马爱国曾传骏陈玲刘艾明

1中材建设有限公司（100176）2天津水泥工业设计研究院有限公司（300400）

基于Win MOD系统的模拟培训

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1中材建设有限公司（100176）2天津水泥工业设计研究院有限公司（300400）

0 引言

目前，在各种工程和工厂建设中，自动化程度越来越高，过程控制系统变得越来越复杂，对于技术成熟人才的需求也越来越迫切。然而并不是每一个人都有机会在学习的过程中接触实际的设备，这样就极大地限制了对于操作者的培训方式。对于设备的操作和维护，需要的是训练有素、反应敏捷的操作人员，只有这样才能保证机器在最佳状况下平稳地运行，并且能够在紧急情况下安全的处理设备所出现的问题，将风险或损失降到最低。但是让操作者达到这样的水平需要的是日复一日的训练，所以仿真模拟训练在对操作人员的培训中具有重要的意义。

1 自动化控制培训的方式

在近30年的时间里，过程控制自动化程度和工作方式发生了翻天覆地的变化，过程控制系统变得越来越难以掌握。企业对于过程控制系统操作人员的培训方式也发生了较为明显的改变。现阶段主要分为两种培训方式:1）在工作现场进行实际培训。2）在PC机上进行仿真模拟训练。

工作现场培训是指在实际生产中由经验丰富的操作人员带领被培训人员进行实际操作。通过实际操作积攒经验熟悉操作流程，通过对现场设备或软件出现问题的解决来学习如何进行应急处理。这种方法培训环节较少，无需聘请专业的培训人员。但缺点也十分明显:1）培训内容不系统，只能学习一类控制模型，无法覆盖过程控制系统的全部内容；2）培训周期较长，由于实际操作相对较少，需要被培训人员花费大量时间；3）培训过程中有可能会影响设备的工作；4）无法避免现场突发事件所带来的危险。但是由于一些小型公司硬件资源较为短缺，这种培训方式在现阶段依旧被广泛使用。

机房模拟仿真培训，是指在企业机房通过自动化过程控制模拟仿真软件进行实际工况的模拟操作，对操作人员进行系统全面的培训。这种方式的优点有以下几点:1）培训内容可以覆盖大部分过程控制系统，并且可以针对企业要求对某一种工作情况进行模拟操作培训；2）培训周期较短，由于培训密度大，每个被培训人员都能够对控制系统进行实际操作，大大缩短了培训所需周期；3）减少培训成本,一名培训人员可以对几十名操作人员进行培训，并且没有场地和实际设备的限制；4）培训操作不会对实际设备进行影响,也不会伤害操作人员和设备。但是这种方式也有一定的缺点:适合对大量操作人员集体培训，如果针对某一名人员进行培训，培训成本较高。这种模拟方式由于没有实际设备，与实际工况还是存在细微的差别。目前过程控制系统在企业中使用越来越广泛，机房模拟仿真培训方式由于本身突出的优点被广泛使用，日渐具有取代工作现场培训的趋势。

2 WinMOD模拟培训系统

2.1 WinMOD模拟培训系统构成与使用特点

WinMOD系统平台是以计算机Win7系统为平台，拥有几乎所有自动化设备的配置方式，可以实时地模拟自动化系统模块的输入输出。WinMOD仿真平台包含实时仿真系统和过程控制系统，如图1所示。

从工作人员的角度来看，设备的行为包括对于操作活动的反应和突发事件的反应。从工艺过程来看，操作人员对于系统电子和机械模块的操作控制真实设备运行。设备的模拟近似于输入输出的控制回路，并且能够在模拟组件中模拟系统对各种事件的反应。

图1 WinMOD仿真平台

对于各种不同类型的总线模块和设备，Win-MOD组件都能给出相应的配置方式,且WinMOD元件的输入和输出完全对应真实元件。WinMOD仿真是由WinMOD组件构成并连接到控制系统的，其仿真类似于实际设备的建立过程。WinMOD具有进一步的分量输入和控制面板参数设置的功能。在这样的情况下，可以设置多种特殊的模拟条件（譬如故障之类的）,这样可以使得被培训人员拥有更加丰富的操作经验。

进程组件可以模拟出物理性效果，如传输、流速、压力等等，因此，它也可以对进程的行为进行建模,使得信号能够连接到设备组件和控制系统，进而完成控制回路。模拟的深度和细节的详化可以优化培训方案,为了创造多样化的运行条件和培训方案，在模拟过程中WinMOD系统能使学员操作高度仿真的设备模型和过程模型。

WinMOD记录器记录信号的进展,制作成图表或导出文档以便进行进一步的评估，这样也可以很方便地检查受训者的培训情况，它能够复制系统训练场景，结合WinMOD记录器形成了一个强大的评估模拟训练器。

2.2 WinMOD培训模拟器

系统控制软件可以在原有的硬件平台或工控机上运行,是实际设备用户界面和控制程序的核心。但使用的关键在于外围设备，设备启动反应、设备故障、环境变化以及人类活动和物质交换都可能使设备的运转发生变化。因此，培训模拟器需要模拟真实的设备及其相关工作流程，而且必须模拟在实际条件下的控制系统，保证对系统的操作和检查接近真实设备。模拟器必须达到以下使用要求:1）控制系统模拟设备的信号交换必须符合实际的设备运作；2）模拟中的现场总线配置必须和实际的相同或类似；3）模拟设备必须对控制设备的输出适时地做出反应；4）模拟设备的行为必须保证与实际设备相一致;5）操作场景和培训程序必须易于编程和操作；6）可以较为方便地模拟出系统所受干扰，出现的故障及额定工作条件等情况。培训系统必须包括对设备的控制系统和模拟系统两个模块。在控制系统中,培训师可以在模拟系统中控制受训的条件，使得被培训者可以得到如何解决系统受到干扰和系统出现故障等实际应用中可能出现问题的训练。

2.3 WinMOD的仿真培训

想要利用WinMOD仿真平台对操作者进行培训，首先必须对现场的设备进行建模，还原其设备的操作模式，其次才是利用所见的模型对操作者进行培训。

图2 WinMOD建模界面

图2所展示的是一个水泥厂的一部分的建模，很清晰地显示了设备的运作流程，使得操作者能够清楚各项设备的功能。并且WinMOD还可对各项设备做详细的建模，包括操作按钮和状态显示图标，图3所展示的是设备中一个电机的建模界面。通过与实际设备高度一致的仿真设备对操作人员进行培训，得到了显著的效果。

图3 电机建模界面

3 结语

实践表明，WinMOD系统在模拟培训方面功能强大，应用在自动化控制方面，对企业降低费用、降低生产操作风险及提高工作效率具有重要的意义。WinMOD模拟培训系统在投入使用后，充分满足了企业对员工进行自动化控制培训的要求，取得了较好的人才价值和经济效益。