УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ ОПЕРАТОРА Российский патент 1994 года по МПК G09B9/00 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к техническим средствам обучения, и может быть использовано при подготовке операторов систем управления.

Известно устройство для обучения операторов систем управления технологическими процессами [1] ] , содержащее пульт оператора, блок моделирования реального хода технологического процесса, блок установки начальных условий, блок изменения параметров реального хода технологического процесса, блок сравнения, блок задания критериев оценок и блок оценки. Устройство предназначено для обучения операторов управлению технологическими процессами по показателям уровня незавершенного производства и объема выпускаемой продукции путем изменения пропускной способности отдельных операций.

Недостатком устройства является отсутствие возможности отработки навыков последовательного включения вспомогательного технологического оборудования, что сужает его дидактические возможности.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности, функциональным возможностям и достигаемому эффекту является тренажер [2] , содержащий блок предъявления информации, блок ввода начальных условий, блок задания управляющих воздействий, блок экономической оценки, блок задания нормативов, блок компараторов и блок моделирования технологического процесса, входы которого подключены к выходам блоков ввода начальных условий и задания управляющих воздействий, а выходы - к входам блока предъявления информации, блока экономической оценки и блока компараторов, выходы которого подключены к входам блока предъявления информации, а другие входы - к выходам блока задания нормативов.

Недостатком устройства является отсутствие возможности отработки навыков последовательного включения технологического оборудования, что сужает его дидактические возможности. При управлении металлургическими объектами, в частности кислородным конвертором, оператору необходимо перед началом основного технологического процесса (продувки кислородом конверторной ванны) выполнить ряд последовательных операций по включению дополнительного оборудования, например прежде чем задать количество кислорода на продувку, оператор должен выполнить следующую последовательность действий: включить дымосос для обеспечения тяги в газоотводящем тракте, циркуляционный насос, клапан подачи воды на охлаждение кислородной фурмы, включить привод кислородной фурмы на ее опускание и по достижении фурмой заданного положения включить клапан на подачу кислорода на продувку. Несоблюдение такой последовательности операций является технологическим нарушением и может привести к аварии.

Целью изобретения является расширение дидактических возможностей устройства за счет обеспечения отработки навыков последовательного включения технологического оборудования и оперативного задания новой последовательности включения его при изменении технологического процесса, воспроизводимого в устройстве.

Цель достигается тем, что в устройство для тренировки оператора, содержащее блок моделирования реальных процессов, входы первой и второй групп которого соединены с соответствующими выходами блока задания программы тренажа, а выходы первой, второй и третьей групп - соответственно с входами блока оценки, входами первых групп блока компараторов и входами первой группы блока предъявления информации, входы второй группы которого подключены к соответствующим выходам блока компараторов, входы второй группы которого соединены с соответствующими выходами блока задания эталонов, введены формирователь импульсов, элемент ИЛИ, счетчик, дешифратор, три блока элементов И, два блока памяти, распределитель импульсов и блок элементов ИЛИ, выходы которого соединены с соответствующими входами третьей группы блока моделирования реальных процессов и соответствующими входами первого блока элементов И, выходы которого подключены к соответствующим входами третьей группы блока предъявления информации, при этом выходы второго блока элементов И соединены с соответствующими входами блока элементов ИЛИ, а входы первой и второй групп - с выходами соответствующих блоков памяти, управляющие входы которых подключены к соответствующим выходам распределителя импульсов, а информационные входы - к соответствующим выходам третьего блока элементов И, входы одной группы которого соединены с соответствующими выходами формирователя импульсов, а входы другой группы - с соответствующими выходами дешифратора, выходы первой и второй групп счетчика подключены к соответствующим входам дешифратора и соответствующим входам четвертой группы блока моделирования реальных процессов соответственно, счетный вход - к выходу элемента ИЛИ, а установочный вход - к аналогичному входу первого блока памяти и выходу формирователя импульсов, выходы другой группы которого соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для тренировки оператора; на фиг. 2 - фрагмент реализации блоков задания программы тренажа и эталонов; на фиг. 3 - алгоритм функционирования блока моделирования реальных процессов; на фиг. 4 - вариант реализации алгоритма подпрограммы ввода управляющих воздействий; на фиг. 5 - вариант реализации блока компараторов; на фиг. 6 - реализация алгоритма подпрограммы расчета оценок; на фиг. 7 - вариант реализации блоков элементов И, ИЛИ, памяти и распределителя импульсов для четырех единиц технологического оборудования; на фиг. 8 - вариант реализации формирователя импульсов и элемента ИЛИ; на фиг. 9 - вариант реализации счетчика и дешифратора; на фиг. 10 - вариант реализации распределителя импульсов; на фиг. 11 - алгоритм подпрограммы анализа состояния технологического оборудования.

