Тренажер оператора системы управления
Полезная модель относится к техническим средствам обучения операторов автоматизированных систем управления технологическими процессами, в том числе к тренажерам операторов энергетических объектов, например операторов судовых газотурбинных установок и может быть использовано для повышения уровня профессиональной подготовки и формирования профессиональных навыков операторов.
Задачей полезной модели является повышение эффективности использования тренажера за счет обеспечения возможности одновременной подготовки и оценки уровня подготовленности группы операторов при решении любых задач управления, поддерживаемых тренажером. Тренажер оператора системы управления, отличительными признаками которого является то, что он содержит "n" рабочих мест операторов-дублеров, каждое из которых содержит последовательно включенные переключатель, имитатор пульта управления, связанный с входом переключателя, блок сравнения, блок "И", счетчик реального времени и блок деления, при этом входы переключателей и блоков сравнения связаны с пультом оператора, входы имитаторов пульта управления связаны с моделью объектов и систем управления, входы блоков "и" связаны с генератором временных импульсов, входы сброса счетчиков реального времени связаны с пультом инструктора, входы блоков деления связаны со счетчиком времени обучения, а выходы с пультом инструктора, который дополнительно содержит средства индикации уровня подготовленности "n" операторов.4 ИЛ.
Полезная модель относится к техническим средствам обучения операторов автоматизированных систем управления технологическими процессами, в том числе к тренажерам операторов энергетических объектов, например, операторов судовых газотурбинных установок и может быть использовано для повышения уровня профессиональной подготовки и формирования профессиональных навыков операторов.
Известен тренажер оператора системы управления (энергетического объекта), содержащий модель объектов и систем управления (группу взаимодействующих имитаторов), пульт инструктора, взаимосвязанный с моделью объектов и систем управления, пульт оператора, подключенный к входу модели объектов и систем управления (RU 2202830, G09B 9/00, опубл. 20.04.2003).
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является тренажер оператора системы управления (RU 67310 U1, МПК G09B 9/00, опубл. 10.10.2007), выбранный в качестве прототипа, содержащий модель объектов и систем управления, пульт инструктора, взаимосвязанный с моделью объектов и систем управления, генератор временных импульсов, пульт оператора, подключенный к входу модели объектов и систем управления, блок сравнения, подключенный к выходу пульта оператора, блок "И", подключенный к выходам блока сравнения и генератора временных импульсов, счетчик реального времени, подключенный к выходу блока "И", счетчик времени обучения, подключенный к выходу генератора временных импульсов, блок деления, связанный с выходами счетчиков реального времени и времени обучения и входом пульта инструктора, имитатор пульта управления, содержащий средства визуализации положений органов управления, переключатель, связанный с выходом пульта оператора и входом имитатора пульта управления.
Недостатком данного тренажера, а также других аналогов являются низкие функциональные возможности: невозможность одновременного обучения группы операторов, т.к. единственным местом обучаемого является пульт оператора, а имитатор пульта управления используется только для указания рассогласования эталонного и фактического управлений и только в режиме воспроизведения записанной ранее тренировки.
Задачей предлагаемой полезной модели является расширение функциональных возможностей тренажера за счет обеспечения возможности одновременного обучения группы операторов с использованием имитатора пульта управления в качестве рабочего места оператора-дублера.
Поставленная задача решается тем, что в тренажер оператора системы управления, содержащий модель объектов и систем управления, пульт инструктора, взаимосвязанный с моделью объектов и систем управления, генератор временных импульсов, пульт оператора, подключенный к входу модели объектов и систем управления, блок сравнения, подключенный к выходу пульта оператора, блок "И", подключенный к выходам блока сравнения и генератора временных импульсов, счетчик реального времени, подключенный к выходу блока "И", счетчик времени обучения, подключенный к выходу генератора временных импульсов, блок деления, связанный с выходами счетчиков реального времени и времени обучения и входом пульта инструктора, имитатор пульта управления, содержащий средства визуализации положений органов управления, переключатель, связанный с выходом пульта оператора и входом имитатора пульта управления, добавлены средства имитации функционирования органов управления, измерения и сигнализации пульта оператора, входящие в состав имитатора пульта управления и связи пульта оператора с выходом модели объектов и систем управления и имитатора пульта управления с входами блока сравнения и переключателя и с выходом модели объектов и систем управления.
Для расширения функциональных возможностей тренажера за счет существенного увеличения количества рабочих мест обучаемых тренажер по п.1 дополнительно содержит "n" рабочих мест операторов-дублеров, каждое из которых содержит последовательно включенные переключатель, имитатор пульта управления, связанный с входом переключателя, блок сравнения, блок "И", счетчик реального времени и блок деления, при этом входы переключателей и блоков сравнения связаны с пультом оператора, входы имитаторов пульта управления связаны с моделью объектов и систем управления, входы блоков "И" связаны с генератором временных импульсов, входы сброса счетчиков реального времени связаны с пультом инструктора, входы блоков деления связаны со счетчиком времени обучения, а выходы с пультом инструктора, который дополнительно содержит средства индикации уровня подготовленности "n" операторов.
