水泥生产仿真培训系统设计与实现

基于MCGS的水泥生产现场监控教学仿真系统朱文兵;周月阳;祝本明【摘要】基于安全隐患、避免恶劣环境及使新学员能够快速掌握水泥生产工艺和操作方法的目的,采用MCGS组态和VB通讯软件,基于TCP/IP协议及OLE技术设计开发的水泥生产现场监控模拟教学系统.该教学系统由水泥生产监控模拟界面及利用OLE自动化功能开发的C/S通信程序组成,可根据需求扩展教师端/学生端.实验结果表明,该系统使新学员快速掌握水泥生产工艺和操作方法,有效解决了安全隐患,提高了教学术平.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2014(022)011【总页数】3页(P5-7)【关键词】现场监控;教学仿真;MCGS组态;OLE;VB【作者】朱文兵;周月阳;祝本明【作者单位】中国兵器工业第五八研究所四川绵阳621000;中国兵器工业第五八研究所四川绵阳621000;中国兵器工业第五八研究所四川绵阳621000【正文语种】中文【中图分类】TN06近年来，为适应快速发展的水泥行业对技术人才的需求，国内许多院校对无机非金属材料工程专业做了大量的教学改革与研究工作[1]，培养了大批水泥企业急需的技术人才。

但是由于学生人数不断增加，实习时间也不断受到挤压，投入经费不断缩减，企业内部管理制度也有其局限性，导致学生实习技术指导不足，缺少动手操作机会，难以到达教学目的[2]。

水泥生产线现场的安全隐患和恶劣的作业环境，一直是新员工的培训以及学生实践教学方面需要面对的问题，而教学仿真系统软件的应用却可避开这些问题。

在建材专业教学仿真软件方面，国内的两种自主开发版本均用高级语言开发，存在成本较高或界面及工艺效果不佳的缺陷[3-4]。

建材行业作业监控系统中，组态软件界面效果较佳，能完成数据的采集、归档等功能需求，但在C/S教学仿真方面却存在一定的缺陷，不能满足一对若干的教学系统及单一通讯监控需求；高级语言开发周期较长，需要耗费大量的人力财力等，而且最终效果不及组态软件数据采集效果[5]。

《装备维修技术》2021年第6期—65—新型干法水泥生产线成套装备虚拟仿真实验建设与实践于文达 赵德宏 郝瑞琴 王卿源 田军兴（沈阳建筑大学机械工程学院，辽宁 沈阳 110168）1水泥生产线实验的建设背景现代信息技术的快速发展促进了高校实验教学模式的多元化发展[1]。

虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容，是学科专业与信息技术深度融合的产物[2-3]。

沈阳建筑大学机械工程专业开设了建筑材料加工设备和建筑材料热工设备课程[4]，对于这种实践性有较高要求的专业类课程，水泥生产线实验是上述课程体系中不可或缺的一项环节。

