呂文豹

[摘 要]選煤廠仿真模型是模擬一般選煤廠的工藝流程、生產(chǎn)管理、集中控制等，相當(dāng)于一個(gè)微型版的選煤廠，將其應(yīng)用到礦物加工工程專業(yè)教學(xué)中，由于模型的可操作性、直觀性等，對于提高教學(xué)水平和學(xué)生對專業(yè)知識的理解具有重要作用。闡述了當(dāng)前教學(xué)中存在的問題，簡單地介紹了仿真模型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成部分，以及仿真模型系統(tǒng)在教學(xué)中取得的效果。

[關(guān)鍵詞]教學(xué) 模型 選煤廠 PLC

[中圖分類號] TD9[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] B[文章編號] 2095-3437（2015）11-0185-03

一、教學(xué)中存在的問題

礦物加工工程專業(yè)核心課程包括選礦學(xué)、礦物加工過程控制、選煤廠設(shè)計(jì)與管理等，其課程內(nèi)容抽象，教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)學(xué)生剛開始接觸核心課程時(shí)，學(xué)習(xí)的熱情很高，但后期學(xué)生學(xué)習(xí)的情況卻與之相反。通過與學(xué)生的互動(dòng)和了解發(fā)現(xiàn)學(xué)生對專業(yè)知識的學(xué)習(xí)較難，特別是專業(yè)系統(tǒng)知識的認(rèn)識和理解，同時(shí)，不能很好的將專業(yè)知識中各個(gè)知識點(diǎn)聯(lián)系起來，對專業(yè)中生產(chǎn)工藝、設(shè)備及機(jī)電控制概念的認(rèn)識模糊，隨著課程及教學(xué)的不斷深入，模糊的知識點(diǎn)、概念隨著增多，最后就造成學(xué)生厭學(xué)，棄學(xué)，影響學(xué)生學(xué)習(xí)的態(tài)度和積極性。在教學(xué)、生產(chǎn)及畢業(yè)實(shí)習(xí)中發(fā)現(xiàn)學(xué)生對已學(xué)選煤工藝、設(shè)備及機(jī)電控制等理論知識不能很好的與現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)工藝、設(shè)備、系統(tǒng)等情況結(jié)合起來，使得實(shí)習(xí)活動(dòng)對學(xué)生的學(xué)習(xí)起不了很大的促進(jìn)作用，理論和實(shí)踐不能很好的聯(lián)系起來。[1] [2]

根據(jù)上述教學(xué)弊端，安徽理工大學(xué)礦物加工工程專業(yè)根據(jù)專業(yè)學(xué)科發(fā)展的需要，于2013年9月份購置一臺選煤廠集中控制仿真模型。模型由兩大部分組成，一個(gè)是工藝設(shè)備模型，均由有機(jī)玻璃材質(zhì)制造，河南理工大學(xué)工況技術(shù)開發(fā)有限公司生產(chǎn)制作;另一個(gè)是仿真模型集中控制系統(tǒng)，由本院老師及三位選礦廠設(shè)備及其自動(dòng)化方向的研究生研制，整個(gè)模型在10月初完成，歷時(shí)一個(gè)多月，如圖1所示。

圖1 ? 選煤廠仿真模型系統(tǒng)

二、選煤廠仿真模型系統(tǒng)介紹[3] [4]

