[摘 要] 水泥行業(yè)的實踐教學存在較多困難，而仿真教學系統(tǒng)是一個較好的解決辦法。仿真系統(tǒng)可以激發(fā)學生的學習熱情，使學生對實踐環(huán)節(jié)的興趣程度、工藝流程的熟悉程度、分析問題解決問題的能力都有較大幅度的提高。

[關(guān)鍵詞] 水泥；仿真教學系統(tǒng)；分析

[作者簡介] 鄭海暉，廣西理工職業(yè)技術(shù)學校，廣西 南寧，530031

[中圖分類號] G712 [文獻標識碼] A [文章編號] 1007-7723（2013）02-0066-0003

一、仿真教學系統(tǒng)說明

（一）系統(tǒng)設(shè)計背景

硅酸鹽專業(yè)實踐教學環(huán)節(jié)有多方面的難點。受資金投入和教學經(jīng)費、場地、專業(yè)人員等因素的限制，學校不可能針對硅酸鹽專業(yè)建立自己的實習工廠；水泥企業(yè)從自身的管理、安全生產(chǎn)、效益等出發(fā)越來越不愿意接納在校學生的實習教學；即使真正落實了實習教學的企業(yè)，其教學的組織、教學手段和方法等也無法真正達到學生的實踐教學要求；在實踐中出現(xiàn)的定期檢修、生產(chǎn)中的故障現(xiàn)象較少被學生在實習企業(yè)正好遇上。那么，如何在社會對職業(yè)教育的較高期望和錄取分數(shù)普遍較低的學生之間尋找教學最佳模式？仿真教學系統(tǒng)是一個較好的解決辦法。

該系統(tǒng)的設(shè)計要求，就是構(gòu)建一套完善的水泥生產(chǎn)線教學仿真系統(tǒng)，通過控制系統(tǒng)及仿真教學軟件，完整地模擬水泥生產(chǎn)線各個工段的生產(chǎn)情況，使學員在學校中對水泥生產(chǎn)線的生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備及各種控制操作進行熟悉和了解，并通過正規(guī)的培訓和考核手段，培養(yǎng)出一批合格的水泥生產(chǎn)線中的操作人員。

（二）系統(tǒng)主要模塊操作界面及功能說明

1. 生產(chǎn)工藝教學

教師指導學生按照指定的步驟進行生產(chǎn)流程控制及故障解決，學員操作步驟存入教師站及時進行分析和顯示。

根據(jù)不同工段劃分為：水泥選粉系統(tǒng)模塊、物料輸送及自動配料系統(tǒng)模塊、窯爐煅燒系統(tǒng)模塊及水泥生產(chǎn)工藝及設(shè)備模塊。

水泥選粉系統(tǒng)模塊：該模塊根據(jù)生產(chǎn)線以及安裝場地的實際情況，按照一定比例設(shè)計制造而成，球磨機——選粉機——收塵，系統(tǒng)以及各種物料輸送設(shè)備（如斗式提升機、埋刮板輸送機、皮帶輸送機、空氣斜槽等）。該模塊能夠滿足學生進行的工程實踐及實驗有：選粉機風量調(diào)節(jié)及控制、選粉粒徑調(diào)節(jié)、皮帶跑偏的解決辦法，球磨機設(shè)計計算及控制等。

物料輸送及自動配料系統(tǒng)模塊：該模塊搭建微機自動配料系統(tǒng)，包括四組分配料控制系統(tǒng)、動靜態(tài)計量設(shè)備、物料存儲及回收裝置等。在采用了比較優(yōu)化的系統(tǒng)設(shè)計方案的情況下，系統(tǒng)構(gòu)建完全采用工業(yè)秤，能夠完成配料系統(tǒng)實驗和提供系統(tǒng)開發(fā)平臺。該模塊能夠滿足學生進行的工程實踐及實驗有：現(xiàn)場傳感測試及信號處理技術(shù)、配料系統(tǒng)軟件編制等。

窯爐煅燒模擬仿真系統(tǒng)模塊：該模塊建立水泥廠窯爐煅燒控制仿真屏、多功能控制器及實驗臺。窯爐煅燒控制仿真屏在控制器的控制下能完成設(shè)備啟動順序的演示，窯爐煅燒溫度的實時仿真等?？刂婆_給學生提供綜合控制實驗平臺。該模塊能滿足學生的典型實習工程有：窯爐溫度檢測及控制，控制系統(tǒng)開發(fā)。

水泥生產(chǎn)工藝及設(shè)備模塊：該模塊模擬從水泥生料原料配料開始直到成品水泥入庫的水泥生產(chǎn)工藝過程的裝備。整個生產(chǎn)線反映了水泥生產(chǎn)流程以及各種裝備在工藝流程的作用。包括：水泥庫、皮帶輸送機、提升機、螺旋輸送機、立磨、預熱系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)窯等。

