论选煤厂仿真模型系统在教学中的作用

吕文豹

[摘 要]选煤厂仿真模型是模拟一般选煤厂的工艺流程、生产管理、集中控制等，相当于一个微型版的选煤厂，将其应用到矿物加工工程专业教学中，由于模型的可操作性、直观性等，对于提高教学水平和学生对专业知识的理解具有重要作用。阐述了当前教学中存在的问题，简单地介绍了仿真模型系统的结构和组成部分，以及仿真模型系统在教学中取得的效果。

[关键词]教学 模型 选煤厂 PLC

[中图分类号] TD9[文献标识码] B[文章编号] 2095-3437（2015）11-0185-03

一、教学中存在的问题

矿物加工工程专业核心课程包括选矿学、矿物加工过程控制、选煤厂设计与管理等，其课程内容抽象，教学过程中发现学生刚开始接触核心课程时，学习的热情很高，但后期学生学习的情况却与之相反。通过与学生的互动和了解发现学生对专业知识的学习较难，特别是专业系统知识的认识和理解，同时，不能很好的将专业知识中各个知识点联系起来，对专业中生产工艺、设备及机电控制概念的认识模糊，随着课程及教学的不断深入，模糊的知识点、概念随着增多，最后就造成学生厌学，弃学，影响学生学习的态度和积极性。在教学、生产及毕业实习中发现学生对已学选煤工艺、设备及机电控制等理论知识不能很好的与现场实际生产工艺、设备、系统等情况结合起来，使得实习活动对学生的学习起不了很大的促进作用，理论和实践不能很好的联系起来。[1] [2]

根据上述教学弊端，安徽理工大学矿物加工工程专业根据专业学科发展的需要，于2013年9月份购置一台选煤厂集中控制仿真模型。模型由两大部分组成，一个是工艺设备模型，均由有机玻璃材质制造，河南理工大学工况技术开发有限公司生产制作;另一个是仿真模型集中控制系统，由本院老师及三位选矿厂设备及其自动化方向的研究生研制，整个模型在10月初完成，历时一个多月，如图1所示。

图1   选煤厂仿真模型系统

二、选煤厂仿真模型系统介绍[3] [4]

选煤厂仿真模型系统在整体上分为三大部分，第一部分是操作台部分，如图2所示，主要对仿真模型系统中各个设备进行操作、调节和监控等。左侧计算机作为下位机M340PLC工程师站，用于M340PLC程序的编制、调试、下载以及监控，其于M340PLC通过以太网通信;右侧计算机采用工业计算机，作为选煤厂仿真模型系统的上位机，其组态软件采用IFIX4.5无限版，整个操作界面分为集控系统（集成装车系统）、原煤准备、跳汰系统、重介系统、浮选系统、压滤系统、干燥系统、历史报警查询、系统帮助、退出系统。每一个仿真模型系统对应着自己的系统画面和操作方式，这样各个系统可以独立运行也可以同时运行，系统的灵活性和适应性增强。集控系统界面中包含了整个仿真系统的各个子系统，便于整个系统的观察和操作;同时，在软件中编制了历史记录，能够记录所有的操作、参数变化、信号采集等，随时可供操作者调阅和查看;在安全性上设置相应的操作权限，不同级别的人员拥有不同的访问等级。

图2   操作台

第二部分是模型平台，如图3所示，也是仿真模型的载体，其上面布置了选煤厂各种生产工艺和设备，工艺设备模型在生产工艺方面分为原煤准备破碎、跳汰洗选、有压三产品重介旋流器洗选、浓缩压滤、浓缩磁选、浮选洗选、煤泥干燥、装车外运等环节。模型中的设备可以实现灯光演示和电动演示，其灯光和电动均有仿真模型集中控制系统，模拟选煤厂正常生产和系统运行等。各个子系统在整个工艺设备模型中较为独立，可通过不同子系统的组合完成各种各样的生产工艺，从而实现工艺的多元化，也基本涵盖了当前选煤行业中所需的各个生产环节。

