RU2631967C1 - System of interactive learning - Google Patents

Abstract

FIELD: learning.

SUBSTANCE: invention can be used for group and/or individual learning and professional development of personnel operating and maintaining automated process control systems. The system consists of two parts. They are simulator of a technological control object with emulators of parameters and control system that includes automated workstations. The simulator consists of a personal computer in which a mathematical model of the technological control object is implemented and analog and discrete input/output modules related to the control system connected to the computer. Mathematical model of the technological control object, connected with the modules of analog and digital inputs/outputs, is used as parameter emulators. Equipment and technical means, through which the management system and automated workplaces are implemented, are used as full-scale and/or operating equipment.

EFFECT: universalization of the interactive learning system with the possibility of its application for teaching personnel who operate the technical means of automated control systems for various technological processes.

1 tbl

Description

Translated fromRussian

Изобретение относится к системе интерактивного обучения и может быть использовано для групповой и/или индивидуальной подготовки и повышения квалификации персонала, эксплуатирующего и обслуживающего автоматизированные системы управления технологическими процессами.The invention relates to an interactive learning system and can be used for group and / or individual training and advanced training of personnel operating and servicing automated process control systems.

Известна интерактивная автоматизированная система обучения, включающая базу данных первичной информации об объекте, являющуюся входом системы, модули обработки параметрических данных, физических характеристик и механических свойств объекта, модуль моделирования динамических свойств объекта, модуль экономической оценки динамических свойств, модуль технологической оценки свойств объекта, модуль интегральной оценки и принятия решений и модуль визуализации итогового результата, являющийся выходом системы (см. патент №2388060, кл. G09B 9/00, опубл. 27.04.2010 г.).A well-known interactive automated training system, including a database of primary information about the object, which is the input of the system, modules for processing parametric data, physical characteristics and mechanical properties of the object, a module for modeling the dynamic properties of the object, a module for the economic evaluation of dynamic properties, a module for the technological evaluation of the properties of an object, an integral module assessment and decision-making and the visualization module of the final result, which is the output of the system (see patent No. 2388060, class G09B 9/00, about published on April 27, 2010).

Недостатком известной системы также является невозможность ее использования для обучения работе с реальным технологическим оборудованием.A disadvantage of the known system is the impossibility of its use for training in working with real technological equipment.

Известен тренажер для групповой подготовки операторов радиолокационных станций, включающий комплект унифицированных рабочих мест обучаемых и пост руководства обучением, объединенных между собой посредством программно-технических средств локальной вычислительной сети (см. патент №2419164, кл. G09B 9/40, опубл. 10.11.2010 г.).A well-known simulator for group training of radar station operators, including a set of standardized workplaces for trainees and a post for training management, interconnected by software and hardware of a local area network (see patent No. 2419164, class G09B 9/40, publ. 10.11.2010 g.).

Недостатком тренажера является его узкая специализация.The disadvantage of the simulator is its narrow specialization.

Наиболее близкой системой того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является система интерактивного обучения, содержащая действующие макеты оборудования, имитаторы параметров, комплекс средств телемеханики, систему автоматизированного управления компрессорного цеха (КЦ), автоматизированное рабочее место (АРМ) диспетчера предприятия и автоматизированные рабочие места операторов, объединенные высокопроизводительной сетью передачи данных. В нее дополнительно введено оборудование основных и вспомогательных объектов магистрального газопровода (МГ), система сжатого воздуха, эмуляторы систем автоматизированного управления (САУ) объектов МГ, автоматизированные рабочие места обучаемых и комплекс видеонаблюдения, АРМ преподавателя, которое снабжено аппаратно-программным обеспечением для управления технологическими и учебным процессами и интерпретатором для создания сценариев (см. патент РФ №2420811, кл. G09B 19/00, опубл. 20.05.2011 г.). Данная система принята за прототип.The closest system of the same purpose to the claimed invention in terms of features is an interactive learning system containing operating equipment mockups, parameter simulators, a set of telemechanics, an automated control system for the compressor workshop (CC), an automated workstation (AWP) of an enterprise dispatcher and automated workstations operators connected by a high-performance data network. It additionally introduced equipment for the main and auxiliary facilities of the main gas pipeline (MG), a compressed air system, emulators of automated control systems (ACS) of MG facilities, automated workstations for trainees and a complex of video surveillance, a teacher's workstation, which is equipped with hardware and software for managing technological and educational processes and an interpreter for creating scenarios (see RF patent No. 2420811, CL G09B 19/00, published on 05/20/2011). This system is adopted as a prototype.

