Комплексные тренажеры в учебном процессе (Колесников A.В., Титов B.В., Шамаев Е.П. и Шлемин А.В.)

Чтобы специалист мог быстро решать возникающие практические задачи и эффективно выполнять свои функции, он должен пройти соответствующий курс обучения. Подготовка на действующих объектах затруднена, а в режиме аварийных ситуаций просто невозможна. Поэтому в учебном процессе широко применяются тренажеры, воспроизводящие функционирование судовых систем в реальном масштабе времени и обеспечивающие работу в близких к реальным условиях с оценкой правильности действия обучаемого.

На факультете автоматизации производства и управления Калининградского технического института рыбной промышленности и хозяйства применяются и разрабатываются три группы тренажеров.

Тренажеры по эксплуатации судового электрооборудования

Для подготовки инженеров-электромехаников по специальности "Электрооборудование и автоматика судов" используются следующие основные тренажеры.

Тренажер по управлению курсом судна "Тонар" в комплексе с авторулевым "Аист".

С его помощью в аудиторных условиях обеспечивается обучение и тренировка: в стабилизации и изменении курса судна рулевым; выборе и установке коэффициентов передачи авторулевого, оптимальных при заданных условий; определении вида неисправности авторулевого. Тренажер позволяет широко изменять имитируемые динамические характеристики судов и параметры внешних (постоянных и нерегулируемых) возмущений. Имитация диагностических процессов обеспечивается методом математического моделирования с использованием аналоговой вычислительной машины и специальных гибридных схем.

Предусмотрены задаваемые с пульта инструктора следующие вариации характеристик судна: водоизмещение, степень устойчивости, эффективности руля, уровень стабилизации угловой скорости.

Внешние возмущения, прикладываемые к судну, предусмотрены в двух формах: постоянный плавно регулируемый момент, переменное нерегулярное возмущение. Имеются четыре вида управления рулем: по следящей и разомкнутой схемам от штурвала поста управления; разомкнутой схеме с управлением от кнопочного командо-аппарата поста управления; схемам, предусмотренным в авторулевом "Аист".

Есть возможность ввода до 35 неисправностей путем разрыва цепей авторулевого контактами реле с последующим диагностированием для отыскания заданной неисправности.

Тренажер "Электропривод траловой лебедки типа ЗК 6,3".

В основу схемы и конструкции стенда положена система электропривода, работающая по схеме "генератор - двигатель" с неизменным током контура "якорь генератора - якорь двигателя".

Стенд имитирует механические характеристики привода в режимах "выбирать" и "травить" при семи различных положениях ручки командоконтролера. В процессе снятия механических характеристик можно осуществлять контроль за работой блоков обработки информации, а также за главными параметрами: током контура, токами возбуждения возбудителей генератора и двигателя; напряжениями на выходе магнитных усилителей, напряжения на обмотке управления МУ.

Имитация нарушения режимов работы осуществляется подстрочными резисторами. Предусмотрена имитация аварийных режимов: разрыва цепи по каналу усиления сигнала в цепи обмоток управления МУ; обрыва цепей обмоток возбуждения возбудителей; обрыва цепи обратной связи по скорости и току.

Моделирование динамических режимов работы автоматизированных электроприводов с использованием пакета прикладных программ (ППП) АНСИН на ЭВМ

Программный комплекс структурного моделирования и поискового конструирования предназначен для:

• проведения имитационных экспериментов на динамических моделях электроприводов, описываемых различными математическими и логическими уравнениями, с выдачей результатов функционирования комплексов в виде таблиц, показателей качества, графиков траекторий движения и частотных характеристик;
• поискового конструирования новых структур динамических систем с улучшенными показателями качества при ограничениях на энергетические ресурсы и набор элементов конструирования путем проведения имитационных экспериментов с выдачей результатов функционирования комплекса в виде графического изображения сконструированных схем;
• описания модели на входном языке, вычисленных значений оптимальных параметров элементов.

