自控組態(tài)軟件在仿真培訓(xùn)系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、    自控組態(tài)軟件在仿真培訓(xùn)系統(tǒng)中的應(yīng)用1、引言仿真培訓(xùn)系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)仿真各種物理工程技術(shù)，構(gòu)造一種以訓(xùn)練和教學(xué)為目的，在某種程度上再現(xiàn)一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)行為的系統(tǒng)。其目的是使接受培訓(xùn)的人員在進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)前，熟悉生產(chǎn)過程中各階段的操作，以培養(yǎng)一批技術(shù)熟練、經(jīng)驗(yàn)豐富的操作人員。這種培訓(xùn)方式同傳統(tǒng)的操作人員培訓(xùn)方式先學(xué)習(xí)技術(shù)理論和操作規(guī)定，再到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，以師傅帶徒弟的方法進(jìn)行技能培訓(xùn)相比，具有無需投料、沒有危險(xiǎn)性、能節(jié)省培訓(xùn)費(fèi)用、大大縮短培1、引言    仿真培訓(xùn)系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)仿真各種物理工程技術(shù)，構(gòu)造一種以訓(xùn)練和教學(xué)

2、為目的，在某種程度上再現(xiàn)一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)行為的系統(tǒng)。其目的是使接受培訓(xùn)的人員在進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)前，熟悉生產(chǎn)過程中各階段的操作，以培養(yǎng)一批技術(shù)熟練、經(jīng)驗(yàn)豐富的操作人員。這種培訓(xùn)方式同傳統(tǒng)的操作人員培訓(xùn)方式先學(xué)習(xí)技術(shù)理論和操作規(guī)定，再到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，以師傅帶徒弟的方法進(jìn)行技能培訓(xùn)相比，具有無需投料、沒有危險(xiǎn)性、能節(jié)省培訓(xùn)費(fèi)用、大大縮短培訓(xùn)時(shí)間且能模擬操作在現(xiàn)場(chǎng)中絕對(duì)不可出現(xiàn)的確良各種事故狀態(tài)等種種優(yōu)點(diǎn)。    采用動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)培訓(xùn)生產(chǎn)操作人員，在目前國內(nèi)外先進(jìn)化工行業(yè)較常見。因?yàn)橥ㄟ^仿真操作培訓(xùn)，能讓操作人員更好地了解和掌握工藝原理、工藝流程和操作規(guī)程，讓操作人員在仿真

3、系統(tǒng)上“嘗試”生產(chǎn)操作，進(jìn)行開車、運(yùn)行和停車操作，設(shè)置和處理事故，往往使操作人員能在更短的時(shí)間內(nèi)更準(zhǔn)確、全面地學(xué)會(huì)工藝操作。并且仿真培訓(xùn)系統(tǒng)能對(duì)操作人員的操作按操作規(guī)程的規(guī)定進(jìn)行打分，可以考核培訓(xùn)效果。    由于本生產(chǎn)裝置采用智能數(shù)字儀表進(jìn)行顯示和控制，故采用IPC智能控制模式比較適合其操作特點(diǎn)。本文以一種通用監(jiān)測(cè)控制組態(tài)軟件為人/機(jī)交互顯示操作界面，通過建立數(shù)學(xué)模型與組態(tài)軟件之間的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)接口，研制了本裝置仿真培訓(xùn)軟件。2、以自控組態(tài)軟件為圖形界面的研制方案該方案的原理框圖見圖1。 圖1 以組態(tài)軟件為圖形界面仿真培訓(xùn)軟件的研制方案

4、    從圖1可見，該方案首先應(yīng)選擇一套自控組態(tài)軟件，依靠其較強(qiáng)的彩色工藝流程圖，工藝參數(shù)趨勢(shì)圖、棒圖繪制和動(dòng)態(tài)參數(shù)顯示、命令按鈕操作功能，以及較強(qiáng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)I/O功能，制作仿真培訓(xùn)軟件和人機(jī)交互操作圖形界面，根據(jù)工藝術(shù)過程機(jī)理和數(shù)據(jù)建立的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，用可視化編程語言如Visual C+等編制和編譯成可執(zhí)行軟件。數(shù)學(xué)模型運(yùn)行軟件和自控組態(tài)軟件同在一個(gè)實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)中運(yùn)行，它們通過實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫相連。培訓(xùn)人員用鼠標(biāo)、鍵盤輸入的操作命令如閥門開關(guān)、泵和電機(jī)的啟停，通過點(diǎn)擊自控組態(tài)軟件畫面中的命令按鈕和閥門、泵、電機(jī)圖形控件輸入組態(tài)軟件；組態(tài)軟

5、件把這些輸入命令和參數(shù)通過動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫傳送到數(shù)學(xué)模型運(yùn)行軟件；數(shù)學(xué)模型運(yùn)行軟件的運(yùn)算結(jié)果，如反應(yīng)濃度的變化、溫度的高低，輸出至實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫傳至組態(tài)軟件顯示記錄。再在組態(tài)軟件中設(shè)置事故設(shè)定、時(shí)標(biāo)設(shè)定、快門設(shè)定、成績(jī)?cè)u(píng)定等命令按鈕，可實(shí)施完善的操作培訓(xùn)功能。    該方案中自控組態(tài)軟件與數(shù)學(xué)模型運(yùn)行軟件之間的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換軟件的編制是個(gè)關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)。一般可采用兩種方法，一是采用動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)鏈接庫函數(shù)（DDL），另一種方法是采用動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換DDE方式。DDL方式適用于數(shù)據(jù)交換量較多的場(chǎng)合，DDE則用于數(shù)據(jù)交換量少一些的場(chǎng)合。   &

