Обобщенная структура компьютерного тренажера оператора технологического процесса

Размещено на http://www.allbest.ru//

Обобщенная структура компьютерного тренажера оператора технологического процесса

С.А. Колпащиков

Рассматривается структура компьютерного тренажера оператора технологического процесса и системы автоматизированной разработки таких тренажеров. Предложена структура, опирающаяся на типовую структуру информационно-управляющей системы технологического процесса, что позволяет гибко формировать состав тренажерного комплекса.

Ключевые слова: тренажерный комплекс, модульная структура, автоматизированная разработка.

Повсеместное внедрение автоматизированных систем управления технологическими процессами, с одной стороны, повышает качество и оперативность управления процессом, повышая информативность о текущем состоянии процесса. С другой стороны, такие системы отдаляют оперативный персонал от технологического процесса, ставя между объектом управления и персоналом «защитный экран» - монитор компьютера.

Задача повышения адекватности восприятия оператором технологического процесса и уверенности в его действиях во время операций, требующих вмешательства персонала, достигается регулярными тренировками в условиях, приближенных к реальным. Такие условия создаются компьютерными тренажерами.

Научно-технические издания регулярно печатают статьи об опыте разработки сложных тренажерных комплексов [1]. Анализ литературы показывает, что рынок компьютерных тренажеров представлен широкой гаммой конечных продуктов и коммерческих специализированных пакетов для их разработки. Естественным направлением развития тренажерной индустрии становится смещение в сторону разработки специализированных пакетов автоматизированной разработки тренажеров.

Пакет для автоматизированной разработки тренажерного комплекса, решающий весь спектр задач, является ресурсоемким и разнородным программным пакетом, сочетающим в себе модуль математического моделирования, модуль интерфейса взаимодействия с оператором, модуль формирования сценариев тренировок и модуль оценивания обучаемого.

Для тренажеров технологических процессов основной частью является модель технологического процесса, полнота и адекватность которой определяет границы и качество процесса обучения. Задача разработки универсального математического пакета для моделирования произвольного технологического процесса является отдельной большой задачей. Именно в модели технологического процесса возникает первая проблема универсальных пакетов - жесткое ограничение границ применимости пакета.

Второй проблемой является разработка системы оценивания, требующей достаточно гибкой настройки. Вопрос универсальности решения этой задачи обычно сводится либо к предоставлению пакетами возможности программирования алгоритмов оценивания на языке программирования высокого уровня (С++, Visual Basic), либо к предоставлению узкого круга стандартных методов оценивания.

Третьей проблемой является разработка системы визуализации. Здесь, помимо затрат на разработку редактора, встает вопрос о разработке интерфейса, идентичного интерфейсу, применяемому на реальном объекте.

Стандартный подход к решению указанных проблем - модульный принцип организации и реализации автоматизированной системы разработки тренажеров операторов технологических процессов. Собственно, этот подход широко используется в больших программных комплексах, например в SCADA-системе Genesis 32 фирмы Iconics. Основная задача состоит в построении структуры программного пакета, т.е. в выделении модулей и связей между ними.

Обычно структурирование осуществляют по функциональному признаку самого тренажера, в результате чего возникают четыре модуля:

- моделирующий модуль;

- модуль взаимодействия с оператором;

- модуль моделирования сценариев обучения;

- модуль оценивания.

Именно такая структура и присуща современным пакетам. Часто эта структура поддерживается только на логическом уровне, а реализуется система в виде единого программного модуля. Такой подход не решает указанных выше проблем.

Предлагается учитывать не только функциональность самого тренажера, но и функциональность моделируемой системы. В качестве моделируемой системы выступают современные автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП). Структура АСУ ТП может быть представлена в виде четырех последовательно связанных уровней:

- объект управления;

- датчики и исполнительные механизмы;

- управляющий комплекс - программируемый логический контроллер;

- верхний уровень - подсистема визуализации и сервер АСУ ТП.

Предлагается логическую структуру тренажера представить в виде шести модулей: для каждого из уровней АСУ ТП вводится отдельный модуль, а также два модуля обработки сценариев обучения и оценивания, взаимодействующих с модулем контроллера. Структура тренажера представлена на рисунке.

Ядром пакета являются модуль датчиков и исполнительных механизмов, модуль контроллера, модуль сценариев и модуль оценивания. Модуль датчиков и контроллеров обеспечивает моделирование типового оборудования и является шлюзом между модулями контроллера и модулем модели технологического объекта. Его логика достаточно проста и остается неизменной практически для любого типа объекта.

Модуль контроллера является центральным информационным звеном системы. Помимо данных о технологическом объекте здесь формируется информация для сценариев, системы оценивания и управления системой визуализации.

Модуль технологического объекта и модуль системы визуализации являются сложными и ресурсоемкими. Часто при построении тренажеров в качестве системы визуализации используется SCADA-система, применяемая в моделируемой системе. И в качестве модели сложных технологических объектов часто экономически оправдано использование готовых решений сторонних разработчиков.

Логическая структура тренажера

В качестве связи между модулями системы предлагается использовать OPC-протокол - стандартный протокол взаимодействия между приложениями, входящими в состав АСУ ТП. При использовании в качестве модуля визуализации готовых разработок (обычно SCADA-систем), работающих по другим протоколам, в структуру тренажера предлагается добавлять по мере необходимости альтернативные модули контроллера. Данные модули работают только в качестве шлюза между основным модулем контроллера и системой визуализации по требуемому протоколу.

Предложенная структура позволяет гибко изменять состав программного пакета и проводить поэтапную разработку как самого пакета, так и отдельных тренажеров. Реализация логических модулей тренажера в виде отдельных программных модулей позволяет компоновать тренажер только требуемой функциональностью: моделирование конкретного объекта, поддержка требуемого протокола связи с системой визуализации, что снижает ресурсоемкость конечного продукта. Построенный по рассмотренной структуре пакет для автоматизированной разработки тренажерных комплексов будет являться открытой и масштабируемой системой. компьютерный тренажер оператор

Размещено на Allbest.ru