ТРЕНАЖЕР ОПЕРАТОРОВ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ Российский патент 1995 года по МПК G09B9/00 

Изобретение относится к техническим средствам обучения и может быть использовано при обучении и проверке квалификации персонала, осуществляющего управление технологическими процессами, например, доменной плавкой.

Известны тренажеры операторов, содержащие пульты преподавателей и обучаемых, модели процессов, программирующие устройства, блоки сигнализации.

Недостаток этих тренажеров заключается в низком качестве обучения из-за отсутствия адекватных моделей процесса.

Известен также тренажер газовщика доменной печи, содержащий пульт преподавателя, подключенный через коммутатор (ключ) к пульту обучаемых, блоки моделирования реальных процессов, блоки задания аварийных ситуаций (возмущений), соединенные с пультом преподавателя и блоками моделирования реальных процессов, блоки анализа пpоцесса, блоки анализа управляющих воздействий (ограничитель сигнала), поступающих с пультов обучаемых, блоки отображения информации, подключенные к соответствующим пультам обучаемых, блокам анализа процесса и управляющих воздействий обучаемых.

Недостатком известного тренажера является низкое качество обучения вследствие ограниченных возможностей моделирования реальных процессов, так как построение и реализация адекватных полных математических моделей технологических процессов, включая модели неконтролируемых возмущений, не представляется возможным, по крайней мере для таких агрегатов, как доменная печь в связи с малой изученностью реальных объектов, а также из-за большой сложности таких моделей.

Применение же упрощенных (частичных) математических моделей приводит, как следствие, к низкой точности обучения из-за несоответствия моделируемой обстановки реальным (натурным) условиям.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является тренажер оператора систем управления технологическими процессами, содержащий блоки запоминания управлений, возмущений, заданий и выходных сигналов объекта управления, первый переключатель, последовательно включенные пульт обучаемого, первый блок сравнения, первый ключ, ограничитель сигнала, второй блок сравнения, интегратор, блок задержки, сумматор, третий блок сравнения, второй переключатель и блок отображения информации, последовательно включенные пульт преподавателя, блок задания возмущений, четвертый блок сравнения, второй ключ и масштабирующий блок, выход которого соединен с вторым входом сумматора, второй выход пульта преподавателя соединен с входом пульта обучаемого, вторым входом первого ключа и вторым входом второго переключателя, третий выход пульта преподавателя соединен с входами блоков запоминания управлений, возмущений, заданий и выходных сигналов объекта управления, четвертый выход пульта преподавателя соединен с втоpым входом второго ключа и первым входом первого переключателя, выход блока запоминания управлений соединен с вторым входом первого блока сравнения и третьим входом второго переключателя, выход блока запоминания возмущений с вторым входом четвертого блока сравнения, вторым входом первого переключателя и четвертым входом второго переключателя, выход блока запоминания заданий подключен к второму входу блока отображения информации, выход блока запоминания выходных сигналов объекта управления соединен с вторым входом третьего блока сравнения и первым входом второго переключателя, выход пульта обучаемого подключен к шестому входу второго переключателя, выход первого переключателя к седьмому входу второго переключателя, два выхода которого соединены с третьим и четвертым входами блока отображения информации, выход интегратора соединен с вторым входом второго блока сравнения, выход блока задания возмущений с третьим входом первого переключателя.

Работает тренажер оператора систем управления технологическими процессами в двух режимах.

В режиме пассивного обучения в блоке отображения информации обучаемому представляются графики наиболее характерных натурных ситуаций.

В режиме активного обучения вырабатывают управляющие воздействия, отклонения которых от натурных управляющих воздействий пересчитывают с помощью модели в "малом" в отклонении выходов объекта управления. Последние алгебраически суммируют с натурными выходами объекта управления и в результате получают модельные выходы, которые и представляют обучаемому совместно с натурными возмущениями и заданиями. В этом режиме предусмотрено также использование специально заданных возмущений вместо натурных. В этом случае отклонения заданных возмущений от натурных пересчитывают в отклонения выходов объекта, которые суммируют с натурным выходом. Обучаемому представляют уже не натурные, а заданные возмущения.

Недостаток этого тренажера заключается в низком качестве обучения из-за отсутствия процедуры оценивания эффективности процесса обучения и стимулирования обучаемых в сопоставлении друг с другом либо с оператором натурной системы, а также из-за длительного отсутствия желаемых режимов обучения. Следствием этого является низкая эффективность управления.

Цель изобретения повышение качества обучения и эффективности функционирования системы управления технологическим процессом.

