拓展過程控制專業應用型實踐教學模式

摘要：采用組態方式模擬循環流化床鍋爐運行工況的方法，完善鍋爐操作人員實作環節培訓。借助計算機仿真技術，以130t/h循環流化床鍋爐機組仿真模擬為例介紹運行機理及工況的控制規程，避免及減少發生運行人員誤操作事故，解決運行過程中遇到突發事件。

關鍵詞：循環流化床鍋爐；組態軟件；DCS；模擬培訓

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）45-0241-02

隨著計算機技術和機械自動化技術的發展，要求控制各項技術指標限定在一定范圍內，在高校培訓工程應用型實踐教學模式過程中，采用先進的變頻調整技術并結合分散控制系統DCS，進而保證可靠、穩定及經濟的實訓操作過程，學生在實踐教學環節中理解體會理論概念知識，培養實際過硬的操作技能，尤為重要的是處理針對突發事故的能力。本文針對機械類學生掌握循環流化床鍋爐CFB構造模型，借助計算機組態仿真技術，建立全工況循環流化床鍋爐機組控制系統的實時仿真模擬，分析監控循環流化床鍋爐各工況性能，模擬各運行工況及處理故障方法，迅速提高工程類學生的實際操作水平，直觀地仿真運行過程中相應設備、儀表的變化規律及正常運行狀態，通過組態仿真系統進行正確運行控制操作，模擬事故進行正確處理。

一、提高師生雙方對實踐教學環節的認識

為了工程應用實踐能夠安全、平穩、高效地運行，高校學生除了要有扎實的專業理論基礎，還必須有嫻熟的操作技巧、對操作對象透徹理解，而且要具備處理異常事故的本領。在傳統的培訓模式“師傅帶徒弟”的教學手段中，不能有一點疏忽。形象地講，考生得了90分以上即可為優秀，而在實際現場操作必須每次都得100分，因為在現場出現99分的失誤等同于0分的效果。

為此，教師和學生需對實踐教學課程有深層次的認識。教師的確是知識的傳授者，一定要認真、負責，并且在實踐教學中對學生要有耐心，對各種問題積極解答，需提高認識，明確實踐教學對提高學生操作能力的重要性。培養學生的積極性，最終達到比較好的教學效果。學生是學習的主體，學生必須從一開始就要養成重視實踐學習的態度，要充分利用實踐課，積極尋找機會，提高自動控制及計算機操作水平，強化實踐教學中沒有掌握的操作要點。

二、加強實踐環節教學手段的改革

實踐教學環節以模擬130t/h循環流化床控制操作為例，針對鍋爐運行過程和事故進行組態仿真系統模擬，熟練掌握鍋爐運行過程中設備及各種儀表的正常運行狀態對應的變化規律，在計算機上反復地模擬運行控制過程的操作。實習實訓基地能夠為鍋爐運行模擬提供經濟、可靠、有效的培訓環境。

循環流化床鍋爐不需要制粉系統，給煤系統將煤送入給料點進入爐膛，油燃燒器操作采用熱煙氣床下點火方式控制系統。當油燃燒器運行前，需完成燃料引燃，按下點火器引燃燃料，采用火焰檢測器使探測點出現燃點火器火焰，再用點火器火焰引燃燃燒器火焰，還可在密相區和二次風口設置助燃用的啟動燃燒器和床槍。冷床料迅速在流化并循環的條件下加熱升溫。啟動時，以熱煙氣和空氣混合物加熱床料最先投運風道燃燒器，投運啟動燃燒器按照升溫升壓曲線上升，實踐教學中逐步投煤啟動流程見圖1所示。

實踐教學中需指導學生從負荷指令計算出要求的燃料量，結合實際風量利用風—燃料比要求，計算出允許的最大燃料量，決定選擇燃料主調節器的輸出，保證動態過程中先加風后加煤，先減煤后減風。循環流化床鍋爐機組僅在啟動或床溫較低時才需投入油燃燒器，所耗燃料低，控制燃油實踐模擬數據。當正常運行時會有大量的高溫材料充當恒定的點火源，不會由滅火造成爆炸性混合物不恰當地積聚，進而引發爆燃或爆炸。

