基于Win MOD系統的模擬培訓

馬愛國曾傳駿陳玲劉艾明

1中材建設有限公司（100176）2天津水泥工業設計研究院有限公司（300400）

基于Win MOD系統的模擬培訓

馬愛國1曾傳駿1陳玲2劉艾明1

1中材建設有限公司（100176）2天津水泥工業設計研究院有限公司（300400）

0 引言

目前，在各種工程和工廠建設中，自動化程度越來越高，過程控制系統變得越來越復雜，對于技術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會在學習的過程中接觸實際的設備，這樣就極大地限制了對于操作者的培訓方式。對于設備的操作和維護，需要的是訓練有素、反應敏捷的操作人員，只有這樣才能保證機器在最佳狀況下平穩地運行，并且能夠在緊急情況下安全的處理設備所出現的問題，將風險或損失降到最低。但是讓操作者達到這樣的水平需要的是日復一日的訓練，所以仿真模擬訓練在對操作人員的培訓中具有重要的意義。

1 自動化控制培訓的方式

在近30年的時間里，過程控制自動化程度和工作方式發生了翻天覆地的變化，過程控制系統變得越來越難以掌握。企業對于過程控制系統操作人員的培訓方式也發生了較為明顯的改變?，F階段主要分為兩種培訓方式:1）在工作現場進行實際培訓。2）在PC機上進行仿真模擬訓練。

工作現場培訓是指在實際生產中由經驗豐富的操作人員帶領被培訓人員進行實際操作。通過實際操作積攢經驗熟悉操作流程，通過對現場設備或軟件出現問題的解決來學習如何進行應急處理。這種方法培訓環節較少，無需聘請專業的培訓人員。但缺點也十分明顯:1）培訓內容不系統，只能學習一類控制模型，無法覆蓋過程控制系統的全部內容；2）培訓周期較長，由于實際操作相對較少，需要被培訓人員花費大量時間；3）培訓過程中有可能會影響設備的工作；4）無法避免現場突發事件所帶來的危險。但是由于一些小型公司硬件資源較為短缺，這種培訓方式在現階段依舊被廣泛使用。

機房模擬仿真培訓，是指在企業機房通過自動化過程控制模擬仿真軟件進行實際工況的模擬操作，對操作人員進行系統全面的培訓。這種方式的優點有以下幾點:1）培訓內容可以覆蓋大部分過程控制系統，并且可以針對企業要求對某一種工作情況進行模擬操作培訓；2）培訓周期較短，由于培訓密度大，每個被培訓人員都能夠對控制系統進行實際操作，大大縮短了培訓所需周期；3）減少培訓成本,一名培訓人員可以對幾十名操作人員進行培訓，并且沒有場地和實際設備的限制；4）培訓操作不會對實際設備進行影響,也不會傷害操作人員和設備。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，如果針對某一名人員進行培訓，培訓成本較高。這種模擬方式由于沒有實際設備，與實際工況還是存在細微的差別。目前過程控制系統在企業中使用越來越廣泛，機房模擬仿真培訓方式由于本身突出的優點被廣泛使用，日漸具有取代工作現場培訓的趨勢。

2 WinMOD模擬培訓系統

2.1 WinMOD模擬培訓系統構成與使用特點

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

從工作人員的角度來看，設備的行為包括對于操作活動的反應和突發事件的反應。從工藝過程來看，操作人員對于系統電子和機械模塊的操作控制真實設備運行。設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對各種事件的反應。

圖1 WinMOD仿真平臺

對于各種不同類型的總線模塊和設備，Win-MOD組件都能給出相應的配置方式,且WinMOD元件的輸入和輸出完全對應真實元件。WinMOD仿真是由WinMOD組件構成并連接到控制系統的，其仿真類似于實際設備的建立過程。WinMOD具有進一步的分量輸入和控制面板參數設置的功能。在這樣的情況下，可以設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人員擁有更加豐富的操作經驗。

進程組件可以模擬出物理性效果，如傳輸、流速、壓力等等，因此，它也可以對進程的行為進行建模,使得信號能夠連接到設備組件和控制系統，進而完成控制回路。模擬的深度和細節的詳化可以優化培訓方案,為了創造多樣化的運行條件和培訓方案，在模擬過程中WinMOD系統能使學員操作高度仿真的設備模型和過程模型。

WinMOD記錄器記錄信號的進展,制作成圖表或導出文檔以便進行進一步的評估，這樣也可以很方便地檢查受訓者的培訓情況，它能夠復制系統訓練場景，結合WinMOD記錄器形成了一個強大的評估模擬訓練器。

2.2 WinMOD培訓模擬器

系統控制軟件可以在原有的硬件平臺或工控機上運行,是實際設備用戶界面和控制程序的核心。但使用的關鍵在于外圍設備，設備啟動反應、設備故障、環境變化以及人類活動和物質交換都可能使設備的運轉發生變化。因此，培訓模擬器需要模擬真實的設備及其相關工作流程，而且必須模擬在實際條件下的控制系統，保證對系統的操作和檢查接近真實設備。模擬器必須達到以下使用要求:1）控制系統模擬設備的信號交換必須符合實際的設備運作；2）模擬中的現場總線配置必須和實際的相同或類似；3）模擬設備必須對控制設備的輸出適時地做出反應；4）模擬設備的行為必須保證與實際設備相一致;5）操作場景和培訓程序必須易于編程和操作；6）可以較為方便地模擬出系統所受干擾，出現的故障及額定工作條件等情況。培訓系統必須包括對設備的控制系統和模擬系統兩個模塊。在控制系統中,培訓師可以在模擬系統中控制受訓的條件，使得被培訓者可以得到如何解決系統受到干擾和系統出現故障等實際應用中可能出現問題的訓練。

2.3 WinMOD的仿真培訓

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

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，很清晰地顯示了設備的運作流程，使得操作者能夠清楚各項設備的功能。并且WinMOD還可對各項設備做詳細的建模，包括操作按鈕和狀態顯示圖標，圖3所展示的是設備中一個電機的建模界面。通過與實際設備高度一致的仿真設備對操作人員進行培訓，得到了顯著的效果。

圖3 電機建模界面

3 結語

實踐表明，WinMOD系統在模擬培訓方面功能強大，應用在自動化控制方面，對企業降低費用、降低生產操作風險及提高工作效率具有重要的意義。WinMOD模擬培訓系統在投入使用后，充分滿足了企業對員工進行自動化控制培訓的要求，取得了較好的人才價值和經濟效益。