6、#160;  通過調(diào)研論證，本課題選取了北京金佳諾公司的Century Star工業(yè)自動(dòng)化監(jiān)控組態(tài)軟件，作為本方案研制仿真培訓(xùn)軟件的開發(fā)平臺(tái)，其具有完備的人機(jī)界面（HMI）及監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集功能（SCADAF）和圖形報(bào)表功能，性能價(jià)格比高。關(guān)于該軟件的詳細(xì)技術(shù)情況可參見33、該裝置仿真培訓(xùn)軟件研制情況    該裝置仿真培訓(xùn)軟件研制情況如下：    31完成了該裝置帶動(dòng)態(tài)檢測(cè)控制點(diǎn)工藝流程圖的繪制，這個(gè)流程圖畫面是該仿真培訓(xùn)軟件的主畫面，包括了工藝流程中的各個(gè)設(shè)備、管路、閥門、儀表和自控回

7、路，對(duì)各個(gè)部件分類進(jìn)行了編寫。該仿真培訓(xùn)流程圖采用了Century star的三維繪圖功能模塊和圖庫繪制，比較形象逼真。在每幅流程圖中都設(shè)置了當(dāng)前日期、時(shí)間顯示窗口。    32設(shè)置了開車、暫停、畫面選擇、事故設(shè)定、開車成績(jī)、曲線顯示、報(bào)警畫面、快門設(shè)定、時(shí)標(biāo)設(shè)定、停車等仿真培訓(xùn)命令按扭。并編置了與這些命令按扭相對(duì)應(yīng)的子程序和相應(yīng)的顯示畫面。    33對(duì)流程圖中各開度可調(diào)的手動(dòng)閥門，均編程設(shè)置了開度調(diào)節(jié)畫面，見圖2。其中F鍵是快開選擇按扭，如選擇快開按扭，其旁邊指示燈變紅，每次按增、減鍵，手動(dòng)閥門開度增

8、加5%或減少5%。如未選擇快開按扭，則每次按增、減鍵，閥門開度增加1%或減少1%。在該畫面中，有閥門開度的數(shù)字顯示，并用動(dòng)態(tài)棒狀圖顯示閥門開度。按Q鍵退出閥門開度調(diào)節(jié)畫面。對(duì)開關(guān)兩位式閥門，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊，通過改變閥門的顏色來表示閥門的開、關(guān)狀態(tài)。    34對(duì)流程圖中的調(diào)節(jié)器，編程設(shè)置了調(diào)節(jié)器參數(shù)顯示和調(diào)整畫面，見圖3。圖中以動(dòng)態(tài)棒圖顯示測(cè)量值和設(shè)定值的變化，以動(dòng)態(tài)數(shù)值顯示閥門開度，設(shè)置了自動(dòng)、手動(dòng)、串級(jí)和快速選擇按扭及參數(shù)增減按扭。按T打開調(diào)節(jié)器參數(shù)PID整定畫面，可快速增減或正常增減PID參數(shù)值。    對(duì)全部生

9、產(chǎn)過程建立其數(shù)學(xué)模型，然后用可視化語言Visual C+對(duì)模型進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)。數(shù)學(xué)模型運(yùn)行軟件通過調(diào)用Century Star自控組態(tài)軟件中的USERDLL（）函數(shù)，較好地實(shí)現(xiàn)了自控組態(tài)軟件與數(shù)學(xué)模型軟件之間的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)連接，可較好地進(jìn)行仿真運(yùn)行。4、 結(jié)論     對(duì)以上所編制的某生產(chǎn)裝置仿真培訓(xùn)軟件試運(yùn)行結(jié)果表明，該軟件能較好地模擬生產(chǎn)動(dòng)態(tài)工況，模擬手工閥門操作和自控儀表調(diào)節(jié)操作，有較樂觀的實(shí)際應(yīng)用前景。    這說明，本文采用IPC智能控制仿真模式，以Century Star 自控組態(tài)軟件為顯示操作圖形界面，以化工動(dòng)態(tài)學(xué)方法建立過程式動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，以動(dòng)態(tài)鏈接庫函數(shù)DLL聯(lián)接組態(tài)軟件和數(shù)學(xué)模型運(yùn)行軟件的仿真培訓(xùn)軟件研制技術(shù)方案是可行的。本文的研究嘗試對(duì)于研究掌握化工過程動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)具有積極的意義。對(duì)于研究其它化工生產(chǎn)裝置的仿真培訓(xùn)軟件具有一定的參考價(jià)值。圖2 手動(dòng)閥調(diào)節(jié) 圖3調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)參考文獻(xiàn)1、吳重光主編，過程系統(tǒng)仿真技術(shù)，中國石化出版社，1998年。2、吳重光主編，化工仿真實(shí)習(xí)指南，化學(xué)工業(yè)出版社，1999年。3、北京金佳諾科技公司，Centur