Комплексный рекурсивно-идентификационный тренажер (КРИТ-2) с автоматизированной настройкой системы управления для подготовки эксплуатационного персонала энергообъекта Российский патент 2019 года по МПК G09B9/00 

Изобретение относится к средствам подготовки оперативного персонала энергетического оборудования, а также персонала, выполняющего ремонт и техобслуживание технологического (энергетического) оборудования, персонала выполняющего настройку и оптимизацию системы управления энергетическим оборудованием (АСУТП).

Прототипом заявленного технического решения является устройство подготовки эксплуатационного персонала энергетического оборудования, известное из патента RU 2611669 С1 (опубл. 28.02.2017). Устройство подготовки эксплуатационного персонала энергетического оборудования представляет собой рассредоточенную информационно-управляющую систему тренинга, содержащее группу рабочих мест тренинга оперативного персонала, группу рабочих мест тренинга неоперативного персонала, соединенных с соответствующими входами соответствующих сетевых коммутаторов, ЭВМ расчета модели оборудования, ЭВМ рабочего места управления тренингом, соединенных с соответствующими входами основного коммутатора, соединенного с остальными сетевыми коммутаторами, отличающееся тем, что дополнительно содержит ЭВМ базы данных автоматизированной системы управления технологических процессов (АСУТП), соединенную с блоками моделирования и основным коммутатором, ЭВМ базы данных предупредительной сигнализации, соединенную с блоком предупредительной сигнализации и с основным коммутатором, блок ранней диагностики аварийной ситуации, соединенный с модулями обработки и коммутации результатов моделирования и блоками управления моделью и блоком учебно-методического обеспечения, блок предварительной индексации качества топлива, соединенный с модулем защит и блокировок, базой данных АСУТП и блоком управления моделью, блок обучения персонала техобслуживания и ремонта, соединенный с блоком управления моделью и модулем обработки и коммутации результатов моделирования, модуль телефонных переговоров, соединенный с блоком учебно-методического обеспечения и модулем обработки и коммутации результатов моделирования, соединенным посредством сети коммутаторов с рабочими местами тренинга технического и ремонтного персонала, блок моделирования аварийных ситуаций, соединенный с блоком обработки и коммутации результатов моделирования и модулем защит и блокировок, модуль защит и блокировок, соединенный с модулем моделирования аварийных ситуаций и модулями теплотехнического, тепломеханического, гидравлического, аэродинамического, электротехнического моделирования и модулем моделирования химводоочистки, которые соединены с базой данных АСУТП и модулем обработки и коммутации результатов моделирования, модуль пошаговых программ, соединенный с модулями обработки и коммутации результатов моделирования и блоком управления моделью.

С точки зрения теории моделирования объектов управления возможность законченного синтеза практически жизнеспособных алгоритмов функционирования контроллеров и регуляторов непосредственно по априорной модели объекта сомнительна уже из-за противоречивости самой постановки задачи идентификации объекта (системного парадокса модели объекта). Кроме того, техническая реализация результатов синтеза обычно связана с появлением ряда неучтенных факторов, которые могут потребовать существенной корректировки получаемых результатов.

Это заставляет разделять процедуру синтеза на два этапа, выполняемых во время проектирования системы и во время ввода ее в эксплуатацию на действующем объекте.

В свою очередь этап проектирования должен содержать:

- выдвижение гипотезы о структуре закона управления;

- расчет оптимальных параметров выбранной структуры;

- разработку алгоритмов адаптации для завершения с их помощью процедуры синтеза на этапе ввода системы в действие, а также для коррекции настройки во время последующей эксплуатации при непредвиденном изменении свойств объекта.

Системный парадокс модели объекта состоит в том, что принципиально невозможно сформулировать критерий приближения к реальному объекту его модели, по которой будет синтезироваться алгоритм управления или регулирования, если неизвестен этот алгоритм.

Выход из вышеуказанной ситуации заключается в переходе к итерационной процедуре синтеза, в рамках которой синтез алгоритма по априорной модели объекта является только первым шагом. Остальные шаги движения к оптимуму выполняются непосредственно на реальном объекте при вводе и после ввода системы в действие.

Необходимость на этапе проектирования предварительного выдвижения гипотезы о структуре алгоритма управления определяется тем, что исходная модель объекта может быть достаточно хорошо аппроксимирована (с субъективной точки зрения проектировщика и произвольно принимаемого им критерия приближения) большим числом аналитических выражений. Может быть получено столько же оптимальных алгоритмов управления и регулирования, причем не исключено, что многие из них будут физически или технически нереализуемы.

