生产线仿真教学系统的教学情况分析报告

[摘 要] 水泥行业的实践教学存在较多困难，而仿真教学系统是一个较好的解决办法。仿真系统可以激发学生的学习热情，使学生对实践环节的兴趣程度、工艺流程的熟悉程度、分析问题解决问题的能力都有较大幅度的提高。

[关键词] 水泥；仿真教学系统；分析

[作者简介] 郑海晖，广西理工职业技术学校，广西 南宁，530031

[中图分类号] G712 [文献标识码] A [文章编号] 1007-7723（2013）02-0066-0003

一、仿真教学系统说明

（一）系统设计背景

硅酸盐专业实践教学环节有多方面的难点。受资金投入和教学经费、场地、专业人员等因素的限制，学校不可能针对硅酸盐专业建立自己的实习工厂；水泥企业从自身的管理、安全生产、效益等出发越来越不愿意接纳在校学生的实习教学；即使真正落实了实习教学的企业，其教学的组织、教学手段和方法等也无法真正达到学生的实践教学要求；在实践中出现的定期检修、生产中的故障现象较少被学生在实习企业正好遇上。那么，如何在社会对职业教育的较高期望和录取分数普遍较低的学生之间寻找教学最佳模式？仿真教学系统是一个较好的解决办法。

该系统的设计要求，就是构建一套完善的水泥生产线教学仿真系统，通过控制系统及仿真教学软件，完整地模拟水泥生产线各个工段的生产情况，使学员在学校中对水泥生产线的生产工艺、生产设备及各种控制操作进行熟悉和了解，并通过正规的培训和考核手段，培养出一批合格的水泥生产线中的操作人员。

（二）系统主要模块操作界面及功能说明

1. 生产工艺教学

教师指导学生按照指定的步骤进行生产流程控制及故障解决，学员操作步骤存入教师站及时进行分析和显示。

根据不同工段划分为：水泥选粉系统模块、物料输送及自动配料系统模块、窑炉煅烧系统模块及水泥生产工艺及设备模块。

水泥选粉系统模块：该模块根据生产线以及安装场地的实际情况，按照一定比例设计制造而成，球磨机——选粉机——收尘，系统以及各种物料输送设备（如斗式提升机、埋刮板输送机、皮带输送机、空气斜槽等）。该模块能够满足学生进行的工程实践及实验有：选粉机风量调节及控制、选粉粒径调节、皮带跑偏的解决办法，球磨机设计计算及控制等。

物料输送及自动配料系统模块：该模块搭建微机自动配料系统，包括四组分配料控制系统、动静态计量设备、物料存储及回收装置等。在采用了比较优化的系统设计方案的情况下，系统构建完全采用工业秤，能够完成配料系统实验和提供系统开发平台。该模块能够满足学生进行的工程实践及实验有：现场传感测试及信号处理技术、配料系统软件编制等。

窑炉煅烧模拟仿真系统模块：该模块建立水泥厂窑炉煅烧控制仿真屏、多功能控制器及实验台。窑炉煅烧控制仿真屏在控制器的控制下能完成设备启动顺序的演示，窑炉煅烧温度的实时仿真等。控制台给学生提供综合控制实验平台。该模块能满足学生的典型实习工程有：窑炉温度检测及控制，控制系统开发。

水泥生产工艺及设备模块：该模块模拟从水泥生料原料配料开始直到成品水泥入库的水泥生产工艺过程的装备。整个生产线反映了水泥生产流程以及各种装备在工艺流程的作用。包括：水泥库、皮带输送机、提升机、螺旋输送机、立磨、预热系统、回转窑等。

系统完全仿真现场实际生产情况，学生可以按照生产操作步骤标准逐步操作直到达到生产控制要求的最终目的。当学生遇到无法解决的故障情况时，系统将给出相应的解决方案以提示学生。学生通过反复地仿真操作，在整套水泥生产线上的工艺熟悉度和突发事故的处理能力将得到提升。

经过软硬件的平台搭建，构建一套完善的水泥生产线教学仿真系统。通过控制系统及仿真教学软件，完整地模拟水泥生产线各个工段的生产情况；通过搭建水泥仿真系统，模拟企业水泥的整体生产过程；通过搭建生产模型，设置相关参数、回路及计算公式，整体模拟了水泥生产线中从生料制备、煤粉制备、熟料烧成、熟料储存到水泥粉磨等环节的生产过程。

在系统模拟仿真过程中插入现场实景照片实时体现现场操作环境，经过此部分功能的应用，使学员在实验室内就可以对生产现场有实际的了解并一定程度地熟练掌握生产工艺和生产操作。

2. 生产操作考核

通过通信网络对选择相应的学生机进入考试模式，教师机可以在预设的故障情况中选择相应的选项作为学生的考试用题，当教师选定好相应的预设故障时，学生机模拟考试开始，并能够将考试结果自动上传至教师站进行存储备案。

水泥生产操作流程

工作模式主要分为三种：常规仿真模式、软件考试模式、模拟屏模式。

教师站可以设置不同考试类型，可以按照正常生产流程操作步骤设置考试环境和题目，学员按照标准步骤进行操作，系统记录操作步骤和过程进行自动评分。教师站也可以设置不同的故障模式，安排学员按照标准的操作步骤对故障进行诊断和解决。如果不及时进行解决或者操作失误，模拟仿真会显示出现的严重后果（严重的生产安全事故或者设备损坏等），系统记录操作步骤和过程进行自动评分。

