論選煤廠仿真模型系統在教學中的作用

呂文豹

[摘 要]選煤廠仿真模型是模擬一般選煤廠的工藝流程、生產管理、集中控制等，相當于一個微型版的選煤廠，將其應用到礦物加工工程專業教學中，由于模型的可操作性、直觀性等，對于提高教學水平和學生對專業知識的理解具有重要作用。闡述了當前教學中存在的問題，簡單地介紹了仿真模型系統的結構和組成部分，以及仿真模型系統在教學中取得的效果。

[關鍵詞]教學 模型 選煤廠 PLC

[中圖分類號] TD9[文獻標識碼] B[文章編號] 2095-3437（2015）11-0185-03

一、教學中存在的問題

礦物加工工程專業核心課程包括選礦學、礦物加工過程控制、選煤廠設計與管理等，其課程內容抽象，教學過程中發現學生剛開始接觸核心課程時，學習的熱情很高，但后期學生學習的情況卻與之相反。通過與學生的互動和了解發現學生對專業知識的學習較難，特別是專業系統知識的認識和理解，同時，不能很好的將專業知識中各個知識點聯系起來，對專業中生產工藝、設備及機電控制概念的認識模糊，隨著課程及教學的不斷深入，模糊的知識點、概念隨著增多，最后就造成學生厭學，棄學，影響學生學習的態度和積極性。在教學、生產及畢業實習中發現學生對已學選煤工藝、設備及機電控制等理論知識不能很好的與現場實際生產工藝、設備、系統等情況結合起來，使得實習活動對學生的學習起不了很大的促進作用，理論和實踐不能很好的聯系起來。[1] [2]

根據上述教學弊端，安徽理工大學礦物加工工程專業根據專業學科發展的需要，于2013年9月份購置一臺選煤廠集中控制仿真模型。模型由兩大部分組成，一個是工藝設備模型，均由有機玻璃材質制造，河南理工大學工況技術開發有限公司生產制作;另一個是仿真模型集中控制系統，由本院老師及三位選礦廠設備及其自動化方向的研究生研制，整個模型在10月初完成，歷時一個多月，如圖1所示。

圖1 ? 選煤廠仿真模型系統

二、選煤廠仿真模型系統介紹[3] [4]

選煤廠仿真模型系統在整體上分為三大部分，第一部分是操作臺部分，如圖2所示，主要對仿真模型系統中各個設備進行操作、調節和監控等。左側計算機作為下位機M340PLC工程師站，用于M340PLC程序的編制、調試、下載以及監控，其于M340PLC通過以太網通信;右側計算機采用工業計算機，作為選煤廠仿真模型系統的上位機，其組態軟件采用IFIX4.5無限版，整個操作界面分為集控系統（集成裝車系統）、原煤準備、跳汰系統、重介系統、浮選系統、壓濾系統、干燥系統、歷史報警查詢、系統幫助、退出系統。每一個仿真模型系統對應著自己的系統畫面和操作方式，這樣各個系統可以獨立運行也可以同時運行，系統的靈活性和適應性增強。集控系統界面中包含了整個仿真系統的各個子系統，便于整個系統的觀察和操作;同時，在軟件中編制了歷史記錄，能夠記錄所有的操作、參數變化、信號采集等，隨時可供操作者調閱和查看;在安全性上設置相應的操作權限，不同級別的人員擁有不同的訪問等級。

圖2 ? 操作臺

第二部分是模型平臺，如圖3所示，也是仿真模型的載體，其上面布置了選煤廠各種生產工藝和設備，工藝設備模型在生產工藝方面分為原煤準備破碎、跳汰洗選、有壓三產品重介旋流器洗選、濃縮壓濾、濃縮磁選、浮選洗選、煤泥干燥、裝車外運等環節。模型中的設備可以實現燈光演示和電動演示，其燈光和電動均有仿真模型集中控制系統，模擬選煤廠正常生產和系統運行等。各個子系統在整個工藝設備模型中較為獨立，可通過不同子系統的組合完成各種各樣的生產工藝，從而實現工藝的多元化，也基本涵蓋了當前選煤行業中所需的各個生產環節。

