舒安慶 游 鋒 陳翠梅 陳 忠 許銀萍 楊 紅，2

（1.武漢工程大學機電工程學院 2.武漢市壓力容器壓力管道安全技術研究中心 3.武漢市鍋爐壓力容器檢驗研究所)

0 前言

承壓類特種設備在石油化工、能源、電力等領域廣泛應用，對國民經(jīng)濟的發(fā)展以及人民生活等方面起著重要作用。由于承壓類特種設備涉及生產(chǎn)和生命安全，國家頒布實施了 《特種設備安全監(jiān)察條例》[1]，規(guī)定特種設備作業(yè)人員須經(jīng)特種設備安全監(jiān)督管理部門考核合格，取得作業(yè)證書，方可從事相關的作業(yè)。從承壓類特種設備發(fā)生的事故統(tǒng)計，由于操作人員錯誤操作造成事故占事故率50%以上，因此，提高承壓類特種設備作業(yè)人員的專業(yè)素質(zhì)和實際操作能力是保障設備安全運行的重要措施。

現(xiàn)有培訓考核模擬系統(tǒng)中，主要采用課堂上理論授課，考核采用筆答及口答的形式，實際操作部分基本上沒有滿足規(guī)范的要求，或者僅限于計算機模擬，沒有與現(xiàn)場操作設備相結(jié)合。作業(yè)人員無法通過必要的實際操作訓練來掌握相關操作技能，尤其對設備故障排除、常見事故處置、節(jié)能減排等相關知識很欠缺，并且沒有科學的培訓教案和操作考核的試題庫。這些因素制約了作業(yè)人員實際操作能力的有效提高。因此，開發(fā)科學、高效的壓力容器作業(yè)人員培訓考核的新方法和新模式，開發(fā)能夠滿足培訓和考核需要、致力于提高作業(yè)人員實際操作能力的培訓考核設備，已成為一項非常緊迫的任務。本課題從壓力容器安全事故幾率、事故危害性、使用廣泛性、結(jié)構的特點等因素考慮，以快開門式蒸壓釜為例，模擬壓力容器實際運行狀態(tài)、各種操作和各種故障，使培訓人員更直觀地了解壓力容器的內(nèi)部結(jié)構和附屬設備及其工藝流程、工作原理等，進而提高作業(yè)人員的技能水平。

1 蒸壓釜工作人員培訓考核模擬系統(tǒng)的總體設計

1.1 工藝流程設計

蒸壓釜是廣泛應用于建筑材料生產(chǎn)的壓力容器，是利用蒸汽的壓力能對容器有效空間內(nèi)的工質(zhì)進行相關工藝加工處理的設備，并配備保證安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定運行所必需的附屬設備以及自控系統(tǒng)與保護裝置系統(tǒng)。其顯著特點是快開門結(jié)構、需頻繁開啟和關閉、運行操作安全水平要求高。圖1為蒸壓釜基本工藝流程圖。

圖1 蒸壓釜基本工藝流程

1.2 系統(tǒng)的控制部分

考核培訓系統(tǒng)控制部分是基于現(xiàn)場設備開放網(wǎng)絡平臺，以網(wǎng)絡可編程控制器構建下位機單元，實現(xiàn)現(xiàn)場設備控制，以MCGS工控組態(tài)軟件和通用PC為軟、硬件平臺構建上位機系統(tǒng)，提供圖文界面環(huán)境；基于通用的以太網(wǎng)平臺，實現(xiàn)上、下位機間的通信，并可實現(xiàn)一對多的上、下位機結(jié)構，方便系統(tǒng)擴展。

該系統(tǒng)專門設計了基于單片機技術的仿真儀表控制卡，通過單片機程序控制仿真儀表控制卡，由仿真儀表控制卡產(chǎn)生控制信號，達到控制步進電機、完成儀表模擬仿真的目的。系統(tǒng)還選擇觸摸屏形式的人機對話方式，使培訓考核操作過程的環(huán)境更加完善。

1.3 系統(tǒng)的功能特征

系統(tǒng)將計算機虛擬現(xiàn)實和設備實物結(jié)構模擬技術相結(jié)合，構造逼真的設備操作環(huán)境，模擬典型設備實際操作和考核的全過程，為壓力容器培訓考核提供一種標準化的教學平臺。系統(tǒng)的培訓考核功能齊全，開發(fā)中體現(xiàn)了以下特點。

（1）能滿足 《壓力容器安全管理人員和操作人員考核大綱》[2]的教學考核要求，對學員進行專業(yè)知識、安全管理和安全操作的培訓和考核，可以幫助不同行業(yè)的操作人員在培訓過程中掌握本行業(yè)典型設備的流程原理和操作方法，培訓機構便于針對不同行業(yè)的學員實施有重點的分類培訓，以提高培訓質(zhì)量。

（2）能把典型設備的工藝流程原理以動畫形式顯示出來，逼真地模擬實際操作環(huán)境，及時地顯示溫度、壓力變化情況，模擬操作步驟與壓力、溫度的邏輯關系，并將壓力、溫度、操作過程等參數(shù)顯示在計算機上。

