Тренажер оператора систем управления Советский патент 1983 года по МПК G09B9/00 

Изобретение относится к тренажерам операторов систем управления и может быть использовано для обучения операторов систем управления. Известен тренажер оператора систем управления, содержащий пульт оператора , соединенный через блок инди кации информации с блоком моделирования реальных процессов, подключенным к блоку контроля действий оператора, и формирователь командных сигналов l Недостатком известного тренажера является невысокая эффективность тренажа о Цель изобретения - повышение эффек тивности тренажа. Поставленная цель достигается тем, что тренажер оператора систем управления, содержащий пульт оператора, соединенный через блок индикации информации с блоком моделирования реаль ных процессов, подключенным к блоку контроля действий оператора, и формирователь командных сигналов, имеет блок датчиков, задатчик управляющих воздействий, логический блок управления, задатчик адреса, блок идентификации и блок выборки адресов, при этом выход блока датчиков соединен с первым входом блока моделирования реальных процессов, подключенного вторым входом к первому выходу логического блока управления, соединенного вторым выходом с первым входом формирователя командных сигналов, который вторым входом соединен с первым выходом задатчика управляющих воздействий, подключенного вторым выходом к входу логического блока управления и первому входу блока выборки адресов, который первым выходом подключен к управляющим входам блока конТроля действий оператора и блока моделирования реальных процессов, который информационным входом дополнительно соединен с выходом задатчика адреса, второй вход блока выборки адреса связан с первым синх- .

39876554

ровыходом пульта оператора и первым сравнения, генератор 2 тактовых имвходом блока идентификации, который пульсов, регистр 25 и счетчик 26, вторым входом подключен к выходу формирователя ; омандных сигналов, связан него третьим входом с вторым выходом блока выборки адресов и третьим входом блока идентификации, который четвертым входом связан с вторым синхровыходом пульта оператора, а выходом подключен к логическим входам блока контроля действий оператора и блока моделирования реальных процессов. В тренажере блок моделирования реальных процессов имеет коммутатор, преобразователь анало -код и элемент памяти, при этом выход коммутатора через преобразователь аналог-код соединен с входом элемента памяти Кроме того, в тренажере блок идентификации имеет сумматор, первый регистр, узел сравнения и второй регистр, при этом выход сумматора соединен, с первым входом первого регист ра и первым входом узла сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого регистра, подключенного вторым входом к первому выходу узла сравнения и первому входу второго регистра, связанного входом с вторым выходом узла сравнения В тренажере также блок выборки адресов имеет первый счетчик, узел срав