Поставленная цель достигается тем, что в тренажер оператора, содержащий пульт преподавателя, первый выход которого соединен с управляющим входом блока памяти, второй и третий выходы с управляющим и информационными входами соответственно пульта оператора, блок отображения информации, блок сравнения, первый сумматор и переключатель, введены первый и второй формирователи кодов, первый, второй и третий формирователи импульсов, блок оценки, второй сумматор, блок управления и блок моделирования реальных процессов, первый информационный вход которого соединен с соответствующими входом второго формирователя кодов и выходом первого формирователя импульсов, второй информационный вход с соответствующим выходом первого формирователя импульсов и первым входом первого сумматора, первый управляющий вход с четвертым выходом пульта преподавателя и аналогичным входом первого формирователя кодов, третий информационный вход с первым выходом переключателя, четвертый информационный вход с одним выходом пульта оператора и вторым входом первого сумматора, второй управляющий вход с соответствующим выходом пульта преподавателя и первым входом блока отображения информации, пятый информационный вход с выходом блока сравнения и первым входом второго сумматора, шестой информационный вход с одним выходом третьего формирователя импульсов, седьмой информационный вход с вторым выходом переключателя, первым информационным входом блока оценки и вторым входом блока отображения информации, один выход с третьим входом блока отображения информации, другой выход с четвертым входом блока отображения информации и вторым информационным входом блока оценки, управляющий вход которого подключен к третьему выходу переключателя и пятому входу блока отображения информации, входы первой группы которого соединены с соответствующими выходами переключателя, входы второй группы с соответствующими выходами блока памяти и соответствующими входами группы переключателя, шестой вход с пятым выходом пульта преподавателя и первым входом переключателя, седьмой и восьмой входы с первым и вторым выходами соответственного второго сумматора, девятый, десятый и одиннадцатый входы с третьим выходом пульта преподавателя, выходом первого сумматора и выходом блока оценки соответственно, а входы третьей группы с соответствующими выходами группы блока оценки, другой выход пульта оператора подключен к второму информационному входу второго формирователя кодов, третий выход второго сумматора соединен с информационным входом первого формирователя кодов, информационные выходы первого и второго формирователей кодов подключены к соответствующим входам блока управления, информационный выход которого является выходом тренажера, синхронизирующие выходы первого и второго формирователей кодов соединены с соответствующими информационными входами блока памяти и с вторым и третьим входами переключателя соответственно, четвертый и пятый входы переключателя подключены к третьему и четвертому входам блока памяти и к первому и второму выходам первого формирователя импульсов соответственно, а четвертый выход к одному входу блока сравнения, другой вход которого соединен с управляющим выходом первого формирователя кодов, информационный вход второго формирователя импульсов подключен к синхровходу модели объекта управления, а первый и второй управляющие входы соответственно к шестому и седьмому выходам пульта преподавателя, восьмой и девятый выходы которого соединены соответственно с информационным и управляющим входами первого формирователя импульсов, десятый и одиннадцатый выходы с информационным и управляющим входами третьего формирователя импульсов соответственно, двенадцатый выход с седьмым информационным входом блока моделирования реальных процессов и с третьим входом второго сумматора, а тринадцатый выход с четвертым входом второго сумматора, пятый вход которого подключен к другому выходу третьего формирователя импульсов.

На фиг.1 и 2 изображен тренажер оператора.

Он содержит ключ 1, блок 2 реализации тестовых воздействий по каналу возмущений, датчик 3 возмущений, блок 4 сравнения, переключатель 5, сумматор 6, блок 7 исполнения команды управления, объект 8 управления, элемент 9 запоминания натурных управлений, элемент 10 запоминания возмущений, элемент 11 запоминаний заданий на выходы процессов, элемент 12 запоминания выходных сигналов, переключатель 13, ключ 14, блок 15 сравнения, датчик 16 управлений, датчик 17 выходных сигналов, блок 18 задания изменений выходных сигналов, блок 19 заданий изменений управлений, сумматор 20, блок 21 сравнения, ключ 22, ограничитель 23 сигнала, блок 24 сравнения, интегратор 25, блок 26 задержки, сумматор 27, блок 28 коррекции заданий на выходы процесса, задатчик 29 на выходные сигналы, пульт 30 преподавателя, блок 31 заданий возмущений, блок 32 сравнения, ключ 33, масштабирующий блок 34, сумматор 35, сумматор 36, пульт 37 оператора, пульт 38 оператора, блок 39 задания изменений возмущений, переключатель 42, сумматор 43, блок 44 отображения информации, переключатель 45, переключатель 46, блок 47 сравнения, масштабирующий блок 48, сумматоры 49, 50, переключатель 51, сумматор 52, источник 53 постоянного сигнала, масштабирующий блок 54, блок 55 определения модуля, блок 56 сравнения, блоки 57, 58 деления, интеграторы 59, 60 с отсечкой, блоки 61, 62 определения модуля, блок 63 отображения информации, переключатель 64, блоки 65, 66 сравнения, блок 67 памяти, состоящий из узлов 9 12, блок 68 моделирования реальных процессов, (пересчетной модели), первый формирователь 69 импульсов (тестирующих по управлению), второй формирователь 70 импульсов (тестирующих по выходным сигналам), третий формирователь 71 импульсов (тестирующих по изменению возмущений), блок 72 отображения информации, блок 73 оценки (эффективности обучения), сумматор 74, первый и второй формирователи 75, 76 кодов, блок 77 управления.

Пульты 37 и 38 содержат задатчик управляющего воздействия и информационное табло с подсветкой, на котором высвечивается этап обучения. Узлы 44, 63 представлены каждый, например, многоканальным для отображения изменений управлений, возмущений, выходов и заданий на выходы объекта и двумя двухканальными самопишущими приборами следящего уравновешивания для регистрации значений критериев эффективности и оценочных показателей. Табло на пульте 30 может быть выполнено с помощью подсветки двух надписей: "активный" и "пассивный". При этом подсветка слова "активный" загорается, когда двухпозиционный переключатель режимов обучения устанавливается в режим активного обучения. В противоположном случае загорается подсветка "пассивный".

