Тренажер оператора систем управления Советский патент 1991 года по МПК G09B9/00 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к техническим средствам обучения операторов систем управления.

Целью изобретения является расширение дидактических возможностей тренажера за счет обеспечения обработки навыков последовательного включения технологического оборудования.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого тренажера; на фиг. 2 - пример реализации блока включения технологического оборудования, регистра последовательности выполняемых операций и блока индикации; на фиг. 3 - реализация сдвигающего регистра; на фиг. 4 - пример выполнения компаратора и формирователя импульсов; на фиг. 5 - схема алгоритма работы блока моделирования реальных процессов; на фиг. 6 - схема алгоритма анализа состояния технологического оборудования. Тренажер оператора систем управления содержит пульт оператора (на фиг. 1 не показан), включающий блок 1 ввода начальных условий и блок 2 задания управляющих воздействий, блок 3 предъявления информации, блок 4 моделирования реальных процессов, блоки 5-7 задания нормативов, входящие в состав пульта оператора, блок 8 оценок, первый триггер 9, блоки 10-12

О

VI о ел ю о

ю

компараторов, первый и второй элементы И 13, 14, регистр 15 сдвига, третий элемент И 16, первый формирователь 17 импульсов, счетчик 18 импульсов, второй формирователь 19 импульсов, блок 20 управления, третий формирователь 21 импульсов, второй триггер 22, блок 23 включения технологического оборудования, входящий в пульт оператора, первый элемент ИЛИ 24, регистр 25 последовательности выполняемых операций, блок 26 индикации, входящий в пульт оператора, сдвигающий регистр 27, компаратор 28, второй элемент ИЛИ 29, четвертый формирователь 30 импульсов и третий элемент ИЛИ 31.

Тренажер работает следующим образом.

Перед началом тренировки обучаемому задается технологическая цель управления. Применительно к сталеплавильному переделу, например кислородно-конверторному процессу, целью управления является получение стали с требуемыми химическим составом и температурой металла в заданное время. Предварительно с помощью блока 1 в блок 4 вводятся необходимые исходные данные (начальный химсостав металла - содержание углерода, серы, фосфора, температура металла). Затем производится установка нормативов. Так, в блоке 7 задаются ограничения на текущие значения технологических параметров (содержание FeO в шлаке, температура охлаж- дающей воды и др.), которые могут превышаться в ходе процесса над заданными, в блоке 6 - ограничения на итоговые комплексные оценки (стоимость затраченных материалов, интегральные оценки отклонений от графиков нагрева и обезуглероживания металла и т. д.) в блоке 5 - целевые ограничения (верхние и нижние пределы по химсоставу и температуре металла, длительность плавки).

До запуска процесса моделирования по выходам блоков 10, 11 компараторов сформированы единичные уровни, триггер 22 также установлен в единичное состояние, в регистре 15 во всех разрядах установлены нули соответственно, содержимое счетчика 18 также равно нулю, что является признаком (кодом) начального масштаба моделирования. Перед началом моделирования технологическое оборудование (маслостан- ция, дымосос, циркуляционный насос и др.) выключено, поэтому триггеры регистров 25 и 27 находятся в нулевом состоянии, что соответствует отсутствию свечения свето- диодов блока 26. На выходе компаратора 28 также нулевой уровень сигнала.

Запуск процесса моделирования осуществляется нажатием кнопки Пуск в пульте оператора. Затем обучаемый должен в определенной последовательности вклю- чить технологическое оборудование посредством нажатия соответствующих кнопок блока 23. При этом возможны две ситуации.

1.Обучаемый правильно реализует последовательность включения технологиче0 ского оборудования. В этом случае в регистры 25 и 27 записываются одинаковые коды, в результате сравнения которых компаратор 28 остается в нулевом состоянии. Последовательность включения технологи5 ческого оборудования индицируется посредством последовательной засветки светодиодов блока 26. При правильном включении технологического оборудования осуществляется дальнейшая реализация ал0 горитма моделирования технологического процесса.

