基于Win MOD系統(tǒng)的模擬培訓(xùn)

馬愛國(guó)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(jì)研究院有限公司（300400）

基于Win MOD系統(tǒng)的模擬培訓(xùn)

馬愛國(guó)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(jì)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(dòng)化程度越來越高，過程控制系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，對(duì)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(gè)人都有機(jī)會(huì)在學(xué)習(xí)的過程中接觸實(shí)際的設(shè)備，這樣就極大地限制了對(duì)于操作者的培訓(xùn)方式。對(duì)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(xiǎn)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(duì)操作人員的培訓(xùn)中具有重要的意義。

1 自動(dòng)化控制培訓(xùn)的方式

在近30年的時(shí)間里，過程控制自動(dòng)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(duì)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(chǎng)進(jìn)行實(shí)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(chǎng)培訓(xùn)是指在實(shí)際生產(chǎn)中由經(jīng)驗(yàn)豐富的操作人員帶領(lǐng)被培訓(xùn)人員進(jìn)行實(shí)際操作。通過實(shí)際操作積攢經(jīng)驗(yàn)熟悉操作流程，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(qǐng)專業(yè)的培訓(xùn)人員。但缺點(diǎn)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?jī)?nèi)容；2）培訓(xùn)周期較長(zhǎng)，由于實(shí)際操作相對(duì)較少，需要被培訓(xùn)人員花費(fèi)大量時(shí)間；3）培訓(xùn)過程中有可能會(huì)影響設(shè)備的工作；4）無法避免現(xiàn)場(chǎng)突發(fā)事件所帶來的危險(xiǎn)。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(dòng)化過程控制模擬仿真軟件進(jìn)行實(shí)際工況的模擬操作，對(duì)操作人員進(jìn)行系統(tǒng)全面的培訓(xùn)。這種方式的優(yōu)點(diǎn)有以下幾點(diǎn):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(duì)企業(yè)要求對(duì)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(gè)被培訓(xùn)人員都能夠?qū)刂葡到y(tǒng)進(jìn)行實(shí)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(duì)幾十名操作人員進(jìn)行培訓(xùn)，并且沒有場(chǎng)地和實(shí)際設(shè)備的限制；4）培訓(xùn)操作不會(huì)對(duì)實(shí)際設(shè)備進(jìn)行影響,也不會(huì)傷害操作人員和設(shè)備。但是這種方式也有一定的缺點(diǎn):適合對(duì)大量操作人員集體培訓(xùn)，如果針對(duì)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(shí)際設(shè)備，與實(shí)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(diǎn)被廣泛使用，日漸具有取代工作現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)的趨勢(shì)。

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(diǎn)

WinMOD系統(tǒng)平臺(tái)是以計(jì)算機(jī)Win7系統(tǒng)為平臺(tái)，擁有幾乎所有自動(dòng)化設(shè)備的配置方式，可以實(shí)時(shí)地模擬自動(dòng)化系統(tǒng)模塊的輸入輸出。WinMOD仿真平臺(tái)包含實(shí)時(shí)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(duì)于操作活動(dòng)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(duì)于系統(tǒng)電子和機(jī)械模塊的操作控制真實(shí)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(duì)各種事件的反應(yīng)。

圖1 WinMOD仿真平臺(tái)

對(duì)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(duì)應(yīng)真實(shí)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(shí)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(yàn)。

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(duì)進(jìn)程的行為進(jìn)行建模,使得信號(hào)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(hào)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(píng)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(chǎng)景，結(jié)合WinMOD記錄器形成了一個(gè)強(qiáng)大的評(píng)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(tái)或工控機(jī)上運(yùn)行,是實(shí)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(dòng)反應(yīng)、設(shè)備故障、環(huán)境變化以及人類活動(dòng)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(shí)的設(shè)備及其相關(guān)工作流程，而且必須模擬在實(shí)際條件下的控制系統(tǒng)，保證對(duì)系統(tǒng)的操作和檢查接近真實(shí)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(hào)交換必須符合實(shí)際的設(shè)備運(yùn)作；2）模擬中的現(xiàn)場(chǎng)總線配置必須和實(shí)際的相同或類似；3）模擬設(shè)備必須對(duì)控制設(shè)備的輸出適時(shí)地做出反應(yīng)；4）模擬設(shè)備的行為必須保證與實(shí)際設(shè)備相一致;5）操作場(chǎng)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(duì)設(shè)備的控制系統(tǒng)和模擬系統(tǒng)兩個(gè)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(shí)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(tái)對(duì)操作者進(jìn)行培訓(xùn)，首先必須對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(duì)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(gè)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(xiàng)設(shè)備的功能。并且WinMOD還可對(duì)各項(xiàng)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(gè)電機(jī)的建模界面。通過與實(shí)際設(shè)備高度一致的仿真設(shè)備對(duì)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(shí)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(dòng)化控制方面，對(duì)企業(yè)降低費(fèi)用、降低生產(chǎn)操作風(fēng)險(xiǎn)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(duì)員工進(jìn)行自動(dòng)化控制培訓(xùn)的要求，取得了較好的人才價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。