АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ОБУЧЕНИЯ

Из уровня техники известны автоматизированные системы обучения. Основной целью таких систем является повышение уровня и качества обучения, сокращение времени освоения изучаемого материала, повышение эффективности обучения и применения его результатов на практике.
Известно, устройство обучения операторов [1], в котором в процессе практической подготовки оператора АСУ в целом, в том числе и в процессе самообучения, обучающемуся автоматически предоставляется информация о типе допущенной ошибки. Недостатком такого устройства является возможность его применения только для индивидуального обучения, что существенно сужает его дидактические возможности.
Данный недостаток устранен в интерактивной автоматизированной системе обучения [2], предназначенной для комплексного группового и (или) индивидуального обучения и тестирования эксплуатационного персонала сложных технических систем, в частности АСУ.
Изобретение [2] имеет четыре соединенных между собой коммуникационными связями и своими информационными входами и выходами автономных функциональных модуля: модуль вычислительной системы управления процессом обучения, модуль группового обучения, модуль индивидуального обучения и модуль процессорного тренажера. Модуль вычислительной системы управления процессом обучения содержит обучающий блок, технологический блок, ремонтный блок, блок электронной документации, контрольный блок, блок режимов, управляющий блок и блок тестирования, подключенные к коммутационному блоку, выходы которого являются выходами модуля вычислительной системы управления процессом обучения. Модуль индивидуального обучения содержит первый процессорный блок, каналами связи соединенный с модулем вычислительной системы управления процессом обучения и блоками индивидуального обучения. Модуль группового обучения содержит блок инструктора, блок коллективного отображения учебных программ и второй процессорный блок, каналами связи соединенный с модулем вычислительной системы управления процессом обучения и блоком инструктора, выход второго процессорного блока подключен к блоку коллективного отображения учебных программ. Модуль процессорного тренажера содержит соединенные между собой рабочее место оператора, дисплейное устройство и третий процессорный блок, каналом связи соединенный с модулем вычислительной системы управления процессом обучения.
Общим недостатком устройств [1, 2] является их направленность только на обучение персонала для работы на конкретной сложной системе в режиме тренажера. Система [2] не предусматривает рассмотрение вариантов, связанных с изучением особенностей принципа действия основных элементов и вариантов построения АСУ, отсутствует возможность оперативного изменения программ обучения, связанных с изменением состава системы.
Указанные недостатки снижают дидактические возможности автоматизированной системы обучения.
Задачей настоящей полезной модели является расширение дидактических возможностей автоматизированной системы обучения.
Основным результатом, достигаемым при осуществлении заявляемой полезной модели, является расширение возможностей и повышение эффективности обучения за счет обеспечения возможности детального изучения основ функционирования и структуры построения различных автоматических устройств и систем управления технологическим процессом.
Указанная техническая задача решена за счет того, что в известное устройство - прототип [2], содержащее первый процессорный блок, первым каналом связи подключенный к блоку индивидуального обучения, второй процессорный блок и блок коллективного отображения программ обучения, введены блок вспомогательного оборудования, блок оповещения, блок датчиков, блок контрольно-измерительных приборов и блок исполнительных элементов. Выход блока вспомогательного оборудования подключен к входу блока датчиков, выход которого подключен к входу блока контрольно-измерительных приборов, первому входу первого процессорного блока и первому входу второго процессорного блока, первый выход блока контрольно-измерительных приборов подключен к входу блока вспомогательного оборудования, второй выход блока контрольно-измерительных приборов подключен ко второму входу первого процессорного блока и второму входу второго процессорного блока, третий выход блока контрольно-измерительных приборов подключен к первому входу блока оповещения и первому входу блока исполнительных элементов, выход первого процессорного блока подключен ко второму входу блока оповещения и второму входу блока исполнительных элементов, выход второго процессорного блока подключен к третьему входу блока оповещения и третьему входу блока исполнительных элементов, второй процессорный блок вторым каналом связи подключен к блоку индивидуального обучения, выход которого подключен к блоку коллективного отображения программ обучения.
На фиг.1 изображена блок-схема заявляемой автоматизированной системы обучения.
Система содержит блок вспомогательного оборудования 1, блок оповещения 2, блок датчиков 3, блок контрольно-измерительных приборов 4, блок исполнительных элементов 5, первый процессорный блок 6, второй процессорный блок 7, блок индивидуального обучения 8 и блок коллективного отображения учебных программ 9.