В предлагаемом тренажере имитируется система управления, например, доменной плавкой, в частности система управления тепловым состоянием горна доменной печи. За показатель теплового состояния можно принять содержание кремния в чугуне или температуру чугуна на выпуске (выход объекта 8 управления). Тогда в качестве датчика выходных сигналов 17 можно выбрать, например, пирометр полного излучения, установленный над чугунной леткой и свизированный на струю выпускаемого чугуна. Выходной сигнал его в виде напряжения поступает на вход сумматора 36. Управляющим воздействием является изменение массы кокса в подачу, возмущениями влажность кокса. Заданием является определенное значение температуры чугуна на выпуск. Тогда в качестве датчика 16 может быть использован тензометрический преобразователь массы кокса в электрический сигнал, установленный под опору коксового бункера. Выход датчика 16 в виде сигнала напряжения поступает на один из входов переключателя 5. В качестве блока 2 реализации тестовых воздействий может быть принят водопровод с промышленной трубопроводной арматурой и электрическим управлением, бессальниковый мембранный вентиль которого управляется электромагнитным приводом, в обмотку возбуждения которого поступает сигнал с выхода сумматора 6. В качестве датчика 3 возмущений может быть использован нейтронный влагомер, установленный на коксовом бункере, и формирующий сигнал, пропорциональный влажности кокса. Блок 7 представляет собой автоматический порционный дозатор, в котором вместо сигнала с выхода задатчика 8 используется выходной сигнал сумматора 6.

Натурные возмущения представляют собой зарегистрированные на предыстории действующей доменной печи данные о влажности и зольности кокса, а также сигналы измерительной информации, получаемые в темпе с процессом с помощью датчиков влажности и зольности кокса. Задаваемые возмущения представляют собой видоизменные (с учетом задач обучения) те же данные. Например, к натурным данным о влажности кокса "подмешиваются" импульсные помехи большой амплитуды в виде "выбросов") для имитации грубых ошибок контроля. Реализация изменений управлений, возмущений и выходных сигналов задаются в виде приращения значений массы кокса, его влажности и зольности, а также содержания кремния в чугуне и его температуры, формируемых с учетом различного рода ограничений со стороны действующей системы управления и могут отображать, например, ошибки работы блока исполнения команды управления, скачкообразные изменения качества кокса и другие.

В узлах 44 и 63 отображается информация о натурных и модельных параметрах доменной плавки в виде графиков, образованных последовательностью течек. Для каждого параметра печатается свой график. При этом форма представления информации не меняется при смене этапа обучения.

Тренажер имеет два пульта 37 и 38, каждый из которых может быть использован как в качестве пульта обучаемого, так и в качестве рабочего. Переключение пультов с рабочего на обучаемый и наоборот осуществляется с пульта 30 посредством двухпозиционного переключателя. При использовании пульта 38 в качестве обучаемого пульт 37 является рабочим пультом оператора системы управления. При этом переключатель 46 соединяет свой первый вход с вторым выходом, а третий вход с первым выходом. При использовании в качестве обучаемого пульта 37 пульт 38 является рабочим пультом оператора системы управления. При этом переключатель 46 соединяет свой первый вход с первым выходом, а третий вход с вторым выходом.

Одновременно с переключением пультов 37, 38 осуществляется по этому же сигналу и переключение сигналов измерительной информации, поступающих на узлы 44, 63. В первом случае переключатель 51 соединяет первый или десятый в зависимости от этапа обучения входы с шестым выходом, второй или двенадцатый входы с вторым и седьмым выходами, третий вход с третьим выходом, четвертый или тринадцатый входы с девятым выходом, пятый вход с пятым выходом, седьмой вход с первым выходом, восьмой вход с четвертым выходом и десятый или одиннадцатый входы с восьмым выходом, обеспечивая поступление на узел 44 сигналов, характеризующих работу обучаемого, на узел 63 сигналов, характеризующих работу оператора натурно-действующей системы управления. Во втором случае переключатель 51 соединяет свой первый или десятый входы с первым выходом, второй или двенадцатый входы с вторым и седьмым выходами, третий вход с девятым выходом, четвертый или тринадцатый входы с третьим выходом, пятый вход с десятым выходом, седьмой вход с шестым выходом, восьмой вход с восьмым выходом и девятый или одиннадцатый входы с четвертым выходом, обеспечивая поступление на блок 44 сигналов, характеризующих работу оператора натурно-действующей системы управления, а на блок 63 сигналов, характеризующих работу обучаемого.Обучение с использованием тренажера осуществляется в три этапа.

На первом этапе (этап пассивного обучения) обучаемому представляются характерные производственные ситуации с соответствующими управляющими решениями. Информация о пpоизводственных ситуациях записывается в блок 67 памяти заранее либо по мере обнаружения преподавателем желаемого состояния объекта управления. В последнем случае четырехпозиционный переключатель управления ставится в положение "запись" и по этому сигналу элементы 9 12 соединяются соответственно с выходами датчиков 16 и 39, задатчика 28 и датчика 17, обеспечивая одновременную запись на магнитофонах желаемых участков данных по управлению, возмущению, заданиям на выходы и выходным сигналам. В случае реализации этапа пассивного обучения преподаватель на пульте 30 ставит двухпозиционный переключатель пассивного и активного этапов обучения в положение "пассивное обучение" и тогда на пульте 38 (обучаемого) высвечивается соответствующее табло, ключ 22 размыкается, чтобы сигнал не поступал в схему моделирования процесса, и переключатель 45 по управляющему сигналу со своего, пятого входа соединяет первый выход с шестым входом, второй выход с седьмым входом, третий выход с восьмым входом и четвертый выход с девятым входом. Преподаватель с помощью четырехпозиционного переключателя управления памятью на пульте 30 задает требуемую технологическую ситуацию, динамика которой отображается на блок 44. Двухканальные приборы для регистрации значений показателя эффективности и оценочного показателя на этапе пассивного обучения отключены.