С учетом приведенных теоретических предпосылок недостатки прототипа следующие: на представленном в качестве прототипа устройстве невозможно проводить настройку структуры модели объекта управления с целью оптимизации алгоритмов автоматизированного управления.

Заявленная группа технических решений направлена на повышение эффективности управления энергетическим объектом путем настройки системы управления с использованием результатов моделирования энергетического объекта в модели тренажерно-аналитического комплекса. Этот результат обеспечивается за счет того, что устройство подготовки эксплуатационного персонала энергетического оборудования представляет собой рассредоточенную информационно-управляющую тренажерно-аналитического комплекса, включающую блоки моделирования энергетического объекта соединенных с соответствующими входами сетевых коммутаторов, ЭВМ базы данных АСУТП, ЭВМ расчета модели, ЭВМ базы данных предупредительной сигнализации соединенных с соответствующими входами основного сетевого коммутатора. Устройство также включает рабочее место управления тренингом соединенное с соответствующим входом сетевого коммутатора, энергетический объект управления и АСУТП объекта управления. Для устранения этого недостатка в схему прототипа добавлены блоки передатчика-прерывателя, вариатора, анализатора, корректора, интегратора, ограничителя допусков, определения статических характеристик объекта регулирования, определения динамических характеристик объекта регулирования, оптимизации настроек, обеспечивающие оптимизацию алгоритмов автоматизированной системы управления.

На фигуре 1 показана техническая структура заявленного устройства:

поз. 1 - группу рабочих мест тренинга оперативного персонала,

поз. 2 - группу рабочих мест тренинга технического персонала,

поз. 3 - группу рабочих мест тренинга неоперативного персонала,

поз. 4 - группу рабочих мест ремонтного персонала,

поз. 5 - рабочее место управления тренингом (станция инструктора),

поз. 6-10 - сетевые коммутаторы,

поз. 11 - модуль обработки и коммутации результатов моделирования,

поз. 12 - модуль теплотехнического моделирования,

поз. 13 - модуль тепломеханического моделирования,

поз. 14 - модуль гидравлического моделирования,

поз. 15 - модуль аэродинамического моделирования,

поз. 16 - модуль электротехнического моделирования,

поз. 17 - модуль моделирования химводоочистки,

поз. 18 - модуль предупредительной сигнализации,

поз. 19 - модуль защит и блокировок,

поз. 20 - модуль пошаговых программ,

поз. 21 - модуль телефонных переговоров,

поз. 22 - модуль сценариев тренировок,

поз. 23 - блок ранней диагностики аварийной ситуации с масштабированием времени,

поз. 24 - блок предварительной индексации качества топлива,

поз. 25 - блок моделирования аварийных ситуаций,

поз. 26 - блок учебно-методического обеспечения УМО,

поз. 27 - блок обучения персонала техобслуживания и ремонта,

поз. 28 - ЭВМ базы данных АСУТП,

поз. 29 - блок управления моделью,

поз. 30 - ЭВМ расчета модели объекта (сервер),

поз. 31 - ЭВМ базы данных предупредительных сигнализаций,

поз. 32 - блок передатчика прерывателя,

поз. 33 - блок вариатора,

поз. 34 - блок анализатора,

поз. 35 - блок корректора,

поз. 36 - блок интегратора,

поз. 37 - блок ограничителя допусков,

поз. 38 - АСУТП объекта управления,

поз. 39 - объект управления,

поз. 40 - блок определения статических характеристик объекта регулирования,

поз. 41 - блок определения динамических характеристик объекта регулирования,

поз. 42 - блок оптимизации настроек.

Технический результат заявленной группы изобретений заключается в повышении эффективности управления энергетическим объектом путем настройки системы управления с использованием результатов моделирования энергетического объекта в модели тренажера.

