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Die
Erfindung betrifft ein Trainingssystem für ein U-Boot-Automationssystem
sowie ein U-Boot mit einem derartigen Trainingssystem.
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U-Boot-Automationssysteme
dienen zur Steuerung, Überwachung
und Diagnose der verschiedenen Einrichtungen an Bord von U-Booten. Sie sollen
einen sicheren Betrieb eines U-Bootes ermöglichen und dessen Einsatzbereitschaft
gewährleisten.
Ein derartiges Automationssystem ist z.B. aus der Druckschrift "Electrical Systems
for Submarines",
Siemens AG, Juni 2001, Nr. E10001-A93-A51-V3-7600, bekannt.
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Aufgrund
des nur geringen zur Verfügung stehenden
Einbauplatzes und der damit verbundenen, hohen Packungsdichte der
an Bord eines U-Bootes installierten Einrichtungen, hoher Anforderungen
an die Armut von Emissionen (Geräusche, EMV,
Wärme)
und an die Sicherheit der Besatzung, insbesondere bei Tauchgängen, bestehen
besonders hohe Anforderungen an die Automationssysteme in U-Booten.
Im Unterschied zu Überwasserschiffen weisen
U-Boote zudem nur eine sehr begrenzte Mannschaft auf, die auf unterschiedlichste
Anforderungen (z.B. Störungs- oder Schadensereignisse)
reagieren muss. Die Mannschaft muss deshalb einen hohen Ausbildungsstand
vorweisen und besonders trainiert werden. Darüber hinaus muss sie in besonders
hohem Maße
durch das Automationssystem unterstützt werden.
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Aus
dem Stand der Technik sind spezielle U-Boot Trainingssimulatoren
bekannt, die ein Training der Mannschaft an Bedienabläufen des
Automationssystems eines U-Bootes erlauben. Hierbei wird an Land
der Kommandostand des U-Bootes mitsamt seinen Bedien- und Beobachtungseinrichtungen
(Human Machine Interfaces (HMI)) nachgebildet und das Automationssystem
mit samt den von ihm gesteuerten und überwachten Einrichtungen und
Systemen des U-Bootes simuliert.
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Allerdings
gestaltet sich die Pflege eines solchen Simulators als aufwendig,
da er stets an die aktuelle Hardware- und Software-Konfiguration
des Automationssystems des U-Bootes angepasst werden muss. So müssen z.B. Änderungen
an Funktionalitäten
der Steuerungssoftware oder bei den Anzeigen zum Bedienen und Beobachten
auch im Simulator nachgezogen werden, um zu gewährleisten, dass die Mannschaft
auch die Verhältnisse
vorfindet, mit denen sie im U-Boot konfrontiert wird.
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Weiterhin
kann die Mannschaft natürlich
nur am Ort des Simulators trainiert werden. In der Zeit, in der
sich die Mannschaft an einem vom Simulator entfernten Ort befindet
(z.B. bei einer längerzeitigen Ausfahrt,
Verlegungen in andere Häfen,
Manöver) kann
die Mannschaft den Trainingssimulator nicht nutzen.
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Es
ist deshalb Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Trainingssystem
für ein
U-Boot-Automationssystem zu schaffen, mit dem das Training der Mannschaft
für das
U-Boot-Automationssystems verbessert werden kann.
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Die
Lösung
der Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch ein Trainingssystem
gemäß Patentanspruch
1. Ein U-Boot mit einem derartigen Trainingssystem ist Gegenstand
des Patentanspruchs 6. Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils
Gegenstand der Unteransprüche.
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Da
das Trainingssystem zu seiner Bedienung mit dem Automationssystem
koppelbar ist, können
bereits im U-Boot vorhandenen Komponenten des Automationssystems
für seine
Bedienung genutzt werden. Da die für die Bedienung des Trainingssystems
notwendigen Einrichtungen, die meist einen großen Platzbedarf aufweisen,
nun nicht mehr durch das Trainingssystem bereitgestellt werden müssen, wird
für das
Trainingssystem selbst so mit nur wenig zusätzlicher Einbauplatz benötigt, so
dass es nun möglich
ist, das Trainingssystem direkt im U-Boot anzuordnen. Es steht somit
jederzeit und an jedem Ort der Mannschaft des U-Bootes für Trainingszwecke
zur Verfügung.
Ein Training kann somit auch fernab eines ortsfesten Simulators
stattfinden. Ferner kann das Training unter sehr realistischen Bedingungen,
z.B. auf hoher See, stattfinden. Das Training der Mannschaft am
Automationssystem kann somit bedeutend verbessert werden.