В это время переключатель 64 соединяет свой первый выход с пятым входом, второй выход с шестым входом, третий выход с седьмым входом и четвертый выход с восьмым входом, что дает возможность отображать на блок 63 натурные сигналы измерительной информации об управлениях, возмущениях, заданиях и выходах объекта управления.

Если в качестве пульта обучаемого на этапе пассивного обучения используется пульт 37, то переключатель 64 по управляющему сигналу со своего девятого входа соединяет первый выход с первым входом, второй выход с вторым входом, третий выход с третьим входом и четвертый выход с четвертым входом. Преподаватель с помощью четырехпозиционного переключателя управления запоминанием на пульте 30 задает требуемую пpоизводственную ситуацию, динамика которой отображается на блок 63.

В это время переключатель 45 соединяет свой первый выход с первым входом, второй выход с вторым входом, третий выход с третьим входом и четвертым выход с четвертым входом, что обеспечивает отображение на блоке 44 натурных сигналов измерительной информации об управлениях, возмущениях, заданиях и выходах объекта управления.

После проведения первого этапа обучения в режиме наблюдения реализуется этап активного обучения в так называемом "квазивстроенном" режиме работы тренажера с выработкой обучаемым управляющих воздействий и моделированием соответствующих этим воздействиям выходов управляемого процесса. Этот этап характеризуется отсутствием вмешательства в работу натурного объекта со стороны обучаемого источником информации о натурных значениях управлений, возмущений, заданий на выходы и выходов объекта управления, при этом являются соответствующие элементы 9 12 блока 67. Для реализации этого этапа обучения преподаватель на пульте 30 устанавливает двухпозиционный переключатель пассивного и активного этапов обучения в положение "активное обучение", а двухпозиционный переключатель режимов активного обучения в положение "квазивстроенный". Тогда на пульте 38 (обучаемого) высвечивается соответствующее табло, ключ 22 замыкается, обеспечивая поступление сигнала в схему моделирования процесса, реализованную на базе блока 68, переключатель 45 соединяет свои первый, второй, третий и четвертый входы с первым, вторым, третьим и четвертым выходами, пропуская по пятому выходу на девятый вход узла 44 управляющий сигнал от двухпозиционного переключателя пассивного и активного этапов обучения на включение двухканального прибора регистрации значений показателя эффективности обучения. Одновременно переключатель 5 соединяет первый, шестой, седьмой и восьмой входы с шестым, седьмым, восьмым и пятым выходами, а второй, третий, четвертый и пятый входы с третьим, вторым первым и четвертым выходами. При этом натурные сигналы измерительной информации об управлениях, возмущениях, заданиях и выходах объекта управления, поступающие на блок 44, считываются из элементов 9 12, а сигналы измерительной информации, поступающие на блок 63, считываются с датчиков управлений 16, возмущений 3, выходных сигналов 17 и с задатчика 29 на выходные сигналы. С помощью четырехпозиционного переключателя пульта 30 в элементах 9 12 преподавателем устанавливается начало требуемого участка производственного режима.

В тренажере оператора предусмотрено обучение при запомненных в узле 10 натурных возмущениях или записанных в блоке 31 тестирующих импульсов по изменению возмущений. В первом случае двухпозиционный переключатель вида возмущений на пульте 30 устанавливается в положение "натурные возмущения", вследствие чего ключ 33 размыкается и переключатель 42 соединяет свой третий вход с выходом. При обучении с заданными возмущениями двухпозиционный переключатель вида возмущений на пульте 30 устанавливается в положение "задание возмущений". При этом ключ 33 замыкается, переключатель 42 соединяет свой второй вход с выходом. Кроме того, в пульте 30 с помощью трехпозиционного переключателя управления блоком 31 устанавливается начало участка требуемого возмущения. Обучаемый оператор на основе анализа состояния процесса, которое отображается на блоке 44, вырабатывает управляющее воздействие и устанавливает его задатчиком управляющего воздействия на пульте 38. Сигнал с выхода этого задатчика проходит через переключатель 46 на его первый выход и поступает в блок 68, где вычитается в блоке 21 из сигнала, поступившего с четвертого выхода переключателя 5 и соответственно из элемента 9, предварительно зарегистрированных на натурно-действующем объекте, например доменной печи. Перед этим сигнал с четвертого выхода переключателя 5 проходит по первому входу через блок 15 и по первому входу сумматора 20 на второй вход блока 21 без изменений, т. к. в этом режиме сигналы на входах блока 15 и сумматора 20 равны нулю. Сигнал о полученной разности через замкнутый ключ 22 поступает на ограничитель 23, где происходит проверка сигнала на ограничения, выбираемые из условия работоспособности модели канала регулирования. Канал регулирования представлен моделью в виде последовательно соединенных инерционного звена первого порядка и звена чистого запаздывания. Такие модели удовлетворительно описывают в приращениях к фактическим режимам функционирования каналы регулирования многих промышленных объектов, в частности в черной металлургии. Модель канала регулирования реализована с помощью интегратора 25 и блока 26. В блоке 24 выходной сигнал интегратора 25 вычитается из выходного сигнала ограничителя 23 и поступает на вход интегратора 25. Выходной сигнал интегратора 25 задерживается в блоке 26 на интервал времени запаздывания канала регулирования и поступает на первый вход сумматора 27, где алгебраически суммируется с выходным сигналом блока 18, с выходным сигналом масштабирующего блока 34 о корректировке выхода процесса по приращению контролируемого возмущения и с натурным выходным сигналом объекта управления, поступающим по третьему выходу переключателя 5 из элемента 12.