Признаки прототипа, являющиеся общими с заявляемой системой, - имитаторы параметров, полномасштабное и/или действующее оборудование, система управления, автоматизированные рабочие места.Signs of the prototype, which are common with the claimed system are simulators of parameters, full-scale and / or existing equipment, control system, workstations.

Недостатком известной системы, принятой за прототип, является невозможность производить изучение, предварительную наладку, конфигурирование реальных технических и программно-технических средств автоматизации в силу узкой направленности для работы с оборудованием магистральных газопроводов.A disadvantage of the known system adopted for the prototype is the inability to study, pre-commission, configure real hardware and software and hardware automation due to the narrow focus for work with the equipment of gas pipelines.

Задачей изобретения является универсализация системы интерактивного обучения с возможностью ее применения для обучения персонала, эксплуатирующего технические средства автоматизированных систем управления различными технологическими процессами.The objective of the invention is the universalization of an interactive learning system with the possibility of its use for training personnel operating technical means of automated control systems for various technological processes.

Поставленная задача решается за счет того, что в известную систему интерактивного обучения, включающую имитаторы параметров, полномасштабное и/или действующие оборудование, систему управления, автоматизированные рабочие места, дополнительно введен симулятор технологического объекта управления, состоящий из персонального компьютера, в котором реализована математическая модель технологического объекта управления, и присоединенных к компьютеру через общесистемную шину модулей аналоговых и дискретных входов/выходов, связанных с системой управления, включающей автоматизированные рабочие места, при этом в качестве имитаторов параметров использована математическая модель технологического объекта управления, связанная с модулями аналоговых и дискретных входов/выходов, а в качестве полномасштабного и/или действующего оборудования использованы оборудование и технические средства, с помощью которых реализована система управления и автоматизированные рабочие места.The problem is solved due to the fact that in the well-known interactive learning system, including parameter simulators, full-scale and / or existing equipment, a control system, automated workstations, a simulator of a technological control object consisting of a personal computer is implemented in which a mathematical model of the technological control object, and connected to the computer via the system-wide bus bus modules of analog and digital inputs / outputs associated with the system control system, including automated workstations, while the mathematical model of the technological control object associated with modules of analog and digital inputs / outputs was used as parameter simulators, and equipment and technical means were used as full-scale and / or operating equipment, with which it was implemented management system and workstations.

Отличительные признаки предлагаемой системы - введение симулятора технологического объекта управления, состоящего из персонального компьютера, в котором реализована математическая модель технологического объекта управления, и присоединенных к компьютеру через общесистемную шину модулей аналоговых и дискретных входов/выходов, связанных с системой управления; включение в систему управления автоматизированных рабочих мест; использование в качестве имитаторов параметров математической модели технологического объекта управления, связанной с модулями аналоговых и дискретных входов/выходов; использование в качестве полномасштабного и/или действующего оборудования и технических средств, с помощью которых реализована система управления и автоматизированные рабочие места.Distinctive features of the proposed system is the introduction of a simulator of a technological control object, consisting of a personal computer in which a mathematical model of the technological control object is implemented, and modules of analog and digital inputs / outputs connected to the control system connected to the computer via a system bus; inclusion of automated workstations in the control system; using as a simulator the parameters of a mathematical model of a technological control object associated with modules of analog and digital inputs / outputs; use as a full-scale and / or operating equipment and technical means with which the control system and automated workplaces are implemented.

Отличительные признаки в совокупности с известными позволяют достичь универсализации системы интерактивного обучения.Distinctive features in combination with the well-known ones allow achieving the universalization of the interactive learning system.