目前由于实验室条件及设备体积等多因素制约，学校不具备开设水泥生产线真实实验条件。

此外，参加该项实验的学生多为无实践背景，这对开设该项实验课程的安全管理工作带来压力。

本文依托“现代建筑工程装备与技术国际合作联合实验室”，建立虚拟仿真实验教学平台。

基于该平台开发了“新型干法水泥生产线虚拟仿真”实验项目，在建筑产业化装备、智能制造等专业方向的实验教学上进行了有益的尝试和探索。

进入十三五以来，国家对节能环保提出更高要求，而采用窑外分解工艺生产水泥的新型干法水泥生产线[5]，是典型的节能环保型生产线。

生产线中涉及石灰石破碎、生料制备、熟料烧成、水泥粉磨等。

核心设备既要满足产能的需求，又要满足高磨耗、高温升、高粉尘的复杂工况中正常运转需求。

高校在开设上述方面课程时存在诸多限制因素：教学危险等级、空间限制[6]等。

目前水泥生产线相关知识教学主要为生产实习、课堂理论讲解的传统“填鸭式”教学，涉及的关键设备也均是老旧的设备。

因此，大多数学生对课程内容无兴趣，教学效果极差[7]。

2虚拟仿真实验概述2.1水泥生产线实验教学内容水泥生产线实验教学内容包括生产线布局、工艺流程设计、核心设备及关键部件选型及选材、生产线安全管理及设备维护等。

学生在实验过程中了解新型干法水泥生产线生产工艺、厂房规划、核心设备操作流程及原理。

5000t水泥仿真实训软件操作手册一、系统基本操作及其他1、原料配比的输入在“生料配料系统”中找到按钮，单击弹出配比输入界面，然后输入相应的配比值即可。

2、模拟量的输入输出在流程图中会看到各种以灰色为底色的数值显示，如。

这些即模拟量显示框，是纯输出只能显示，不能输入。

而在流程图中以绿色为底色的数值显示框，如：。

这些是模拟量输入框，单击后弹出模拟量输入界面。

输入相应的数值后单击确认，所输入的数值即显示在模拟量输入框内。

3、一般电机设备的开启停止在监控界面会看到一些圆形的按钮，如。

这些是风机、电机等一般设备。

通常在这些设备的边上会有一个编号，这个编号就是设备的编号。

当按钮的颜色为黑色时，说明该设备为上电，应在登陆界面初始化整个软件；当按钮的颜色为黄色时，表示按钮备妥，可以随时启动；当按钮的颜色为绿色时，说明改设备正常运行。

设备的操作方法为单击设备上的圆形按钮，弹出设备操作界面，在界面左上方的编号即使设备编号，右方有设备状态显示提示框，下发为操作按钮，单击启动或停止时右侧的设备状态随之改变。

4、FLASH效果显示在整个软件中我们加入了大型设备的FLASH显示。

分为2部分。

首先在生料配料流程界面左上角有FLASH一览按钮。

，单击该按钮后在会弹出的界面中选择要显示FLASH的设备即可显示FLASH。

其次在一些设备的边上会有相应的FLASH显示按钮，这些按钮均为蓝色带下划线字体，方便辨认。

单击时显示设备FLASH动画效果。

（注：由于有些FLSH结构复杂，所以有一定的加载时间。

在点击设备的FLASH后，请耐心的等待一会儿，待到FLASH动画效果框弹出，在此期间请勿进行其他任何操作，以免引起系统的假死）5、系统总貌以及余热发电界面的进入在软件中我们加入了系统总貌图和余热发电流程。

进入方式如下：在生料配料界面左上角会有系统总貌按钮，。

单击该按钮即进入系统总貌界面。

在烧成系统中会发现余热发电图标，，单击该图标后即进入余热发电流程界面。

仿真培训系统建设方案目录1.仿真®平台 (3)1.1平台概述 (3)1.2平台优势 (4)1.3仿真®系统 (4)1.3.1仿真模型设计器 (5)1.3.2场景创建模块 (12)1.3.3故障创建模块 (13)1.3.4教师站模块 (14)1.3.5操作员站模块 (15)1.3.6练习与考评模块 (18)1.3.7现场操作站 (18)1.3.8仿真DCS软件 (19)1.4仿真系统的主要功能 (21)2云仿真平台 (24)2.1系统设计方案 (24)2.1.1综述 (24)2.1.2系统目标 (25)2.1.3系统体系架构 (25)2.1.4系统部署方式 (26)➢ 概述 (26)➢ 网络部署方式 (27)➢ 网络部署优势 (28)➢ 硬件配置参考 (28)2.1.5软件授权 (30)2.2云仿真平台功能说明 (30)3沉浸式3D仿真培训系统（ITS） (36)3.1功能概述 (36)3.2 3D系统优势 (37)3.3 3D系统功能 (38)3.4沉浸式3D仿真虚拟场景运行平台 (39)4项目管理与实施 (52)4.1项目管理 (52)4.2工程实施 (52)5项目培训 (54)5.1技术培训 (54)5.2系统操作培训 (55)5.3系统维护培训 (55)1.仿真®平台1.1平台概述仿真®软件用于动态模拟工艺装置特性。

系统框架主要包括：仿真模型设计器（搭建工序参数控制模型）、场景创建模块、工程师站模块、操作员站模块、仿真DCS系统（搭建工序逻辑控制模型）。

仿真®软件核心是基于B/S架构的EzSim模拟架构和全流程建模仿真平台软件。

提供直观、友好且功能强大的图形用户界面，它以开放的模型数据作为主要理念，提供灵活、稳定、开放和可升级的结构。

强大的组份数据库、热力学模块、设备模型库，为操作员培训系统提供精确而可靠的动态模拟。

模拟器是基于严格机理的组件模型，并对其动态精度进行了实时优化。

FRONTIER DISCUSSION | 前沿探讨时代汽车 新型水泥生产装备虚拟仿真系统开发吴飞　黄威武汉理工大学机电工程学院　湖北省武汉市　430070摘 要： 由于水泥生产现场环境恶劣、生产过程中使用的设备种类繁多、到现场参与实习的费用巨大以及到现场安全风险较高等问题，学生无法通过传统的实验教学方法了解水泥生产设备的组成和工作原理，也无法真正了解水泥生产的工艺流程。

