетблок датчиков, задатчик управляющихвоздействий, логический блок управления, задатчик адреса, блок идентификации и блок выборки адресов, при этомвыхад блока датчиков соединен с первымвходом блока моделирования реальныхпроцессов, подключенного вторым входомк первому выходу логического блока уп"равления, соединенного вторым выко"дом 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 входублока выборки адресов, который первымвыходом подключен к управляющим входам блока контроля действий оператораи блока моделирования реальных про"цессов, который информационным вхо"дом дополнительно соединен с выходомзадатчика адреса, второй вход блокавыборки адреса связан с первым синх"98765ровыходом пульта оператора и первымвходом блока идентификации, которыйвторым входом подключен к выходу фор"мирователя командных сигналов, связан"ного третьим входом с вторым выходомблока выборки адресов и третьим входом блока идентификации, который четвертым входом связан с вторым синхровыходом пульта оператора, а выходомподключен к логическим входам блока 10контроля действий оператора и блокамоделирования реальных процессов.В тренажере блок моделированияреальных процессов имеет коммутатор,преобразователь аналог-код и элемент 15памяти, при этом выход коммутаторачерез преобразователь аналог-код соединен с входом элемента памяти.Кроме того, в тренажере блок идентификации имеет сумматор, первый ре Огистр, 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 выходом первого регистра, подклюценноговторым входом к первому выходу узласравнения и первому входу второго регистра, связанного входом с вторымвыходом узла сравнения. ЗОВ тренажере также блок выборки адресов имеет первый счетчик, узел сравнения, генератор тактовых импульсови второй счетчик, выход которого соединен с первым входом узла сравнения,З 5связанного вторым входом с выходомпервого счетчика, выход узла сравнения подключен к входу генератора тактовых импульсов и первому входу второго счетчика, который вторым входом 4 вподключен к выходу генератора тактовых импульсов,На чертеже приведена функциональ"ная схема тренажера.Тренажер содержит блок 1 датчиков, ф 5задатцик 2 управляющих воздействий,логический блок 3 управления, блок 4моделирования реальных процессов,формирователь 5 командных сигналов,коммутаторы 6 и 7, преобразователь 8аналог-код, элементы 9 и 10 памяти,задатчик 11 адреса, пульт 12 оператора, блок 3 индикации информации,включающий индикаторные элементы 14и 15, блок 16 контроля действий опера тора, блок 17 идентиФикации, блок 18выборки адресов, сумматор 19, счет"чик 20, регистр 21, узлы 22 и 23 5 4сравнения, генератор 24 тактовых импульсов, регистр 25 и счетчик 26.При этом выход блока 1 датчиков со" единен с первым входом блока 4 моде" лирования реальных процессов, под" ключенного 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 уп" равляющих 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 информацион" ным входом дополнительно соединен с выходом задатчика 11 адреса, второй вход блока 18 выборки адресов связан с первым синхровыходом пульта 12 оператора и первым входом блока 17 идентификации, который вторым входом подключен к выходу формирователя 5 комайдных сигналов, связанного третьим входом с вторым выходом бло" ка 18 выборки адресов и третьим входом блока 17 идентификации, который четвертым входом связан с вторым синхровходом пульта 12 оператора; а выходом подключен к логическим вхо" дам 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 срав" нения и первому входу второгорегист" ра 25, 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, который987655 вторым входом подключен к выходугенератора 24 тактовых импульсов.Работа заключается в накоплении/реальных технологических ситуаций иотображении двух ситуаций, одна изкоторых является исходной для обуче"ния, а другая находится из накопленных ситуаций.по выданному обучающим"ся управляющему воздеиствию, Присовпадении двух отображенных ситуаций обучаемый переходит к новой исходной ситуации, в противном случаевыдает новые управляющий воздействия,приводящие в конечном итоге к совпадению двух отображенных ситуаций,Под ситуацией понимается совокуп"ность значений отклонений технологи"ческих параметров объекта, выявлен"ных опытным оператором, характеризующих реакцию объекта на воздействие 20возмущающих факторов, управляющих воздействий опытного оператора и реакциюобъекта на эти управляющие воздействия,Рассмотрим первый этап работы уст"ройства, связанный с накоплением реальных ситуаций.Реальная информация о ходе управляемого технологического процесса и об в управляющих воздействиях опытного оператора накапливается соответственно в элементах 9 и 10. В качестве реальной информации выступают отклонения параметров объекта за регламент-, ные границыот 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. По истечении некоторого временипосле выдачи управляющих воздействийопытным оператором, определяемогоинерционностью объекта, блок 3 выдаетновый сигнал на запуск коммутатора 6,В этом случае в элемент 9 будет. запи"сываться реакция объекта на выданноевоздействие опытного оператора, Записанная реакция необходима для того,чтобы показать обучаемому в процессеобучения, как на его управляющие воз"действия изменяются технологическиепараметры до значений, лежащих в пределах регламентных границ,Вся записанная информация в элементах 9 и 10 после выдачи општнымоператором управляющих воздействийпредставляет собой ситуацию, возникшую на реальном объекте от воздейст"вия на него возмущающих Факторов.