制糖過程控制實訓教學系統的研究應用
——以廣西農墾金光糖廠為例

盧勇威

（廣西職業技術學院，廣西 南寧530226）

?

制糖過程控制實訓教學系統的研究應用
——以廣西農墾金光糖廠為例

盧勇威

（廣西職業技術學院，廣西 南寧530226）

摘要：以廣西農墾金光糖廠為“實驗地”，對糖廠的壓榨、制煉和動力三大車間的生產過程進行自動化及信息化升級改造，研制開發以制糖過程控制技術為核心的生產及教學雙向系統，實現產學研用一體化。

關鍵詞：糖廠；實訓教學；生產調度；產學研用一體化

糖業是廣西經濟支柱產業，糖廠生產調度管理的運營模式，已逐漸從電話、對講機和人工傳達等傳統單一方式，發展為利用全廠生產調度指揮系統類型的信息化平臺，將生產過程信息以數字化方式收集，通過現代工業通訊網絡傳輸，利用人機監控界面、語音、視頻等多樣化交互方式[1]，來組織開展日常生產調度運營；同時通過系統強大的數據庫與云技術的應用，對生產數據進行存儲、加工、挖掘、重構，來支持后臺決策系統，實現生產動態規劃與實時調度決策，完成工藝流程與生產組織優化，實現全廠自動化信息化管理。

針對糖業轉型升級對復合型人才的需求，項目組研制開發以制糖過程控制技術為核心的生產及教學雙向系統，以金光糖廠生產調度指揮系統為主體，對糖廠的壓榨、制煉和動力三大車間的生產過程進行自動化及信息化升級改造，對關鍵生產數據和視頻圖像進行實時采集、優化、處理和傳輸[2]，完成糖廠與廣西職業技術學院的制糖過程控制技術實訓室之間的網絡互聯互通，實現在糖廠內網和實訓室內網，均可以通過客戶端軟件實時監控金光糖廠的生產過程工況數據和視頻圖像，讓學生跳出課堂教學中囿于一隅的小課題邏輯學習，轉而通過高層次的全廠化視角，更深入、立體的理解掌握糖廠整體生產運營過程，樹立全局化、系統化的思維模式，實現了制糖自動化信息化實時實景教學實訓，培養契合制糖業未來發展對技術技能復合型人才。

1　制糖過程控制實訓教學系統架構設計

項目由糖廠生產車間通信網絡、糖廠生產調度指揮系統、遠傳通信網絡、制糖過程控制實訓室，共4個部分組成，如圖1所示。最終實現糖廠中控室與實訓室之間的網絡互聯互通，在糖廠的內網以及在實訓室的內網，通過客戶端軟件可實時查看糖廠的生產過程工況數據和視頻圖像。

圖1　基礎架構圖

1.1糖廠生產車間通信網絡

糖廠生產車間通信網絡，負責提供糖廠過程數據及視頻傳輸的服務。主要由工業交換機、光纜、工業收發器、網絡設備箱等設備組成。糖廠生產車間通信網絡以中控室為中心，分別向壓榨、制煉、動力車間部署光纜及網絡設備，實現中控室到壓榨、制煉、動力車間之間形成分布式星形網絡結構，實現網絡互聯互通，為生產過程數據及視頻傳輸提供基礎條件。通信網絡預留外網接口，供遠傳通信網絡接入。

1.2糖廠生產調度指揮系統

糖廠生產調度指揮系統，主要負責提供糖廠生產過程的數據采集和傳輸，以及視頻的采集和傳輸。糖廠生產調度指揮系統主要由高清網絡攝像機、流媒體服務器、數據采集模塊、通訊協議轉換服務器、數據轉發授權軟件、數據及視頻采集上傳服務軟件、數據服務器、服務器機柜及糖廠生產調度指揮系統軟件等設備和軟件組成。

實際應用中，一是教學生產過程視頻監控點達30個，包括在壓榨、制煉、動力車間的生產過程關鍵崗位安裝高清網絡攝像機，實現生產全過程實時視頻監控；二是糖廠生產調度指揮系統對糖廠原有的DCS系統中的關鍵生產數據進行采集、轉換，并轉到中控室的數據服務器和流媒體服務器。

通過糖廠生產調度指揮系統的客戶端軟件，訪問中控室中的數據服務器和流媒體服務器，即可實現對糖廠生產過程的數據及視頻進行預覽和查詢。

1.3遠傳通信網絡

遠傳通信網絡，主要負責實現糖廠與實訓室兩地之間的網絡互聯互通。遠傳通信網絡主要以租用電信運營商（中國電信聯通移動）的光纖網絡方式來實現，通訊速率為50 Mbps，專線專用，可實現數據及視頻的實時遠程傳輸。

1.4制糖過程控制實訓室

制糖過程控制實訓室，一是LCD電視墻、智能手機等用于顯示從糖廠傳送過來的生產過程數據和視頻信息；二是安裝有糖廠生產調度指揮系統客戶端軟件的計算機、智能手機等，通過遠傳通信網絡實時獲取糖廠壓榨、制煉和動力車間的生產過程數據和視頻（數據及視頻可按需顯示到電視墻）；三是根據從糖廠傳送過來的生產過程數據，在制糖控制設備上進行仿真操作，開展教學和實訓工作，如圖2所示。

