Тренажер оператора систем управления технологическими процессами Советский патент 1986 года по МПК G09B9/00 

дом блока 16, выход которого через инт-егратор 10 QBHSHH с входом блока 1 1 и вторым входом блока 16

Изобретение относится к тренажерам операторов систем управления.

Цель изобретения - повьшение качества обучения.

На чертеже изображена блок-схема тренажера оператора систем управления технологическими процессами.

Тренажер оператора содержит блоки запоминания натурных управлений 1, возмущений 2, заданий 3 на выходы процесса, выходных сигналов 4, пульт 5 обучаемого, блок 6 сравнения, первый ключ 7, ограничитель 8 сигнала, блок 9 сравнения, интегратор 10, блок 11 задержки, сумматор 12, блок 13 сравнения, пульт 1 преподавателя, блок 15 задания возмущений, блок 16 сравнения, дополнительный ключ 17, масштабирующий блок 18, первый переключатель 19, блок 20 отображения информации, второй переключатель 21

Блоки 1-4 запоминания реализованы с помощью многодорожечного магнитофона, блок 15 задания возмущений - с помощью однодорожечного магнитофона. Пульт 14 преподавателя содержит трехпозиционный пере- .ключатель для управления блоками 1запоминания, трехпозиционный переключатель для управления блоком 15 задания возмущений, двухпозиционный переключатель режима обучения и двухпозиционный переключатель выбора вида возмущений. Пульт 5 обучаемого содержит дистанционньп ручной задатчик управляющего воздействия и световое табло индикации обучения. Первый переключатель 19 содержит замыкгиощий ключ, размыкающий ключ и сумматор, входы которого соединены с выходами ключей, а выход является выходом переключателя. Первый вход переключателя соединен с входом замыкающего ключа, второй - с вьпсодом

сравнения. Третий выход переключателя 19 соединен с первьпч входом блока 9, 1 ил.

5

0

размыкаюш.его ключа, управляющий вход переключателя с управляющими входами ключей. Второй переключатель 21 содержит три замыкающих ключар три раз -1ыкающих ключа и три сумматора, выходы которых подключены к выходам второго переключателя .

0 Блок 20 отображений информации представлен многоканальньгм самопи- ШУЩ1-ГМ прибором или графическим тер- миналом. Ограничитель 8 сигнала реализован с помощью усилителя в режиме насыщения.

В предлагаемом тренажере имитируется система управления доменной плавкой, в частности система управления тепловым состоянием горна доменной печи и расходом кокса. За показатель теплового состояния принято содержание кремния в чугуне (выходная переменная).. Управляющими воздействиями являются изменения расхода кокса в подачу, возмущениями -влажность кокса и . содержание в нем золы„ Заданием является определенное значение содержания.кремния в чугуне, например 0,7%.

Натурные возмущения представляют собой зарегистрированные на действующей доменной печи данные о влажности кокса и его зольности. Зада- ваемьзе вoз fyщeния представляют собой видоизмененные (с учетом за5 дач обучения) те же данные. Например р к натурным данным о влажности кокса подмешиваются импульсные помехи большой амплитуды в виде выбросов, для имитации грубых оши0 бок контроля.

. -«

Б 20 тренажера отображается информация о параметрах плавки в виде графиков, образованных 5 последовательностью точек. Для дого параметра печатается свой график. При этом форма представления

5

0

информации не меняется при изменении режимов обучения.

В режиме пассивного обучения в блоке 20 отображения информации печатаются графики натурных значений содержания кремния в чугуне, расхода кокса, влажности и зольности кокса, а также натурный заданный уровень кремния,

В режиме активного обучения,при положении переключателя на пульте 14 преподавателя натурные возмущения в блоке 20 отображения информа ции печатаются графики натурных (W) значений возмущений - влажности и зольности кокса, натурного задания на содержание кремния в чугуне, графики модельных (V) управляющих воздействий-расходом кокса, которые вырабатываются обучаемым и по- лученньш в результате моделирования график значений содержания кремния в чугуне (У), а также для сравнения - график натурных значений .содержания кремния в чугуне (У).