Лабораторный стенд-тренажер судовой электростанции (СЭЭС). Универсальность лабораторного стенда обеспечивается гибкостью схемной реализации, позволяющей использовать его как тренажер, так и стенд для исследования статистических и динамических режимов работы современных автоматизированных электроэнергетических систем.

Гибкость схемы обеспечивается наличием автономного питания в целях управления и сигнализации, что позволяет набирать схему генерирования и потребления электроэнергии без запуска генераторных агрегатов. Включение того или иного элемента силовой цепи подтверждается на мнемосхемах сигнализаций.

На тренажере предусмотрены операции управления и контроля, характерные для действующих СЭЭС: запуск и остановка судовых синхронных генераторных (СГ) агрегатов; автономная работа СГ с нагрузкой при различном коэффициенте мощности; ввод генераторных агрегатов на параллельную работу различными методами; распределение активных и реактивных мощностей при параллельной работе.

Кроме того, возможно отключение элементов или замена другими, равноценными по назначению, что позволяет рассматривать различные режимы работы судовых СГ, исследовать влияние параметров генераторов, систем возбуждения и асинхронной нагрузки на процесс короткого замыкания, статистические и динамические режимы генераторных агрегатов при их параллельной работе, определять влияние различных факторов на судовую электростанцию, изучать современные способы испытания электрооборудования судовых электростанций.

Элементы управления стендом-тренажером, приборы, устройства защиты и автоматики смонтированы в одном щите, имеющем четыре секции.

Принципиальные электрические схемы приборов вынесены на лицевую панель и имеют контрольные точки для проверки прохождения сигнала. С пульта преподавателя задаются различные неисправности и отслеживается правильность их ликвидации. Все переходные процессы записываются шлейфовым осциллографом на фотобумагу, после чего анализируются.

Для развития навыков практического использования программного обеспечения ЭВМ при решении проектно-конструкторских и исследовательских задач, связанных с оценкой динамической устойчивости СЭЭС, студентами параллельно с работой на тренажере производится моделирование: временного изменения режима работы судовой электростанции при параллельной работе СГ на общую нагрузку; режима короткого замыкания; изменения напряжения СГ при подключении асинхронного двигателя.

Таким образом, тренажер может успешно применяться в учебном процессе и научной работе, способствует повышению уровня специальной подготовки.

Учебно-тренажерный комплекс по судовым средствам автоматизации

Ускоренное развитие и внедрение на судах средств и систем комплексной автоматизации выдвигают требования к совершенствованию подготовки и переподготовки специалистов по использованию автоматизированного оборудования, а также по техническому обслуживанию, ремонту и наладке современных судовых средств автоматизации (ССА).

К числу таких специалистов мы прежде всего относим инженеров-электромехаников и инженеров по автоматизации, а качественную организацию учебного процесса не мыслим без лабораторно-инженерных комплексов, обеспечивающих приобретение практических навыков по использованию, контролю и наладке типовых ССА промысловых судов.

Подчеркнем, что в отрасли и стране тренажеры такого типа ранее не изготавливались.

В связи с этим в 1986 г. кафедрой автоматизации производственных процессов начаты исследования и работы по созданию такого оборудования.

Учебно-тренажерный комплекс по эксплуатации и диагностированию судовых средств автоматизации (УТК ССА) предназначен для организации и проведения лабораторного практикума и самостоятельной работы студентов и курсантов учебных заведений отрасли по учебным дисциплинам "Проектирование, монтаж и эксплуатация судовых автоматизированных систем", "Комплексные системы управления техническими средствами судна", "Ремонт и наладка судовых средств автоматизации" и др. В общей сложности по восьми дисциплинам с объемом лабораторного практикума около 100 ч.

УТК ССА рассчитан на одну учебную группу в 28 человек. Общее число стендов-тренажеров УТК ССА около 20. Их подготовка к лабораторным занятиям не превышает 5 мин, а время непрерывной работы стенда - не менее 4 мин. Срок службы не менее 10 лет, наработка на отказ не менее 10000 ч.

