Разработка интерактивных компьютерных моделей объектов химического производства

В рамках выполнения работы разработана интерактивная компьютерная модель (ИКМ) одного из типовых объектов химического производства (ОХП).

В качестве ИКМ реализована реально действующая холодильная установка ОАО «Ленхладокомбинат» № 4-5, использующая в качестве хладагента аммиак.

Компьютерный тренажер состоит из АРМ-преподавателя и специализированного программного обеспечения ИКМ.

АРМ-преподавателя предназначено для обеспечения процесса контроля и координации ИКМ ОХП. В СПО АРМ преподавателя, реализованы следующие возможности, позволяющие:

  • создавать учебные задачи, используя существующие возможности ИКМ;
  • редактировать ранее созданные учебные задачи;
  • менять состояние параметров ИКМ в процессе выполнения обучаемыми задания;
  • управлять типовым оборудованием интерактивной компьютерной модели ОХП с целью установки неисправностей, препятствующих ее корректной работе;
  • контролировать действия обучаемых путем анализа показаний оборудования ИКМ;
  • вести журнал успеваемости обучаемых с возможностью выставления оценки.
   
Автоматизированное рабочее место преподавателя обеспечивает:
  • подключение к локальной вычислительной сети и включает в себя реализацию протокола обмена данными;
  • возможность прямого управления оборудованием ИКМ ОХП с целью установки на нем неисправностей, препятствующих его корректной работе;
  • управление всеми физическими процессами, протекающими на ИКМ ОХП;
  • ведение и выборку из базы данных, содержащей списки обучающихся и их успеваемости.
    Программное обеспечение ИКМ состоит из 6 взаимосвязанных модулей:

Модуль формирования учебных задач. Модуль является неотъемлемой компонентой СПО АРМ преподавателя. Модуль позволяет формировать учебные задачи и группы обучаемых для проведения занятий на подключаемом оборудовании ИМК ОХП различного типа. С использованием этого модуля каждая компьютерная интерактивная модель объекта производства может запускаться по команде (согласно протоколу обмена) от центральной обучающей системы – от АРМ преподавателя.

Исходными данными для запуска любой интерактивной модели являются: тип производства (номер ИКМ ОХП), вид задания (тренировка или контрольное мероприятие), исходные данные на приборах в зависимости от типа задания, вид неисправностей, время появления неисправностей или нештатных ситуаций в процессе выполнения задания.

Модуль управления процессами ИКМ ОХП. Модуль создается непосредственно для каждого типа ОХП и осуществляет вычисление всех физических процессов для каждой конкретной ИКМ.

Управление интерактивной моделью и имитация управления технологическим процессом с помощью средств, представленных на мнемосхеме процесса, осуществляется с использованием стандартных выносных компьютерных клавиатур и манипуляторов «мышь», либо с использованием сенсорных панелей.

Интерактивные компьютерные модели разрабатывались таким образом, чтобы их визуальный интерфейс размещался не более чем на 2-х телевизорах или проекционном экране с разрешением не менее 1920 на 1080 пикселей.

В модуле предусмотрена возможность настройки клавиш управления для каждого ИКМ ОХП (открытие/закрытие вентилей, кнопки, переключатели, заслонки и т.д.).

В качестве стандартных элементов, интерактивно функционирующих в каждой интерактивной модели, предусмотрены следующие: гидравлические и воздушные трубопроводы (с возможностью задания параметров вещества или газа в них с элементами индикации), манометры, цифровые и стрелочные датчики, самописцы, краны, переключатели, распределители и т.д.

ИКМ ОХП, кроме общих функциональных возможностей, обеспечивает физическое моделирование технологических процессов, например, таких как:
  • перемещение горючих парогазовых сред, жидкостей и мелкодисперсных твердых продуктов (контроль и управление значениями скоростей, давлений и температур горючих продуктов, перемещаемых по трубопроводам);
  • разделение материальных сред (например, отгонка растворителей);
  • массообменные процессы (ручное и автоматическое регулирование параметров процессов и контроль сигнализации о превышении их допустимых значений);
  • смешивание, измельчение, упаковка (исключение образования застойных зон, самоускоряющихся экзотермических реакций, управление количеством загружаемых в аппаратуру веществ, скоростью поступления реагентов, подачей флегматизирующих агентов);
  • теплообменные процессы (организация теплообмена, выбор теплоносителя и его параметров, обеспечение необходимого теплосъема, исключение перегрева и разложения продукта);
  • химические (реакционные) процессы (совмещение гидродинамических, тепломассообменных, реакционных процессов, управление приборами контроля регламентированных параметров, обеспечение стабильности и взрывобезопасности процессов).
В режиме автоматизированной проверки знаний и навыков работы обучаемых система обеспечивает:
  • моделирование различных ситуаций на основе имеющихся в базе данных информационных моделей технологических процессов и физических моделей реально протекающих технологических процессов;
  • отображение текущей производственной ситуации на экране с предоставлением экзаменуемому возможности вмешаться в управление процессом;
  • имитация дальнейшего хода технологического процесса при неправильных действиях экзаменуемого;
  • вывод заключения о соответствии знаний и действий экзаменуемого предъявляемым к нему требованиям.

Модуль формирования базы данных. Программное обеспечение АРМ преподавателя обеспечивает работу с базой данных, организованной для хранения информации. В СПО АРМ преподавателя используется СУБД Firebird 2.1 – мощная, компактная реляционная система с архитектурой клиент-сервер.

Система управления базой данных обеспечивает ведение и выборки из базы данных, содержащей списки обучающихся и их успеваемости, а также настроечные параметры каждой ИКМ ОХП и перечень сформированных готовых заданий для выполнения.

В базе данных содержатся личные данные обучаемых:
  • Номер группы;
  • Фамилия, имя, отчество;
  • Фотография;
  • Домашний адрес и телефон;
  • Рабочий адрес и телефон;
  • ФИО руководителя организации – работодателя;
  • Дата начала обучения;
  • Дата предполагаемой аттестации по дисциплине.
Данные об успеваемости обучаемого и о пройденных занятиях также хранятся в БД АРМ преподавателя.

Модуль печати документов. Модуль печати документов обеспечивает вывод на печать данных по обучающимся с целью включения данных об успеваемости в документооборот. Модуль является неотъемлемой частью АРМ преподавателя.

Модуль имитации неисправности оборудования. Модуль обеспечивает возможность прямого управления типовыми элементами ИКМ ОХП с целью установки в них неисправностей, препятствующих их корректной работе.

Модуль протокола связи АРМ преподавателя и оборудования ИКМ ОХП. Модуль обеспечивает подключение к локальной вычислительной сети и включает в себя реализацию протокола обмена данными.