В режиме активного обучения, при положении переключателя вида возмущений на пульте 14 преподавателя заданные возмущения, в блоке,20 отображения информации печатаются график натурного задания на содержа ние кремния и в чугуне, графики заданных возмущений (W) о влажности кокса и его зольности, отли- чающиеся от натурных возмущения (w) графики модельных (V ) управляющих воздействий расходом кокса,выработанных обучаемым, и полученный в ходе моделирования график значений содержания кремния в чугуне (У). Кроме того, регистрируется график натурных значений содержания кремния в чугуне (у).

Таким образом, можно считать, чт в предлагаемом тренажере оператора им ется три режима представления информации - по числу режимов обучения:пассивное обучение, активное обучение при натурных возмущениях, активное обучение при заданных возмущениях.

Обучаемому представляется скор- ректированньй на величину вькодной сигнал Y натурного объекта, в данном случае - содержания кремния в чугуне. Этот сигнал Y -ЛУ является реакцией моделируемой системы на управляющие воздействия обучаемого и на изменение заданных

2085714

возмущений относительно их натурных значений. Другими словами, корректировка натурного выходного сигнала показывает, что было бы на до- 5 менной печи, если управляющие воздействия изменяются на величину (V - V ) а возмущения - на величину (W - W), где V и V -соответственно н атурные управления и управ-- 10 ления обучаемого; W и W -натурные и заданные возмущения.

Действия обучаемого при изменении ,,м

Y определяются характером этого изменения и технологическими инструк(5 циями по ведению доменной плавки.

Действия преподавателя при работе с предлагаемым тренажером (как технической системой) заключаются в выборе режима обучения с помощью

2Q переключателя режима работы на пульте 14 и вида возмущений с помощью переключателя вида возмущения на пульте 14, а также в установке начала натурного участка данных с помощью трехпозиционного переключате-

ля на пульте 14. Действий обучаемо- го в режиме пассивного обучения заключаются в наблюдении за графиками данных на блоке 20 отображения информации, а в режиме активного обучения - минипуляции задатчи- ком управляющего воздействия на пульте 5 обучаемого.

Обучение с использованием тренажера осуществляется в двух режимах. В первом режиме (режиме пассив кого обучения) обучаемому представляют характерные производст-- венные (натурные)ситуации с соответствующими натурными управляющими

решениями. Информация о производственных ситуациях заранее записьгаается в блоки запоминания натурных управлений 1, возмущений 2, заданий 3 на выходы процесса и выходных сиг- налов 4. В этом случае преподаватель на пульте 14 ставит переключатель режима работы в положение Пассивное обучение и на пульте 4 обучаемого высвечивается соответствующее

50 табло, при этом ключ 7 размыкается, чтобы сигнал не поступал в схему моделирования процесса, а переключатель 21 соединяет со своими выходами второй, четвертый и пятый входы.

55 Преподаватель с помощью трехпозиционного переключателя управления блоками запоминания на пульте 14 преподавателя задает требуемую про30

5.

изводственную ситуацию, динамика которой отображается на блоке 20 отображения информации.