Таким образом заявленный технический результат достигается посредством заявленной группы технических решений, включающей устройство подготовки эксплуатационного персонала энергетического оборудования и способ оптимизации алгоритмов автоматизированной системы управления. Заявленное устройство подготовки эксплуатационного персонала энергетического оборудования представляет собой рассредоточенную информационно-управляющую систему тренинга, содержащее группу рабочих мест тренинга оперативного персонала (см. поз. 1), группу рабочих мест тренинга неоперативного персонала (см. поз. 3), соединенных с соответствующими входами соответствующих сетевых коммутаторов (см. поз. 6-10), ЭВМ расчета модели оборудования (см. поз. 30), ЭВМ рабочего места управления тренингом (см. поз. 5), соединенных с соответствующими входами основного коммутатора (см. поз. 10), соединенного с остальными сетевыми коммутаторами, отличающееся тем, что дополнительно содержит ЭВМ базы данных автоматизированной системы управления технологических процессов (АСУТП) (см. поз. 28), соединенную с блоками моделирования (см. поз. 25) и основным коммутатором (см. поз. 10), ЭВМ базы данных предупредительной сигнализации (см. поз. 31), соединенную с блоком предупредительной сигнализации (см. поз. 18) и с основным коммутатором (см. поз. 10), блок ранней диагностики аварийной ситуации (см. поз. 23), соединенный с модулями обработки и коммутации результатов моделирования (см. поз. 11) и блоками управления моделью (см. поз. 29) и блоком учебно-методического обеспечения (см. поз. 26), блок предварительной индексации качества топлива (см. поз. 24), соединенный с модулем защит и блокировок (см. поз. 19), базой данных АСУТП (см. поз. 28) и блоком управления моделью (см. поз. 29), блок обучения персонала техобслуживания и ремонта (см. поз. 27), соединенный с блоком управления моделью (см. поз. 29) и модулем обработки и коммутации результатов моделирования (см. поз. 11), модуль телефонных переговоров (см. поз. 21), соединенный с блоком учебно-методического обеспечения (см. поз.26) и модулем обработки и коммутации результатов моделирования (см. поз.11), соединенным посредством сети коммутаторов (см. поз. 6-10) с рабочими местами тренинга технического (см. поз. 2) и ремонтного персонала (см. поз. 4), блок моделирования аварийных ситуаций (см. поз. 25), соединенный с блоком обработки и коммутации результатов моделирования (см. поз. 11) и модулем защит и блокировок (см. поз. 19), модуль защит и блокировок (см. поз. 19), соединенный с модулем моделирования аварийных ситуаций (см. поз. 25) и модулями теплотехнического (см. поз. 12), тепломеханического (см. поз. 13), гидравлического (см. поз. 14), аэродинамического (см. поз. 15), электротехнического моделирования (см. поз. 16) и модулем моделирования химводоочистки (см. поз. 17), которые соединены с базой данных АСУТП (см. поз. 28) и модулем обработки и коммутации результатов моделирования (см. поз. 11), модуль пошаговых программ (см. поз. 20), соединенный с модулями обработки и коммутации результатов моделирования (см. поз. 11) и блоком управления моделью (см. поз. 29), при этом заявленное устройство содержит блок передатчика-прерывателя (см. поз. 32), блок вариатора (см. поз. 33), блок анализатора (см. поз. 34), блок корректора (см. поз. 35), блок интегратора (см. поз. 36), блок ограничителя допусков (см. поз. 37), блок определения статических характеристик объекта регулирования (см. поз. 40), блок определения динамических характеристик объекта регулирования (см. поз. 41), блок оптимизации настроек (см. поз. 42).

Способ оптимизации алгоритмов автоматизированной системы управления заключается в том, что результаты моделирования поступают из модуля обработки и коммутации моделирования (см. поз. 11) в основной сетевой коммутатор (см. поз. 10), далее в блок передатчик-прерыватель (см. поз. 32), после попадают в вариатор (см. поз. 33), результаты функционировании объекта управления (см. поз. 39), собираемые АСУТП объекта управления (см. поз. 38), через основной сетевой коммутатор (см. поз. 10), поступают в блок передатчик-прерыватель (см. поз. 32) и передаются на вход анализатора (см. поз. 34), через блоки определения статических (см. поз. 40) и динамических (см. поз. 41) характеристик объекта регулирования, причем на второй вход анализатора (см. поз. 34), подаются измененные результаты моделирования с вариатора (см. поз. 33), результаты анализа подаются на вход блока корректора (см. поз. 35), и на вход интегратора 36, после чего на выход интегратора через ограничитель допусков (см. поз. 37) подаются на второй вход корректора (см. поз. 35), корректор (см. поз. 35) на основе данных на входах выдает корректирующие импульсы в блок управления моделью (см. поз. 29), что производит необходимые изменения в процессе моделирования. Изменения вносимые вариатором (см. поз. 33), передаются через блок оптимизации настроек (см. поз. 42) в АСУТП объекта управления (см. поз. 38) через блок передатчика-прерывателя (см. поз. 32) и основной сетевой коммутатор и используются для внесения изменений в структуру модели управления и для оптимизации алгоритмов автоматизированного управления энергетическим объектом. Для прерывания процесса оптимизации в блоке передатчика-прерывателя (см. поз. 32) предусмотрен механизм прерывания передачи корректирующих воздействий в АСУТП объекта управления (см. поз. 38).

Технический результат достигается посредством устройства моделирующего режимы работы энергетического управления и передающего результаты моделирования на входы системы управления АСУТП для дальнейшей ее настройки и оптимизации.