Рассмотрим, например, накоплениеситуаций с ректификационной колонны,которая разделяет углеводороднуюсмесь, 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 составаи расхода питания ( углеводороднойсмеси). Например, если на входе ко"лонны возникает возмущение по соста"ву питания, т.е, в смеси стало боль"ше ( в процентном отношении) высококипящих компонентов, то через некоторое время возникает отклонение технологических параметров колонны, которое приводит к понижению температуры в колонне, снижению верхнегодавления и изменению концентрацииверхнего и нижнего продуктов. за рег,ламентные границы. 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 техно" лога-онератора ( ПТО), либо на блоке щитового управления (БЦУ). В первом случае управляющие воздействия набираются оператором в цифровом коде987655 считываются на индикаторный элемент 14. Для некоторых индикаторов,нь запоминающих отображенную инфор"мацию, предусматривается процесс регенерации считанной из элемента 9 па"мяти. Считанная в индикаторный элемент 14 .информация представляет со"бой образ реакции объекта на воздействия возмущающих факторов.Рассмотрим отображение образа реакции объекта на индикаторном элементе 14; находящемся совместно синдикаторным элементом 15 на пульте 12 оператора. В этом случае в ка"честве индикаторных элементов 14 и15 используются цифровые и графицес"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, "Ко"лонна К,1", слева направо в видеколонок отображаются условные номератехнологических параметров, их шифры,текущие фильтрованные значения, минимальные значения, нижние и верхниеграничные знацения регламентов основных параметров и максимально возможные о значения. Значения отображаемых технологических параметров в кадре могутбыть представлены на экране либо ввиде точек, либо горизонтальных отрезков прямых линий, начинающихся от ко лонки минимальных значений параметров.Полученный на экране образ представляется в виде либо ломаной кривой, либо гребенчатой фигуры, Чтобы значения соседних параметров резко не отв личались друг от друга и вид кривой или фигуры имел бы более плавный ха"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). 7на клавишных регистрах ПТО для передачи регулятором управляющих параметров. Во втором случае операторуправляющую уставку выдает непосредственно на локальные регуляторы(непоказаны)1,Пусть задатчик 2 находится на пульте технолога-оператора. В этом слу-,чае после выдачи опытным операторомцифровых уставок с задатчика 2 посылается сигнал в блок 3 управлениядля запуска его в работу. Блок 3 запускает в работу коммутаторы 6 иС помощью этих коммутаторов аналоговая информация с блока 1 датчиков и 15цифровая информация с задатчика 2записываются в элементы 9 и 10 памя. ти. Затем через время, определяемоеинерционностью колонны, записываетсяв элемент 9 реакция ее на управляющие 20воздействия опытного оператора.Задатчик 2 одновременно с запуском блока 3 посылает импульс в первыйсчетчика 20 блока 18 выборки адресов,увеличивая ранее накопленное в нем 25число на единицу. Вновь полученноечисло определяет номер ситуации, записанной в элементах 9 и 10 памяти,При упраВлении процессом с БЩУтехнологическая ситуация может быть ззаписана в элементы 9 и 10 толькопри добавлении в формирователь 5 командных сигналов преобразователя аналог-код ( не показан ), предназначенныйдля преобразования аналогового сигна 3ла с коммутатора 7 в цифровую форму.При функционировании реальногообъекта запоминание ситуаций можетбыть осуществлено в течение. длительногосрока. Записываются в память наибо"лее характерные ситуации, возникающие на объекте с различной периодичностью. Непрерывное накопление ситуаций может осуществляться за счетзамены элементов 9 и 10 памяти,Рассмотрим работу тренажера наэтапе 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 индикаторномэлементе 14 образ реакции объектаобучаемый выдает управляющие воздей655 10вновь порученная разность окажетсябольше разности, ранее записанной впервом регистре 21, то узел 23 срав"нения не вырабатывает сигнал на пере"запись информации в регистры 21 и 25Накопление единиц во втором счет"чике 26 от импульсов из блока 24 продолжается до тех пор, пока узел 22сравнения не выработает сигнал равен О ства чисел в счетчиках 20 и 26. Ранее записанное число в первый счетчик 20 определяет максимальное коли"чество ситуаций, хранящихся в элементах 9 и 10. В момент сравнения , 1% этих двух чисел во втором регист"ре 25 хранится номер ситуации. Привычислении абсолютной разности, между управляющими воздействиями которой и воздействиями обучаемого на 20 исходную ситуацию, данная разностьбудет наименьшей из всех вычисляемых разностей при считывании всехуправляющих воздействий, хранящихсяв элементе 10.Э 5 Таким образом, при совместномФункционировании блока 17 идентификации, блока 18 выборки адресов иэлемента 10 памяти определяется наименьшая возможная разность между выЗо данным обучаемым управляющим воздействием на отображенный на индикатор"ном элементе 14 исходный образ и все"ми управляющими воздействиями опытного оператора, записанными в эле менте 10 памяти. 