После проведения первой стадии обучения в режиме наблюдения реали- зуется режим активного обучения с назначением обучаемым управляющих воздействий и моделированием соответствующих этим воздействиям выходов управляемого процесса, С этой целью преподаватель на пульте 14 ус танавлцвает переключатель (ма ра боты в положение Активное обучение При этом на пульте 5 обучаемого высвечивается соотве-тствующее табло, ключ 7 замыкается, а переключатель 21 соединяет со своими выходами первый, третий и шестой входы, С помощью трехпозиционного переключателя пульта 14 преподавателя в блоках 1-4 запоминания преподавателем устанавливается начало требуемого участка производственного режима. В тренажере оператора предусмотрено обучение при запомненных в блоке 2 запоминания натурных возмущениях или записанных в блоке 15 задания возмущений. В первом случае двухпозиционный переключатель вида возмущений на пульте 14 преподавателя устанавливается в полжение Натурные возмущения, вследсвие чего ключ 17 размыкается, и переключатель 19 соединяет свой первьй вход с выходом. При обучении с заданными возмущениями двухпозиционный переключатель гида возмущений устанавливается в положение Заданные возмущения. При этом ключ 17 замыкается, переключатель 19 соединяет свой второй вхо с выходом. Кроме того, с помощью трехпозиционного переключателя для управления блоком 15 задания возмущений устанавливается начало участка требуемого возмущения в блоке 15 задания возмущений.

Обучаемый оператор на основе анализа состояния процесса, которое отображается на блоке 20 отображения информации, вырабатывает управляющее воздействие V на пульте 5 обучаемого, сигнал с выход которого вычитается в блоке 6 сравнения из выходного сигнала напряжения V блока 1 запоминания натурных управлений, зарегистрированных на натурно действующем объекте,

208571.6

например доменной печи Сигнал о полученной разности М через замкнутый ключ 7 поступает на огранипроверка сигнала AV на ограничения, выбираемые из условия работоспособности модели канала регулирования. Канал регулирования представлен моделью в виде последовательно соединенных инерционного звена первого порядка и звена запаздывания. Такие модели удовлетворительно описывают в приращениях к фактическим режимам функционирования каналы регулирования многих промышленных объектов, в частности черной металлургии. Модель канала регулирования реализована с помощью блока 9 сравнения, интегратора 10 и блока 11 задержки, В

блоке 9 сравнения выходной сигнал интегратора 10 вычитается из выходного сигнала ограничителя 8 и поступает на вход интегратора 10, Выходной сигнал интегратора 10 задерживается в блоке 11 задержки на интервал времени запаздывания канала регулирования и поступает на первьш вход сумматора 12, где алгебраически суммируется с выходным сигналом масштабирующего блока 18 о

5

Q

5

0

5

корректировке д Y выхода процесса по приращению контролируемого воз- мутцения.

Сигнал о , получается при обучении с заданным возмущением. Сигнал о заданном возмущении W с выхода блока 15 задания возмущений вычитается во втором блоке 16 сравнения из выходного сигнала W блока 2 запоминания натурных возмущений и поступает через замкнутый ключ 17 на масштабирующий блок 18, где умножается на коэффициент К пересчета приращений возмущения в приращении выхода процесса. Если же обучение производится при натурных возмущениях, то ключ 17 размыкается

и на второй вход сумматора 12 поступает сигнал нулевого значения.

На выходе сумматора 12 получается сигнал о корректировке iY выходного сигнала процесса

AY(t)F, V(t)-V (t)(t)-W(t) ,

где F о - модель канала регулирования;V(t) и

V (t) - натурное и модельное

(вырабатываемое обучаК,., -

и }

W(t)

nt)

емым) управляющие воздействия;

коэффициент пересчета приращений воз гущений в приращения выходов;

задаваемые

натурные и возмущения.

Сигнал о йУ- вычитается в блоке 1 сравнения из выходного сигнала блока 4 запоминания натурных выходов У процесса. В результате получается сигнал о модельном выходе У

упсоответствует

ттМ

равляющим воздействиям V обучаемопроцесса, который равляющим

го. На блок 20 отображения информации поступают через переключатель 2 сигналы V (с выхода пульта 5 обучаемого) , У (с выхода четвертого блока 13 сравнения), о У ( с выхода блока 4 запоминания натурных выходов процесса), W или W (в зависимости от выбранного режима с выхода переключателя 19). На блок 20 отображения информации поступает также выходной сигнал блока 3 запоминания заданий на выходы процесса. Таким образом, в блоке 20 отображается весь режим управления обучаемого и для сравнения натурные выходы процесса. Формула изобре