На первом этапе активного обучения, характеризующемся функционированием тренажера без прямого или косвенного вмешательства в работу объекта управления со стороны обучаемого, выходной сигнал блока 18 равен нулю. Этот сигнал получается при обучении с заданным возмущением. Сигнал о заданном возмущении с выхода блока 31 вычитается в блоке 32 из выходного сигнала блока 4. Последний сигнал на рассматриваемом этапе обучения равен сигналу о натурном возмущении, поступающем на второй вход блока 4 по первому выходу переключателя 5 из блока 10, т.к. сигнал на втором входе блока 4, соответствующий тестирующему воздействию по каналу возмущений, в этом случае будет равен нулю. Выходной сигнал блока 32 через замкнутый ключ 33 поступает на масштабирующий блок 34, где умножается на коэффициент пересчета приращений возмущения в приращения выхода процесса. Если же обучение производится при натурных возмущениях, то ключ 33 размыкается и на второй вход сумматора 27 поступает сигнал нулевого значения.

На выходе сумматора 27 формируется сигнал о модельном значении выхода объекта с запаздыванием, который соответствует управляющему воздействию обучаемого.

Сигналы, пропорциональные заданному и натурному значениям выхода объекта упpавления, считанные из элементов 11 и 12, а также пропорциональный модельному значению выхода объекта, формируемый на выходе сумматора 27, используется для расчета значений показателя эффективности как для обучаемого, так и для оператора системы управления для условий ее работы, отображенной на записанной предыстории. Значение показателя эффективности оператора АСУ ТП для соответствующих участков записанных данных рассчитывается в блоке 73. Сигнал разности, формируемый на выходе блока 65, поступает на вход блока 61, выходной сигнал которого поступает на вход интегратора 59, образуя на его выходе текущее значение интеграла. Значение этого показателя рассчитывается на выходе блока 57, куда по первому входу поступает сигнал, пропорциональный интегралу, а по второму сигнал с выхода масштабирующего блока 54, пропорциональный значению масштабирующего коэффициента. Значение показателя эффективности поступает по четвертому входу блока 44 на один из каналов включенного двухканального регистрирующего прибора, на второй канал которого по пятому входу блока 44 поступает сигнал, пpопоpциональный значению показателя эффективности обучаемого. Этот показатель рассчитывается аналогичным образом также в блоке 73. Значение масштабирующего коэффициента рассчитывается с помощью источника 53 и масштабирующего блока 54 как произведение единичного сигнала с выхода источника 53 на масштабирующий коэффициент.

Процесс активного обучения в квазивстроенном режиме продолжается до тех пор, пока показатель эффективности обучаемого по своей величине не будет близок к значениям показателя эффективности оператора АСУ ТП, рассчитанного для тех же условий работы системы. Мера близости этих показателей и ее конкретное значение в конце этого этапа обучения выбираются преподавателем и могут быть различны для различных участков данных.

После окончания этапа активного обучения в квазивстроенном режиме реализуется этап активного обучения во встроенном режиме функционирования тренажера. Отличительной особенностью этого режима является то, что здесь для дальнейшего повышения квалификации обучаемого используются сигналы измерительной информации, формируемые непосредственно в АСУ ТП с помощью соответствующих датчиков. Кроме того, в этом режиме предусматривается возможность нанесения активных тестирующих воздействий как на человека (так называемые информационные тестирующие воздействия), так и непосредственно на объект управления (физические тестирующие воздействия). Информационные тестирующие воздействия наносятся преподавателем по каналам возмущений, управлений, заданий и выходов объекта управления с помощью блоков 39, 19, 28 и 18 путем подачи на их входы соответствующих управляющих сигналов с пульта 30.

Физические тестирующие воздействия на объект управления также наносятся преподавателем с пульта 30 по каналам действия управлений и возмущений с помощью блоков 19 и 39, однако в этом случае их выходы переключаются на блоки 2 и 7. Нанесение этих воздействий может осуществляться как явно, так и скрытно от оператора АСУ ТП. Тестовые воздействия как информационные, так и физические наносятся преподавателем в тех случаях, когда производственные ситуации не соответствуют желаемым с точки зрения обучения и имеют целью приблизить первые к последним. Так как цели обучения и рабочего управления в подавляющем большинстве случаев не совпадают, то при нанесении тестовых воздействий, информационного и физического характера следует строго соблюдать ограничения на их величину и частоту нанесения.

