ТРЕНАЖЕРНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ МАШИНИСТОВ ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНЫХ МЕХАНИЗМОВ "ТОРВЕСТ-ПТМ"

Полезная модель представляет собой комплекс аппаратно-программных средств (далее - тренажер) и предназначен для обучения и отработки первичных навыков управления экскаватором, краном, трактором и другим строительными и дорожными механизмами (в дальнейшем подъемно-транспортный механизм - ПТМ) у учащихся профессионально-технических училищ или для повышения квалификации (разряда) машинистов (водителей). Известен тренажер для обучения крановщиков портальных кранов. (М.П.Зеленин, Г.З.Бедный. Эргономика на морском транспорте. М.: Транспорт, 1960, 175 с.). Тренажер состоит из ручки командоаппарата механизма вылета и поворота стрелы, блока отображения информации, электронно-лучевого индикатора и ручки командоаппарата механизма подъема. Выполняя управляющие действия рукоятками команд аппаратов тренажера, обучаемый наблюдает на экране электронно-лучевой трубки за процессом, вызванным этими действиями.
Технические результаты заявляемой полезной модели состоят в том, что использование тренажера для указанных выше целей позволяет:
- существенно и повысить качество подготовки специалистов при сокращении затрат на обучение;
- повысить коэффициент загрузки ПТМ за счет сокращения непроизводительного времени в его работе;
- существенно снизить вероятность отказов (поломок) ПТМ из-за ошибок в его управлении.
Заявляется тренажерный комплекс для машинистов подъемно-транспортных механизмов, состоящий из рабочего места, включающего в себя кресло машиниста, устройство визуализации и пульт управления, отличающийся тем, что содержит управляющий вычислительный комплекс с установленным программным обеспечением, а устройство визуализации выполнено на базе трех широкоугольных проекторов, которые формируют на фронтальном и боковых экранах оптическое изображение окружающей рабочей среды.
На Фиг.1 представлена функциональная схема тренажера.
На Фиг.2 представлена функциональная схема управляющего вычислительного комплекса (УВК).
На Фиг.3 представлена функциональная схема рабочего места машиниста.
На Фиг.4 представлена функциональная схема устройства визуализации (УВ).
На экранах отображаются элементы конструкции ПТМ (стрела, ковш, кабина и пр.), транспортные средства, в которые осуществляется погрузка породы/руды, а также рабочая зона.
Управляющий вычислительный комплекс (УВК) тренажера построен на базе четырех компьютеров общего применения, установленных в аппаратную стойку (см. Фиг.2) и источника бесперебойного питания UPS.
Источник бесперебойного питания обеспечивает безопасный режим работы и выключения УВК при внезапном отключении напряжения сетевого питания тренажера или его кратковременном пропадании.
Компьютеры РСО (сервер), РС1…РС3 объединены через сетевой коммутатор SW в локальную сеть. Пакет рабочих программ комплекса под управлением сигналов, поступающих с пульта машиниста по интерфейсу RS 232, формирует на выходах VGA 1…VGA 3 системных блоков РС1…РС3 видеосигналы для управления оптическим изображением на экранах устройства визуализации. По этому же интерфейсу RS-232 на пульт машиниста передаются сигналы индикации и контроля за состоянием основных систем экскаватора.
Для обеспечения диалогового режима работы УВК с оператором в состав сервера РСО включены устройства диалогового обмена (VGA-монитор, клавиатура KB и оптический манипулятор «мышь»).
К системным компьютерам РС1…РС3 для обеспечения нормальной работы операционных систем также подключены клавиатуры и оптические манипуляторы.
Рабочее место машиниста (водителя) включает в себя:
- кресло со встроенными элементами управления (джойстики) рабочими органами ПТМ;
- пульта управления со встроенным адаптером ВВТ интерфейса RS-232, органами управления, контроля и индикации;
Адаптер интерфейсов ВВТ предназначен для преобразования, приема и передачи сигналов между УВК и органами управления, контроля и индикации на панелях пульта и кресла машиниста посредством последовательного интерфейса RS-232. Питание адаптера ВВТ и пультов управления осуществляется от сети 220 B 50 Гц.
Устройство визуализации (УВ) состоит из трех широкоугольных проекторов, установленных на специальных кронштейнах, которые закреплены на элементах конструкции трех проекционных экранов (см. Фиг.4).