系統(tǒng)完全仿真現(xiàn)場實際生產(chǎn)情況，學生可以按照生產(chǎn)操作步驟標準逐步操作直到達到生產(chǎn)控制要求的最終目的。當學生遇到無法解決的故障情況時，系統(tǒng)將給出相應的解決方案以提示學生。學生通過反復地仿真操作，在整套水泥生產(chǎn)線上的工藝熟悉度和突發(fā)事故的處理能力將得到提升。

經(jīng)過軟硬件的平臺搭建，構(gòu)建一套完善的水泥生產(chǎn)線教學仿真系統(tǒng)。通過控制系統(tǒng)及仿真教學軟件，完整地模擬水泥生產(chǎn)線各個工段的生產(chǎn)情況；通過搭建水泥仿真系統(tǒng)，模擬企業(yè)水泥的整體生產(chǎn)過程；通過搭建生產(chǎn)模型，設(shè)置相關(guān)參數(shù)、回路及計算公式，整體模擬了水泥生產(chǎn)線中從生料制備、煤粉制備、熟料燒成、熟料儲存到水泥粉磨等環(huán)節(jié)的生產(chǎn)過程。

在系統(tǒng)模擬仿真過程中插入現(xiàn)場實景照片實時體現(xiàn)現(xiàn)場操作環(huán)境，經(jīng)過此部分功能的應用，使學員在實驗室內(nèi)就可以對生產(chǎn)現(xiàn)場有實際的了解并一定程度地熟練掌握生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)操作。

2. 生產(chǎn)操作考核

通過通信網(wǎng)絡(luò)對選擇相應的學生機進入考試模式，教師機可以在預設(shè)的故障情況中選擇相應的選項作為學生的考試用題，當教師選定好相應的預設(shè)故障時，學生機模擬考試開始，并能夠?qū)⒖荚嚱Y(jié)果自動上傳至教師站進行存儲備案。

水泥生產(chǎn)操作流程

工作模式主要分為三種：常規(guī)仿真模式、軟件考試模式、模擬屏模式。

教師站可以設(shè)置不同考試類型，可以按照正常生產(chǎn)流程操作步驟設(shè)置考試環(huán)境和題目，學員按照標準步驟進行操作，系統(tǒng)記錄操作步驟和過程進行自動評分。教師站也可以設(shè)置不同的故障模式，安排學員按照標準的操作步驟對故障進行診斷和解決。如果不及時進行解決或者操作失誤，模擬仿真會顯示出現(xiàn)的嚴重后果（嚴重的生產(chǎn)安全事故或者設(shè)備損壞等），系統(tǒng)記錄操作步驟和過程進行自動評分。

考核功能可以按照設(shè)定的標準操作答案對比學員的實際操作過程自動評分，也可根據(jù)教師的意見進行實際調(diào)整，最終匯總成考核結(jié)果，進行公示。

經(jīng)過此部分功能的應用，通過構(gòu)建一套完善的水泥生產(chǎn)線教學仿真系統(tǒng)進行仿真教學，學員在學校就可以熟悉和了解水泥生產(chǎn)線的生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備及各種控制操作。通過正規(guī)的培訓和考核手段，可以培養(yǎng)出一批合格的水泥生產(chǎn)線操作人員。

3. 提供多媒體教學管理平臺

在仿真教學平臺基礎(chǔ)上安裝多媒體教學管理平臺，可以在教師站進行一對一、一對多的實際操作步驟教學演練管理，使學員在自己上機練習之前先對整個系統(tǒng)架構(gòu)、工藝流程、操作步驟、故障情況、解決方案等有個初步了解和印象。

二、系統(tǒng)在教學中遇到的問題及解決方法

（一）開機

1. 標題：應改為“5000T∕D熟料水泥生產(chǎn)仿真系統(tǒng)”（已修改）。

2. 開機畫面：開機的畫面是單系列的預熱器，基本上是2000T/D以下規(guī)模的生產(chǎn)線，而現(xiàn)在主流的生產(chǎn)線是5000T/D，都是雙系列的。所以換成一幅雙系列的較好（已更換）。

3. 開機程序：設(shè)置成雙擊桌面的圖標后就直接進入到讓學生輸入學號這個界面較好（已更改設(shè)置）。

4. 字體：很多比較小的文字看不清，有的文字顯示不完整，另外啟動按鈕上的字體是黃色的也看不清，應改成深藍或黑色（已更換）。

（二）系統(tǒng)參考參數(shù)存在的問題

1. 生料喂料量430T/H，據(jù)此算出窯的產(chǎn)量為6600t/d，如此高的產(chǎn)量，各方面要求是很高的。作為教學用的仿真系統(tǒng)，達產(chǎn)達標（5000t/d）比較穩(wěn)妥。而且，如果生料喂料量430T/H確定無誤，那么煤磨40t/h的產(chǎn)量實在是小了，至少有52t/h才能匹配。如果生料喂料量確實是330T/H，那么煤磨40t/h的產(chǎn)量是對的。