Существенным с точки зрения повышения эффективности обучения на этом этапе является организация так называемого соревновательного режима взаимодействия обучаемого и оператора АСУ ТП, реализуемого с помощью многоканального организованного механизма с нормативной моделью. Для этой цели осуществляется расчет оценочных показателей обучаемого и оператора АСУ ТП, которые используются для стимулирования как обучаемого, так и оператора АСУ ТП. Первоначально при реализации соревновательного режима в качестве нормативного контура используется рабочий контур оператора АСУ ТП. Однако в процессе стимулируемого взаимодействия эффективность работы обучаемого может стабильно превышать эффективность работы оператора АСУ ТП. В этом случае преподаватель с пульта 30 может переключать пульты 37, 38 и тогда обучаемый начинает выполнять функции оператора АСУ ТП, который в свою очередь становится обучаемым и т.д. Это приводит к повышению эффективности работы АСУ ТП в целом. Для реализации этого этапа обучения преподаватель на пульте 30 в первую очередь устанавливает двухпозиционный переключатель режимов активного обучения в положение "встроенный". В этом случае переключатель 5 размыкает свой второй, третий, четвертый и пятый входы, соединяет первый вход с первым выходом, шестой вход с вторым выходом, седьмой вход с третьим выходом и восьмой вход с четвертым выходом, отключая тем самым узлы 9 12 и подключая в схему тренажера вместо них датчики 16 управлений, датчик 3 возмущений, задатчик 29 на выходные сигналы и датчик 17 выходных сигналов. Одновременно с этим срабатывает переключатель 51 от управляющего сигнала по четырнадцатому входу, отключая первый, второй, четвертый и девятый входы, подключая вместо них соответственно десятый, двенадцатый, тринадцатый и одиннадцатый входы. При установке двухпозиционного переключателя режимов активного обучения в положение "встроенный" одновременно со срабатыванием переключателей 5 и 51 управляющий сигнал с выхода пульта 30 включает оба двухканальных прибора для регистрации значений на обоих блоках 44 и 63. При этом обеспечивается поступление на блок 44 сигналов измерительной информации, характеризующих работу обучаемого в условиях, соответствующих текущему состоянию натурного объекта управления, в то время как на блок 63 поступают натурные сигналы.

Сигнал с четвертого выхода переключателя 5 поступает на вход блока 18. При условии отсутствия сигнала на другом входе блока 15 сигнал поступает на первый вход сумматора 20 и при нулевом сигнале на его втором входе без изменений подается на второй вход блока 21, где вычитаясь из сигнала, который является управляющим воздействием обучаемого, обеспечивает с помощью цепочки элементов, состоящей из ключа 22, ограничителя 23, блока 24, интегратора 25, блока 26 и сумматора 27 и натурного сигнала расчет модельного значения выхода объекта управлений, которое соответствует управляющему воздействию обучаемого, сформированного им в ориентации на текущее состояние объекта управления. Одновременно сигнал с выхода сумматора 20 поступает на первый вход переключателя 51 и через его шестой выход на пятый вход переключателя 46 и через его первый выход по пятому входу блока 63 на один из каналов многоточечного регистрирующего прибора.

Наличие в схеме тренажера цепочки взаимосвязанных элементов, состоящей из сумматоров 6, 20, 52, блока 7 исполнения команды управления, переключателя 13, ключа 14 и блока 19 задания изменений управлений позволяет, по усмотрению преподавателя в любой момент времени реализовать по каналу управления информационные тестирующие воздействия на операторе, а также непосредственные физические воздействия на объект как явного, так и скрытого характера. Нанесение таких воздействий на данном этапе обучения связано со стремлением создать искусственно желаемые характерные производственные ситуации для отработки навыков не только у обучаемого, но и у оператора АСУ ТП, так как, например, в случае, когда нормальное протекание процесса в объеме управления, практически не требующее вмешательства оператора в его работу, продолжается в течение длительного времени, также тестирующие воздействия позволяют проводить дополнительную тренировку оператора, сохраняя и даже совершенствуя его профессиональную подготовку.

Выбор способа реализации тестирующих воздействий (информационное воздействие на оператора или непосредственно воздействие на объект по каналу управления) осуществляется преподавателем с помощью установленного на пульте 30 двухпозиционного переключателя способа реализации тестирующих воздействий. Так, в частности, если этот переключатель установлен в положении "информационное воздействие", то управляющий сигнал по выходу пульта 30 поступает на второй вход переключателя 13, который соединяет по этому сигналу свой первый вход с вторым выходом. Одновременно преподаватель с помощью трехпозиционного переключателя для управления блоком 19 подает по выходу пульта 30 управляющий сигнал на включение блока 19, предварительно выбрав желаемый характер этих изменений. Тогда выходной сигнал блока 19 поступает через второй вход переключателя 13 на второй вход сумматора 20, где, суммируясь с натурным сигналом управления, поступает с выхода сумматора 20 на второй вход блока 21, изменяя в конечном итоге на соответствующую величину и модельное значение выхода объекта управления и через переключатели 51 и 64 в узел 63. Одновременно с второго выхода переключателя 13 сигнал, пропорциональный изменению управления, поступает на второй вход сумматора 52, где суммируется с модельным значением управления и через переключатели 51 и 45 поступает в блок 44.