Классические тренажеры, реализуемые с помощью персональных компьютеров, не дают возможность произвести изучение, предварительную наладку, конфигурирование реальных технических и программно-технических средств автоматизации. Использование симулятора, укомплектованного модулями аналоговых и дискретных входов/выходов (УСО), связанными с математической моделью технологического объекта управления, позволяет изучать, исследовать работу физических средств автоматизации.Classical simulators, implemented with the help of personal computers, do not give the opportunity to study, pre-commission, configure real hardware and software and hardware automation. Using a simulator equipped with modules of analog and discrete inputs / outputs (USO), connected with a mathematical model of a technological control object, allows you to study and study the work of physical automation equipment.

Предлагаемая система поясняется чертежом, на котором показана структурная схема системы.The proposed system is illustrated in the drawing, which shows a structural diagram of the system.

Система интерактивного обучения состоит из двух частей - симулятора 1 технологического объекта управления с имитаторами параметров и системы управления 2, выполненной на основе реальных средствах автоматизации.The interactive learning system consists of two parts - a simulator 1 of a technological control object with simulators of parameters and acontrol system 2 based on real automation tools.

Аппаратная часть симулятора 1 состоит из персонального компьютера 3 и присоединенного к нему через одну из общесистемных шин 4 (USB, ISA, PCI, PCIe и др.) модулей аналоговых и дискретных входов/выходов (УСО) 5.The hardware of simulator 1 consists of apersonal computer 3 and modules of analog and discrete inputs / outputs (USO) 5 connected to it via one of the system-wide buses 4 (USB, ISA, PCI, PCIe, etc.).

На персональном компьютере 3 установлена моделирующая программа 6, которая с помощью вычислительного эксперимента рассчитывает математическую (имитационную) модель 7 технологического объекта управления. При этом сама модель 7 содержит вычислительную часть, реализующую непосредственно расчет модели объекта в режиме реального времени, и графическую часть, позволяющую отображать технологическое оборудование и потоки на дисплее. В зависимости от реализуемой задачи из библиотеки 8 математических моделей можно загружать в память компьютера 3 модели других объектов.Asimulation program 6 is installed on thepersonal computer 3, which, using a computational experiment, calculates the mathematical (imitation)model 7 of the technological control object. At the same time,model 7 itself contains a computational part that implements directly the calculation of the object model in real time, and a graphic part that allows the technological equipment and flows to be displayed on the display. Depending on the task being implemented, from the library of 8 mathematical models, 3 models of other objects can be loaded into the computer's memory.

Имитаторами параметров является математическая модель 7 технологического объекта управления, связанная с модулями аналоговых и дискретных входов/выходов (УСО) 5, которые на основании работы моделирующей программы 6 вырабатывают физические унифицированные сигналы и передают их в систему управления 2. Также модули УСО 5 симулятора 1 получают физические унифицированные сигналы управления от системы управления 2.The simulators of the parameters is amathematical model 7 of the technological control object associated with the modules of analog and discrete inputs / outputs (USO) 5, which, based on the work of themodeling program 6, generate physical unified signals and transmit them to thecontrol system 2. Also, theUSO modules 5 of simulator 1 receive physical unified control signals from thecontrol system 2.

Система управления 2 состоит из автоматизированных рабочих мест 9, которые реализованы средствами SCADA-системы, и промышленного контроллера 10, в состав которого входят модули УСО 11.Thecontrol system 2 consists ofautomated workstations 9, which are implemented by means of the SCADA system, and anindustrial controller 10, which includes theUSO 11 modules.

Оборудование и технические средства, с помощью которых реализована система управления 2 и автоматизированные рабочие места 9, являются полномасштабными и/или действующими.The equipment and technical means by which thecontrol system 2 andworkstations 9 are implemented are full-scale and / or operational.

Работа симулятора технологического объекта управления в комплекте с реальной системой управления, выполненной на основе реальных средств автоматизации, осуществляется следующим образом.The simulator of a technological control object complete with a real control system based on real automation means is carried out as follows.

