盧勇威

（廣西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧530226）

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制糖過程控制實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)的研究應(yīng)用
——以廣西農(nóng)墾金光糖廠為例

盧勇威

（廣西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧530226）

摘要：以廣西農(nóng)墾金光糖廠為“實(shí)驗(yàn)地”，對(duì)糖廠的壓榨、制煉和動(dòng)力三大車間的生產(chǎn)過程進(jìn)行自動(dòng)化及信息化升級(jí)改造，研制開發(fā)以制糖過程控制技術(shù)為核心的生產(chǎn)及教學(xué)雙向系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研用一體化。

關(guān)鍵詞：糖廠；實(shí)訓(xùn)教學(xué)；生產(chǎn)調(diào)度；產(chǎn)學(xué)研用一體化

糖業(yè)是廣西經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)，糖廠生產(chǎn)調(diào)度管理的運(yùn)營(yíng)模式，已逐漸從電話、對(duì)講機(jī)和人工傳達(dá)等傳統(tǒng)單一方式，發(fā)展為利用全廠生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)類型的信息化平臺(tái)，將生產(chǎn)過程信息以數(shù)字化方式收集，通過現(xiàn)代工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸，利用人機(jī)監(jiān)控界面、語音、視頻等多樣化交互方式[1]，來組織開展日常生產(chǎn)調(diào)度運(yùn)營(yíng)；同時(shí)通過系統(tǒng)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)與云技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、加工、挖掘、重構(gòu)，來支持后臺(tái)決策系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)規(guī)劃與實(shí)時(shí)調(diào)度決策，完成工藝流程與生產(chǎn)組織優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)全廠自動(dòng)化信息化管理。

針對(duì)糖業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)對(duì)復(fù)合型人才的需求，項(xiàng)目組研制開發(fā)以制糖過程控制技術(shù)為核心的生產(chǎn)及教學(xué)雙向系統(tǒng)，以金光糖廠生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)為主體，對(duì)糖廠的壓榨、制煉和動(dòng)力三大車間的生產(chǎn)過程進(jìn)行自動(dòng)化及信息化升級(jí)改造，對(duì)關(guān)鍵生產(chǎn)數(shù)據(jù)和視頻圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、優(yōu)化、處理和傳輸[2]，完成糖廠與廣西職業(yè)技術(shù)學(xué)院的制糖過程控制技術(shù)實(shí)訓(xùn)室之間的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)在糖廠內(nèi)網(wǎng)和實(shí)訓(xùn)室內(nèi)網(wǎng)，均可以通過客戶端軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控金光糖廠的生產(chǎn)過程工況數(shù)據(jù)和視頻圖像，讓學(xué)生跳出課堂教學(xué)中囿于一隅的小課題邏輯學(xué)習(xí)，轉(zhuǎn)而通過高層次的全廠化視角，更深入、立體的理解掌握糖廠整體生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)過程，樹立全局化、系統(tǒng)化的思維模式，實(shí)現(xiàn)了制糖自動(dòng)化信息化實(shí)時(shí)實(shí)景教學(xué)實(shí)訓(xùn)，培養(yǎng)契合制糖業(yè)未來發(fā)展對(duì)技術(shù)技能復(fù)合型人才。

1　制糖過程控制實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

項(xiàng)目由糖廠生產(chǎn)車間通信網(wǎng)絡(luò)、糖廠生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)、遠(yuǎn)傳通信網(wǎng)絡(luò)、制糖過程控制實(shí)訓(xùn)室，共4個(gè)部分組成，如圖1所示。最終實(shí)現(xiàn)糖廠中控室與實(shí)訓(xùn)室之間的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，在糖廠的內(nèi)網(wǎng)以及在實(shí)訓(xùn)室的內(nèi)網(wǎng)，通過客戶端軟件可實(shí)時(shí)查看糖廠的生產(chǎn)過程工況數(shù)據(jù)和視頻圖像。

圖1　基礎(chǔ)架構(gòu)圖

1.1糖廠生產(chǎn)車間通信網(wǎng)絡(luò)

糖廠生產(chǎn)車間通信網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)提供糖廠過程數(shù)據(jù)及視頻傳輸?shù)姆?wù)。主要由工業(yè)交換機(jī)、光纜、工業(yè)收發(fā)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備箱等設(shè)備組成。糖廠生產(chǎn)車間通信網(wǎng)絡(luò)以中控室為中心，分別向壓榨、制煉、動(dòng)力車間部署光纜及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)中控室到壓榨、制煉、動(dòng)力車間之間形成分布式星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，為生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)及視頻傳輸提供基礎(chǔ)條件。通信網(wǎng)絡(luò)預(yù)留外網(wǎng)接口，供遠(yuǎn)傳通信網(wǎng)絡(luò)接入。

1.2糖廠生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)

