論選煤廠仿真模型系統(tǒng)在教學中的作用

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，相當于一個微型版的選煤廠，將其應用到礦物加工工程專業(yè)教學中，由于模型的可操作性、直觀性等，對于提高教學水平和學生對專業(yè)知識的理解具有重要作用。闡述了當前教學中存在的問題，簡單地介紹了仿真模型系統(tǒng)的結構和組成部分，以及仿真模型系統(tǒng)在教學中取得的效果。

[關鍵詞]教學 模型 選煤廠 PLC

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

一、教學中存在的問題

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

根據(jù)上述教學弊端，安徽理工大學礦物加工工程專業(yè)根據(jù)專業(yè)學科發(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，一個是工藝設備模型，均由有機玻璃材質制造，河南理工大學工況技術開發(fā)有限公司生產(chǎn)制作;另一個是仿真模型集中控制系統(tǒng)，由本院老師及三位選礦廠設備及其自動化方向的研究生研制，整個模型在10月初完成，歷時一個多月，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)中各個設備進行操作、調節(jié)和監(jiān)控等。左側計算機作為下位機M340PLC工程師站，用于M340PLC程序的編制、調試、下載以及監(jiān)控，其于M340PLC通過以太網(wǎng)通信;右側計算機采用工業(yè)計算機，作為選煤廠仿真模型系統(tǒng)的上位機，其組態(tài)軟件采用IFIX4.5無限版，整個操作界面分為集控系統(tǒng)（集成裝車系統(tǒng)）、原煤準備、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)、歷史報警查詢、系統(tǒng)幫助、退出系統(tǒng)。每一個仿真模型系統(tǒng)對應著自己的系統(tǒng)畫面和操作方式，這樣各個系統(tǒng)可以獨立運行也可以同時運行，系統(tǒng)的靈活性和適應性增強。集控系統(tǒng)界面中包含了整個仿真系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)，便于整個系統(tǒng)的觀察和操作;同時，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，隨時可供操作者調閱和查看;在安全性上設置相應的操作權限，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)工藝和設備，工藝設備模型在生產(chǎn)工藝方面分為原煤準備破碎、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、裝車外運等環(huán)節(jié)。模型中的設備可以實現(xiàn)燈光演示和電動演示，其燈光和電動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)運行等。各個子系統(tǒng)在整個工藝設備模型中較為獨立，可通過不同子系統(tǒng)的組合完成各種各樣的生產(chǎn)工藝，從而實現(xiàn)工藝的多元化，也基本涵蓋了當前選煤行業(yè)中所需的各個生產(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，實現(xiàn)了操作臺與設備的聯(lián)系和對接。

圖4 ? 控制柜

選煤廠仿真模型系統(tǒng)向學生展示選煤廠一般生產(chǎn)工藝與設備聯(lián)系，洗選設備、運輸設備、給料設備、提升設備、脫水設備等位置的分布與布置;向學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;向學生展示選煤廠集中控制系統(tǒng)，包括電機的控制、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、模塊及各個元器件的安裝，PLC模塊、繼電器、開關電源、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)運用以來取得了很好的教學反應，但存在幾點不足。首先，其生產(chǎn)設備模型已固定在廠房模型里，無法移動，在選煤廠設計與管理的課程講解中不能很好的向學生闡述生產(chǎn)設備在廠房里的分布：不同的洗選設備在廠房中應處在不同的樓層，煤流靠自身重力流入下流設備進行洗選;在廠房中設備與設備的布置有要求，轉動設備與不轉動設備之間有距離要求，不能通過仿真模型中模擬設備的移動及重新布置來體現(xiàn)上述的要求。其次，仿真模型里電動演示采用24V DC小電機、12V DC電機、220V AC電機，電機種類不能統(tǒng)一，給日后的系統(tǒng)維護帶來不便，需要多種電機備件。

四、教學效果

在教學過程中，當學生首次進入專業(yè)課程學習時，讓其參觀選煤廠仿真模型系統(tǒng)，通過課程老師和實驗室專職老師的實驗教學，使學生有一定直觀的、感性的認識和理解，其系統(tǒng)中相關專業(yè)知識將在學生的腦海中形成一個個的點，在通過后期課堂教學的講授，理論知識的學習后，學生將腦海中的點形成一條條的線，再經(jīng)過教學實習、畢業(yè)實習將仿真模型系統(tǒng)的知識及課堂上的理論知識與現(xiàn)場生產(chǎn)中的實踐知識聯(lián)系起來，最終腦海中形成一個整體的知識面，完成學生對整個專業(yè)知識的學習、理解和掌握。實踐在整個環(huán)節(jié)中的位置至關重要，它是形成知識面的關鍵一環(huán)，也是最后一環(huán)，因為“實踐是檢驗真理的唯一標準”，也是檢驗學習的重要標準。

仿真模型實踐使得學生對選煤工藝、集中控制系統(tǒng)學科有了進一步的學習和認識，促進學生對專業(yè)知識理解得更加透切和牢固，為學生以后的課程設計、畢業(yè)設計及走向崗位打下堅實的基礎，實現(xiàn)了學生學習的理論與實踐相結合，也促進教師教學方法及教學手段的多樣性、創(chuàng)新性。這樣的舉措在本科教學中具有重要的作用和意義。[5] [6]

[ 注 釋 ]

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

[2] 許彥，王鵬，田維通.工業(yè)工程專業(yè)實驗教學模型設計與應用[J].實驗技術與管理，2014（6）：203-205.

[3] 喻茜.模型教學在房屋建筑教學中的應用[J].山西經(jīng)濟管理干部學院學報，2013（1）：136-137.

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

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

[6] 陳世輝.淺談機床夾具實驗教學模型的設計[J].質量技術監(jiān)督研究，2011（3）：49-52.

[責任編輯：鐘 嵐]