馬愛國曾傳駿陳玲劉艾明

1中材建設(shè)有限公司（100176）2天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院有限公司（300400）

基于Win MOD系統(tǒng)的模擬培訓(xùn)

馬愛國1曾傳駿1陳玲2劉艾明1

1中材建設(shè)有限公司（100176）2天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院有限公司（300400）

0 引言

目前，在各種工程和工廠建設(shè)中，自動化程度越來越高，過程控制系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，對于技術(shù)成熟人才的需求也越來越迫切。然而并不是每一個人都有機(jī)會在學(xué)習(xí)的過程中接觸實際的設(shè)備，這樣就極大地限制了對于操作者的培訓(xùn)方式。對于設(shè)備的操作和維護(hù)，需要的是訓(xùn)練有素、反應(yīng)敏捷的操作人員，只有這樣才能保證機(jī)器在最佳狀況下平穩(wěn)地運(yùn)行，并且能夠在緊急情況下安全的處理設(shè)備所出現(xiàn)的問題，將風(fēng)險或損失降到最低。但是讓操作者達(dá)到這樣的水平需要的是日復(fù)一日的訓(xùn)練，所以仿真模擬訓(xùn)練在對操作人員的培訓(xùn)中具有重要的意義。

1 自動化控制培訓(xùn)的方式

在近30年的時間里，過程控制自動化程度和工作方式發(fā)生了翻天覆地的變化，過程控制系統(tǒng)變得越來越難以掌握。企業(yè)對于過程控制系統(tǒng)操作人員的培訓(xùn)方式也發(fā)生了較為明顯的改變。現(xiàn)階段主要分為兩種培訓(xùn)方式:1）在工作現(xiàn)場進(jìn)行實際培訓(xùn)。2）在PC機(jī)上進(jìn)行仿真模擬訓(xùn)練。

工作現(xiàn)場培訓(xùn)是指在實際生產(chǎn)中由經(jīng)驗豐富的操作人員帶領(lǐng)被培訓(xùn)人員進(jìn)行實際操作。通過實際操作積攢經(jīng)驗熟悉操作流程，通過對現(xiàn)場設(shè)備或軟件出現(xiàn)問題的解決來學(xué)習(xí)如何進(jìn)行應(yīng)急處理。這種方法培訓(xùn)環(huán)節(jié)較少，無需聘請專業(yè)的培訓(xùn)人員。但缺點也十分明顯:1）培訓(xùn)內(nèi)容不系統(tǒng)，只能學(xué)習(xí)一類控制模型，無法覆蓋過程控制系統(tǒng)的全部內(nèi)容；2）培訓(xùn)周期較長，由于實際操作相對較少，需要被培訓(xùn)人員花費大量時間；3）培訓(xùn)過程中有可能會影響設(shè)備的工作；4）無法避免現(xiàn)場突發(fā)事件所帶來的危險。但是由于一些小型公司硬件資源較為短缺，這種培訓(xùn)方式在現(xiàn)階段依舊被廣泛使用。

機(jī)房模擬仿真培訓(xùn)，是指在企業(yè)機(jī)房通過自動化過程控制模擬仿真軟件進(jìn)行實際工況的模擬操作，對操作人員進(jìn)行系統(tǒng)全面的培訓(xùn)。這種方式的優(yōu)點有以下幾點:1）培訓(xùn)內(nèi)容可以覆蓋大部分過程控制系統(tǒng)，并且可以針對企業(yè)要求對某一種工作情況進(jìn)行模擬操作培訓(xùn)；2）培訓(xùn)周期較短，由于培訓(xùn)密度大，每個被培訓(xùn)人員都能夠?qū)刂葡到y(tǒng)進(jìn)行實際操作，大大縮短了培訓(xùn)所需周期；3）減少培訓(xùn)成本,一名培訓(xùn)人員可以對幾十名操作人員進(jìn)行培訓(xùn)，并且沒有場地和實際設(shè)備的限制；4）培訓(xùn)操作不會對實際設(shè)備進(jìn)行影響,也不會傷害操作人員和設(shè)備。但是這種方式也有一定的缺點:適合對大量操作人員集體培訓(xùn)，如果針對某一名人員進(jìn)行培訓(xùn)，培訓(xùn)成本較高。這種模擬方式由于沒有實際設(shè)備，與實際工況還是存在細(xì)微的差別。目前過程控制系統(tǒng)在企業(yè)中使用越來越廣泛，機(jī)房模擬仿真培訓(xùn)方式由于本身突出的優(yōu)點被廣泛使用，日漸具有取代工作現(xiàn)場培訓(xùn)的趨勢。

2 WinMOD模擬培訓(xùn)系統(tǒng)

2.1 WinMOD模擬培訓(xùn)系統(tǒng)構(gòu)成與使用特點

WinMOD系統(tǒng)平臺是以計算機(jī)Win7系統(tǒng)為平臺，擁有幾乎所有自動化設(shè)備的配置方式，可以實時地模擬自動化系統(tǒng)模塊的輸入輸出。WinMOD仿真平臺包含實時仿真系統(tǒng)和過程控制系統(tǒng)，如圖1所示。