При установке преподавателем двухпозиционного переключателя способа реализации тестирующих воздействий по каналу управления в положение "воздействие на объект" переключатель 13 соединяет свой первый вход с первым выходом. Тогда после включения блока 19 сигнал с его выхода поступает на первый вход сумматора 6, где, суммируясь с поступающим по второму входу сигналом, который был выработан оператором АСУ ТП и поступил с выхода пульта 37 через первый вход и второй выход переключателя 46, поступает на вход блока 7. В дальнейшем эти изменения фиксируются с помощью датчика 16 и поступают по описанной выше цепи как на узел 44, так и на блок 63. Если при этом двухпозиционый переключатель для реализации скрытых или явных тестирующих воздействий по возмущению и управлению в положении "скрытые воздействия", то на выходе пульта 30 формируется управляющий сигнал, который подается на второй вход ключа 14 и замыкает его. Пpи этом на вход блока 15 поступает с первого выхода переключателя 13 сигнал, пропорциональный нанесенному по каналу управления объекта тестирующему воздействию, что уменьшает натурный сигнал управления, сформированный датчиком 16, на величину тестирующего воздействия и делает нанесенное на объект управление тестирующее воздействие "скрытым"как от обучаемого, так и от оператора АСУ ТП. Если по усмотрению преподавателя целесообразно информировать обучаемого и оператора АСУ ТП о нанесенном на объект тестирующем воздействии по каналу управления, то с пульта 30 поступает сигнал на размыкание ключа 14, сигнал на втором входе блока 15 обнуляется и сигнал с выхода датчика 16 не корректируется, что дает возможность оператору АСУ ТП и обучаемому распознавать эти изменения управлений и их эффекты на выходе объекта.

Аналогично осуществляется реализация тестирующих воздействий по каналу возмущений. Если двухпозиционный переключатель способа реализации тестирующих воздействий по каналу возмущений установлен преподавателем в положение "информационное воздействие", то управляющий сигнал с пульта 30 поступает на вход переключателя 40, который соединяет свой первый вход с первым выходом. Одновременно преподаватель с помощью трехпозиционного переключателя управления блоком 39 подает с пульта 30 управляющий сигнал на включение блока 39, предварительно выбрав желаемый участок записанного ранее сигнала. Двухпозиционный переключатель выбора вида возмущений на этом этапе активного обучения находится всегда в положении "натурные возмущения". Тогда выходной сигнал блока 39 поступает с первого выхода переключателя 40 на входы сумматоров 41 и 43. Выходные сигналы последних, представляющие собой сумму информационного тестирующего воздействия по возмущению и натурного возмущения, поступают соответственно на восьмой и девятый входы переключателя 51, откуда через переключатель 45 на блок 44, а через переключатель 64 на блок 63. При этом сигнал, пропорциональный натурному возмущению с выхода датчика 3 поступает на первый вход переключателя 5, откуда по первому выходу он поступает на один вход блока 4. При нанесении информационных тестирующих воздействий сигнал на другом входе блока 4 равен нулю, поэтому сигнал, пропорциональный натурному возмущению, без искажений проходит на один вход сумматора 41. Так как в режиме "натурные возмущения" переключатель 42 соединяет свой третий вход с выходом, то и на другом входе сумматора 43 сигнал будет пропорционален натурному возмущению.

При установке преподавателем двухпозиционного переключателя способа реализации тестирующих воздействий по каналу возмущений в положение "воздействие на объект" переключатель 40 соединяет свой первый вход с вторым выходом, поэтому выходной сигнал блока 39 поступает на вход ключа 1 и на вход блока 2. В дальнейшем эти изменения фиксируются с помощью датчика 3 и поступают в конечном счете на блоки 44 и 63.

Так же как и для тестовых воздействий по каналу управления тестовые воздействия по каналу возмущений могут быть по команду с пульта 30 реализованы как в явном, так и в скрытом для обучаемого и оператора АСУ ТП виде. В последнем случае на входе блока 4 появляется сигнал, пропорциональный значению тестового воздействия по каналу возмущений, который корректирует сигнал натурного возмущения.

В схеме тренажера предусмотрено также нанесение информационных тестирующих воздействий по выходу объекта управления и коррекции заданий на выходы процесса, реализуемые по усмотрению преподавателя.

В первом случае команды на включение блока 18 подается преподавателем с пульта 30 трехпозиционным переключателем для управления блоком 18. После этого выходной сигнал блока 18, пропорциональный предварительно выбранному желаемому, характеризует изменения тестирующего воздействия, поступает на вход сумматора 36, изменяя в нужную сторону модельное и натурное значения выходного сигнала объекта управления.

Коррекция заданий на выходы процесса осуществляется с помощью блока 28, управление которым выполняет преподаватель, подавая с пульта 30 управляющий сигнал, формируемый с помощью трехпозиционного переключателя управления блоком 28. При этом сигнал коррекции задания суммируется в сумматоре 35 с выходным сигналом задатчика 29, корректируя заданное значение выхода объекта в желаемую сторону.

Реализация этапа активного обучения во встроенном режиме функционирования тренажера сопровождается не только расчетом значений показателей эффективности для обучаемого и оператора АСУ ТП, но и расчетом значений оценочного показателя для обучаемого ОПм и оператора АСУ ТП ОП ф.