考核功能可以按照设定的标准操作答案对比学员的实际操作过程自动评分，也可根据教师的意见进行实际调整，最终汇总成考核结果，进行公示。

经过此部分功能的应用，通过构建一套完善的水泥生产线教学仿真系统进行仿真教学，学员在学校就可以熟悉和了解水泥生产线的生产工艺、生产设备及各种控制操作。通过正规的培训和考核手段，可以培养出一批合格的水泥生产线操作人员。

3. 提供多媒体教学管理平台

在仿真教学平台基础上安装多媒体教学管理平台，可以在教师站进行一对一、一对多的实际操作步骤教学演练管理，使学员在自己上机练习之前先对整个系统架构、工艺流程、操作步骤、故障情况、解决方案等有个初步了解和印象。

二、系统在教学中遇到的问题及解决方法

（一）开机

1. 标题：应改为“5000T∕D熟料水泥生产仿真系统”（已修改）。

2. 开机画面：开机的画面是单系列的预热器，基本上是2000T/D以下规模的生产线，而现在主流的生产线是5000T/D，都是双系列的。所以换成一幅双系列的较好（已更换）。

3. 开机程序：设置成双击桌面的图标后就直接进入到让学生输入学号这个界面较好（已更改设置）。

4. 字体：很多比较小的文字看不清，有的文字显示不完整，另外启动按钮上的字体是黄色的也看不清，应改成深蓝或黑色（已更换）。

（二）系统参考参数存在的问题

1. 生料喂料量430T/H，据此算出窑的产量为6600t/d，如此高的产量，各方面要求是很高的。作为教学用的仿真系统，达产达标（5000t/d）比较稳妥。而且，如果生料喂料量430T/H确定无误，那么煤磨40t/h的产量实在是小了，至少有52t/h才能匹配。如果生料喂料量确实是330T/H，那么煤磨40t/h的产量是对的。

2. C1、C2、C3的出口温度分别是540、600、680℃，太高了。窑的产量那么高，烧的煤那么少，C1、C2、C3的出口温度那么高，工况参数不对应。虽说是参考参数，但我们平常了解到的参数为C1出口温度：320±20℃、C2出口温度：520～540℃、C3出口温度：670～690℃。

3. 生料配比为硫酸渣21.66、砂岩5.83、煤矸石3.84、石灰石68.66。实际生产中各原料的配比（%）大致是这样：石灰石——百分之八十几，粘土（砂岩、煤矸石等）——百分之十几，铁矿石（硫酸渣等）百分之四左右。仿真系统的相应参数和我们平常了解到的偏离较大。

3. 考试模式

自动评分功能：如果有此功能，并能输出打印，可以减少老师的工作量，对老师的帮助将是很大的（已添加）。

4. 缺少现场图片

学生看到仿真系统示意图，但还不了解设备具体是什么样子、起到什么作用、各设备之间具体如何连接等问题，最好是有生产线的3D模型，或是能配上对应生产流程的详尽的现场图片，会有助于学生的学习。

三、系统应用的收获和体会

通过对广西理工职业技术学院硅酸盐专业2010级学生和2011级学生使用这套仿真教学系统的情况进行观察、记录和分析，得出了以下结论：

首先，仿真系统激发了学生的学习热情。仿真系统有些功能是传统生产实践中无法做到的，如：对操作过程的主要工艺参数进行修改以观察相关其他参数的变化；学生的操作情况可以自动跟踪、记录、做出评判、打出分数；学生从得到的分数可主动去找原因，积极动手反复修正，使自己的操作结果得到满意的成绩；学生的操作结果还可汇总成表打印出来，客观、公正地反映其操作情况，智能系统还可以帮助分析原因。学生既可以自己动手，又能看到操作结果，更不能敷衍了事，大大地提高了学生的学习兴趣，激发了学习的主动性和积极性。

通过仿真教学，学生对实践环节的兴趣程度、工艺流程的熟悉程度、分析问题解决问题的能力都有较大幅度的提高。仿真教学提供了生动逼真的环境，使其在实践环节的教学上具有传统教学模式无可比拟的突出优点。

其次，仿真教学系统提高了学生观察能力和应变能力。 仿真操作可以人手一机，人人亲自动手，熟悉正常的开停车操作。教师还可以设定一些事故，让学生通过现场的现象进行分析、判断，找出原因，并加以处理。训练过程中，学生还可自行设计事故、观察现象、进行处理，摆脱对教师的依赖，增强他们的独立性，大大地提高了教学质量。仿真教学系统的应用能较好地实现人人亲自动手进行操作训练、教学更方便、考核更科学的理想教学愿望。

使用这个仿真教学系统，不用承担实际操作失误的风险，不用经过生产现场的反复演练实习，降低了培养学生的成本。在模拟中央控制操作台前，学员们也能熟练、正确地掌握现代水泥生产技术。在学校教师的耐心指导下，依靠计算机操作软件提供的生产现场仿真数据，学员们也能准确地处理各种生产参数的变化和事故隐患，这些都是企业期望达到的目标。

[参考文献]

[1]农荣，黄宁康.新型干法水泥生产5000t/d熟料中央控制室操作实训[M].广西理工职业技术学校校本教材，2013.

[2]蒋治国.仿真技术在职业教育的应用和前景[Z].2013.

[3]谢克平.水泥新型干法中控室操作手册[M].北京：化学工业出版社，2012.

[4]杨晓杰，李强.中央控制室操作[M]. 武汉：武汉理工大学出版社，2010.