为解决以上问题，通过功能强大的Unity 3D三维引擎，设计并开发了一套基于VR（Virtual Reality）技术的三维虚拟水泥生产装备仿真实验系统。

该虚拟仿真系统能够准确地展示相关的装备知识及工艺流程，同时能提升实验教学质量和教学水平。

关键词：水泥生产装备；虚拟现实；实验教学；Unity 3D技术1　引言水泥的生产工艺极其复杂，涉及破碎、粉磨、均化、预热、煅烧、冷却等工艺流程，生产过程运用多种大型设备，涉及颚式破碎机、立式磨、均化库、旋风式悬浮预热器、分解炉、回转窑、篦式冷却机、增湿塔、球磨机、电除尘器等，生产现场为高温、高粉尘、高噪声的恶劣环境[1]，生产企业基本不接受在校学生现场实习，且即使学生到达生产现场，也只能观察到大型设备的部分外观，无法深入了解水泥生产设备的组成结构和工作原理，更无法真切了解水泥生产的工艺流程，而学校实验室则不可能建设真实的水泥生产线，真实实验平台根本无法搭建。

虚拟现实（Virtual Reality， VR）技术是仿真技术、计算机图形学人机接口技术、多媒体技术、传感技术、网络技术等技术的交叉技术，它具有： 交互性、多媒体信息感知性、沉浸感、自主性等特点[2]。

利用VR技术可以用可靠安全和经济的逼真虚拟实验项目替代了高危险性、高成本和部分不可操作的实物实验。

自2013年教育部启动全国虚拟仿真实验教学中心建设以来，许多高校相继开展建设了虚拟仿真实验教学中心，VR技术技术在工学、理学、农学、医学、管理学等11个主要学科领域都得到广泛应用[3-6]。

水泥生产控制系统的设计与实现第一章：引言水泥生产是建筑行业中必不可少的一个环节，而生产的质量则与产品的品质直接相关。

因此，水泥生产行业十分注重生产控制系统的设计与实现，以提高生产效率、降低生产成本、提升产品质量。

本文就水泥生产控制系统的设计与实现进行探讨。

第二章：水泥生产流程简介水泥生产的基本流程包括：原材料的采购、制备、烧成、磨粉、包装等环节。

每个环节也都需要对应的设备进行控制，以确保产品的质量。

第三章：水泥生产控制系统设计思路水泥生产控制系统设计思路即为：掌握标准和规范，将传统经验进行数字化，实现现代化控制系统。

先要从机械设备本身出发，对设备进行维护，保持设备的良好工作状态，确保主控系统正常运转。

考虑控制系统软件的设计和实现，将控制系统的设备、方法、算法、精度等因素充分考虑在内。

以及为了方便数据的收集、处理、分析和呈现，要考虑获取传感器数据的方式和手段。

最后，则是协同管理。

协同管理是指在整个控制系统中，设备、自动化和人力合作协同工作，以达到最佳控制效果。

第四章：水泥生产控制系统实现方法对于水泥生产控制系统的实现方法，我们可以使用基于传感器技术、数据采集技术、控制算法和呈现技术等多种方法，将其设计和实现。

并且我们可以根据不同问题的不同尺度，选择不同层次的控制方法。

在传感器技术方面，我们可以考虑使用光电传感器、温湿度传感器等。

在数据采集技术方面，我们可以使用Modbus协议等方式进行数据采集。

在控制算法方面，我们可以使用PID控制、模糊控制等算法。

在数据呈现方面，我们可以使用人机界面程序对数据进行可视化呈现和监控。

第五章：水泥生产控制系统实现效果通过数据采集和统计分析，我们可以看到，水泥生产控制系统的实现可以达到以下效果：1.生产效率不断地提高:通过对生产设备进行监控和控制，我们可以实现设备的自动化运行，从而节约人力资源，提高生产效率。

2.降低生产成本:由于控制系统能够更加精准地控制生产流程，减少资源和原材料的消耗，从而降低生产成本。