Устройство для тренировки оператора содержит блок 1 задания программы тренажа, блок 2 моделирования реальных процессов, блок 3 предъявления информации, блок 4 задания эталонов, блок 5 компараторов, блок 6 оценки, формирователь 7 импульсов, элемент ИЛИ 8, счетчик 9, дешифратор 10, третий блок 11 элементов И, первый 12 и второй 13 блоки памяти, второй блок 14 элементов И, блок 15 элементов ИЛИ, первый блок 16 элементов И и распределитель 17 импульсов.

Блоки 1, 4 представляют собой совокупность цифровых задатчиков, каждый из которых может быть выполнен в виде клавиатуры с шифратором и регистра. Возможный вариант реализации указанных блоков для одной декады приведен на фиг. 2.

Блок 2 выполнен на базе ЭВМ, реализующей совокупность программных модулей, обеспечивающих ввод начальных условий, управляющих воздействий, моделирования технологического объекта управления, расчет экономических оценок и вывод текущей информации на средства ее отображения. Алгоритм реализации блока 2 приведен на фиг. 3. В качестве объекта моделирования может выступать любой технологический объект. Рассматривается его конкретизация на примере кислородно-конверторной плавки. Основу программного модуля моделирования технологического процесса в рассматриваемом случае составляет совокупность уравнений. На фиг. 4 приведен алгоритм реализации подпрограммы ввода управляющих воздействий.

Блок 3 представляет собой совокупность цифровых индикаторов.

Устройство для тренировки оператора работает следующим образом.

Перед началом тренировки обучаемому задается технологическая цель управления. Применительно к сталеплавильному переделу, например кислородно-конвертерному процессу, целью управления является получение стали с требуемым химсоставом и температурой металла в заданное время. Предварительно с помощью блока 1 в блок 2 вводятся необходимые исходные данные (начальный химсостав металла - содержание углерода, серы, фосфора, кремния, температура металла). Затем с помощью блока 4 производится установка (задание) нормативов, в качестве которых выступают ограничения на текущие значения технологических параметров (верхние и нижние пределы по химсоставу и температура металла, длительность плавки и др. ).

Наряду с этим в соответствии с требуемой последовательностью включения технологического оборудования для данного производства инструктором с помощью формирователя 7 заранее задается эта последовательность. Для этого он переводит ключ в распределителе 17 (фиг. 10) в положение "Установка". При этом на выходе распределителя 17 появляются тактовые импульсы, которые поступают на вход синхронизации блока 13 и подготавливают его регистры к приему информации. Затем с помощью кнопок формирователя 7 путем их последовательного нажатия инструктором задается очередность включения технологического оборудования. Эта последовательность может быть любой, что позволяет оперативно изменять назначение кнопок при воспроизведении в тренажере различных технологических процессов. Допустим, в рассматриваемом случае должна выполняться следующая последовательность нажатия клавиш: К3-К1-К4-К2. Инструктор перед началом тренировки нажимает их в этой последовательности. При этом в блоке 13 записывается следующая информация. В первый его регистр (фиг. 7) записывается единица в третий разряд (первой нажата кнопка К3), во второй регистр записывается единица в первый разряд (второй нажата кнопка К1), в третий регистр записывается единица в четвертый разряд (третьей нажата кнопка К4), в четвертый регистр на элементе Д12 записывается единица во второй разряд (четвертой нажата кнопка К2). Выбор требуемого регистра блока 13 и разряда каждого регистра осуществляется с помощью счетчика 9, подсчитывающего число нажатий кнопок через элемент ИЛИ 8, дешифратора 10 и блока 11 элементов И. При первом нажатии любой из кнопок в режиме "Установка", например, как в рассматриваемом случае - К3, триггер формирователя 7 (фиг. 8) устанавливается в единицу. Этот единичный уровень сигнала поступает на первые входы третьих элементов И всех групп элементов И блока 11 (фиг. 7). Одновременно при переходе триггера, соответствующего кнопке К3, из нулевого в единичное состояние формирователем импульсов (элементы Д3.1-Д3.4, Д5.3, фиг. 9) вырабатывается импульс положительного перепада, который через элемент ИЛИ 8 поступает на счетный вход счетчика 9, предварительно установленный в нулевое состояние, и изменяет его состояние из кода 000 на код 001. Из этого кода дешифратором 10 формируется единичный уровень сигнала на его первом выходе, который поступает на все вторые входы первой группы элементов И блока 11 (микросхема Д1, фиг. 7). Поскольку на первом и втором входах третьего элемента И (микросхема Д1) единичные уровни сигналов, то на выходе этого элемента также единичный уровень, который поступает на блок 13 и при поступлении тактового импульса записывается в третий разряд регистра. Аналогично осуществляется запись в другие регистры блока 13 при нажатии последующих кнопок формирователя 7. По окончании записи последовательности нажатия кнопок нажимается кнопка "Сброс" формирователя 7. При этом счетчик 9 и триггеры формирователя 7 устанавливаются в нулевое состояние. Затем ключ распределителя 17 (фиг. 10) устанавливается в положение "Работа". С этого момента тренажер готов к работе с обучаемым.