圖3 ? 模型平臺

第三部分是控制柜，如圖4所示，仿真模型控制系統的樞紐。控制柜內集成了M340PLC工作站、開關電源、繼電器、接線端子等，所有信號的采集及控制指令的執行均由控制柜內部的M340PLC完成，實現了操作臺與設備的聯系和對接。

圖4 ? 控制柜

選煤廠仿真模型系統向學生展示選煤廠一般生產工藝與設備聯系，洗選設備、運輸設備、給料設備、提升設備、脫水設備等位置的分布與布置;向學生展示選煤廠水流信息、煤流信息等，其中水流與煤流均有發光二極管的燈帶表示，流向由燈帶的走向表示;向學生展示選煤廠集中控制系統，包括電機的控制、控制柜的集成、PLC程序編制、SCADA組態等內容。此模型在電機控制方面較為簡單，均有DC24V繼電器控制，繼電器由DO模塊控制，DO模塊的輸出由用戶邏輯程序控制;在控制柜的集成方面主要包括PLC底板、模塊及各個元器件的安裝，PLC模塊、繼電器、開關電源、接線端子的接線等。

三、系統的優化和升級

選煤廠集中控制仿真模型系統運用以來取得了很好的教學反應，但存在幾點不足。首先，其生產設備模型已固定在廠房模型里，無法移動，在選煤廠設計與管理的課程講解中不能很好的向學生闡述生產設備在廠房里的分布：不同的洗選設備在廠房中應處在不同的樓層，煤流靠自身重力流入下流設備進行洗選;在廠房中設備與設備的布置有要求，轉動設備與不轉動設備之間有距離要求，不能通過仿真模型中模擬設備的移動及重新布置來體現上述的要求。其次，仿真模型里電動演示采用24V DC小電機、12V DC電機、220V AC電機，電機種類不能統一，給日后的系統維護帶來不便，需要多種電機備件。

四、教學效果

在教學過程中，當學生首次進入專業課程學習時，讓其參觀選煤廠仿真模型系統，通過課程老師和實驗室專職老師的實驗教學，使學生有一定直觀的、感性的認識和理解，其系統中相關專業知識將在學生的腦海中形成一個個的點，在通過后期課堂教學的講授，理論知識的學習后，學生將腦海中的點形成一條條的線，再經過教學實習、畢業實習將仿真模型系統的知識及課堂上的理論知識與現場生產中的實踐知識聯系起來，最終腦海中形成一個整體的知識面，完成學生對整個專業知識的學習、理解和掌握。實踐在整個環節中的位置至關重要，它是形成知識面的關鍵一環，也是最后一環，因為“實踐是檢驗真理的唯一標準”，也是檢驗學習的重要標準。

仿真模型實踐使得學生對選煤工藝、集中控制系統學科有了進一步的學習和認識，促進學生對專業知識理解得更加透切和牢固，為學生以后的課程設計、畢業設計及走向崗位打下堅實的基礎，實現了學生學習的理論與實踐相結合，也促進教師教學方法及教學手段的多樣性、創新性。這樣的舉措在本科教學中具有重要的作用和意義。[5] [6]

[ 注 釋 ]

[1] 龔靜敏，馬鵑.公路仿真教學模型研究[J].教育教學論壇，2014（5）：197-198.

[2] 許彥，王鵬，田維通.工業工程專業實驗教學模型設計與應用[J].實驗技術與管理，2014（6）：203-205.

[3] 喻茜.模型教學在房屋建筑教學中的應用[J].山西經濟管理干部學院學報，2013（1）：136-137.

[4] 侯英翔.利用采煤模型提升學科整體教學科研水平[J].教育教學論壇，2012（40）：70-71.

[5] 張國梁，鄭建偉，曲保雪，等.木工機械與刀具教學模型和動畫的開發研究[J].木材加工機械，2012（6）：30-33.

[6] 陳世輝.淺談機床夾具實驗教學模型的設計[J].質量技術監督研究，2011（3）：49-52.

[責任編輯：鐘 嵐]