糖廠生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)提供糖廠生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集和傳輸，以及視頻的采集和傳輸。糖廠生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)主要由高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、流媒體服務(wù)器、數(shù)據(jù)采集模塊、通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換服務(wù)器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)授權(quán)軟件、數(shù)據(jù)及視頻采集上傳服務(wù)軟件、數(shù)據(jù)服務(wù)器、服務(wù)器機(jī)柜及糖廠生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)軟件等設(shè)備和軟件組成。

實(shí)際應(yīng)用中，一是教學(xué)生產(chǎn)過程視頻監(jiān)控點(diǎn)達(dá)30個(gè)，包括在壓榨、制煉、動(dòng)力車間的生產(chǎn)過程關(guān)鍵崗位安裝高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全過程實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控；二是糖廠生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)對(duì)糖廠原有的DCS系統(tǒng)中的關(guān)鍵生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、轉(zhuǎn)換，并轉(zhuǎn)到中控室的數(shù)據(jù)服務(wù)器和流媒體服務(wù)器。

通過糖廠生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)的客戶端軟件，訪問中控室中的數(shù)據(jù)服務(wù)器和流媒體服務(wù)器，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)糖廠生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)及視頻進(jìn)行預(yù)覽和查詢。

1.3遠(yuǎn)傳通信網(wǎng)絡(luò)

遠(yuǎn)傳通信網(wǎng)絡(luò)，主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)糖廠與實(shí)訓(xùn)室兩地之間的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通。遠(yuǎn)傳通信網(wǎng)絡(luò)主要以租用電信運(yùn)營(yíng)商（中國(guó)電信聯(lián)通移動(dòng)）的光纖網(wǎng)絡(luò)方式來實(shí)現(xiàn)，通訊速率為50 Mbps，專線專用，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)及視頻的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程傳輸。

1.4制糖過程控制實(shí)訓(xùn)室

制糖過程控制實(shí)訓(xùn)室，一是LCD電視墻、智能手機(jī)等用于顯示從糖廠傳送過來的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)和視頻信息；二是安裝有糖廠生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)客戶端軟件的計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)等，通過遠(yuǎn)傳通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)獲取糖廠壓榨、制煉和動(dòng)力車間的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)和視頻（數(shù)據(jù)及視頻可按需顯示到電視墻）；三是根據(jù)從糖廠傳送過來的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，在制糖控制設(shè)備上進(jìn)行仿真操作，開展教學(xué)和實(shí)訓(xùn)工作，如圖2所示。

圖2　制糖調(diào)度指揮中

2　制糖過程控制實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)主要性能的確定

2.1數(shù)據(jù)監(jiān)控

實(shí)現(xiàn)糖廠壓榨、制煉、動(dòng)力車間生產(chǎn)全過程監(jiān)控可同時(shí)對(duì)糖廠壓榨、制煉、動(dòng)力車間多個(gè)工段、不同類型的控制系統(tǒng)或控制儀表數(shù)據(jù)上傳，實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)情況進(jìn)行全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)控；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示實(shí)時(shí)顯示生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各子系統(tǒng)、各監(jiān)控點(diǎn)參數(shù)的數(shù)據(jù)信息；實(shí)時(shí)曲線圖顯示，能夠以趨勢(shì)圖方式實(shí)時(shí)顯示出生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各子系統(tǒng)、各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的參數(shù)數(shù)據(jù)；報(bào)警提示，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的報(bào)警事件進(jìn)行實(shí)時(shí)提示；數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和存儲(chǔ)，對(duì)各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行定期自動(dòng)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)，用戶可以根據(jù)時(shí)間條件進(jìn)行查詢，并以曲線圖或報(bào)表的形式進(jìn)行顯示；動(dòng)畫效果，能夠以動(dòng)畫的形式對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的工藝流程進(jìn)行模擬顯示；權(quán)限控制，對(duì)不同的用戶，產(chǎn)品實(shí)行不同的權(quán)限分配機(jī)制，使不同的用戶角色能操作的功能有所不同，從而提高了系統(tǒng)參數(shù)的安全性；自動(dòng)升級(jí)，軟件產(chǎn)品的更新能夠自動(dòng)通過網(wǎng)絡(luò)更新軟件的最新版本；遠(yuǎn)程接入，支持Internet、3G4G、WLAN遠(yuǎn)程接入；斷線重連，從網(wǎng)絡(luò)中斷到網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常后自動(dòng)重新建立連接并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

2.2視頻監(jiān)控

支持糖廠原有視頻信號(hào)接入，可在原來的基礎(chǔ)上進(jìn)行多監(jiān)控系統(tǒng)的整合，并實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控任意開啟關(guān)閉、視頻信號(hào)丟失報(bào)警、錄像回放、多通道同步處理、中文攝像機(jī)名稱標(biāo)識(shí)、同步處理音視頻信息、同時(shí)記錄、支持報(bào)警盒關(guān)聯(lián)錄像及報(bào)警輸出、云臺(tái)鏡頭通過解碼器進(jìn)行控制、監(jiān)控抓幀、回放抓幀、精確同步音頻監(jiān)聽、視頻輪巡切換、多種畫面分割、錄像工作計(jì)劃制定及自動(dòng)實(shí)施、偵測(cè)預(yù)錄功能、記錄報(bào)警前5秒鐘的錄像、識(shí)別新加硬盤、自動(dòng)進(jìn)行錄像、變速回放、分控監(jiān)控、回放、設(shè)置，視頻顏色、亮度、對(duì)比度調(diào)節(jié)、視頻制式選擇。

