CC BY
23Управление мощным мостовым каскадом с помощью изменения момента переключения одной половины моста относительно другой осуществляет семейство фазовых ШИМ контролеров 11С3875х. Микросхемы этого семейства могут применяться в узлах управления источников вторичного питания с обратной связью как по напряжению, так и по току, и имеют встроенную цепь токовой защиты. В них обеспечивается программируемая временная задержка при включении каждого выходного транзистора эта задержка необходима для работы в резонансном: режиме и является независимо управляемой для каждой пары выходов (А-В,С-0).
Схема практической реализации инвертора с устройством ограничения зарядного тока Сб конденсатора разработана на кафедре "Электротехники и Электрооборудования Объектов Водного транспорта".
Список литературы
[1] Перебаскин А.В. Издательство “Додека” - 1997.
[2] Семенов Б.Ю. Силовая электроника для любителей и профессионалов. - М.: Солон - Р, 2001.
THE BRIDGE INVERTER WITH PHASE PULSE-WIDTH MODULATION ON THE BASIS OF PWM-CONTROLLER UC3875X
V V. Alexandrov, V. A. Drobilov
In the given article the bridge inverter on the basis of PWM-controller UC3875X is examined. Features of work of the device with switching power keys at zero voltage are considered.
УДК 621.3:621.1
A. В. Аполлонов, аспирант.
B. В. Александров, к. т. н., профессор.
А. М. Кутузов, старший преподаватель, ВГАВТ.
603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5.
КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТРЕНАЖЕРЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ СТУДЕНТОВ И ИНЖЕНЕРОВ-ЭЛЕКТРОМЕХАНИКОВ
Рассматриваются вопросы тренажерной подготовки судовых электромехаников. Проводится анализ основных видов компьютерных тренажеров, приводятся их основные технические характеристики, даются рекомендации по их применению.
В настоящее время технологические процедуры, выполняемые персоналом на сложных и небезопасных энергетических, силовых, нефтехимических производствах и установках, описываются тысячами страниц текста. Время их освоения составляет от несколько месяцев до нескольких лет, а оперативная подготовка персонала затруднена. В то же время к квалификации оперативного персонала предъявляются высокие требования, в связи с чем проводится периодическая аттестация. При этом необходимо отрабатывать штатные и внештатные аварийные ситуации, которые часто по требованиям безопасности невозможно смоделировать на реальном объекте.
В сегодняшних экономических условиях, когда даже мелкий ремонт грозит превратиться в неразрешимую проблему, цена ошибок оперативного персонала со слож-
ным оборудованием многократно возрастает. Особую важность приобретает качественное обучение и постоянное поддержание квалификации и готовности персонала. Вот почему тренажерная подготовка специалистов нашла применение в судовождении, авиации, ракетно-космической технике, т.е. в тех областях, где обучение на натурном объекте связано с большими затратами, а подчас и с опасностью возникновения аварийных ситуаций.
Можно выделить следующие типы компьютерных тренажеров:
1. Электронный экзаменатор
Это простейший программный продукт, реализуемый на всех видах отечественной и зарубежной вычислительной техники. Основная его функция - это замена живого экзаменатора в строго регламентированных областях. Как правило, такой экзаменатор содержит набор билетов из нескольких вопросов, предлагаемых экзаменуемому в случайном порядке, и ряда неправильных и одного правильного ответа на каждый вопрос. В зависимости от сложности экзаменатора, он может обеспечивать также следующие возможности:
- показ рисунков в кадре вопроса;
- показ мультфильмов (анимация) в кадре вопроса;
- анализ ответа экзаменуемого в виде чисел и формул;
- предварительное обучение (показ правильных ответов);
- редактирование старых и создание новых вопросов.
2. Статические (или логико-динамические) тренажеры
Основная особенность заключается в том, что в таких программах отсутствует физико-математическая модель процессов, происходящих в оборудовании, но показывается и проверяется определенный порядок действий. Порядок действий обычно жестко задается; в более сложных случаях предусматриваются разветвления в цепочке действий, что обеспечивается логическими функциями (логико-динамическая модель). Главные недостатки:
- невозможность отклонения обучаемого от сколь угодно сложной, но все равно жестко заданной цепочки действий;
- трудность программирования динамических эффектов (даже простого изменения показаний приборов).
Как правило, разработчики таких тренажеров сначала делают для себя инструментальные средства (конструкторы), позволяющие, например легко нарисовать нужные электрические схемы и задать цепочки правильных действий. Простые тренажеры вполне может написать студент.
3. Динамические тренажеры
Имеют в своей основе математическую модель реальных физических процессов и потому наиболее полезны для качественного обучения персонала. Разумеется, для расчета достаточно полных моделей требуются весьма внушительные машинные ресурсы - на 1ВМ РС.
4. Пультовые тренажеры
В них, кроме компьютера, присутствует аппаратная часть (например, копия реального пульта управления котлом). На пульте могут быть представлены только основные приборы и органы управления (упрощенный тренажер), управление какой-либо частью, отдельной установкой (локальный тренажер); наконец, пульт может быть копией реального пульта управления (полномасштабный тренажер). Компьютер в данном случае заменяет реальный управляемый объект; здесь, как правило, требуется хорошая динамическая модель.
5. Современная компьютерная технология (мультимедиа)
Позволяет создавать диалоговые обучающие программы и тренажеры, включающие компьютерную мультипликацию, аудио и видеотехнику. Как минимум, это усилит ощущение реальности при работе с тренажером и откроет новые возможности в процессе обучения.
Одним из факторов, сдерживающих широкое использование мультимедийных средств обучения, является высокая стоимость разработки компьютерных обучающих систем.
Однако с появление мощных и недорогих компьютеров и большого числа программных средств такая разработка стала возможной.
Новые технологии передачи знаний влекут за собой соответствующие изменения в системе образования. Современная информационная революция радикально меняет понятие обучения. Физическим носителем информационных технологий, их инструментом является компьютер, без использования которого невозможно представить сколько-нибудь содержательного интеллектуального труда. Владение компьютером рассматривается как обязательное качество готового к труду специалиста во многих сферах человеческой деятельности. Необходимым требованием, предъявляемым сегодня к специалистам в области техники, экономики, ряда других отраслей человеческой деятельности, является профессиональное владение персональным компьютером, что в свою очередь требует глубоких знаний в области компьютерных технологий, определенных навыков и специфического стиля мышления.
Подготовка и переподготовка специалистов неотделима от их непосредственного наблюдения и изучения. Единственным средством их воспроизводства во всем многообразии проявлений является физическое моделирование. Невозможно представить себе лучшее средство для чувственного восприятия этих процессов, формирования целостного качественного образа, обретения уверенности в их прогнозируемости и подконтрольности при управлении.
Применение тренажеров, т.е. объектов, в той или иной степени воспроизводящих натурный объект эксплуатации, позволяет обучающемуся персоналу получить навыки эксплуатации и наиболее эффективного использования оборудования, что дает возможность в дальнейшем, в условиях нормальной эксплуатации избежать многих осложнений.
Компьютерные технологии дают возможность перехода на качественно иной уровень передачи информации. Кроме того, мультимедиа позволяет создать средства обучения с широкими интерактивными возможностями.
В последние годы впечатляющие успехи ключевых информационных технологий создали уникальную возможность реализовывать компьютерное моделирование сложнейших динамических процессов в интерактивном имитационном режиме, когда реакции моделируемого процесса на изменение внешних условий или вмешательство экспериментатора протекают в реальном времени. Такие имитационные модели благодаря качественно новым возможностям тренинга, существенно повышающего технологическую безопасность и эффективность управления процессами.
Применение демонстрационных картинок и роликов, иллюстрирующих различные явления и процессы, позволяет не только активизировать познавательную деятельность обучаемых, но и повысить уровень усвоения учебного материала, увеличить скорость передачи информации, способствует развитию образного мышления, интуиции.
Использование мультимедийных тренажеров позволяет проводить обучение в условиях, максимально приближенных к производственным. В процессе работы с компьютерным тренажером работник погружается в виртуальную производственную среду и учится надлежащим образом выполнять свои производственные обязанности,
кроме того, тренажер позволяет моделировать аварийные ситуации, в которых обучаемый должен выполнить действия, адекватные сложившейся обстановке.
Приведенная выше классификация поможет при выборе программных средств в зависимости от задач и целей обучения:
- для контроля персонала по набору определенных правил (техника безопасности и т.п.) можно использовать простые экзаменаторы;
- для общего ознакомления с устройством и обучения определенному порядку действий можно использовать статические и логико-динамические тренажеры;
- для проведения экспериментов, изучения физических основ и способов функционирования устройств, для проблемного обучения, противоаварийных тренировок и анализа аварий следует использовать динамические тренажеры.
Пультовые тренажеры в основном нацелены на ознакомление персонала с конкретным оборудованием и на выработку соответствующих моторно-рефлекторных реакций и навыков. Отсюда очевиден недостаток этого класса тренажеров: при изменениях (модернизации) оборудования или при переводе персонала на другой вид оборудования тренажер становится бесполезным; тогда как чисто компьютерный динамический тренажер при правильном подходе учит думать, анализировать протекающие физические процессы и принимать оптимальные решения. Способ управления компьютерным тренажером обычно отличается от реального, но это не следует считать недостатком, поскольку он позволяет абстрагироваться от частностей и сосредоточиться на понимании сути моделируемых явлений. Кроме того, ничто не мешает при необходимости нарисовать на дисплее реальный пульт (даже поместить его фотографию). Хорошо сделанный компьютерный тренажер можно легко перенастроить при модернизации оборудования.
Остановимся подробнее на мультимедийных тренажерах, как наиболее интересных и сложных программных продуктах. Есть два различных способа изготовления таких тренажеров. Первый заключается в написании отдельной программы для каждого отдельного тренажера, второй - в использовании специального инструмента разработчика (конструктора), который позволяет многократно ускорить разработку. В первом случае возможно достижение красивых специальных эффектов, но очень затруднена модификация тренажера. Как правило, программы этого класса (и математические модели в них) очень просты, поэтому такие локальные тренажеры более распространены (что является показателем не качества, а рентабельности их производства). При использовании конструктора разработчиком тренажера должен быть не программист, а технолог, владеющий аппаратом прикладной математики. Общее свойство большинства конструкторов - составление динамической модели из "кубиков" - стандартных элементов, описывающих определенные объекты управления (приборы) и стандартные математические операции, передаточные функции, логику
Тренажер содержит:
- динамическую модель оборудования, позволяющую проводить машинные эксперименты и исследования оборудования в произвольных переходных режимах;
- интерфейсную часть, позволяющую обучаемому управлять моделью в реальном времени (мнемосхемы, рисунки, фотографии, кнопки, переключатели, приборы и т.п.);
- ряд сценариев противоаварийных тренировок, предусматривающих демонстрацию аварии, комментарии и показ правильных действий (режим "демонстрация");
- подсказку обучаемому и контроль его действий (режим "тренировка");
- экзамен с оценкой действий обучаемого (режим "экзамен"). Оценка формируется по ряду критериев (запрещенные и обязательные действия, контроль параметров оборудования и качества управления);
- возможность просмотра диаграмм (графиков показаний приборов и состояния элементов управления) по окончании исследования (тренировки);
- возможность редактирования параметров элементов управления и приборов;
- возможность редактирования и создания новых сценариев.
Основные технические характеристики и требования к оборудованию:
Характеристика Значение Требования к оборудованию
Платформа Microsoft Windows 98, Me, 2000, ХР IBM PC
Количество окон, графических элементов и управляемых объектов Не ограничено (типичное количество управляемых объектов от 1 до 5 тысяч переключателей, регуляторов и задвижек в 30-100 окнах) Память - от 128Мб Диск - от 20Гб в зависимости от количества элементов мультимедиа в модели
Г рафика True Color SVGA 640x480, 800x600, 1024x768 в зависимости от модели Видеокарта SVGA, монитор нужного размера
Средства мультимедиа Видеофрагменты, анимация, звуковые эффекты и голосовые комментарии по ситуации в модели или из сценария Стандартные звуковые средства ПК
Управление тренажером Максимальная эргономичность достигается за счет гипертекстовой организации многооконного интерфейса с кнопками перехода, без использования скроллинга и громоздких в управлении структур (типа меню или дерева) Мышь, клавиатура
Скорость моделирования Реальное время с возможностью ускорения до 1000 раз в зависимости от ресурсов ПК Процессор - не ниже Pentiumll в зависимости от объема модели
Регистрируемые параметры, отображаемые на диаграмме в процессе работы - показания приборов; - положение управляемых объектов; - факт выбора обучаемым объектов на управление; - действия обучаемого (направление переключений, процессы ручного регулирования) Для распечатки диаграмм, а также результатов тренировки и экзамена желателен лазерный принтер
Операции с диаграммами Автоматическое сохранение в файле, распечатка, экспорт в формате EMF и копирование в буфер обмена
Сетевые функции Одновременная работа необходимого для конкретного тренажера количества компьютеров в локальной сети, автоматическая синхронизация модельного времени и передача оперативных параметров Локальная сеть MS Windows, Novell Netware и др., позволяющая организовать одновременный доступ к общим каталогам моделей и временных файлов
Гибкость и расширяемость комплексов поддерживается за счет принципа объектно-ориентированной разработки программного обеспечения. Такая технология наиболее эффективна в проектах с открытой архитектурой.
Каждый структурный модуль комплекса пользуется собственным ресурсом (компьютером и его операционной системой), однако несколько модулей могут использо-
вать один и тот же ресурс. Все программное обеспечение располагается на сервере и не зависит от используемой конфигурации комплекса, что относится и к базам данных.
Пользователь, обновив компьютеры и лицензию, может самостоятельно расширить свой тренажер не только в количественном, но и в качественном смысле (функциональность, новые районы и объекты моделирования).
Постоянно совершенствуя свое программное обеспечение и используя описанную выше технологию, можно обеспечить пользователей легко доступной модернизацией тренажера. Как правило, все ограничивается посылкой нового дистрибутива и лицензии, так как инсталляционный пакет позволяет пользователю самому изменить конфигурацию тренажерного комплекса.
Заключение
Персональный компьютер и прикладное программное обеспечение давно уже стали инструментом, абсолютно необходимым для решения научно-исследовательских и опытно-конструкторских задач любой сложности. Благодаря своей внутренней гибкости этот инструмент становится все более универсальным, одна за другой открываются новые сферы его применения.
Компьютерный эксперимент позволяет не только сформировать моторнорефлекторные навыки действий в сложных ситуациях, но и наглядно показать физическую сущность протекающих в оборудовании процессов, их взаимную зависимость, а также ряд существенных тонкостей, которым, к сожалению, не всегда придается значение на практике.
COMPUTER SIMULATORS AND THEIR APPLICATION FOR PREPARATION OF STUDENTS AND ELECTROMECHANICS
A. V. Apollonov, V. V. Alexandrov, A. M. Kutuzov
Questions of training preparation of ship electromechanics are considered. The analysis of the basic kinds of computer simulators is carried out, their basic characteristics are resulted, recommendations on their application are given.
УДК 621.43.068
А. А. Батялов, к. т. н., доцент.
Ю. В. Варечкин, старший преподаватель, ВГАВТ.
603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5.
УТИЛИЗАЦИЯ ТЕПЛОТЫ, КАК ОДИН ИЗ ИСТОЧНИКОВ РОСТА КОЭФФИЦИЕНТА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕПЛОТЫ НА СУДНЕ
Способы удовлетворения потребностей в тепловой и электроэнергии. Оптимизация устройств систем утилизации теплоты. Анализ теплового баланса главных двигателей. Влияние различных факторов на возможную утилизацию теплоты. Внешняя и внутренняя утилизация. Коэффициент использования теплоты за счет утилизации.
Потребности судна в тепловой и электрической энергии зависят от целого ряда факторов: размеров судна; количества пассажиров или экипажа; мощности энергетической установки, ее комплектации и т.д.