тени

Тренажер оператора систем управления технологическими процессами, со держащий пульт преподавателя, соединенный первым выходом с входом пульта обучаемого и первым входом .ключа, подключенного выходом к входу ограничителя сигнала, блок задания возмущений, связанный входом с вторым выходом пульта преподавателя, и блок отображения информации, о т- личающийся тем, что, с целью повьшения качества обучения, в него введены блоки запоминания натурных управлений, возмущений, заданий и выходных сигналов, блоки сравнения, интегратор, сумматор, блок задержки, масштабирующий блок, пеСоставител

Редактор А.Ревин Техред л.Микеш

291/59 Тираж 456Подписное

ВНРОШИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ШШ Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

2085718

реключатели и дополнительный ключ, при этом третий выход пульта преподавателя соединен с входами блоков запоминания натурных управлений, возмущений, заданий и выходных сигналов, четвертый выход пульта преподавателя соединен с первыми входами дополнительного ключа и первого переключателя,вы- .

10 ход которого связан с первым входом второго переключателя, соединенного выходами с первыми входами блока отображения информации, подключенного вторым входом к выходу

J5 блока запоминания натурных заданий, выходы блоков запоминания натурных управлений, возмущений и выходных сигналов соединены с первыми входами первого, второго и тре20 тьего блоков сравнения и, соот5

0

5

0

5

ветственно, с вторым, третьим и чeтвepты { входами второго переключателя, соединенного пятым входом с входом пульта обучаемого, выход KOTciporo соединен с шестьм входом второго переключателя и вторым входом первого блока сравнения, подключенного выходом к второму входу ключа, выход блока задания возмущений связан с вторым входом первого переключателя и вторым входом второго блока сравнения, соединенного выходом с вторым входом дополнительного ключа, который выходом через масштабирующий блок соединен с первым входом сумматора, второй вход которого связан с выходом блока задержки, а выход подключен к второму входу третьего блока сравнения, соединенного выходом с седь- мым входом второго переключателя, выход ограничителя сигналов соединен с первым входом четвертого блока сравнения, ВЬЕХОД которого через интегратор сйязан со входом блока задержки и вторым входом четвертого блока сравнения, причем третий вход первого переключателя соединен с первым входом второго блока сравнения. .Алексанов

Корректор Е.Сирохман

Изобретение позволяет повысить качество обучения. Пульт 14 преподавателя соединен первым выходом с входом пульта 5 обучаемого и с первым входом ключа 7, подключенного выходом к входу ограничителя 8 сигналов. Блок 15 задания возмущений связан входом с вторым выходом пульта 14, третий выход которого соеди нен с входами блоков запоминания 1, возмущений 2, заданий 3 и выходных сигналов 4. Четвертый выход . пульта 14 соединен с первыми вьгходами дополнительного ключа 17 и первого переключателя 19, выход кото- рого связан с первым входом второго переключателя 21, соединенного с выходами блока 20 отображения информации, который подключен вторым входом к выходу блока 1. Выходы блоков 1,15 и 4 соединены с первыми выходами блоков 6,9,13 сравнения и соответственно с вторым, третьим и четвертым входами переключателя 21, соединенного пятым входом с входом пульта 5, выход которого соединен с ше.стым входом переключателя 21 и вторым входом блока 9, подключенного выходом к второму входу ключа 7. . Выход блока 15 связан с вторым входом переключателя 19 и входом блока 9, соединенного выходом с вторым входом ключа 17, которьй через масштабирующий блок 18 соединен с первым входом сумматора 12, второй вход которого связан с выходом блока 11 задержки, а выход подключен к второму входу блока 13, соединенного выходом с седьмым входом переключателя 21. Выход ограничителя 8 соединен с первым вхо(/)