2.Обучаемый неправильно выполняет включение технологического оборудования, т. е. нажатие кнопок осуществляется кя в

5 заданной последовательности. В этом случае в регистры 25 и 27 записываются разные коды (например, если первое включение было правильным, то в регистрах 25,27 хранятся коды 1000 и 1000, при втором включении

0 обучаемый ошибочно нажал вместо второй кнопки четвертую, соответственно этому в регистре 27 запишется код 1100, а в регистре 25 - 1000, поскольку нет разрешения от третьего триггера регистра 25 на включение

5 четвертого). Следовательно, в случае неправильной последовательности нажатия кнопок в регистре 25 будет всегда больший код, чем в регистре 27. При сравнении разных кодов компаратор 28 переходит из нулевого

0 состояния в единичное, в результате чего формирователь 30 вырабатывает сигнал нулевого уровня, устанавливающий регистры 25 и 27 в исходное состояние. Нарушение последовательности включения кнопок фик5 сируется посредством светодиодов блока 26, т. е. по их состоянию можно оценить, на каком этапе произошла ошибка. При ошибочной последовательности включения технологического оборудования обучаемый

0 должен снова повторить эти операции, и так до тех пор, пока не будет реализована правильная последовательность включения технологического оборудования. Число ошибок при выполнении этих операций фик5 сируется блоком 4 и отображается посредством блока 3.

Дальнейшая работа тренажера осуществляется следующим образом.

С помощью блока 2 обучаемый задает значения интенсивности кислородного

дутья и положения фурмы. В соответствии с алгоритмом функционирования блока 4 осуществляется в ЭВМ воспроизведение технологического процесса (кислородно- конверторной плавки), в рамках которого реализуются ввод значений управляющих воздействий, решение уравнений, описывающих поведение моделируемого процесса, расчет экономических оценок и вывод текущих результатов на блоки 3, 10 - 12.

Обучаемый, пользуясь информацией блока 3, воздействует с помощью блока 2 на технологический объект управления, представленный в виде блока 4, так, чтобы перевести его из исходного состояния в конечное, определяемое целью управления. В течение цикла моделирования блоком 12 осуществляется непрерывное сравнение текущих значений важных технологических параметров с заданными в блоке 7 ограничениями. Для рассматриваемого примера такими параметрами являются температура РОДЫ,подаваемой на охлаждение фурмы, и давление отходящих из полости конвертора газов. При выходе хотя бы одного из них за пределы ограничений, даже на непродолжительное время, сигнал с соответствующей схемы сравнения блока 12 компараторов в виде логического нуля поступает на один из входов элемента И 14. В результате на его выходе формируется нулевой уровень напряжения, устанавливающий триггер 22, а соответственно и элемент И 14 в нулевое состояние. В ходе цикла моделирования сигналы об итоговых комплексных оценках, рассчитываемые блоком 8 а также сигналы о химсоставе, температуре металла, длительности плавки, поступающие на входы блоков 11 и 10, сравниваются с нормативными их значениями, заданными блоками 5 и 6 соответственно. По завершении цикла моделирования обучаемый нажимает кнопку Останов блока 20, в результате чего на его выходах формируется два сигнала. Первый из них, сформированный в момент нажатия кнопки, является синхронизирующим для регистра 16. При наличии этого импульса осуществляется запись информации, поступающей с выхода элемента И 14, в первый разряд регистра 15, а в последующих циклах моделирования - сдвиг предыдущей информации в старший разряд и запись новой - в младший разряд.

Второй сигнал, вырабатываемый блоком 20 в момент отпускания кнопки Останов, поступает на вход формирователя 21 и устанавливает триггер 22 в единичное состояние, а также через элементы ИЛИ 29,31 обеспечивает обнуление регистров 25, 27.

Если в момент останова процесса моделирования хотя бы одно из ограничений, заложенных в блоках 10-12, было превышено, то на выходе соответствующего из

них появляется нулевой уровень напряжения и на выходе элемента И 14 также формируется логический нуль. Если все ограничения выполнены, то на выходе элемента И 14 появляется сигнал логической

0 единицы. При нажатии кнопки Останов блока 20, что имеет место по окончании цикла моделирования, информация с выходов элемента И 14 переписывается в регистр 15. Таким образом, в зависимости от того,

5 выполнено или не выполнено задание в рамках технологического цикла, в регистр 15 записывается единица или нуль.

При условии выполнения задания на определенном количестве плавок подряд (это

0 количество задается числом входов элемента И 16), что выражается в появлении на выходе регистра 15, выдающего информацию в параллельном коде, соответствующего числа единиц (по числу входов элемента

5 И 16, элемент И 16 формирует на своем выходе единичный уровень, который в виде бита информации записывается в счетчик 18 и одновременно поступает в формирователь 17, сбрасывающий триггеры регистра

0 15 в нулевое состояние. При этом в счетчик 18 записывается код нового масштаба моделирования, большего, чем на предыдущем этапе обучения. Этот код поступает в блоки 3 и 4. При этом переход на новый масштаб

5 времени осуществляется лишь при условии, что обучаемый при включении технологического оборудования не допускает ошибок.