В соответствии с квалификационными характеристиками инженеров-электромехаников УТК ССА позволяет решать следующие задачи:

• практическое изучение типовых модулей и блоков судовых автоматизированных систем, методов и средств контроля диагностирования и наладки судовых средств систем автоматизации;
• приобретение практических навыков по техническому использованию, обслуживанию и ремонту типовых судовых средств и систем автоматизации, экспериментальному исследованию и усовершенствованию судовых средств автоматизации и технического диагностирования.

В состав УТК ССА включены эксплуатационные и диагностические тренажеры.

Эксплуатационные тренажеры предназначены для изучения типовых судовых модулей, блоков и систем автоматизации и приобретения практических навыков по их использованию, обслуживанию, ремонту и наладке. Тренажеры выполняются в двух вариантах: с применением функциональных имитаторов ССА и реальных модулей, блоков и устройств ССА.

Основные эксплуатационные тренажеры:

• система дистанционного автоматизированного управления главным двигателем СТМ типа "Орленок";
• система автоматического управления судовой электростанцией ASA-S/G;
• система автоматического управления производственной холодильной установкой, вспомогательным котлом, ваерной лебедкой, движением судна по курсу, дизель-генератором СТМ типа "Орленок";
• система централизованного контроля параметров типа "Урсадат 4100";
• система ДАУГД по базе микропроцессорного комплекта AST 5011.

В эксплуатационных тренажерах предусмотрены модели объектов управления, имитаторы датчиков входных сигналов, выходных устройств ССА, а также устройства введения в схемы ССА типовых неисправностей.

Диагностические тренажеры предназначены для практического изучения методов технического диагностирования ССА и контрольно-диагностической аппаратуры, а также для приобретения практических навыков по их использованию при контроле и наладке ССА.

Основные диагностические тренажеры:

• автоматизированный микропроцессорный диагностический комплекс КИК-2;
• автоматизированная диагностическая система ПАСД;
• контрольно-измерительный комплекс КИК-1;
• комплекс для проверки и настройки блока защиты судовых генераторов;
• система контроля и диагностирования модулей "Транслот 2".

Диагностические тренажеры - общепромышленные и специализированные средства контроля, диагностирования и измерения параметров и микропроцессорных ССА, а также имитаторы типовых ССА промысловых судов.

Автоматизированные обучающие системы

Еще одно направление развития средств автоматизации подготовки студентов и повышения квалификации специалистов - автоматизированные обучающие системы - АОС. Широк спектр программно-аппаратных средств автоматизированного обучения - от ПЭВМ до сетей ЭВМ.

На нашем факультете в рамках АСУВУЗ выполнено проектирование и внедрение в учебный процесс АОС на базе мини-ЭВМ "Электроника 200/25". Программные средства системы инвариантны к предметной области, что достигнуто за счет включения специальной подсистемы, работающей с преподавателями в режиме диалога по формированию обучающих курсов. Таким образом, педагог имеет возможность отработать не только такие стратегические вопросы, как дифференциация предмета по разделам, темам, вопросам, но и тактические аспекты: тип вопроса, сложность, время на ответ и др.

После формирования обучающих программ система готова к "общению" со студентом. Этот диалог можно организовать как в режиме самостоятельной работы обучающегося, так и контроля его знаний.

В дисплейном классе с системой одновременно могут работать 12 человек, т. е. половина группы. Для студентов специальности "Автоматизированные системы управления" подготовлены курсы: "Программирование", "Моделирование систем", "Теория автоматизированного управления" и др. В целом в масштабах института организована работа и для других факультетов.

Мы рассчитываем, что широкое применение АОС в сочетании с работой в аудитории позволит добиться качественного совершенствования учебного процесса.

Таким образом, работа студентов на имитаторах не только приближает учебный процесс к реальным производственным условиям, интенсифицирует вузовскую деятельность, но и создает для преподавателей благоприятные условия расширения своих творческих возможностей.