選煤廠仿真模型系統(tǒng)在整體上分為三大部分，第一部分是操作臺部分，如圖2所示，主要對仿真模型系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備進(jìn)行操作、調(diào)節(jié)和監(jiān)控等。左側(cè)計(jì)算機(jī)作為下位機(jī)M340PLC工程師站，用于M340PLC程序的編制、調(diào)試、下載以及監(jiān)控，其于M340PLC通過以太網(wǎng)通信;右側(cè)計(jì)算機(jī)采用工業(yè)計(jì)算機(jī)，作為選煤廠仿真模型系統(tǒng)的上位機(jī)，其組態(tài)軟件采用IFIX4.5無限版，整個(gè)操作界面分為集控系統(tǒng)（集成裝車系統(tǒng)）、原煤準(zhǔn)備、跳汰系統(tǒng)、重介系統(tǒng)、浮選系統(tǒng)、壓濾系統(tǒng)、干燥系統(tǒng)、歷史報(bào)警查詢、系統(tǒng)幫助、退出系統(tǒng)。每一個(gè)仿真模型系統(tǒng)對應(yīng)著自己的系統(tǒng)畫面和操作方式，這樣各個(gè)系統(tǒng)可以獨(dú)立運(yùn)行也可以同時(shí)運(yùn)行，系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)性增強(qiáng)。集控系統(tǒng)界面中包含了整個(gè)仿真系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)，便于整個(gè)系統(tǒng)的觀察和操作;同時(shí)，在軟件中編制了歷史記錄，能夠記錄所有的操作、參數(shù)變化、信號采集等，隨時(shí)可供操作者調(diào)閱和查看;在安全性上設(shè)置相應(yīng)的操作權(quán)限，不同級別的人員擁有不同的訪問等級。

圖2 ? 操作臺

第二部分是模型平臺，如圖3所示，也是仿真模型的載體，其上面布置了選煤廠各種生產(chǎn)工藝和設(shè)備，工藝設(shè)備模型在生產(chǎn)工藝方面分為原煤準(zhǔn)備破碎、跳汰洗選、有壓三產(chǎn)品重介旋流器洗選、濃縮壓濾、濃縮磁選、浮選洗選、煤泥干燥、裝車外運(yùn)等環(huán)節(jié)。模型中的設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)燈光演示和電動(dòng)演示，其燈光和電動(dòng)均有仿真模型集中控制系統(tǒng)，模擬選煤廠正常生產(chǎn)和系統(tǒng)運(yùn)行等。各個(gè)子系統(tǒng)在整個(gè)工藝設(shè)備模型中較為獨(dú)立，可通過不同子系統(tǒng)的組合完成各種各樣的生產(chǎn)工藝，從而實(shí)現(xiàn)工藝的多元化，也基本涵蓋了當(dāng)前選煤行業(yè)中所需的各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

圖3 ? 模型平臺

第三部分是控制柜，如圖4所示，仿真模型控制系統(tǒng)的樞紐?？刂乒駜?nèi)集成了M340PLC工作站、開關(guān)電源、繼電器、接線端子等，所有信號的采集及控制指令的執(zhí)行均由控制柜內(nèi)部的M340PLC完成，實(shí)現(xiàn)了操作臺與設(shè)備的聯(lián)系和對接。

圖4 ? 控制柜

選煤廠仿真模型系統(tǒng)向?qū)W生展示選煤廠一般生產(chǎn)工藝與設(shè)備聯(lián)系，洗選設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備、給料設(shè)備、提升設(shè)備、脫水設(shè)備等位置的分布與布置;向?qū)W生展示選煤廠水流信息、煤流信息等，其中水流與煤流均有發(fā)光二極管的燈帶表示，流向由燈帶的走向表示;向?qū)W生展示選煤廠集中控制系統(tǒng)，包括電機(jī)的控制、控制柜的集成、PLC程序編制、SCADA組態(tài)等內(nèi)容。此模型在電機(jī)控制方面較為簡單，均有DC24V繼電器控制，繼電器由DO模塊控制，DO模塊的輸出由用戶邏輯程序控制;在控制柜的集成方面主要包括PLC底板、模塊及各個(gè)元器件的安裝，PLC模塊、繼電器、開關(guān)電源、接線端子的接線等。