С нажатием кнопки Пуск блока 20 начинается новый этап работы обучаемого в

0 условиях другого масштаба времени, который продолжается до тех пор, пока не будет выполнено требование безошибочного выполнения задания на принятом количестве технологических циклов. В случае его вы5 полнения вновь срабатывает элемент И 16, счетчик 18 изменяет свое состояние и формирует код нового масштаба времени, например, теперь уже ускоренного, что обеспечивает отработку навыков в условиях

0 дефицита времени. В дальнейшем рассмотренный цикл может повторяться. Количество циклов зависит от принятого числа вариантов масштаба времени, определяемого, в частности, особенностями техноло5 гического объекта управления, задачами обучения и т. п.

По окончании обучения с помощью кнопки Сброс блока 20 счетчик 18 обнуляется, и устройство приходит в исходное состояние.

Изобретение обеспечивает отработку навыков последовательного включения технологического оборудования. Учет ошибочных действий обучаемых в выполнении этих операций при переходе к другим масштабам времени моделирования повышает внимание и ответственность обучаемых за свои действия по управлению технологическим процессом. Возможность воспроизведения операций по включению технологического оборудования приближает процесс обучения на транажере к реальным условиям.

Формула изобретения Тренажер оператора систем управле- ния по авт. св. № 1535798, отличающийся тем, что, с целью расширения дидактических возможностей тренажера, в него введены компаратор, четвертый формирователь импульсов, первый, второй и третий элементы ИЛИ, сдвигающий регистр и регистр последовательности выполняемых

0

5 0

операций, информационные входы которого соединены с соответствующими выходами шестой группы пульта оператора, соответствующими входами пятой группы блока моделирования реальных процессов и соответствующими входами первого элемента ИЛИ, установочный вход - с выходом второго элемента ИЛИ, выходы одной группы - с входами пульта оператора, а выходы другой группы - с первым входом первой группы компаратора, входы второй группы которого подключены к выходам сдвигающего регистра, а выход - к входу четвертого формирователя импульсов, выход которого соединен с первыми входами второго и третьего элементов ИЛИ, вторые входы которых подключены к выходу второго формирователя импульсов, выход третьего элемента ИЛИ соединен с установочным входом сдвигающего регистра, информационный вход которого подключен к выходу первого элемента ИЛИ.

Изобретение относится к техническим средствам обучения и является усовершенствованием устройства по а. с. СССР fvfe 1535798. Цель изобретения - расширение дидактических возможностей тренажера. Тренажер оператора систем управления включает в себя пульт оператора, содержащий блок 1 ввода начальных условий, блок 2 задания управляющих воздействий, блоки 5 - 7 задания нормативов, блок 23 включения технологического оборудования, блок 26 индикации, блок 3 предъявления информации, блок 4 моделирования реальных процессов, блок 8 оценок, триггеры 9. 22, блоки 10, 11, 12 компараторов, элементы И 13. 14, 16. регистры сдвига 15, 27, элементы ИЛИ 24, 29,31, формирователи импульсов 17, 19, 21, 30,счетчик импульсов 18, блок 20 управления, регистр 25 последовательности выполняемых операций и компаратор 28. Тренажер обеспечивает обработку навыков управления технологическими процессами с учетом степени обученности и индивидуальных свойств обучаемых, реализуя в зависимости от этих параметров различные масштабы времени моделирования реальных процессов. 6 ил.

5в

Фие.1 (

Ко Входам элемент 2Ь ИЛИКо входам компаратора 2в

От элемента UAH 26

f P f. F

26

Уст0

СдЗиг

(от элемента 2 ИЛИ)

i

От

регистра} 25

От

регистра 27

При А ъВ на Выходе С - о При на 6д/ходе Ct, Фи&. 4

Фиг.З

( Начало j

/

L

дооо начальным условий /

Щл анализа сослюя- ния технологического о$о0удо8анця

юоруао Нея1 latwe дключе- ю Г

г- Ма и/1/дха

fl/n Ввода кода

масштаба моделцроА йания

/7//7 б Вода управляющих, доэаейс/ядий

J.

Шл моаелирования

технологического

процесса

1

Л/л расчета экономических ошибок

I

П/п реализации

масштаба

моделирования

1

/7/7 вывода /пекущих результатов

Запрос признака остнова .

Нет

С ) Фиг.5

1

G

Вход в лод- лрограппу

Анализ триггеров порта дбода

( Выход из ло&- npoepafWb/

)

)

Фиг.6