Выход блока вспомогательного оборудования 1 подключен к входу блока датчиков 3, выход которого подключен к входу блока контрольно-измерительных приборов 4, первому входу первого процессорного блока 6 и первому входу второго процессорного блока 7, первый выход блока контрольно-измерительных приборов 4 подключен к входу блока вспомогательного оборудования 1, второй выход блока контрольно-измерительных приборов 4 подключен ко второму входу первого процессорного блока 6 и второму входу второго процессорного блока 7, третий выход блока контрольно-измерительных приборов 4 подключен к первому входу блока оповещения 2 и первому входу блока исполнительных элементов 5, выход первого процессорного блока 6 подключен к второму входу блока оповещения 2 и второму входу блока исполнительных элементов 5, выход второго процессорного блока 7 подключен к третьему входу блока оповещения 2 и третьему входу блока исполнительных элементов 5, блок индивидуального обучения 8 первым каналом связи подключен к первому процессорному блоку, а вторым каналом связи подключен ко второму процессорному блоку, выход блока индивидуального обучения 8 подключен к входу блока коллективного отображения программ обучения 9.
Для достижения результата при осуществлении полезной модели могут быть использованы следующие варианты технической реализации отдельных блоков.
Блок датчиков 3 в общем случае может содержать специализированные датчики, предназначенные для работы с конкретными типами контрольно-измерительных приборов, а также стандартные датчики с аналоговым или цифровым выходом.
Блок контрольно-измерительных приборов 4 содержит один или несколько серийно выпускаемых приборов контроля технологических параметров (например, газоанализатор-сигнализатор СТМ-10, электронный мост КСМ-4, электронный потенциометр КСП-4 и т.п.), имеющих в общем случае выходы для передачи количественных значений контролируемых параметров и сигналов управления в случае превышения этих значений установленных пределов исполнительными элементами в блоке 5 (клапанами, задвижками и т.п.), а также световыми и звуковыми оповещателями и индикаторами (лампой, звонком и т.п.) в блоке оповещения 2.
Блок вспомогательного оборудования 1 содержит устройства для формирования тестовых воздействий на датчики блока 3 (например, тепловой фен, баллон с поверочной газовой смесью и т.п.), а также измерительные приборы для контроля параметров тестовых воздействий, съема и визуализации параметров контрольно-измерительных приборов блока 4 (вольтметр, секундомер и т.п.).
Конкретный пример технической реализации блоков 1, 3, 4 представлен на фиг.2. Прибор сигнализатор-газоанализатор СТМ-10 подключен к датчику, соединенному с помощью колпака и эластичного трубопровода через ротаметр с регулировочным вентилем к баллону с поверочной газовой метано-воздушной смесью. Измерительный выход прибора СТМ-10 подключен к цифровому вольтметру В7-38.
Первый процессорный блок 6 представляет собой программно-аппаратный блок, содержащий один или несколько программируемых контроллеров, связанных между собой. Для формирования первого процессорного блока 6 могут быть использованы, например, технические средства комплекса ″Агросторой″ (фиг.3), включающего контроллеры локальной системы автоматизации, которые подключаются к специализированным датчикам-преобразователям температуры, давления, скорости воздуха, напряжения, тока, пульсаций пламени и др.) [3]. Обмен информацией между контроллерами осуществляется по локальной вычислительной сети с использованием интерфейса RS-485 и протокола ModBus, между контроллерами и блоком индивидуального обучения 8 используется интерфейс RS-232.
Второй процессорный блок 7 представляет собой программно-аппаратный блок, содержащий один или несколько программируемых контроллеров, Например (фиг.4), могут использоваться контроллеры, входящие в комплекс "Модульные системы "Торнадо" [4], выполненные на базе промышленного компьютера Advantech ARK-3382 с операционной системой Windows-XP embedded, включающих блоки полевых интерфейсов, предназначенные для ввода аналоговых или дискретных сигналов напряжений и (или) токов от различных датчиков, а также выдачи дискретных управляющих команд. Связь между контроллерами внутри блока 7 и остальными блоками системы обучения осуществляется при помощи гальванически развязанного от измерительной части дублированного интерфейса Ethernet.
Блок индивидуального обучения 8 представляет собой, например, комплекс персональных компьютеров, количество которых равно количеству обучаемых, подключенных к первому 6 и второму 7 процессорным блокам. Компьютеры имеют специальное программное обеспечение для работы с процессорными блоками 6, 7 и приборами блока 4, а также снабжены контрольными и обучающими программами по тематике обучения [5].
Блок коллективного отображения учебных программ 9 может быть выполнен в виде сенсорной панели с плазменным дисплеем, например, TV-TP65P10S с окном панели 1448×819 мм [6], подключенного с помощью USB кабеля к компьютеру блока индивидуального обучения 8.
Автоматизированная система обучения работает следующим образом:
После включения электропитания всех элементов системы и выхода их на рабочий режим, на экранах мониторов блока индивидуального обучения 8 отображается задание, а также информация, необходимая для его выполнения. В базе данных компьютеров содержится необходимый справочный и учебный материал. Данная информация в случае группового обучения отображается также на экране сенсорной панели блока 9 коллективного отображения учебных программ.