三、開展仿真模擬演示實驗

針對以往的實驗教學各環節，應用AdvanTrol-Pro系統軟件對循環流化床鍋爐學員培訓過程組態模擬中，模擬培訓系統軟件包括以下三個部分組成：系統軟件、應用軟件和數據庫。C++軟件編譯控制語句嵌入組態環境中，使用鏈表時將無法找到鏈表，將數據進行記錄后排序比較。控制面板操作監視過程程序，模擬上下限報警、標度變換等等，設置報警極限值，查詢實時曲線監測。模擬仿真演示實驗包括：過程控制程序如調度、過程計算、過程判斷、過程分析、文件管理等等；過程監視程序如上下限報警、操作面板服務、標度變換和事故處理程序等；公共服務程序如基本運算程序、函數運算程序等；數據庫主要用于數據的管理、交換和檢索，實時完成運行程序交換信息，實現查詢、修改、顯示和打印的功能。監控系統不同時間段采集的數據設計的排序方式，循環使用指針傳遞，并行口調用計算機基礎硬件，實現對并行口的讀和寫。

四、模擬故障處理增強實作能力

機組運行時會出現很多種故障工況，掌控其產生原因并能有效及時處理是至關重要的，如水位超過汽包上部可見水位即滿水、低于汽包下部可見水位使鍋爐嚴重缺水、爐管爆破等等。采集報警信息顯示功能中報警變量以組的形式在屏幕上顯示，可通過幫助功能為提供運行操作指導數據庫中具有的所有過程點記錄。報警顯示和響應模擬量越限報警、開關量變值報警、系統故障報警；學生通過操作站上顯示的實現界面對機組運行過程的操作和監視。由程序指令或運行人員控制按用戶指定格式確定所有記錄的標題，可編輯、打印。

五、結論

結合學生就業后用人單位要求和社會需要，合理完善的實踐環境，搭建了培訓教學流程平臺，實踐了利用組態環境進行模擬操作，仿真出運行工況及處理故障方法；組態環境下的工程實踐模式，為地方特種設備培訓中心鍋爐工培訓基地提供技術更新；與企業建立互利共贏的關系。使實踐基地建設走產學研合作之路，確保了在校學生工程實踐的需要。加強了硬、軟件建設，與基礎理論課建設、專業建設、實驗教學示范中心建設、產學研合作平臺建設等融合，優化了高校資源配置，互相支撐，共同發展，完善了應用型人才培養新體系，為地方社會經濟節能發展提供高素質應用型的技術人力資源。實現了教學實踐模式在計算仿真學、組態控制軟件和數值計算方法等交叉學科教學方面的改革。充分應用工程類控制工程等學科理論課基礎原理出發建立仿真模型，該研究性教學模式的提出，在打破了傳統的教學模式的基礎上，用組態控制軟件對工程應用型實踐課程（如鍋爐運行）的操作全工況、全變量數字模擬。進而避免工程類學生到企業或工廠操作的危險發生，節約能源消耗，為振興東北老工業化生產基地建設具有重要意義。

參考文獻：

[1]王麗，李敬有，王大鵬.高校公共計算機課程網絡無紙化考試現狀分析[J].中國現代教育裝備，2009，（03）.

[2]高德毅.計算機學科發展與高校德育創新[J].高校理論戰線，2011，（12）.

[3]范迅，常維亞，邢鵬，朱郴韋.研究型本科教育教學理念與模式構建[J].中國大學教學，2012，（12）.

基金項目：黑龍江省高等學校教改工程項目“培養計算機綜合應用創新型人才的‘多維開放’教學模式探索與實踐”（JG2012010679）；2013年齊齊哈爾大學教育科學研究項目

作者簡介：劉巖（1969-），男，黑龍江齊齊哈爾人，高級工程師，研究方向：仿真控制。