三、系統(tǒng)的優(yōu)化和升級

選煤廠集中控制仿真模型系統(tǒng)運(yùn)用以來取得了很好的教學(xué)反應(yīng)，但存在幾點(diǎn)不足。首先，其生產(chǎn)設(shè)備模型已固定在廠房模型里，無法移動(dòng)，在選煤廠設(shè)計(jì)與管理的課程講解中不能很好的向?qū)W生闡述生產(chǎn)設(shè)備在廠房里的分布：不同的洗選設(shè)備在廠房中應(yīng)處在不同的樓層，煤流靠自身重力流入下流設(shè)備進(jìn)行洗選;在廠房中設(shè)備與設(shè)備的布置有要求，轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備與不轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備之間有距離要求，不能通過仿真模型中模擬設(shè)備的移動(dòng)及重新布置來體現(xiàn)上述的要求。其次，仿真模型里電動(dòng)演示采用24V DC小電機(jī)、12V DC電機(jī)、220V AC電機(jī)，電機(jī)種類不能統(tǒng)一，給日后的系統(tǒng)維護(hù)帶來不便，需要多種電機(jī)備件。

四、教學(xué)效果

在教學(xué)過程中，當(dāng)學(xué)生首次進(jìn)入專業(yè)課程學(xué)習(xí)時(shí)，讓其參觀選煤廠仿真模型系統(tǒng)，通過課程老師和實(shí)驗(yàn)室專職老師的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生有一定直觀的、感性的認(rèn)識和理解，其系統(tǒng)中相關(guān)專業(yè)知識將在學(xué)生的腦海中形成一個(gè)個(gè)的點(diǎn)，在通過后期課堂教學(xué)的講授，理論知識的學(xué)習(xí)后，學(xué)生將腦海中的點(diǎn)形成一條條的線，再經(jīng)過教學(xué)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)將仿真模型系統(tǒng)的知識及課堂上的理論知識與現(xiàn)場生產(chǎn)中的實(shí)踐知識聯(lián)系起來，最終腦海中形成一個(gè)整體的知識面，完成學(xué)生對整個(gè)專業(yè)知識的學(xué)習(xí)、理解和掌握。實(shí)踐在整個(gè)環(huán)節(jié)中的位置至關(guān)重要，它是形成知識面的關(guān)鍵一環(huán)，也是最后一環(huán)，因?yàn)椤皩?shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”，也是檢驗(yàn)學(xué)習(xí)的重要標(biāo)準(zhǔn)。

仿真模型實(shí)踐使得學(xué)生對選煤工藝、集中控制系統(tǒng)學(xué)科有了進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和認(rèn)識，促進(jìn)學(xué)生對專業(yè)知識理解得更加透切和牢固，為學(xué)生以后的課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)及走向崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生學(xué)習(xí)的理論與實(shí)踐相結(jié)合，也促進(jìn)教師教學(xué)方法及教學(xué)手段的多樣性、創(chuàng)新性。這樣的舉措在本科教學(xué)中具有重要的作用和意義。[5] [6]

[ 注 釋 ]

[1] 龔靜敏，馬鵑.公路仿真教學(xué)模型研究[J].教育教學(xué)論壇，2014（5）：197-198.

[2] 許彥，王鵬，田維通.工業(yè)工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模型設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2014（6）：203-205.

[3] 喻茜.模型教學(xué)在房屋建筑教學(xué)中的應(yīng)用[J].山西經(jīng)濟(jì)管理干部學(xué)院學(xué)報(bào)，2013（1）：136-137.

[4] 侯英翔.利用采煤模型提升學(xué)科整體教學(xué)科研水平[J].教育教學(xué)論壇，2012（40）：70-71.

[5] 張國梁，鄭建偉，曲保雪，等.木工機(jī)械與刀具教學(xué)模型和動(dòng)畫的開發(fā)研究[J].木材加工機(jī)械，2012（6）：30-33.

[6] 陳世輝.淺談機(jī)床夾具實(shí)驗(yàn)教學(xué)模型的設(shè)計(jì)[J].質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督研究，2011（3）：49-52.

[責(zé)任編輯：鐘 嵐]