（3）培訓操作過程具有可選擇性，可實現(xiàn)操作步驟語音提示和設備常見故障判斷、故障排除、故障應急處理等培訓功能，為學員提高事故處理能力提供了學習鍛煉的真實環(huán)境。

（4）系統(tǒng)具有考核試題題庫 （題庫包括設備基本操作、典型環(huán)節(jié)安全措施操作、安全巡視過程中設備故障應急處理操作、節(jié)能工藝操作等知識），可實現(xiàn)自動組卷、考核計時、考核自動評卷、試題數(shù)據(jù)庫管理、學員考核信息管理等功能。

(5)為實現(xiàn)操作人員培訓考核的標準化和信息化，提高培訓考核的管理質(zhì)量，提供了硬件支持條件，可避免傳統(tǒng)培訓考核中的個性化差異。

2 培訓考核模擬系統(tǒng)的技術原理及技術特性

2.1 硬件構成

蒸壓釜作業(yè)人員培訓考核模擬系統(tǒng)的硬件包括設備主體、快開門、安全附件、閥門、安全聯(lián)鎖裝置、模擬儀表、觸摸屏、電源控制臺、PEC 8000和DIO 2000網(wǎng)絡可編程控制器、計算機以及投影儀等。圖2為蒸壓釜硬件構成圖。

圖2 蒸壓釜硬件構成

2.2 軟件構成

計算機選用MCGS（monitor and control generated system，通用監(jiān)控系統(tǒng)）工控組態(tài)軟件進行軟、硬件組態(tài)，通過采集和監(jiān)控可編程控制器上傳的實時數(shù)據(jù)，提供模擬操作監(jiān)控流程，實現(xiàn)操作可視化，并實現(xiàn)操作提示和培訓考核功能。MCGS是一套用于快速構造和生產(chǎn)計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，由 “組態(tài)環(huán)境”和 “運行環(huán)境”兩個系統(tǒng)組成，通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理，以動畫顯示、報警處理、流程控制、實時曲線、歷史曲線和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實際工程問題的方案。它充分利用了Windows圖形功能完備、界面一致性好、易學易用的特點，比以往使用專用機開發(fā)的工業(yè)控制系統(tǒng)更有通用性，因而在自動化領域使用更為廣泛。圖3為MCGS系統(tǒng)界面圖。

圖3 MCGS系統(tǒng)界面

2.3 技術特性

蒸壓釜工作人員培訓考核模擬系統(tǒng)包含了五個方面的技術并進行了合理運用和融合：壓力容器實際操作人員安全培訓、壓力容器安全技術、基于計算機的虛擬仿真技術、基于計算機的實物仿真技術、基于計算機的監(jiān)控技術。

壓力容器實際操作人員安全培訓應該根據(jù)TSG特種設備技術規(guī)范R6001—2011《壓力容器安全管理人員和操作人員考核大綱》附件B和C的要求，完成對操作人員實際操作技能的培訓和考核。該系統(tǒng)對壓力容器安全技術方面的問題 （如安全聯(lián)鎖裝置、安全附件設置、安全裝置操作程序等）進行了全面的綜合考慮，并將其全部體現(xiàn)到了培訓考核系統(tǒng)中。利用計算機虛擬技術，將系統(tǒng)操作過程對系統(tǒng)工藝流程的作用反映在屏幕上，使學習者更容易理解和掌握安全操作程序及其原理。運用計算機實物模擬技術，通過單片機程序控制設計，由仿真儀表控制卡產(chǎn)生控制信號，達到控制步進電機、完成儀表模擬仿真的目的，從而使模擬操作與計算機模擬真實環(huán)境相結(jié)合。運用計算機監(jiān)控功能，將操作人員的操作過程完整記錄下來，并且根據(jù)正確操作程序進行分析評價，進行培訓考核的信息化管理。

3 結(jié)論

（1）經(jīng)實際試用表明，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，效果良好，對操作人員的培訓達到了預期效果。

（2）該培訓考核系統(tǒng)在開發(fā)手段和實際性能上具有一定的先進性和創(chuàng)造性，對于提高培訓水平、科學評價培訓效果意義重大，并且已取得了很好的經(jīng)濟效益。

（3）該系統(tǒng)還具有彌補教學手段和實驗條件限制等優(yōu)點，能與生產(chǎn)實際緊密結(jié)合，對培養(yǎng)高技能、復合型人才可發(fā)揮重要的作用。

[1] 特種設備安全監(jiān)察條例 [S] .2009.

[2] TSG R6001—2011.壓力容器安全管理人員和操作人員考核大綱 [S] .

[3] 承壓類特種設備作業(yè)人員培訓考核模擬系統(tǒng)開發(fā)技術研究報告 [R] .武漢：武漢工程大學，2011.

[4] 程英超，陳明懷，牟元平.燃料乙醇裝置仿真培訓系統(tǒng)的開發(fā) [J] .化工科技，2006，14（4）：44-46.