Перед началом тренировки технологическое оборудование (маслостанция, дымосос, циркуляционный насос и др. ) выключено, поэтому триггеры блока 12 находятся в нулевом состоянии, вследствие чего на выходах блоков 14, 15 и 16 нулевые уровни сигналов, светодиоды блока 3 погашены.

Запуск процесса моделирования осуществляется нажатием кнопки "Пуск", расположенной в блоке 1. Затем обучаемый должен в определенной последовательности (заранее заданной инструктором) включить технологическое оборудование посредством нажатия соответствующих кнопок формирователя 7. При этом возможны две ситуации.

Обучаемый правильно реализует заданную последовательность включения технологического оборудования. В этом случае в соответствующие регистры блока 12 в те же разряды, что и в блоке 13, записываются единицы. Механизм записи информации в блок 12 таков же, как и рассмотренный выше для блока 13. Для рассматриваемого случая обучаемый при правильном выполнении действий должен нажать кнопки в следующей последовательности: К3-К1-К4-К2. При нажатии кнопки К3 на соответствующем выходе формирователя 7 формируется единичный уровень сигнала, который поступает на первые входы третьих элементов И всех групп элементов И блока 11. Одновременно при переходе триггера, соответствующего кнопке К3 (фиг. 8), из нулевого состояния в единичное формирователем 7 формируется импульс, который, пройдя через элемент ИЛИ 8, устанавливает счетчик 9 в состояние 001. Из этого кода дешифратором 10 формируется на его первом выходе положительный уровень сигнала, который поступает на все вторые входы элементов И блока 11. Следовательно, на третьем элементе И этой группы на первом и втором входах будут единичные уровни сигналов, следовательно, на выходе этого элемента также будет единичный уровень сигнала, который при поступлении тактового импульса от распределителя 17 записывается в третий разряд регистра блока 12. Таким образом, в третьих разрядах первых регистров блоков 12 и 13 записаны единичные уровни сигналов. Эти сигналы поступают на первый и второй входы третьего элемента И блока 14, в результате чего на выходе этого элемента И формируется единичный уровень сигнала, который, пройдя через блоки 15 и 16, вызывает зажигание первого светодиода блока 3. Последующие нажатия кнопок К1, К4 и К2 обеспечивают запись единичных уровней сигналов соответственно в первый, четвертый и второй разряды второго, третьего и четвертого регистров блока 12, что вызывает соответственно зажигание второго, третьего и четвертого светодиодов блока 3. Соответствующее подключение элементов И блока 16 к выходам блока 15 обеспечивает строго последовательное включение светодиодов блока 3, т. е. второй не может быть засвечен, пока не будет включен первый, третий - пока не будет включен второй и т. д. Таким образом, при правильном включении технологического оборудования осуществляется запись информации в те же разряды тех же регистров блока 12, что в блоке 13. Совпадение единичных уровней сигналов этих разрядов обеспечивает зажигание соответствующих светодиодов блока 3, что позволяет обучаемому проконтролировать свои действия.