После подготовки к занятию с помощью специальных компьютерных программ [5] проводится индивидуальный и (или) групповой контроль знаний, по результатам которого преподавателем принимается решение о дальнейшем ходе проведения занятия. Контроль знаний может быть выделен в самостоятельное занятие, использован при самообучении, а также проводиться в конце занятия.
Особенностью заявляемой системы является широкий спектр возможных тем для проведения занятий: от изучения принципов действия и параметров отдельных ее элементов: датчиков, контрольно-измерительных приборов, контроллеров, до изучения способов их интеграции в АСУ - аппаратном, программном, программно-аппаратном, а также решения задач программирования, выполнения расчетно-графических работ. Обучающие программы могут оперативно заменяться и дополняться.
При групповом обучении один из компьютеров блока 8, подключенный к блоку 9, используется преподавателем (инструктором) для проведения занятия.
Рассмотрим работу заявляемой системы обучения на конкретном примере.
Представленный на фиг 2 состав технических средств позволяет не только наглядно продемонстрировать работу в составе АСУ газоанализатора-сигнализатора 15, предназначенного для обнаружения на промышленном объекте довзрывоопасной концентрации горючих газов и паров легковоспламеняющихся жидкостей, во всех режимах функционирования, но и проверить его основные метрологические характеристики. Баллон с поверочной газовой смесью (ПГС) содержит довзрывоопасную смесь горючего газа с воздухом, например, метана, объемная концентрация которого точно известна. Пропуская этот газ в заданном количестве, устанавливаемом с помощью ротаметра 14 и вентиля точной регулировки 13, через датчик 15 по значению выходного напряжения с выхода газоанализатора определяют измеренную концентрацию и, следовательно, погрешность показаний прибора. При превышении концентрации горючего газа установленных порогов на выходах прибора 16 формируются управляющие сигналы, которые поступают в блок оповещения 2, блок исполнительных элементов 5, а также через процессорные блоки 6, 7 для обработки и визуализации блоком индивидуального обучения 8 и блоком коллективного отображения программ обучения 9. С помощью электронного секундомера 12 определяется инерционность срабатывания газоанализатора-сигнализатора 16, то есть устанавливается соответствие этого параметра паспортным данным. Таким образом, производится обучение особенностям принципа действия, правилам работы и технического обслуживания приборов контроля технологических параметров, используемых в АСУ
С помощью электронного секундомера 12 по времени срабатывания исполнительных элементов в блоке 5 после начала тестового воздействия на датчики блока 3 может быть оценена общая инерционность системы автоматической аварийной защиты в составе АСУ.
Работа АСУ в режиме автоматического регулятора может быть исследована путем моделирования для различных объектов регулирования установки регуляторов с различными настроечными параметрами.
Для изучения способов построения АСУ на основе программируемых контроллеров в заявляемой системе использованы процессорные блоки, имеющие различные варианты исполнения на основе локальных сетей со стандартными интерфейсами RS-232, RS-485, Ethernet.
Состав блока датчиков 3, блока контрольно-измерительных приборов 4, блока оповещения 2 и блока исполнительных элементов 5 определяется поставленными задачами обучения и может изменяться. При этом должны соответствующим образом изменяться содержательная часть контрольных и учебных программ блока индивидуального обучения 8.
Система может быть использована как для индивидуального и (или) группового обучения студентов, так и для повышения квалификации специалистов по проектированию, эксплуатации и техническому обслуживанию автоматизированных систем управления технологическим процессом, в частности систем пожаровзрывобезопасности промышленных объектов.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:
1. Устройство обучения операторов. Патент RU 2263350 C1, G09B 9/00 от 04.08.2004.
2. Интерактивная система обучения. Патент RU 2271040 C1, G09B 9/00 от 09.06.2004.
3. Европейцев А.Г., Федоров А.В., Фомин В.И., Членов А.Н. Лабораторный практикум по курсу "Производственная и пожарная автоматика". Ч. I. "Производственная автоматика". Учебное пособие.- М: Академия ГПС МЧС России, 2003. - 118 с.
4. Модульные системы "Торнадо" Руководство по эксплуатации 50756329.4222126.098.033 - 03РЭ. Новосибирск, 2008 - 138 с..
5. Членов А.Н., Дровникова И.Г., Буцынская Т.А., Орлов П.А. Автоматизация контроля обученности в процессе подготовки специалистов для систем безопасности // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. - 2009.-№4.-С.107-116.
6. Matsusita Electric Indaustrial Co., Ltd.: http:// Panasonic.net/.