2.3移動(dòng)互聯(lián)及數(shù)據(jù)挖掘

支持智能手機(jī)、平板電腦，遠(yuǎn)程接入進(jìn)行數(shù)據(jù)、音視頻同步瀏覽，支持多種遠(yuǎn)程接入方式，如局域網(wǎng)或WLAN、廣域網(wǎng)、3G等，實(shí)現(xiàn)了基于無線網(wǎng)絡(luò)的制糖生產(chǎn)全過程實(shí)時(shí)工藝數(shù)據(jù)的采集和整理、視頻監(jiān)視、音頻雙向通話等調(diào)度管理行為，可全天候?qū)ιa(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、記錄和指揮調(diào)度，能自動(dòng)生成各崗位生產(chǎn)報(bào)表和重要工藝參數(shù)的歷史曲線，有效地提高了調(diào)度指揮效率。

2.4安全穩(wěn)定

系統(tǒng)架構(gòu)基于三層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用5G、2.4G高頻段無線網(wǎng)絡(luò)保證了信號(hào)傳輸?shù)目垢蓴_能力、穩(wěn)定性[3]。無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備集成度高，不受繁雜的網(wǎng)線影響，故障率低。同時(shí)在服務(wù)器軟件的設(shè)計(jì)和開發(fā)上，完全基于Linux操作系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，有效杜絕計(jì)算機(jī)病毒和木馬的攻擊，從而極大地提高了生產(chǎn)的安全可靠性和穩(wěn)定性。在數(shù)據(jù)安全方面，訪問生產(chǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)之前要驗(yàn)證賬戶名和密碼，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸方面，采用當(dāng)前最優(yōu)的加密算法，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和壓縮；在遠(yuǎn)程接入方面，遠(yuǎn)程用戶要通過Internet或無線網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)器，必須經(jīng)過身份驗(yàn)證。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備的操作，也設(shè)有用戶名和密碼等身份驗(yàn)證措施及權(quán)限設(shè)置，不同角色的用戶只能使用相對(duì)應(yīng)的功能，保障了生產(chǎn)的安全。

3　制糖過程控制實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)

制糖過程實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)優(yōu)化了甘蔗制糖廠壓榨、制煉、動(dòng)力車間的自動(dòng)控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、語音系統(tǒng)的各項(xiàng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信息，并突破了地域與網(wǎng)絡(luò)限制，完全真實(shí)再現(xiàn)在學(xué)校的專業(yè)教學(xué)區(qū)；系統(tǒng)讓學(xué)生通過客戶端就能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)視、監(jiān)控全廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)、視頻圖像、語音等數(shù)字信息，實(shí)現(xiàn)了制糖生產(chǎn)控制，生產(chǎn)工藝改造，實(shí)時(shí)調(diào)度運(yùn)行及管理，教學(xué)實(shí)訓(xùn)四位一體的功能。

4　結(jié)束語

項(xiàng)目建設(shè)是在金光糖廠自動(dòng)化信息化技術(shù)改造升級(jí)中，校企合作開發(fā)的制糖過程控制教學(xué)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)整合糖廠舊有的設(shè)備，高效地利用各自優(yōu)勢(shì)資源，實(shí)現(xiàn)合作共享、互助共贏，既大大降低糖廠信息化建設(shè)的工程量、投入成本和維護(hù)成本，完成規(guī)模擴(kuò)充、技術(shù)升級(jí)改造與系統(tǒng)集成，又為學(xué)校開創(chuàng)了工廠化的教研環(huán)境，為產(chǎn)學(xué)研用一體化探索出一套全新的技術(shù)實(shí)現(xiàn)和管理運(yùn)行實(shí)踐模式。

參考文獻(xiàn)：

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中圖分類號(hào)：G712

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-545X（2016）04-0235-03

收稿日期：2016-01-09

基金項(xiàng)目：桂教科學(xué)[2013]13號(hào)（2013C170）

作者簡(jiǎn)介：盧勇威（1971-），男，廣西南寧人，研究生，研究方向?yàn)橹悄芸刂萍夹g(shù)及教育管理。

Study on the Application of Process Control System of the Practical Teaching of Sugar Golden Sugar——Taking Guangxi State as an Example

LU Yong-wei
（Guangxi Vocational and Technical College，Nanning 530226，China）

Abstract:Taking Guangxi State Golden sugar"experiment"，the sugar production process for smelting and pressing，three workshops of power automation and information technology upgrading，production development in the sugar process control technology as the core of the teaching and research to achieve two-way system integration.

Key words:sugar；training；production scheduling；integration research