Проекторы на трех экранах (экран Л, экран Ф и экран П) формируют неразрывную визуальную картинку рабочей зоны ПТМ со всеми элементами инфраструктуры (карьер, транспортные средства, элементы конструкции ПТМ).
Видеосигналы VGA на проекторы поступают по интерфейсным кабелям VGA 1…VGA 3 с видеоадаптеров системных блоков РС1…РС3 аппаратной стойки УВК.
2
Система бесперебойного питания. Питание тренажера осуществляется от трехфазной сети 380 В×50 Гц по пятипроводному кабелю сечением медных проводников не менее 2,5 мм, в том числе проводом N (нуль) и РЕ (защитное зануление).
Для обеспечения безопасности отключения УВК и проекторов УВ при внезапном отключении напряжения 380 B, а также поддержания их в рабочем (включенном) состоянии в аппаратную стойку УВК встроены источники бесперебойного питания UPS. Они обеспечивают автоматическое переключение нагрузки на автономное (батарейное) питание и обратно при отключении или кратковременном «пропадании» напряжения ~380 B.
Время работы тренажера при питании от автономного источника ограничено 3…5 минутами. За это время необходимо «закрыть» все рабочие программы и обеспечить дистанционное выключение УВК.
Программное обеспечение тренажера (ПО). На системных блоках РС0…РС1 УВК установлены лицензионные операционные системы (ОС) Vista "Microsoft" и рабочие программы, разработанные ЗАО НПЦ «СПЕКТР».
Программное обеспечение дает возможность гармонично работать всем частям тренажерного комплекса, имитировать управление процессов, создает эффект ощущения работы на настоящей подъемно-транспортной машине.
Это достигается в следующих действиях:
1) Расчет движений
Модуль, отвечающий за симуляцию движений объектов в виртуальной окружающей среде. Симуляция производится с учетом законов физики и устройства моделируемых машин. Подсистемы, выделенные с учетом специфики моделируемых объектов:
- Железнодорожный транспорт. Движение по железнодорожным путям внутри карьера.
- Самосвалы. Движение с учетом неровностей рельефа, влияние движения на положение грунта в кузове.
- Экскаватор. Моделирование работы внутренних механизмов (напорный, подъемный, поворотный механизмы, механизм защелки ковша). Расчет нагрузок на отдельные детали и общей траектории движения корпуса, ковша, стрелы, коромысла.
- Грунт. Движение грунта с учетом внутренних характеристик (плотность, сыпучесть) и внешнего силового воздействия (ковш экскаватора, колеса самосвалов)
2) Система автоматического управления
Имитирует поведение водителей всех задействованных в тренажере самосвалов: следование к месту погрузки, разгрузки, ожидание в очереди на погрузку, подъезд на погрузку под поднятый ковш, начало движения по сигналу сирены. Для локомотивов железнодорожных составов: начало движения и остановка по сигналу сирены, следование к месту погрузки и разгрузки.
3) Контроль действий обучаемого
Слежение за корректностью действий, выполняемых обучаемым; автоматическое выявление моментов, которые повлекли (либо могли повлечь) за собой нештатную (аварийную) ситуацию. Протоколирование выявленных ошибок в действиях обучаемого.
4) Ввод-вывод информации на приборы и органы управления
Обеспечивает двустороннюю связь показаний приборов кресла с процессом симуляции движения.
5) Система визуализации
Обеспечивает динамическое построение изображения в зависимости от результатов симуляции движения и различных характеристик окружения: ландшафт и пейзаж, погодные условия, освещение в различное время суток.
6) Система формирования звука
Создает звуковую среду на основе фоновых данных и результатов расчета движений и работы механизмов машин.
7) Система синхронизации по сети
Обеспечивает своевременный и корректный обмен данными между компьютерами, на которых работает данное ПО.
Технические характеристики тренажера:
2.1 Напряжение питания - сеть АСЗ 380 B×50 Гц.
2.2 Мощность потребления - не более 4,3 кВт
2
2.3 Площадь помещения - не менее 10 м
2.4 Высота помещения - не менее 2,7 м
2.5 Освещенность в помещении - не более 100 лк
2.6 Наличие контура заземления - обязательно.