987 9ствия с задатчикане показанна пульте 12 оператора. Управляющие воз,действия обучаемого в виде цифровых уставок заносятся в сумматор 19. При необходимости преобразования управля" ющих 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 ко" торому запускается генератор 2 ч тактовых импульсов, а в первый регистр 21 во все его разряды записываются единицы.По первому импульсу из генератора 2 ч тактовых импульсов во втором счетчике 26 Фиксируется число 1, которое является номером первой ситуа. ции. 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 21 заведо" мо записано максимальное число, то при сравнении этого числа с полученной разностью из сумматора узел 23 сравнения вырабатывает сигнал, по ко" торому абсолютная разность из блока 19 переписывается в первый регистр 21. Число 1 из второго счетчи" ,:кэ 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 26в элементе 10 формируется адрес обращения. к управляющим воздействиям второй ситуации. В блоке 19 определяется 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 22сравнения производится блокировкагенератора 24 тактовых импульсов исброс второго счетчика 26. По этомуже сигналу производитвя сравнение вблоке 16 контроля действий операторадвух цифровых .кодов из второго регист"ра 25 и задатчика 11,адреса, в котором номер исходной витуации набирает-.ся инструктором. При совпадении двух,сигнал на какой-либо индикатор, например лампочку для привлечения внимания инструктора. выданный бло" в ком 16 сигнал характеризует наименьшую разность между управляющими воздействиями обучаемого и опытного оператора на одну и ту же ситу"ацию. Кроме указанных выше действийпо сигналу из узла 22 сравнения произдодится считывание из элемента 9ситуации по адресу,. который определя"ется номером из второго регистра 25.11 98765По этому номеру на индикаторный эле-,мент 15 выдается образ реакции объекта на возмущающие факторы той ситуации, которая идентифицирована по наименьшей разности между управляющимивоздействиями обучаемого и опытногооператора. Вновь отображаемый образв виде ломаной . линии или гребенчатой фигуры высвечивается в кадре,аналогичном кадру индикаторного элемента 14,На основе анализа двух отображенных образов на индикаторных элементах 11 и 15 обучаемый принимает решение либо выдать новое управляющее 1воздействие, если по его мнению имеются различия между этими образами,либо перейти к следующей исходнойситуации, При этом новое воздействие,как он считает, должно привести после идентификации к отображению наиндикаторном элементе 15 такого образа, который бы имел больше сходства с исходным образом на индикаторном элементе 11.25При выдаче сигнала из блока 16контроля действий оператора на какомлибо шаге обучения на индикаторномэлементе 15 может быть отображен образ, полностью идентичный исходномуобразу индикаторного элемента 1 ч. Наэтом этап обучения данному исходномуобразу 1 ситуации ) заканчивается,Чтобы дать обучаемому более полнуюинформацию о поведении объекта, в35устройстве пр 8 дусмотрено отображениеобраза ( реакции)объекта на индикаторном элементе 11 на правильное управ"ляющее воздействие обучаемого, которое соответствует воздействию опыт 40ного оператора. Отображение этогообраза может быть осуществлено по сигналу с задатчика 11 адреса.1На реально существующих объектах обучение навыкам управления сложными 4 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 эксперименти" ровать на реальном объекте. Такой процесс обучения является очень длительным ( протяженностью от нескольких месяцев до нескольких лет ). В то же Б время он не гарантирует, что могут встретиться ситуации, которым не был обучен начинающий, оператор. 5 12Реализация устройства позволяет решить задачу обучения оператора в ми" нимальные сроки и довести качество обучения до уровня опытного опера" тора.Использование изобретения позволит повысить эффективность тренажа.Формула изобретения1, 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 щ и й с я 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 первымвыходом задатчика управляющих воздействий, подключенного вторым выходом к входу логического блока управления и первому входу блока выборки адре" сов, который первым выходом подключен к управляющим входам блока контроля. действий оператора и блока моделирования реальных процессов, кото.рый информационным входом дополни" тельно 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 блокамоделирования реальных процессов2. Тренажер по и. 1, о т л и ч а- ю щ и й с я тем, что блок моделиро1 Э 98765 вания реальНых процессов имеет ко мутатор, преобразователь аналог-код и элемент памяти,.при этом выход ком" мутатора через преобразователь аналог код соединен с входом элемента памяти.3. Тренажер по и. 3, о т л и ч аю щ и й с я тем, что блок идентификации имеет сумматор, первый, регистр, узел сравнения и второй регистр, при этом выход сумматора соединен с 1 Ф 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. 54. Тренажер по я. 1, о т л и ч аю ц и й с я тем, что блок выборки адресов имеет первый счетчик, узел сравнения, генератор тактовых импульсов и второй счетцик, выход которо" го соединен с первым входом узла сравнения, связанного вторым входом с выходом первого счетчика, выход узла сравнения подклюцен 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 экспертизе1. Авторское свидетельство СССРИ 73 И 9 б, кл. ОО 9 8 9/00, 1978 987655Реда Зака о Составитель С. р С. Крупенина Техрер И,Кости 0311/39 Тираи 486 БНИИПИ Государственного к по делам изобретений и 113035 Москва Ж"Д 5 Раушск филиал ППП "Патент", г. Ужгоро