從工作人員的角度來看，設(shè)備的行為包括對于操作活動的反應(yīng)和突發(fā)事件的反應(yīng)。從工藝過程來看，操作人員對于系統(tǒng)電子和機(jī)械模塊的操作控制真實設(shè)備運(yùn)行。設(shè)備的模擬近似于輸入輸出的控制回路，并且能夠在模擬組件中模擬系統(tǒng)對各種事件的反應(yīng)。

圖1 WinMOD仿真平臺

對于各種不同類型的總線模塊和設(shè)備，Win-MOD組件都能給出相應(yīng)的配置方式,且WinMOD元件的輸入和輸出完全對應(yīng)真實元件。WinMOD仿真是由WinMOD組件構(gòu)成并連接到控制系統(tǒng)的，其仿真類似于實際設(shè)備的建立過程。WinMOD具有進(jìn)一步的分量輸入和控制面板參數(shù)設(shè)置的功能。在這樣的情況下，可以設(shè)置多種特殊的模擬條件（譬如故障之類的）,這樣可以使得被培訓(xùn)人員擁有更加豐富的操作經(jīng)驗。

進(jìn)程組件可以模擬出物理性效果，如傳輸、流速、壓力等等，因此，它也可以對進(jìn)程的行為進(jìn)行建模,使得信號能夠連接到設(shè)備組件和控制系統(tǒng)，進(jìn)而完成控制回路。模擬的深度和細(xì)節(jié)的詳化可以優(yōu)化培訓(xùn)方案,為了創(chuàng)造多樣化的運(yùn)行條件和培訓(xùn)方案，在模擬過程中WinMOD系統(tǒng)能使學(xué)員操作高度仿真的設(shè)備模型和過程模型。

WinMOD記錄器記錄信號的進(jìn)展,制作成圖表或?qū)С鑫臋n以便進(jìn)行進(jìn)一步的評估，這樣也可以很方便地檢查受訓(xùn)者的培訓(xùn)情況，它能夠復(fù)制系統(tǒng)訓(xùn)練場景，結(jié)合WinMOD記錄器形成了一個強(qiáng)大的評估模擬訓(xùn)練器。

2.2 WinMOD培訓(xùn)模擬器

系統(tǒng)控制軟件可以在原有的硬件平臺或工控機(jī)上運(yùn)行,是實際設(shè)備用戶界面和控制程序的核心。但使用的關(guān)鍵在于外圍設(shè)備，設(shè)備啟動反應(yīng)、設(shè)備故障、環(huán)境變化以及人類活動和物質(zhì)交換都可能使設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)生變化。因此，培訓(xùn)模擬器需要模擬真實的設(shè)備及其相關(guān)工作流程，而且必須模擬在實際條件下的控制系統(tǒng)，保證對系統(tǒng)的操作和檢查接近真實設(shè)備。模擬器必須達(dá)到以下使用要求:1）控制系統(tǒng)模擬設(shè)備的信號交換必須符合實際的設(shè)備運(yùn)作；2）模擬中的現(xiàn)場總線配置必須和實際的相同或類似；3）模擬設(shè)備必須對控制設(shè)備的輸出適時地做出反應(yīng)；4）模擬設(shè)備的行為必須保證與實際設(shè)備相一致;5）操作場景和培訓(xùn)程序必須易于編程和操作；6）可以較為方便地模擬出系統(tǒng)所受干擾，出現(xiàn)的故障及額定工作條件等情況。培訓(xùn)系統(tǒng)必須包括對設(shè)備的控制系統(tǒng)和模擬系統(tǒng)兩個模塊。在控制系統(tǒng)中,培訓(xùn)師可以在模擬系統(tǒng)中控制受訓(xùn)的條件，使得被培訓(xùn)者可以得到如何解決系統(tǒng)受到干擾和系統(tǒng)出現(xiàn)故障等實際應(yīng)用中可能出現(xiàn)問題的訓(xùn)練。

2.3 WinMOD的仿真培訓(xùn)

想要利用WinMOD仿真平臺對操作者進(jìn)行培訓(xùn)，首先必須對現(xiàn)場的設(shè)備進(jìn)行建模，還原其設(shè)備的操作模式，其次才是利用所見的模型對操作者進(jìn)行培訓(xùn)。

圖2 WinMOD建模界面

圖2所展示的是一個水泥廠的一部分的建模，很清晰地顯示了設(shè)備的運(yùn)作流程，使得操作者能夠清楚各項設(shè)備的功能。并且WinMOD還可對各項設(shè)備做詳細(xì)的建模，包括操作按鈕和狀態(tài)顯示圖標(biāo)，圖3所展示的是設(shè)備中一個電機(jī)的建模界面。通過與實際設(shè)備高度一致的仿真設(shè)備對操作人員進(jìn)行培訓(xùn)，得到了顯著的效果。

圖3 電機(jī)建模界面

3 結(jié)語

實踐表明，WinMOD系統(tǒng)在模擬培訓(xùn)方面功能強(qiáng)大，應(yīng)用在自動化控制方面，對企業(yè)降低費用、降低生產(chǎn)操作風(fēng)險及提高工作效率具有重要的意義。WinMOD模擬培訓(xùn)系統(tǒng)在投入使用后，充分滿足了企業(yè)對員工進(jìn)行自動化控制培訓(xùn)的要求，取得了較好的人才價值和經(jīng)濟(jì)效益。