нения, генератор тактовых импульсов выходом подключен к логическим вхои второй счетчик, выход которого со- дам блока 16 контроля действий операединен с первым входом узла сравнения,jj тора.и блока k моделирования реальсвязанного вторым входом с выходом первого счетчика, выход узла сравнения подключен к входу генератора тактовых импульсов и первому входу второго счетчика, который вторым входом подключен к выходу генератора тактовых импульсов. На чертеже приведена функциональная схема тренажера Тренажер содержит блок 1 датчиков, задатчик 2 управляющих воздействий, логический блок 3 управления, блок моделирования реальных процессов, формирователь 5 командных сигналов, коммутаторы 6 и 7, преобразователь 8 аналог-код, элементы 9 и 10 памяти, задатчик 11 адреса, пульт 12 операто- ра, блок 13 индикации информации, включающий индикаторные элементы 14 и 15, блок 16 контроля действий опера тора, блок 17 идентификации, блок 18 выборки адресов, сумматор 19 счетчик 20, регистр 21, узлы 22 и 23 При этом выход блока 1 датчиков соединен с первым входом блока ))оделирования реальных процессов, подключенного вторым входом к первому выходу логического блока 3 управления, соединенного вторым выходом с первым входом формирователя 5 командных сигналов, который вторым входом соединен с первым выходом задатчика 2 управляющих воздействий, подключенного вторым выходом к входу логического блока 3 управления игпервому входу блока 18 выборки адресов, который первым выходом подключен к управляющим входам блока 1б контроля действий оператора и блока t моделирования реальных процессов, который информационным входом дополнительно соединен с выходом задатчика 11 адреса, второй вход блока 18 выборки адресов связан с первым синхровыходом пульта 12 оператора и первым входом блока 17 идентификации, который вторым входом подключен к выходу формирователя 5 комайдных сигналов, связанного третьим входом с вторым выходом блока 18 выборки адресов и третьим вхо- дом блока 17 идентификации, который четвертым входом связан с вторым синхровходом пульта 12 оператораj а иых процессов. В блоке моделирования Реальных процессов-выход.коммутатора 6 через преобразователь 8 аналог-код соединен с входом элемента 9 памяти. В блоке 17 идентификации выход сумматора 19 соединен с первым входом первого регистра 21 и первым входом узла 23 сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого регистра 21, подключенного вторым входом к первому выходу узла 23 сравнения и первому входу второго регистра 25 связанного выходом с вторым выходом узла 23 сравнения В блоке 18 выборки адресов счет- чик 26 соединен с первым входом узла 22 сравнения, связанного вторым входом с выходом счетчика 20, выход узла 22 сравнения подключен к входу генератора 2А тактовых импульсов и первому входу счетчика 26, который вторым входом подключен к выходу генератора 2Ц тактовых импульсов. Работа заключается в накоплении реальных технологических ситуаций и отображении двух ситуаций, одна из которых является исходной для обучения, а другая находится из накопленных ситуаций.по выданному обучающимся управляющему воздействию. При совпадении двух отображенных ситуаций обучаемый переходит к новой исходной ситуации, в противном случае выдает новые управляющий воздействия приводящие в конечном итоге к совпадению двух отображенных ситуаций. Под ситуацией понимается совокупность значений отклонений технологических параметров объекта, выявленных опытным оператором, характеризующих реакцию объекта на воздействие возмущающих факторов, управляющих воз действий опытного оператора и реакцию объекта на эти управляющие воздейстРассмотрим первый этап работы устройства, связанный с накоплением реальных ситуаций. I . Реальная информация о ходе управля емого технологического процесса и об управляющих воздействиях опытного оператора накапливается соответственно в элементах 9 и tO. В качестве реальной информации выступают отклонения параметров объекта за регламент ные границы от воздействия на него возмущающих факторов. Отклонения технологических параметров объекта за регламентные границы приводит к ухудшению качества продукции. Для сохранения качества оператор выдает управляющие воздействия в виде уставок с задатчика 2 управляющих воздействий. После выдачи оператором управляю щих воздействий с задатчика 2 посылается сигнал для запуска логического блока 3 управления. Блок 3 выдает сиг налы для запуска коммутаторов 6 и 7. С помощью коммутатора 6 последователь но опрашиваются датники блока 1 и ана логовая информация с объекта подается на преобразователь 8 аналог-код. Посл преобразования информация с датчиков записывается в цифровой форме в элемент 9. Одновременно информация об уставках опытного оператора последова тельно с помощью jsoMMyTaTOpa 7 переписывается в элемент 10 памяти. 