圖2　制糖調度指揮中

2　制糖過程控制實訓教學系統主要性能的確定

2.1數據監控

實現糖廠壓榨、制煉、動力車間生產全過程監控可同時對糖廠壓榨、制煉、動力車間多個工段、不同類型的控制系統或控制儀表數據上傳，實現的生產情況進行全天候實時監控；實時數據顯示實時顯示生產現場各子系統、各監控點參數的數據信息；實時曲線圖顯示，能夠以趨勢圖方式實時顯示出生產現場各子系統、各個監控點的參數數據；報警提示，實現對生產過程中產生的報警事件進行實時提示；數據統計和存儲，對各種生產數據進行定期自動存儲到數據庫，用戶可以根據時間條件進行查詢，并以曲線圖或報表的形式進行顯示；動畫效果，能夠以動畫的形式對生產現場的工藝流程進行模擬顯示；權限控制，對不同的用戶，產品實行不同的權限分配機制，使不同的用戶角色能操作的功能有所不同，從而提高了系統參數的安全性；自動升級，軟件產品的更新能夠自動通過網絡更新軟件的最新版本；遠程接入，支持Internet、3G4G、WLAN遠程接入；斷線重連，從網絡中斷到網絡恢復正常后自動重新建立連接并進行數據傳輸。

2.2視頻監控

支持糖廠原有視頻信號接入，可在原來的基礎上進行多監控系統的整合，并實現視頻監控任意開啟關閉、視頻信號丟失報警、錄像回放、多通道同步處理、中文攝像機名稱標識、同步處理音視頻信息、同時記錄、支持報警盒關聯錄像及報警輸出、云臺鏡頭通過解碼器進行控制、監控抓幀、回放抓幀、精確同步音頻監聽、視頻輪巡切換、多種畫面分割、錄像工作計劃制定及自動實施、偵測預錄功能、記錄報警前5秒鐘的錄像、識別新加硬盤、自動進行錄像、變速回放、分控監控、回放、設置，視頻顏色、亮度、對比度調節、視頻制式選擇。

2.3移動互聯及數據挖掘

支持智能手機、平板電腦，遠程接入進行數據、音視頻同步瀏覽，支持多種遠程接入方式，如局域網或WLAN、廣域網、3G等，實現了基于無線網絡的制糖生產全過程實時工藝數據的采集和整理、視頻監視、音頻雙向通話等調度管理行為，可全天候對生產現場進行實時監控、記錄和指揮調度，能自動生成各崗位生產報表和重要工藝參數的歷史曲線，有效地提高了調度指揮效率。

2.4安全穩定

系統架構基于三層結構設計，采用5G、2.4G高頻段無線網絡保證了信號傳輸的抗干擾能力、穩定性[3]。無線網絡設備集成度高，不受繁雜的網線影響，故障率低。同時在服務器軟件的設計和開發上，完全基于Linux操作系統進行開發，有效杜絕計算機病毒和木馬的攻擊，從而極大地提高了生產的安全可靠性和穩定性。在數據安全方面，訪問生產數據的數據庫之前要驗證賬戶名和密碼，對數據傳輸方面，采用當前最優的加密算法，對數據進行加密和壓縮；在遠程接入方面，遠程用戶要通過Internet或無線網絡接入服務器，必須經過身份驗證。對現場檢測設備的操作，也設有用戶名和密碼等身份驗證措施及權限設置，不同角色的用戶只能使用相對應的功能，保障了生產的安全。

3　制糖過程控制實訓教學系統的創新點

制糖過程實訓教學系統優化了甘蔗制糖廠壓榨、制煉、動力車間的自動控制系統、視頻監控系統、語音系統的各項生產現場信息，并突破了地域與網絡限制，完全真實再現在學校的專業教學區；系統讓學生通過客戶端就能夠實時監視、監控全廠生產數據、視頻圖像、語音等數字信息，實現了制糖生產控制，生產工藝改造，實時調度運行及管理，教學實訓四位一體的功能。

4　結束語

項目建設是在金光糖廠自動化信息化技術改造升級中，校企合作開發的制糖過程控制教學實訓系統整合糖廠舊有的設備，高效地利用各自優勢資源，實現合作共享、互助共贏，既大大降低糖廠信息化建設的工程量、投入成本和維護成本，完成規模擴充、技術升級改造與系統集成，又為學校開創了工廠化的教研環境，為產學研用一體化探索出一套全新的技術實現和管理運行實踐模式。

參考文獻：

[1]沙銳．無線集群調度指揮系統[DB/OL]．http://www.docin. com/p-215716653.html.

[2]周建林.甘蔗收購信息化管理模式[J].甘蔗糖業，2006，（1）：34-40．

[3]尤文堅．糖廠信息化建設的實踐與思考[J].廣西蔗糖，2006，（3）：38-40．

中圖分類號：G712

文獻標識碼：B

文章編號：1672-545X（2016）04-0235-03

收稿日期：2016-01-09

基金項目：桂教科學[2013]13號（2013C170）

作者簡介：盧勇威（1971-），男，廣西南寧人，研究生，研究方向為智能控制技術及教育管理。

Study on the Application of Process Control System of the Practical Teaching of Sugar Golden Sugar——Taking Guangxi State as an Example

LU Yong-wei
（Guangxi Vocational and Technical College，Nanning 530226，China）

Abstract:Taking Guangxi State Golden sugar"experiment"，the sugar production process for smelting and pressing，three workshops of power automation and information technology upgrading，production development in the sugar process control technology as the core of the teaching and research to achieve two-way system integration.

Key words:sugar；training；production scheduling；integration research