Обучаемый неправильно реализует заданную последовательность включения технологического оборудования. Допустим, он нажимает первой вместо кнопки К3 кнопку К2. Это значит, что в первый регистр блока 12 единичный уровень сигнала записан не в третий, а во второй разряд. Следовательно, в блоке 14 не происходит совпадения сигналов, поступающих от первых регистров блоков 12 и 13. Один сигнал поступает на вход третьего элемента И, а другой - на вход второго. В результате на выходах элементов И блока 14 будут нулевые уровни сигналов и зажигание первого светодиода не происходит. Это говорит о том, что обучаемый неправильно выполняет действие по включению технологического оборудования и ему необходимо выполнить новую реализацию своих действий. Для этого он нажимает кнопку "Сброс" в формирователе 7, обеспечивая тем самым установку счетчика 9 и регистров блока 12 в исходное (нулевое) состояние. При этом устанавливаются в нулевое состояние и триггеры формирователя 7. Затем обучаемый выполняет другую реализацию своих действий, добиваясь правильной последовательности включения технологического оборудования. Информация о работе обучаемого поступает в блок 2, где учитываются состояние технологического оборудования и подсчет ошибок, совершенных обучаемым при его включении.

Дальнейшая работа тренажера оператора систем управления осуществляется следующим образом.

С помощью блока 1 обучаемый задает значения интенсивности кислородного дутья и положения фурмы. В соответствии с алгоритмом функционирования блока 2 осуществляется в ЭВМ воспроизведение технологического процесса (кислородно-конверторной плавки), в рамках которого реализуются ввод значений управляющих воздействий, решение уравнений, расчет оценок и вывод результатов на блок 3. Технологический процесс при этом должен вестись в пределах ограничений, фиксируемых блоком 5 и отображаемых блоком 3. (56) Авторское свидетельство СССР N 1249568, кл. G 09 B 9/00, 1985.

Авторское свидетельство СССР N 1160462, кл. G 09 B 9/00, 1978.

Изобретение относится к техническим средствам обучения и позволяет расширить дидактические возможности устройства для тренировки оператора систем управления, содержащего блок 1 задания программы тренажа, блок 2 моделирования реальных процессов, блок 3 предъявления информации, блок 4 задания эталонов, блок 5 компараторов, блок 6 оценки, формирователь 7 импульсов, элемент ИЛИ 8, счетчик 9, дешифратор 10, блоки 11, 14, 16 элементов И, блоки 12, 13 памяти, блок 15 элементов ИЛИ и распределитель 17 импульсов со схемными соединениями. Устройство обеспечивает отработку навыков последовательного включения технологического оборудования и оперативное изменение этой последовательности при изменении технологического процесса, воспроизводимого в тренажере. 11 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРЕНИРОВКИ ОПЕРАТОРА , содеpжащее блок моделиpования pеальных пpоцессов, входы пеpвой и втоpой гpуппы котоpого соединены с соответствующими выходами блока задания пpогpаммы тpенажа, а выходы пеpвой, втоpой и тpетьей гpупп - соответственно с входами блока оценки, входами пеpвых гpупп блока компаpатоpов и входами пеpвой гpуппы блока пpедъявления инфоpмации, входы втоpой гpуппы котоpого подключены к соответствующим выходам блока компаpатоpов, входы втоpой гpуппы котоpого соединены с соответствующими выходами блока задания эталонов, отличающееся тем, что, с целью pасшиpения дидактических возможностей устpойства, в него введены фоpмиpователь импульсов, элемент ИЛИ, счетчик, дешифpатоp, тpи блока элементов И, два блока памяти, pаспpеделитель импульсов и блок элементов ИЛИ, выходы котоpого соединены с соответствующими входами тpетьей гpуппы блока моделиpования pеальных пpоцессов и соответствующими входами пеpвого блока элементов И, выходы котоpого подключены к соответствующим входам тpетьей гpуппы блока пpедъявления инфоpмации, выходы втоpого блока элементов И соединены с соответствующими входами блока элементов ИЛИ, а входы пеpвой и втоpой гpуппы - с выходами соответствующих блоков памяти, упpавляющие входы котоpых подключены к соответствующим выходам pаспpеделителя импульсов, а инфоpмационные входы - к соответствующим выходам тpетьего блока элементов И, входы одной гpуппы котоpого соединены с соответствующими выходами фоpмиpователя импульсов, а входы дpугой гpуппы - с соответствующими выходами дешифpатоpа, выходы пеpвой и втоpой гpупп счетчика подключены к соответствующим выходам дешифpатоpа и соответствующим входам четвеpтой гpуппы блока моделиpования pеальных пpоцессов соответственно, счетный вход - к выходу элемента ИЛИ, а установочный вход - к аналогичному входу пеpвого блока памяти и выходу фоpмиpователя импульсов, выходы дpугой гpуппы котоpого соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ.