Los simuladores de entrenamiento para biorreactores en la industria de procesos a menudo presentan estructuras muy similares.
En principio, un simulador de entrenamiento combina modelos de procesos dinámicos y gráficos por computadora. Los gráficos por computadora emulan un laboratorio, planta o máquina que permite al usuario operar y controlar el proceso utilizando actuadores virtuales, controladores y otros equipos de automatización. Desde una perspectiva técnica, los simuladores de entrenamiento para biorreactores frecuentemente constan de: (uno) un simulador de procesos, (dos) componentes de control relacionados con el proceso (PRC), (tres) (al menos una) estación de monitoreo y control (MCS). Además, (cuatro) una consola de entrenador y/o (cinco) una estación de ingeniería pueden estar conectadas al simulador de entrenamiento.
El simulador de procesos (uno) contiene los modelos del proceso. Por lo tanto, reúne el conocimiento experto sobre el proceso, por ejemplo, en forma de ecuaciones matemáticas o algoritmos. El simulador también incluye (sub)programas para resolver las ecuaciones numéricamente con el fin de calcular las condiciones del proceso como resultado de las acciones operativas.
Los componentes relacionados con el proceso (dos) incluyen convertidores D/A y A/D, así como un bus de campo, si se utiliza un sistema de control digital real como sistema de automatización en el simulador de entrenamiento. En este texto, los PRC también comprenden instrumentos, elementos de operación, controladores y actuadores (válvulas, bombas, etc.), que no son operados directamente desde la consola del operador, sino manualmente en el proceso real.
La estación de monitoreo y control (tres) generalmente consta de una o más pantallas y teclados. Aquí, los operadores observan las variables del proceso e inician acciones en el sistema de automatización. Como resultado de la introducción de redes de área local (LAN), Internet y lenguajes de programación como Java, la MCS también puede implementarse en computadoras remotas.
En particular, para simuladores de entrenamiento más grandes, puede ser útil operar una consola de entrenador (cuatro) con funciones especiales además de la MCS, en la cual los aprendices serán entrenados. En esta consola de entrenador, el instructor puede invocar condiciones o escenarios especiales, iniciar fallos o incidentes, entre otros. Además, se pueden integrar funciones para monitorear las acciones operativas de los aprendices en la consola del entrenador. En este nivel, la experiencia en la mediación de contenido de aprendizaje puede implementarse de manera especialmente útil. Desde un punto de vista científico, el desarrollo de las funciones de las consolas de entrenador no puede considerarse completo.
Finalmente, los simuladores de entrenamiento pueden tener una estación de ingeniería (cinco), en la cual se pueden realizar funciones adicionales como la configuración del OTS (Operational Training Simulator) o el refinamiento del modelo. Si es necesario, la estación de ingeniería también puede tener acceso a bibliotecas de modelos o bases de datos de materiales.
Con respecto a su aplicación y al esfuerzo de desarrollo, es razonable distinguir entre las tres estructuras diferentes de los simuladores de entrenamiento para biorreactores: (I) El simulador estimula los componentes relacionados con el proceso, así como la estación de operación y monitoreo. Esto significa que en el simulador solo se simulan el proceso (bio)químico y las operaciones unitarias. La operación y el control del proceso simulado se llevan a cabo utilizando el sistema de control de procesos existente, incluidos sus componentes relacionados con el proceso.
Este tipo de simuladores de entrenamiento es particularmente útil para la capacitación basada en el sistema de control de procesos realmente aplicado, así como para realizar pruebas exhaustivas de las funciones del sistema de control de procesos.
(II) El simulador estimula directamente las estaciones de monitoreo y control de un sistema de control de procesos existente; los componentes relacionados con el proceso se emulan como parte del simulador. La operación del entrenamiento en el simulador se realiza a través de las estaciones de monitoreo y control del sistema de control de procesos. Este tipo de simulador generalmente requiere inversiones reducidas, ya que los componentes relacionados con el proceso no son reales, sino emulados por el simulador.
(III) El simulador de entrenamiento contiene todos los componentes, incluida una emulación de la estación de monitoreo y control. Estos simuladores de entrenamiento se denominan simuladores de alcance completo (full-scope simulators).
Se recomienda decidirse por una de las variantes en las etapas iniciales de la definición de un proyecto de simulador de entrenamiento. Una forma prometedora de encontrar la variante de simulador de entrenamiento más adecuada es definir cuidadosamente los objetivos de la capacitación y los propósitos de aplicación.
En resumen, se puede afirmar que la estructura básica de un simulador de entrenamiento es muy similar a la de un sistema de control de procesos. Las principales diferencias son, esencialmente, el simulador de procesos, la consola del entrenador y el grado en que el simulador de entrenamiento emula las funciones del sistema de control.
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