На фиг.1 показана функциональная схема описываемого тренажера. По п.1. Тренажер содержит пульт оператора 1, модель объектов и систем управления 2, пульт инструктора 3, блок сравнения 4, блок "И" 5, блок деления 6, генератор временных импульсов 7, счетчик реального времени 8, счетчик времени обучения 9, имитатор
пульта управления 10, переключатель 11, при этом пульт оператора 1 связан с выходом модели объектов и систем управления 2 и входами блока сравнения 4, модели объектов и систем управления 2 и переключателя 11, модель объектов и систем управления 2 взаимосвязана с пультом инструктора 3 и связана с входом имитатора пульта управления 10, пульт инструктора 3 связан с выходом блока деления бис входами счетчика времени обучения 9 и счетчика реального времени 8, блок сравнения 4 связан с входом блока "И" 5 и выходом имитатора пульта управления 10, блок "И" 5 связан с выходом генератора временных импульсов 7 и входом счетчика реального времени 8, блок деления 6 связан с выходами счетчика времени обучения 9 и счетчика реального времени 8, генератор временных импульсов 7 связан с входом счетчика времени обучения 9, имитатор пульта управления 10 взаимосвязан с переключателем 11.
Пульт оператора 1 выполнен соответствующим пульту контроля и управления, например, энергетического объекта и может дополнительно содержать программно-аппаратный комплекс сопряжения для преобразования выходов пульта в цифровой вид и входов пульта из цифрового вида в аналоговый. (В случае реализации смежных блоков средствами цифровой вычислительной техники).
Модель объектов и систем управления 2 может быть реализована на персональной электронной вычислительной машине (ПЭВМ) с использованием методов математического моделирования.
Пульт инструктора 3 может быть реализован на отдельной персональной электронной вычислительной машине.
Блок сравнения 4, блок "И" 5, блок деления 6, счетчик реального времени 8, счетчик времени обучения 10 могут быть выполнены в виде программных блоков в ПЭВМ, реализующей модель объектов и систем управления 2.
Генератор временных импульсов 7 обеспечивает временную привязку при оценке работы оператора-дублера и может быть выполнен в виде отдельного генератора импульсов или реализован программными средствами на основе использования генераторов импульсов в ПЭВМ.
Имитатор пульта управления 10 может быть реализован на основе использования монитора и манипулятора ПЭВМ, реализующей модель объектов и систем управления 2. При этом, в отличие от исполнения этого устройства в прототипе, на мониторе представлены анимированные изображения не только всех органов управления реального пульта оператора, но и все органы сигнализации и измерения. Положения имитированных органов управления могут программно изменяться как входными сигналами, так и непосредственным воздействием человека-оператора с помощью
манипулятора. Это позволяет использовать имитатор для управления и организации рабочего места оператора-дублера.
Переключатель 11 содержит средства коммутации сигналов состояния органов управления, поступающих на его входы и средства управления коммутацией, например в виде генератора периодических сигналов, и может быть реализован программными средствами.
Рассмотрим функционирование предлагаемой полезной модели. В обычном рабочем режиме функционирования тренажера основной оператор использует для тренировки пульт оператора 1, а оператор-дублер имитатор пульта управления 10. При этом управляющие сигналы поступают с пульта оператора 1 на вход модели объектов и систем управления 2, с выхода которой параметры состояния поступают на вход пульта оператора 1 и имитатора пульта управления 10, что приводит к отображению состояния управляемого объекта на пульте оператора 1 и на имитаторе пульта управления 10. Управляющие сигналы с пульта оператора 1 поступают также на переключатель 11. Переключатель 11 обеспечивает периодическое переключение входов установки положений органов управления имитатора пульта управления 10 между выходами пульта оператора 1 и выходами имитатора пульта управления 10. Это приводит к периодическому изменению положений органов управления имитатора пульта управления 10 между текущим и заданным основным оператором. После установки оператором-дублером органов управления в состояния, совпадающие с поступающими от основного оператора, периодические изменения состояний органов управления имитатора пульта управления прекращаются.
Одновременно управляющие сигналы с пульта оператора 1 и имитатора пульта управления 10 поступают на входы блока сравнения 4. При полном совпадении этих сигналов с блока 4 поступает сигнал на блок "И" 5, который при этом пропускает сигналы с генератора временных импульсов 7 на счетный вход счетчика реального времени 8. Таким образом, показания счетчика реального времени 8 характеризуют общее время совпадений положений органов управления пульта оператора 1 и имитатора пульта управления 10, а показания счетчика времени обучения 9, на счетный вход которого постоянно поступают сигналы с генератора временных импульсов 7, характеризующие общее время тренировки. Отношение показаний этих счетчиков, вычисляемое блоком деления 6, характеризует интегральную оперативность отработки оператором-дублером сигналов управления, формируемых основным оператором, и может быть использовано в качестве показателя уровня подготовленности оператора-дублера. Таким образом, обеспечивается расширение функциональных возможностей тренажера за счет обеспечения возможности одновременного обучения основного оператора и
оператора-дублера за счет введения дополнительного рабочего места обучаемого - оператора-дублера.