9 54 По истечении некоторого времени после выдачи управляющих воздействий опытным оператором, определяемого инерционностью объекта, блок 3 выдает новый сигнал на запуск коммутатора 6.. В этом случае в элемент 9 будет записываться реакция объекта на выданное воздействие опытного оператора. Записанная реакция необходима для того, чтобы показать обучаемому в процессе обучения, как на его управляющие воздействия изменяются технологические параметры до значений, лежащих в пределах регламентных границ. Вся записанная информация в элементах 9 и 10 после выдачи опытным оператором управляющих воздействий представляет собой ситуацию,, возникшую на реальном объекте от воздействия на него возмущающих факторов. Рассмотрим, например, накопление ситуаций с ректификационной колонны, которая разделяет углеводородную смесь, состоящую из этана, пропана. бутана, пентана и гексана. В качестве технологических параметров объекта выступают температурный профиль. нижнее и верхнее давление колонны, концентрации нижнего и BeliXHero продукта. Управляющими параметрами колонны являются расход параи флегж 1. В качестве наиболее важных возмущающих факторов, воздействующих на колонну, являются изменения состава и расхода питания (углеводородной смеси). Например, если на входе колонны возникает возмущение по составу питания, т.е. в смеси стало больше ( в процентном отношении J высококипящих компонентов, то через некоторое время возникает отклонение технологических параметров колонны, которое приводит к понижению температуры в колонне, снижению верхнего давления и изменению концентрации верхнего и нижнего продуктов за регламентные границы. Для приведения технологических параметров в норму, т.е. в регламентные границы, опытный оператор с задатчика 2 выдает управляющие воздействия на увеличение расхода пара и снижение флегмы. Задатчик 2 может быть расположен либо на пульте технолога-оператора (ПТО.), либо на блоке щитового управления (ВЩУ). В первом случае управляющие воздействия набираются оператором в цифровом коде на клавишных регистрах ПТО для передачи регулятором управляющих параметров. Во втором случае оператор управляющую уставку выдает непосредственно на локальные регуляторы/(не показаны) . Пусть зайатчик 2 находится на пул те технолога-оператора В этом слу-, чае после выдачи оп.ытным оператором Цифровых уставок с задатчика 2 посылается сигнал в блок 3 управления для запуска его в работу. Блок 3 запускает в работу коммутаторы 6 и 7о С помощью этих коммутаторов аналоговая информация с блока 1 датчиков и цифровая информация с задатчика 2 записываются в элементы 9 и 10 памяти Затем через время, определяемое инерционностью колонны, записывается 8 элемент 9 реакция ее на управляющи воздействия опытного оператора. Задатчик 2 одновременно с запуском блока 3 посылает импульс в первы счетчика 20 блока 18 выборки адресов увеличивая ранее накопленное в нем , на единицу о Вновь полученное число определяет номер ситуации, зап санной в элементах 9 и 10 памяти. При управлении процессом с БЩУ технологическая ситуация может быть записана в элементы 9 и 10 только при добавлении в формирователь 5 командных сигналов преобразователя ана лог-код (. не показан), предназначенны для преобразования аналогового сигна ла с коммутатора 7 в цифровую форму При функционировании реального объекта запоминание ситуаций может быть осуществлено в течение, длительног срока Записываются в память наиболее характерные ситуации, возникающие на объекте с различной периодичностью. Непрерывное накопление ситуаций может осуществляться за счет замены элементов 9 и 10 памяти. Рассмотрим работу тренажера на этапе обучения оператора. При обучении оператора на индикаторном элементе 14 блока 13 выдается по усмотрению инструктора, какая-либо исходная ситуация. Для выдачи это ситуации инструктором набирается ее номер на задатчике 11 адреса, которы в элементе 9 памяти преобразуется в адрес исходной ситуации„ По этому ад ресу значения:.