СИСТЕМА ИНТЕРАКТИВНОГО ОБУЧЕНИЯ Российский патент 2017 года по МПК G09B9/00 

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

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

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

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

Недостатком тренажера является его узкая специализация.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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