На фиг.2 показана функциональная схема основного рабочего места тренажера. Она отличается от схемы тренажера по п.1 (фиг.1) только другим расположением составных частей на чертеже, наличием дополнительных "n" входов на средства индикации уровня подготовленности операторов на пульте инструктора 3 (IN) и выделением пяти выходных сигналов на дополнительные рабочие места операторов-дублеров (OUT):
1- параметры состояния с модели объектов и систем управления 2;
2- состояния органов управления с пульта оператора 1;
3- сигналы сброса счетчиков с пульта инструктора 3;
4- текущее время с выхода счетчика времени обучения 9;
5- сигнал с выхода генератора временных импульсов 7.
На фиг.3 показана функциональная схема рабочего места оператора-дублера.
Рабочее место оператора-дублера содержит последовательно соединенные переключатель 11, имитатор пульта управления 10, связанный с входом переключателя 11, блок сравнения 4, блок "И" 5, счетчик реального времени 8, блок деления 6. Показаны также пять каналов входов, соответствующих выходам основного рабочего места и выход с блока деления интегральной оценки подготовленности оператора дублера.
На фиг.4 показана общая структурная схема тренажера. Тренажер содержит основное рабочее место в соответствии с п.1 и "n" рабочих мест операторов-дублеров, при этом выходы 1-5 основного рабочего места соединены соответственно с входами 1-5 "n" рабочих мест операторов-дублеров, выходы которых соединены с "n" входами основного рабочего места.
Рабочие места операторов-дублеров могут быть реализованы на ПЭВМ, при этом блок сравнения 4, блок "И" 5, блок деления 6, счетчик реального времени 8, переключатель 11 могут быть реализованы программными средствами, а для реализации имитатора пульта управления 10 может использоваться монитор ПЭВМ. Для обеспечения связей между рабочими местами реализующие их ПЭВМ могут быть объединены в локальную вычислительную сеть и представлять типовой компьютерный класс, широко используемый в учебных заведениях.
При тренировке основного оператора с пульта оператора 1 основного рабочего места поступают одинаковые сигналы состояния органов управления и сигнализации на все рабочие места операторов-дублеров. При этом на рабочих местах операторов-дублеров обеспечивается подсказка необходимых управлений и индивидуальный контроль оперативности отработки. Возможна также
реализация режима контроля (без подсказки) путем установки переключателей 11 в положение ввода данных от имитатора пульта управления.
Таким образом, обеспечивается расширение функциональных возможностей тренажера за счет возможности одновременного обучения основного оператора на пульте оператора и "n"операторов-дублеров на имитаторах пультов управления при автоматизированной оценке уровня подготовленности операторов-дублеров, что особенно актуально для училищ.
1. Тренажер оператора системы управления, содержащий модель объектов и систем управления, пульт инструктора, взаимосвязанный с моделью объектов и систем управления, генератор временных импульсов, пульт оператора, подключенный к входу модели объектов и систем управления, блок сравнения, подключенный к выходу пульта оператора, блок "И", подключенный к выходам блока сравнения и генератора временных импульсов, счетчик реального времени, подключенный к выходу блока "И", счетчик времени обучения, подключенный к выходу генератора временных импульсов, блок деления, связанный с выходами счетчиков реального времени и времени обучения и входом пульта инструктора, имитатор пульта управления, содержащий средства визуализации положений органов управления, переключатель, связанный с выходом пульта оператора и входом установки положений органов управления имитатора пульта управления, отличающийся тем, что имитатор пульта управления дополнительно содержит средства имитации функционирования органов управления, измерения и сигнализации пульта оператора, пульт оператора непосредственно связан с выходом модели объектов и систем управления, имитатор пульта управления связан с входами блока сравнения и переключателя и с выходом модели объектов и систем управления.
2. Тренажер по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит "n" рабочих мест операторов-дублеров, каждое из которых содержит последовательно включенные переключатель, имитатор пульта управления, связанный с входом переключателя, блок сравнения, блок "И", счетчик реального времени и блок деления, при этом входы переключателей и блоков сравнения связаны с пультом оператора, входы имитаторов пульта управления связаны с моделью объектов и систем управления, входы блоков "И" связаны с генератором временных импульсов, входы сброса счетчиков реального времени связаны с пультом инструктора, входы блоков деления связаны со счетчиком времени обучения, а выходы с пультом инструктора, который дополнительно содержит средства индикации уровня подготовленности "n" операторов.