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Das
Trainingssystem kann außerdem
die gleichen HMI- Bilder und Steuerungs-Software nutzen, die auch
im normalen Betrieb des Automationssystems verwendet werden. Durch
die unmittelbare Nähe
des Trainingssystems zum Automationssystem kann bei Änderungen
an den HMI- Bilder oder der Software des Automationssystems die
jeweils aktuelle Version mit geringem Aufwand in das Trainingssystem
eingespielt werden. Somit kann sichergestellt werden, dass die Mannschaft
stets mit der aktuellen Software trainiert wird.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Trainingssystem
mit einer Anzeige- und/oder Bedieneinheit des Automationssystems
koppelbar. Daten des Trainingssystems können somit auf der Anzeige-
und/oder Bedieneinheit des Automationssystems aus bzw. eingegeben werden.
Auf Seite des Trainingssystems kann hierdurch eine Anzeige- und/oder Bedieneinheit
eingespart werden.
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Alternativ
kann das Trainingssystem auch mit einem Bedien- und Beobachtungs- (HMI-) Computer des
Automationssystems koppelbar sein. Dieser kann dann wiederum eine
Anzeige- und/oder Bedieneinheit des Automationssystems ansteuern.
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Die
Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
gemäß den Merkmalen der
Unteransprüche
werden im Folgenden in vereinfachter Darstellung in den Figuren
näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine erste Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Trainingssystems,
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2 einen prinzipiellen Aufbau
des Zentralgerätes
des Trainingssystems der 1,
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3 eine zweite Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Trainingssystems.
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Die 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Trainingssystem 1 für ein nur
andeutungsweise dargestelltes Automationssystem 2 eines
U-Bootes 3. Das Trainingssystem 1 bietet der Besatzung
des U-Bootes 3 die Möglichkeit,
Bedienabläufe
des Automationssystems 2 zu trainieren. Das Automationssystem 2 weist
beispielsweise vier Steuerungseinheiten (PLC = Programmable Logic
Controller) 5 zur Steuerung und Überwachung verschiedenster
Einrichtungen an Bord des U-Bootes 3 auf. Bei diesen Einrichtungen
kann es sich beispielsweise um Einrichtungen der Energieerzeugung
und -verteilung, der Antriebssteuerung, der Tauchregelung, der Tiefenmessung
und der Klimatisierung handeln.
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Die
vier Steuerungseinheiten 5 sind über einen Datenbus 11 mit
einem Bedien- und Beobachtungs- (HMI-) Computer 6 verbunden,
der wiederum eine Bedienstation 7 ansteuert. Über die
Bedienstation 7 erfolgt das Bedienen und Beobachten des
Automationssystems 2 und der davon gesteuerten und überwachten
Einrichtungen des U-Bootes 3 durch U-Boot-Personal.
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Die
Bedienstation 7 umfasst beispielsweise einen Monitor zur
Anzeige von Betriebsdaten des Automationssystems 2 und
eine Tastatur und/oder eine Maus zur Eingabe von Daten, wie z.B.
von Befehlen, in das Automationssystem 2. In der Regel
wird das Automationssystem 2 eine Vielzahl weiterer Komponenten
umfassen.
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Das
Trainingssystem 1 ist an Bord des U-Bootes 3 angeordnet
und weist als wesentliche Komponenten einen Emulator zur funktionellen Nachbildung
des Automationssystems, einen Simulator zur Simulation der von dem
Automationssystem gesteuerten und/oder überwachten Einrichtungen und
eine Bedien- und Beobachtungseinheit zur Ansteuerung einer Anzeige-
und/oder Bedieneinheit zur Datenausgabe und -eingabe an bzw. von
einem Benutzer des Trainingssystems 1. Der Emulator, der
Simulator und die Bedien- und Beobachtungseinheit sind in einem
Zentralgerät 4 des
Trainingssystems 1 untergebracht, dessen prinzipieller
Aufbau im Zusammenhang mit 2 erläutert wird.
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Das
U-Boot 3 weist ein Schaltelement 8 für eine wahlweise
Kopplung des Zentralgerätes 4 oder des
Bedien- und Beobachtungs- (HMI-)Computers 6 des Automationssystems 2 an
die Bedienstation 7 des Automationssystems 2 auf.
Das Schaltelement 8 kann grundsätzlich sowohl in Hardware (z.B.
als Schalter) als auch in Software realisiert sein. Im Normalbetrieb
des U-Bootes 3 befindet
sich das Schaltelement 8 in der Stellung 9, so
dass der HMI-Computer 6 mit der Bedienstation 7 verbunden
ist. Für
den Trainingsbetrieb wird das Schaltelement 8 in die Stellung 10 gebracht.
Hierdurch wird die Bedienstation 7 von dem HMI-Computer 6 getrennt
und mit dem Zentralgerät 4 des
Trainingssystems 1 gekoppelt bzw. verbunden. Es ist somit
sichergestellt, dass die Bedienstation 7, und gegebenenfalls
weitere Bedienstationen, wenn sie für das Training verwendet werden, von
den realen Prozessen getrennt sind und somit im Trainingsbetrieb
keine Beeinflussung des Automationssystem 2 erfolgt, die
gegebenenfalls die Sicherheit des U-Bootes 3 beeinträchtigen
könnte.