технологических параметров, определяющих реакцию объекта на воздействие возмущающих факторов. считываются на индикаторный элемент Ц, Для некоторых индикаторов, н& запоминающих отображенную информацию, предусматривается процесс регенерации считанной из элемента 9 памяти. Считанная в индикаторный элемент И -информация представляет собой образ реакции объекта на воздействия возмущающих факторов. Рассмотрим отображение образа реакции объекта на индикаторном элементе И; находящемся совместно с индикаторным элементом 15 на пульте 12 оператора. 8 этом случае в качестве индикаторных элементов И и 15 используются цифровые и графические дисплеи. Заранее перед отображением образа реакции объекта на экранах дисплеев высвечиваются схемы кадров, считанные из элемента 9 памяти, В этих схемах отображаются шифр схемы, названиеобъекта, например, Колонна К-1.1, слева направо в виде колонок отображаются условные номера технологических параметров, их шифры, текущие фильтрованные значения, минимальные значения, нижние и верхние граничные значения регламентов основных параметров и максимально возможные значения Значения отображаемых технологических параметров в кадре могут быть представлены на экране либо в виде точек, либо горизонтальных отрез-: ков прямых линий, начинающихся от колонки минимальных значений параметров Полученный на экране образ представляется в виде либо ломаной кривой, либо гребенчатой фигуры. Чтобы значения соседних параиетров резко не отличались друг от друга и вид кривой или фигуры имел бы более плавный характер, отображаемые параметры располагаются на экране в порядке наибольшей корреляции между собой. Другой способ отображения информации возможен на макетах блоков щитового управления, включающих в себя стрелочные, щелевые и т.п индикаторы Для отображения значений параметров на эти индикаторы между элементом 9. памяти и .индикаторными элементами 1А и 15, представляющими собой в -ЭТОМ случае два одинаковых блока БЩУ, ставятся преобразователи типа код-аналог ( не показаны) На отображенный на индикаторном элементе Ik образ реакции объекта обучаемый выдает управляющие воздей998ствия с задатчикаХне показан на пульте 12 оператора. Управляющие воз.действия обучаемого в виде цифровых устзвок заносятся в сумматор 19. При необходимости преобразования упраапя ющих уставо:: в цифровую форму между пультом 12 операторвии сумматором 19 ставится преобразователь аналог-код ( не показан). После того, как обучаемый выдает управляющие воздействия с пульта 12 оператора, он посылает сигнал, по ко торому запускается генератор 2Ц тактовых импульсов, а в первый регистр во все его разряды записываются едини цы„ По первому импульсу из генератора 2k тактовых импульсов во втором счетчике 2б фиксируется число 1, которое является номером первой ситуации. По этому номеру из элемента 10 считываются управляющие воздействия опытного оператора, соответствующие первой ситуации, в сумматор 19. В данном блоке вычисляется абсолютная разность между управляющими воздейстВИЯМИ опытного оператора и обучаемого, которая в виде одного числа подается в узел 23 сравнения. Так ка в начале в первом регистре 21 МО записано максимальное число, то при сравнении этого числа с полученнои разностью из сумматора узел 23 сравнения вырабатывает сигнал, по ко торому абсолютная разность из блока 19 переписывается в первый ре: гистр 21 . Число 1 из второго счетчиKJ 26 переписывается в этом случае во второй регистр 25. После этого ге нератор 24 формирует второй импульс, во второй счетчик 26 заносится вторая единица. По числу 2 в счетчике 2 в элементе 10 формируется адрес обра щения к управляющим воздействиям второй ситуации, В блоке 19 определяет ся вновь абсолютная разность между двумя управляющими воздействиями опытного оператора и обучаемого, которые он выдал на исходную ситуацию. Вновь полученная абсолютная раз ность сравнивается в узле 23 с разностью, записанной в первом регистре 21 Если окажется, что она меньше этой разности, то эта информация пер писывается в первый регистр 21 из блока 19 по сигналу из узла 23 срав- 55 по