图3   模型平台

第三部分是控制柜，如图4所示，仿真模型控制系统的枢纽。控制柜内集成了M340PLC工作站、开关电源、继电器、接线端子等，所有信号的采集及控制指令的执行均由控制柜内部的M340PLC完成，实现了操作台与设备的联系和对接。

图4   控制柜

选煤厂仿真模型系统向学生展示选煤厂一般生产工艺与设备联系，洗选设备、运输设备、给料设备、提升设备、脱水设备等位置的分布与布置;向学生展示选煤厂水流信息、煤流信息等，其中水流与煤流均有发光二极管的灯带表示，流向由灯带的走向表示;向学生展示选煤厂集中控制系统，包括电机的控制、控制柜的集成、PLC程序编制、SCADA组态等内容。此模型在电机控制方面较为简单，均有DC24V继电器控制，继电器由DO模块控制，DO模块的输出由用户逻辑程序控制;在控制柜的集成方面主要包括PLC底板、模块及各个元器件的安装，PLC模块、继电器、开关电源、接线端子的接线等。

三、系统的优化和升级

选煤厂集中控制仿真模型系统运用以来取得了很好的教学反应，但存在几点不足。首先，其生产设备模型已固定在厂房模型里，无法移动，在选煤厂设计与管理的课程讲解中不能很好的向学生阐述生产设备在厂房里的分布：不同的洗选设备在厂房中应处在不同的楼层，煤流靠自身重力流入下流设备进行洗选;在厂房中设备与设备的布置有要求，转动设备与不转动设备之间有距离要求，不能通过仿真模型中模拟设备的移动及重新布置来体现上述的要求。其次，仿真模型里电动演示采用24V DC小电机、12V DC电机、220V AC电机，电机种类不能统一，给日后的系统维护带来不便，需要多种电机备件。

四、教学效果

在教学过程中，当学生首次进入专业课程学习时，让其参观选煤厂仿真模型系统，通过课程老师和实验室专职老师的实验教学，使学生有一定直观的、感性的认识和理解，其系统中相关专业知识将在学生的脑海中形成一个个的点，在通过后期课堂教学的讲授，理论知识的学习后，学生将脑海中的点形成一条条的线，再经过教学实习、毕业实习将仿真模型系统的知识及课堂上的理论知识与现场生产中的实践知识联系起来，最终脑海中形成一个整体的知识面，完成学生对整个专业知识的学习、理解和掌握。实践在整个环节中的位置至关重要，它是形成知识面的关键一环，也是最后一环，因为“实践是检验真理的唯一标准”，也是检验学习的重要标准。

仿真模型实践使得学生对选煤工艺、集中控制系统学科有了进一步的学习和认识，促进学生对专业知识理解得更加透切和牢固，为学生以后的课程设计、毕业设计及走向岗位打下坚实的基础，实现了学生学习的理论与实践相结合，也促进教师教学方法及教学手段的多样性、创新性。这样的举措在本科教学中具有重要的作用和意义。[5] [6]

[ 注 释 ]

[1] 龚静敏，马鹃.公路仿真教学模型研究[J].教育教学论坛，2014（5）：197-198.

[2] 许彦，王鹏，田维通.工业工程专业实验教学模型设计与应用[J].实验技术与管理，2014（6）：203-205.

[3] 喻茜.模型教学在房屋建筑教学中的应用[J].山西经济管理干部学院学报，2013（1）：136-137.

[4] 侯英翔.利用采煤模型提升学科整体教学科研水平[J].教育教学论坛，2012（40）：70-71.

[5] 张国梁，郑建伟，曲保雪，等.木工机械与刀具教学模型和动画的开发研究[J].木材加工机械，2012（6）：30-33.

[6] 陈世辉.浅谈机床夹具实验教学模型的设计[J].质量技术监督研究，2011（3）：49-52.

[责任编辑：钟 岚]