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Das
Zentralgerät 4 des
Trainingssystems 1 weist, wie in 2 dargestellt, einen Simulator 21 zur Simulation
der von dem Automationssystem 2 gesteuerten und/oder überwachten
Einrichtungen, einen Emulator 25 zur funktionellen Nachbildung
des Automationssystems und eine Bedien- und Beobachtungseinheit 26 auf.
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Der
Simulator 21 umfasst einen Komponentensimulator, der das
Verhalten der einzelnen Einrichtungen an Bord des U-Bootes für sich simuliert und
einen übergeordneten
Prozesssimulator, der das zeitliche und funktionale Zusammenwirken
dieser Einrichtungen in verschiedensten Betriebszuständen des
U-Bootes simuliert.
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Der
Emulator 25 dient zur funktionellen Nachbildung des Automationssystems,
d.h. im Fall des Automationssystems der 1 der funktionellen Nachbildung der vier
Steuerungseinheiten (PLC) 5 des Automationssystems 2.
Der Emulator 25 weist hierzu bevorzugt für jede der
Steuerungseinheiten 5 jeweils einen Steuerungs-Emulatoreinheit 25a auf, so
dass jede der Steuerungseinheiten 5 durch jeweils eine
Emulatoreinheit 25a funktionell nachgebildet wird. Die
vier Emulatoreinheiten 25a erhalten über einen gemeinsamen Speicher
(shared memory) 22 Prozesssignale von dem Simulator 21 bzw.
geben über
den geteilten Speicher 22 Signale an den Simulator 21 aus.
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Die
Bedien- und Beobachtungseinheit 26 steuert die Datenausgabe
an einen Benutzer bzw. die Dateneingabe von einem Benutzer des Trainingssystems über die
Bedienstation 7. Die Datenausgabe und die Dateneingabe
erfolgt auf der Bedienstation 7 bevorzugt über eine
grafische Benutzeroberfläche mit
Hilfe von in der Bedien- und Beobachtungseinheit 26 gespeicherten
HMI-Bildern.
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3 zeigt eine zweite Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Trainingssystems.
Im Unterschied zu dem in 1 dargestellten
Trainingssystem ist das Trainingssystem 1 nun über den
Bedien- und Beobachtungs- (HMI-) Computer 6 des Automationssystems 2 mit
der Bedienstation 7 koppelbar. Über den HMI-Computer 6 ist wahlweise eine
Bedienung des Trainingssystems 1 oder des Automationssystems 2 möglich. Die
Umschaltung erfolgt hierbei mittels einer Software 14 im
HMI-Computer 6.
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Bei
der Software 14 handelt es sich bevorzugt um eine Remote-Access-Software.
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Die
Ausgabe der von dem Zentralgerät 4 erzeugten
Trainingsdaten erfolgt somit über
den HMI-Computer 6 des Automationssystems 2 auf
der Bedienstation 7 des Automationssystems 2.
Das Trainingssystem nutzt somit nicht nur die Bedienstation 7 des
Automationssystems 2, sondern auch den HMI-Computer 6 des
Automationssystems 2. Es kann somit im Vergleich zu dem
in 1 dargestellten Trainingssystem 1 das
Schaltelement 8 entfallen, stattdessen wird diese Funktionalität von dem HMI-Computer 6 des
Automationssystems 2 bereitgestellt. Das Trainingssystem 1 kann
somit noch kleiner und somit platzsparender ausgeführt werden kann.
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Dem
HMI-Computer 6 kann hierbei eine Client- und dem Zentralgerät 4 des
Trainingssystems eine Serverfunktion zugewiesen. Mittels eines Fernzugriffs
(Remote-Access) ist von Seite des HMI-Computers 6 ein Zugriff
auf die von dem Zentralgerät 4 erzeugten
Trainingsdaten möglich
bzw. können über die
Bedienstation 7 erfasste Bedienereingaben an das Zentralgerät 4 übergeben
werden.
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Mit
Hilfe der Trainingssysteme gemäß 1 und 3 können
besondere Betriebsbedingungen generiert und simuliert werden. "Schnappschüsse", d.h. von dem Trainingssystem
zu einem bestimmten Zeitpunkt erzeugte Simulationsdaten, können abgespeichert
und zu einem späteren
Zeitpunkt nochmals aufgerufen werden. Während der Simulationen ist über die
Bedienstation 7, oder gegebenenfalls einen weiteren, an
das Zentralgerät 4 angeschlossenen
Rechner, ein Setzen und Verändern
von Prozesswerten im Trainingssystem 1 möglich. Weiterhin
ist eine Wiederholung (Replay) von Trainingssitzungen möglich.