нения и по этому сигналу число 2 из второго счетчика 26 переписывается во второй регистр 25. В случае, если

издодится считывание из элемента 9 ситуации по адресу, который определяется номером из второго регистра 25. 5,10 вновь порученная разность окажется больше разности, ранее записанной в первом регистре 21, то узел 23 срав нения не вырабатывает сигнал на перезапись информации в регистры 21 и 25. Накопление единиц во втором счетчике 26 от импульсов из блока 24 продолжается до тех пор, пока узел 22 сравнения не выработает сигнал равенства чисел в счетчиках 20 и 26. Ранее записанное число в первый счетчик 20 определяет максимальное количество ситуаций, хранящихся в элементах 9 и 10. В момент сравнения . этих двух во втором регистра 25 хранится номер ситуации. При вычислении абсолютной разности, между управляющими воздействиями которой и воздействиями обучаемого на исходную ситуацию, данная разность будет наименьшей из всех вычисляемых разностей при считывании всех управляющих воздействий, хранящихся в элементе 10. Таким образом, при совместном функционировании блока 17 идентификации, блока 18 выборки адресов и элемента 10 памяти определяется наименьшая возможная разность между отображенный на индикатор элементе И исходный образ и все„ управляющими воздействиями опыт оператора, записанными в элементе 10 памяти. По сигналу сравнения из узла 22 сравнения производится блокировка генератора 24 тактовых импульсов и сброс второго счетчика 2б. По этому же сигналу производитвя сравнение в блоке 16 контроля действий оператора двух цифровых кодов из второго регистра 25 и задатчика 11,адреса, в котором номер исходной ситуации набирает.ся инструктором. При совпадении двух Jцифровых кодов в блоке 16 выдается .сигнал на какой-либо индикатор, например лампочку для привлечения внимания инструктора. Рыданный блоком 16 сигнал характеризует наименьшую разность ме)«,ду управлякяцими воздействиями обучаемого и опытного оператора на одну и ту же ситуацию. Кроме указанных выше дейст й сигналу из узла 22 сравнения про11 .9 По этому номеру на индикаторный элемент 15 выдается образ реакции объек та на возмущающие факторы той ситуации, KOTopa i идентифицирована по наи меньшей разности МЙЖДУ управляющими воздействиями обучаемого и опытного оператора. Вновь отображаемый образ ломаной линии или гребенчатой фигуры высвечивается в кадре, аналогичном кадру индикаторного элементаНа основе анализа двух отображенных образов на индикаторных элементах 1 и Т5 обучаемый принимает решение либо выдать новое управляющее воздействие, если по его мнению имеются различия между этими образами, либо перейти к следующей исходной ситуации При этом новое воздействие как он считает, должно привести после идентификации к отображению на индикаторном элементе 15 такого образа, который бы имел больше сходства с исходным образом на индикатор ном элементе При выдаче сигнала из блока 16 контроля действий оператора на каком либо шаге обучения на индикаторном элементе 15 может быть отображен образ, полностью идентичный исходному образу индикаторного элемента На этом этап обучения данному исходному образу (ситуации) заканчивается Чтобы дать обучаемому более полну информацию о поведении объекта, в устройстве предусмотрено отображение образа ( реакции)рбъёкта на индикатор ном элементе 1 на правильное управляющее воздействие обучаемого, которое соответствует воздействию опытного оператора. Отображение этого образа может быть осуществлено по си налу с задатчика 11 адреса. На реально существующих объектах обучение навыкам управления сложными технологическими процессами осуществляется с помощью передачи опыта от оператора к обучаемому при работе на объекте. В этом случае реализуется принцип обучения, когда обучаемый не имеет возможности экспериментировать на реальном объекте. Такой процесс обучения является очень, длительным протяженностью от нескольких месяцев до нескольких лет). В то же время он не гарантирует, что могут встретиться ситуации, которым не был обучен начинающий, оператор. Реализация устройства позволяет решить задачу обучения оператора в минимальные сроки и довести качество обучения до уровня опытного оператора. Использование изобретения позволит повысить эффективность тренажа. Формула изобретения 1 о Тренажер оператора систем управления, содержащий пульт оператора, соединенный через блок индикации информации с блоком моделирования реальных процессов, подключенным к блоку контроля действий оператора, и формирователь командных сигналов, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности тренажа, он имеет блок датчиков, задатчик управляющих воздействий, логический блок управления, задатчик адреса, блок идентификации и блок выборки адресов, при этом выход блока датчиков соединен с первым входом блока моделирования реальных процессов, подключенного вторым входом к первому выходу логического блока управления, соединенного вторым выходом с первым входом формирователя командных сигналов, который вторым входом соединен с первым выходом задатчика управляющих воздействий, подключенного вторым выходом к входу логического блока управления и первому входу блока выборки адресов, который первым выходом подключен к управляющим входам блока контроля .действий оператора и блока моделирования реальных процессов, который информационным входом дополнительно соединен с выходом задатчика адреса, второй вход блока выборки адреса связан с первым синхровыходом пульта оператора и первым входом блока идентификации, кotopый вторым входом подключен к выходу формирователя командных сигналов, связанного третьим входом с вторым выходом блока выборки адресов и третьим входом блока идентификации, который четвертым входом связан с вторым синхровыходом пульта оператора, а выходом подключен к логическим блока контроля действий оператора и блока оделирования реальных процессов. 2. Тренажер по п. 1,отличащ и и с я тем, что блок моделирования реальйых процессов имеет кь мутатор, преобразователь аналог-код и элемент памяти,-при этом выход коммутатора через преобразователь аналог код соединен с входом элемента памяти.

3. Тренажер по п. 1, о т л и ч ак) щ и и с я тем, что блок идентификации имеет сумматор, первый, регистр узел сравнения и вторрй регистр, при этом выход сумматора соединен с первым входом первого регистра и первым входом узла сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого регистра, подключенного вторым входом к первому выходу узла сравнения и первому входу второго регистра, связанного входом с вторым выходом узла сравнения.

kt Тренажер гюп.1,отличак «( и и с я тем, что блок выборки адресов имеет первый счетчик, узел сраеиения, генератор тактовых импульсов и второй счетчик, выход KOTOIJOго соединен с первым входом узла сравнения, связанного вторым входом с выходом первого счетчика, выход узла сравнения подключен к входу генератора тактовых импульсов и первому входу второго счетчика, который вторым входом подключен к выходу генератора тактовых импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР К , кл. G09 В 9/00, 1978.

Г7-