В зависимости от специфики технологического объекта из библиотеки математических моделей 8 выбирают необходимую модель 7. Эта модель 7 реализована в установленной на компьютере 3 программе моделирования 6 и взаимодействует с модулями УСО 5 посредством шины 4 в режиме реального времени.Depending on the specifics of the technological object, from the library ofmathematical models 8, select thenecessary model 7. Thismodel 7 is implemented in thesimulation program 6 installed oncomputer 3 and interacts with theUSO 5 modules viabus 4 in real time.

Математическая модель 7 объекта передает данные расчета в ячейки памяти УСО 5 аналоговых и дискретных выходов. Значение управляющих параметров модель считывает из ячеек памяти аналоговых и дискретных входов УСО 5, поступающих от УСО 11 системы управления 2. Аналоговые и дискретные выходы УСО 5 преобразовывают переменные модели 7 в физические унифицированные (0-20 мА, 4-20 мА и др.) или цифровые сигналы (например, HART, FieldBus), а также в сигналы типа «сухой контакт». Эти физические сигналы можно рассматривать как информацию от датчиков, которая поступает на аппаратно-программные средства системы управления 2 (например, микропроцессорный контроллер 10, регулятор). Также в состав системы управления 2 входят автоматизированные рабочие места 9.Themathematical model 7 of the object transmits the calculation data to the memory cells of theUSO 5 analog and discrete outputs. The model reads the value of the control parameters from the memory cells of the analog and discrete inputs of theUSO 5 coming from theUSO 11 of thecontrol system 2. The analog and digital outputs of theUSO 5 transform the variables ofmodel 7 into physical unified ones (0-20 mA, 4-20 mA, etc.) or digital signals (eg HART, FieldBus), as well as dry contact signals. These physical signals can be considered as information from the sensors, which is fed to the hardware and software of the control system 2 (for example,microprocessor controller 10, controller). Also, thecontrol system 2 includesautomated workstations 9.

Сигналы, вычисленные аппаратными или аппаратно-программными средствами системы управления 2, подаются на аналоговые и дискретные входы модулей УСО 5 симулятора 1 в виде физических унифицированных или цифровых сигналов.The signals calculated by the hardware or firmware of thecontrol system 2 are fed to the analog and discrete inputs of theUSO 5 modules of the simulator 1 in the form of physical unified or digital signals.

Преимущество изобретения состоит в том, что благодаря включению в состав системы симулятора, позволяющего моделировать различные технологические процессы и имитировать физические сигналы, достигается универсализация системы интерактивного обучения с возможностью ее применения для обучения персонала, эксплуатирующего технические средства автоматизированных систем управления различными технологическими процессами.The advantage of the invention is that due to the inclusion of a simulator in the system, which allows to simulate various technological processes and simulate physical signals, universalization of the interactive learning system is achieved with the possibility of its use for training personnel operating technical means of automated control systems for various technological processes.

Claims (1)

Translated fromRussian

Система интерактивного обучения, включающая имитаторы параметров, полномасштабное и/или действующие оборудование, систему управления, автоматизированные рабочие места, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введен симулятор технологического объекта управления, состоящий из персонального компьютера, в котором реализована математическая модель технологического объекта управления, и присоединенных к компьютеру модулей аналоговых и дискретных входов/выходов, связанных с системой управления, включающей автоматизированные рабочие места, при этом в качестве имитаторов параметров использована математическая модель технологического объекта управления, связанная с модулями аналоговых и дискретных входов/выходов, а в качестве полномасштабного и/или действующего оборудования использованы оборудование и технические средства, с помощью которых реализована система управления и автоматизированные рабочие места.An interactive learning system, including parameter simulators, full-scale and / or operating equipment, a control system, workstations, characterized in that it additionally includes a simulator of a technological control object, consisting of a personal computer in which a mathematical model of the technological control object is implemented, and modules of analog and discrete inputs / outputs connected to a computer connected to a control system including automated work Of course, at the same time, a mathematical model of a technological control object associated with modules of analog and digital inputs / outputs was used as parameter simulators, and equipment and technical means were used as full-scale and / or operating equipment, with which a control system and workstations were implemented .

Images