Сигналы, пропорциональные показателю эффективности работы обучаемого и оператора АСУ ТП, поступают соответственно на второй и первый входы блока 56. Выходной сигнал блока 56 поступает на вход блока 55, формируя на его выходе сигнал, пропорциональный модулю разности, который вычитается из единичного сигнала, поступившего на вход блока 47 с выхода источника 53. Выходной сигнал блока 47 поступает на вход масштабирующего блока 48, умножаясь на постоянную величину. Выходной сигнал блока 48 поступает одновременно на первый вход сумматора 49 и на второй вход сумматора 50, формируя на их выходах сигналы оценочных показателей.Оба эти сигнала поступают на регистрацию в блоки 43 и 63.Использование тренажера позволяет повысить качество обучения и эффективность функционирования системы управления технологическим процессом, т.е. непосредственно подключение тренажера к натурно действующей системе управления (реализация встроенного режима активного обучения) и нанесение как информационных, так и физических тестирующих воздействий, позволяет обучаемому более детально освоить особенности управления конкретным объектом, а создание соревновательного режима взаимодействия обучаемого и оператора АСУ ТП повышает их заинтересованность и соответственно эффективность решения стоящих перед ними задач.

Изобретение относится к техническим средствам обучения и может использоваться при обучении и проверке квалификации персонала, осуществляющего управление технологическими процессами, например доменной плавкой. Цель изобретения расширение дидактических возможностей тренажера с повышением качества обучения и эффективности функционирования системы управления технологическим процессом. Тренажер позволяет оценить эффективность процесса обучения и осуществить стимулирование обучаемого на основе рассчитанных значений оценочного показателя, т. е. создать соревновательный режим взаимодействия обучаемого и оператора системы управления технологическим процессом, что повышает их заинтересованность и соответственно эффективность решения стоящих перед ними задач. Тренажер содержит блок сравнения, переключатель, пульт преподавателя, сумматор, блок памяти, блок моделирования реальных процессов, формирователи импульсов, блок оценки, сумматор, формирователи кодов, блок управления со схемными соединениями. 2 ил.

ТРЕНАЖЕР ОПЕРАТОРОВ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ, содержащий пульт преподавателя, первый выход которого соединен с управляющим входом блока памяти, второй и третий выходы с управляющим и информационным входами соответственно пульта оператора, блок отображения информации, блок сравнения, первый сумматор и переключатель, отличающийся тем, что в него введены первый и второй формирователи кодов, первый, второй и третий формирователи импульсов, блок оценки, второй сумматор, модель объекта управления и блок моделирования реальных процессов, первый информационный вход которого соединен с первым информационным входом второго формирователя кодов и первым выходом первого формирователя импульсов, второй информационный вход с вторым выходом первого формирователя импульсов и первым входом первого сумматора, первый управляющий вход блока моделирования реальных процессов соединен с четвертым выходом пульта преподавателя и управляющим входом первого формирователя кодов, третий информационный вход с первым выходом переключателя, четвертый информационный вход с одним выходом пульта оператора и вторым входом первого сумматора, второй управляющий вход с вторым выходом пульта преподавателя и первым входом блока отображения информации, пятый информационный вход блока моделирования реальных процессов соединен с одним выходом третьего формирователя импульсов и вторым входом второго сумматора, шестой информационный вход с выходом блока сравнения, седьмой информационный вход с вторым выходом переключателя, первым информационным входом блока оценки и вторым входом блока отображения информации, один выход блока моделирования реальных процессов соединен с третьим входом блока отображения информации, другой выход с четвертым входом блока отображения информации и вторым информационным входом блока оценки, управляющий вход которого подключен к третьему выходу переключателя и пятому входу блока отображения информации, входы первой группы которого соединены с выходами группы переключателя, входы второй группы с соответствующими выходами блока памяти и входами первой группы переключателя, шестой вход блока отображения информации соединен с пятым выходом пульта преподавателя и первым входом переключателя, седьмой и восьмой входы с первым и вторым выходами соответственно второго сумматора, девятый, десятый и одиннадцатый входы с третьим выходом пульта преподавателя, выходом первого сумматора и выходом блока оценки соответственно, а входы третьей группы с соответствующими выходами группы блока оценки, другой выход пульта оператора подключен к второму информационному входу второго формирователя кодов, третий выход второго сумматора соединен с информационным входом первого формирователя кодов, информационные выходы первого и второго формирователей кодов подключены к соответствующим входам модели объекта управления, информационный выход которого является выходом тренажера, синхронизирующие выходы первого и второго формирователей кодов соединены с первым и вторым информационными входами блока памяти и вторым и третьим входами переключателя соответственно, четвертый и пятый входы переключателя подключены к третьему и четвертому информационным входам блока памяти и к первому и второму выходам второго формирователя импульсов соответственно, а четвертый выход переключателя соединен с одним входом блока сравнения, другой вход которого соединен с управляющим выходом первого формирователя кодов, информационный вход второго формирователя импульсов подключен к синхровходу модели объекта управления, а первый и второй управляющие входы соответственно к шестому и седьмому выходам пульта преподавателя, восьмой и девятый выходы которого соединены соответственно с информационным и управляющим входами первого формирователя импульсов, десятый и одиннадцатый выходы пульта преподавателя с информационным и управляющим входами третьего формирователя импульсов соответственно, двенадцатый выход с восьмым информационным входом блока моделирования реальных процессов и третьим входом второго сумматора, пятый вход которого подключен к другому выходу третьего формирователя импульсов.