Устройство может работать в режиме оперативной работы, в режиме обучения или в режиме настройки структуры модели объекта управления и оптимизации алгоритмов автоматизированной системы управления. Этим обеспечивается возможность реализации комплексного подхода профессиональной подготовки персонала и возможность настройки параметров регулирования для преодоления системного парадокса Ротача.

Изобретение относится к средствам подготовки оперативного персонала энергетического оборудования, а также персонала, выполняющего ремонт и техобслуживание технологического оборудования, персонала выполняющего настройку и оптимизацию системы управления энергетическим оборудованием (АСУТП). Устройство подготовки эксплуатационного персонала энергетического оборудования представляет собой рассредоточенную информационно-управляющую систему тренинга. Система содержит группу рабочих мест тренинга персонала и ЭВМ разного рода, соединенных с блоками системы. При этом заявленная система содержит блок передатчика-прерывателя, блок вариатора, блок анализатора, блок корректора, блок интегратора, блок ограничителя допусков, блок определения статических характеристик объекта регулирования, блок определения динамических характеристик объекта регулирования, блок оптимизации настроек. Повышается эффективность обучения. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство подготовки эксплуатационного персонала энергетического оборудования, представляющее собой рассредоточенную информационно-управляющую систему тренинга, содержащее группу рабочих мест тренинга оперативного персонала, группу рабочих мест тренинга неоперативного персонала, соединенных с соответствующими входами соответствующих сетевых коммутаторов, ЭВМ расчета модели оборудования, ЭВМ рабочего места управления тренингом, соединенных с соответствующими входами основного коммутатора, соединенного с остальными сетевыми коммутаторами, отличающееся тем, что дополнительно содержит ЭВМ базы данных автоматизированной системы управления технологических процессов (АСУТП), соединенную с блоками моделирования и основным коммутатором, ЭВМ базы данных предупредительной сигнализации, соединенную с блоком предупредительной сигнализации и с основным коммутатором, блок ранней диагностики аварийной ситуации, соединенный с модулями обработки и коммутации результатов моделирования и блоками управления моделью и блоком учебно-методического обеспечения, блок предварительной индексации качества топлива, соединенный с модулем защит и блокировок, базой данных АСУТП и блоком управления моделью, блок обучения персонала техобслуживания и ремонта, соединенный с блоком управления моделью и модулем обработки и коммутации результатов моделирования, модуль телефонных переговоров, соединенный с блоком учебно-методического обеспечения и модулем обработки и коммутации результатов моделирования, соединенным посредством сети коммутаторов с рабочими местами тренинга технического и ремонтного персонала, блок моделирования аварийных ситуаций, соединенный с блоком обработки и коммутации результатов моделирования и модулем защит и блокировок, модуль защит и блокировок, соединенный с модулем моделирования аварийных ситуаций и модулями теплотехнического, тепломеханического, гидравлического, аэродинамического, электротехнического моделирования и модулем моделирования химводоочистки, которые соединены с базой данных АСУТП и модулем обработки и коммутации результатов моделирования, модуль пошаговых программ, соединенный с модулями обработки и коммутации результатов моделирования и блоком управления моделью, дополнительно содержит блок передатчика-прерывателя, блок вариатора, блок анализатора, блок корректора, блок интегратора, блок ограничителя допусков, блок определения статических характеристик объекта регулирования, блок определения динамических характеристик объекта регулирования, блок оптимизации настроек.

2. Способ оптимизации алгоритмов автоматизированной системы управления, заключающийся в том, что результаты моделирования поступают из модуля обработки и коммутации моделирования в основной сетевой коммутатор, далее в блок передатчик-прерыватель, после попадают в вариатор, результаты функционирования объекта управления, собираемые АСУТП объекта управления, через основной сетевой коммутатор, поступают в блок передатчик-прерыватель и передаются на вход анализатора, через блоки определения статических и динамических характеристик объекта регулирования, причем на второй вход анализатора подаются измененные результаты моделирования с вариатора, результаты анализа подаются на вход блока корректора и на вход интегратора, после чего на выход интегратора через ограничитель допусков подаются на второй вход корректора, корректор на основе данных на входах выдает корректирующие импульсы в блок управления моделью, что производит требуемые изменения в процессе моделирования, далее изменения вносимые вариатором, передаются через блок оптимизации настроек в АСУТП объекта управления через блок передатчика-прерывателя и основной сетевой коммутатор и используются для внесения изменений в структуру модели управления и для оптимизации алгоритмов автоматизированного управления энергетическим объектом, при этом для прерывания процесса оптимизации в блоке передатчика-прерывателя предусмотрен механизм прерывания передачи корректирующих воздействий в АСУТП объекта управления.