2. C1、C2、C3的出口溫度分別是540、600、680℃，太高了。窯的產(chǎn)量那么高，燒的煤那么少，C1、C2、C3的出口溫度那么高，工況參數(shù)不對應。雖說是參考參數(shù)，但我們平常了解到的參數(shù)為C1出口溫度：320±20℃、C2出口溫度：520～540℃、C3出口溫度：670～690℃。

3. 生料配比為硫酸渣21.66、砂巖5.83、煤矸石3.84、石灰石68.66。實際生產(chǎn)中各原料的配比（%）大致是這樣：石灰石——百分之八十幾，粘土（砂巖、煤矸石等）——百分之十幾，鐵礦石（硫酸渣等）百分之四左右。仿真系統(tǒng)的相應參數(shù)和我們平常了解到的偏離較大。

3. 考試模式

自動評分功能：如果有此功能，并能輸出打印，可以減少老師的工作量，對老師的幫助將是很大的（已添加）。

4. 缺少現(xiàn)場圖片

學生看到仿真系統(tǒng)示意圖，但還不了解設(shè)備具體是什么樣子、起到什么作用、各設(shè)備之間具體如何連接等問題，最好是有生產(chǎn)線的3D模型，或是能配上對應生產(chǎn)流程的詳盡的現(xiàn)場圖片，會有助于學生的學習。

三、系統(tǒng)應用的收獲和體會

通過對廣西理工職業(yè)技術(shù)學院硅酸鹽專業(yè)2010級學生和2011級學生使用這套仿真教學系統(tǒng)的情況進行觀察、記錄和分析，得出了以下結(jié)論：

首先，仿真系統(tǒng)激發(fā)了學生的學習熱情。仿真系統(tǒng)有些功能是傳統(tǒng)生產(chǎn)實踐中無法做到的，如：對操作過程的主要工藝參數(shù)進行修改以觀察相關(guān)其他參數(shù)的變化；學生的操作情況可以自動跟蹤、記錄、做出評判、打出分數(shù)；學生從得到的分數(shù)可主動去找原因，積極動手反復修正，使自己的操作結(jié)果得到滿意的成績；學生的操作結(jié)果還可匯總成表打印出來，客觀、公正地反映其操作情況，智能系統(tǒng)還可以幫助分析原因。學生既可以自己動手，又能看到操作結(jié)果，更不能敷衍了事，大大地提高了學生的學習興趣，激發(fā)了學習的主動性和積極性。

通過仿真教學，學生對實踐環(huán)節(jié)的興趣程度、工藝流程的熟悉程度、分析問題解決問題的能力都有較大幅度的提高。仿真教學提供了生動逼真的環(huán)境，使其在實踐環(huán)節(jié)的教學上具有傳統(tǒng)教學模式無可比擬的突出優(yōu)點。

其次，仿真教學系統(tǒng)提高了學生觀察能力和應變能力。 仿真操作可以人手一機，人人親自動手，熟悉正常的開停車操作。教師還可以設(shè)定一些事故，讓學生通過現(xiàn)場的現(xiàn)象進行分析、判斷，找出原因，并加以處理。訓練過程中，學生還可自行設(shè)計事故、觀察現(xiàn)象、進行處理，擺脫對教師的依賴，增強他們的獨立性，大大地提高了教學質(zhì)量。仿真教學系統(tǒng)的應用能較好地實現(xiàn)人人親自動手進行操作訓練、教學更方便、考核更科學的理想教學愿望。

使用這個仿真教學系統(tǒng)，不用承擔實際操作失誤的風險，不用經(jīng)過生產(chǎn)現(xiàn)場的反復演練實習，降低了培養(yǎng)學生的成本。在模擬中央控制操作臺前，學員們也能熟練、正確地掌握現(xiàn)代水泥生產(chǎn)技術(shù)。在學校教師的耐心指導下，依靠計算機操作軟件提供的生產(chǎn)現(xiàn)場仿真數(shù)據(jù)，學員們也能準確地處理各種生產(chǎn)參數(shù)的變化和事故隱患，這些都是企業(yè)期望達到的目標。

[參考文獻]

[1]農(nóng)榮，黃寧康.新型干法水泥生產(chǎn)5000t/d熟料中央控制室操作實訓[M].廣西理工職業(yè)技術(shù)學校校本教材，2013.

[2]蔣治國.仿真技術(shù)在職業(yè)教育的應用和前景[Z].2013.

[3]謝克平.水泥新型干法中控室操作手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2012.

[4]楊曉杰，李強.中央控制室操作[M]. 武漢：武漢理工大學出版社，2010.