仿真系统在储运专业提高教学质量中的应用.doc

1、1仿真系统在储运专业提高教学质量中的应用【摘要】本文着重介绍油气储运仿真系统在提高储运专业学生教学质量中的应用。该平台有现场实际背景，涵盖了集输管道泵站工况仿真、联合站流程仿真和油库工艺流程仿真三大模块，应用于本科实验教学中能够再现工业现场的真实环境，增强学生对各生产单位及系统的认知程度。 【关键词】仿真系统 油气储运 集输系统 实验教学 仿真技术在实验教学中的应用大大弥补了传统教育的不足1。高等教育对人才培养的目标除了强调人才的高规格、高层次，掌握知识和技术的高含量外，还应该着重于培养对象动手技能的高水准。培养学生的动手技能，依赖于专业技术教学课程中大量的实践性教学环节。传统的教学模式由于受

2、到资金、场地、设备等诸多因素的制约，教学效果难以保证，有些实验实习还会因为时效性、危险性等原因难以实现。仿真技术能够充分利用动画、声音、视频等多种技术手段真实地模拟实际现场情况，使实践教学过程更加具体、生动、形象。仿真技术为我们带来了全新的教学理念和教学模式，使教学和实验手段产生了革命性的变化2-5。 1、油气储运仿真系统介绍 长江大学石油工程学院油气储运专业 2004 年建系初期就十分重视学生动手技能的培养，每届学生都必须到油田联合站实习 1 个月，但是由2于实习单位规模、教学经费、实习周期、生产安全等多方面的原因，效果难以保证。伴随着油气储运事业的发展，对于油气储运专业人才的需求量也持续增

3、长同时对专业人员的素质要求也与日剧增。为了培养出满足社会需求的高素质人才，长江大学油气储运专业在油气管道设计与管理 、 油气集输 、 油库设计与管理理论教学的同时，采用“油气储运仿真系统”进行了实验实践教学，把计算机仿真作为开展集输管道管理、联合站管理和油库管理实验的重要手段。 2、油气储运仿真系统组成 仿真教学系统是利用计算机虚拟技术模拟现场的教学形式。系统的设计充分的反映了油气储运生产系统的本质属性和再现其原理与工作过程。系统包括集输管道泵站工况仿真、联合站流程仿真和油库工艺流程仿真三大模块。 2.1 系统硬件 该仿真系统由计算机、局域网、PLC 可编程控制器、流程演示板及操作台构成，如图

4、 1 所示。设计以计算机、触摸屏作为上位机，PLC 可编程控制器最为下位机，PLC 可编程控制器的输出与联合站、泵站、油库流程板相连。 流程演示板有三个流程“原油管道泵站流程” 、 “成品油库流程”和“油田联合站流程” 。每块流程演示板通过指示灯来表示当前所选择的工作流程，并可根据介质的流向逐次显示，便于学生学习和教师讲解。采用流程板来模拟现场，通过流程板上的发光二极管指示灯和压力、温度、流量及泵转速等数字显示仪表，可模拟现场生产运行状态和各种工3况的改变过程。 2.2 系统软件 力控 6.0 为通用的工业组态软件，大量应用于工业自动化系统。本系统的“原油输油泵站流程演示”和“油库仿真教学系统

5、”是在力控软件平台上开发的。其中“油库仿真教学系统”不仅可以演示油库的工作流程，还可以较完整和真实的模拟油库的主要工作流程，使学生对油库的主要工作内容有比较清晰的认识。 本次安装的力控 6.0 软件分为 2 个版本：网络版和教学版。网络版安装在控制台内的计算机上，教学版安装在其它计算机上。网络版的主要功能是可以作为一服务器工作，其他相连的计算机可通过浏览器来访问，配合流程演示板使用。教学版也具有开发和运行的功能。 仿真系统的核心数据库能够与各仿真软件和 PLC 程序实现同步通信，从而下传数据和控制指令，上传现场数据和执行任务。 3、油气储运仿真系统教学内容 （1）长输管道仿真培训。这一实验在学

6、生学习了管输工艺 ，对长输管道系统有了一定认识后进行。仿真培训实验过程中，让学生熟悉长输管道的组成以及应用于管道的 SCADA 系统，了解长输管道系统涉及的实际操作内容以及系统调度人员的工作内容，理解长输管道系统上重要运行参数的意义和取值，能够正确判断和处理长输管道运行时发生的事故工况。学生可以利用软件模拟长输管道运行时的工况，而且可以对管道进行模拟操作，管道进入新的工况后，会产生新的水力学参数，让学生了解长输管道水力瞬变的特性。学生在有意识或是无意识的情况下，4还可以模拟危险工况。 （2）泵站、联合站仿真实验。该实验分为演示实验和操作实验两部分，主要让学生熟悉长输管道泵站和联合站的结构和常用

7、流程。演示实验由教师完成，流程的演示由控制台上的相应按钮操作完成，让学生了解如何操控仿真系统来完成 7 种工艺流程的模拟。操作实验由学生完成，根据教师的演示操作，学生在电脑上应用力控软件，自行选择相应的流程，以流程板同样的方式来显示泵站内的 7 种工艺过程，来熟悉原油管道泵站流程。 （3）油库仿真实验。该实验同样分为演示实验和操作实验，主要让学生熟悉油库的常用流程，了解油库的实际工作内容和程序以及常用的自动化控制系统。教师通过控制台的相应按钮，完成油库某一个作业区的一个生产流程的演示，教会学生如何操控仿真系统。学生根据教师演示，熟悉油库仿真系统的操控，根据自身情况完成铁路收油作业：接收 6 车

8、 95?汽油进 1?罐；水路收油作业：接收 5 船 0?柴油进 6?罐；公路发油作业：将 3?罐液面高度改为 5.0m，从 3?罐发 20 吨 90?汽油；倒罐：将 1?罐内的油品全部倒入 2?罐。 4、教学效果 实践表明，通过油气储运仿真教学与常规教学相比具有以下作用。 1）强化学生的工程意识。储运仿真系统作为对实际生产过程的等效描述，以计算机这一当代大学生所认同的、先进的模拟手段，为学生提供了一个了解生产实际，并能操控现场生产的学习通道。学生可以在实验过程中通过对工艺参数的控制和调节，体验油气集输系统的复杂性和5多样性。同时，学生在仿真操作中，学生必须主动、活跃，才能对操作过程中出现的各种

9、数据做出迅速、准确的分析。这样反复的训练，加上教师的开放式指导，必然增强学生的工程意识。 2）增强学生的主观能动性和知识的综合应用能力。油气储运仿真教学系统以交互的方式展示生产过程的动态工况及发展变化，具有图、文、形并茂的特点，能够激发学生的学习兴趣，处于积极主动的学习状态。实验内容涉及油气管道设计与管理 、 油气集输 、 油库设计与管理等多门学科知识，具有明显的综合性，使学生在实验过程中培养知识综合应用的能力。 3）达到事半功倍的效果。油气储运生产系统复杂而庞大，油库属于高危作业区，所以即使在现场，要接触各种运行工况，特别是危险工况，将需要很长时间的积累。仿真系统能够组织学生进行正常的、反常

10、的和事故运行工况的操控，增强学生对整个生产流程以及各生产单体的熟悉和认知，达到事半功倍的效果。 参考文献 1 杨玉海， 霍文杰等. 建立评价与激励机制 促进 实验室开放持续健康发展J. 实验室研究与探索， 2004 ， 23 （3）： 83 -84. 2 彭晓源. 系统仿真技术M. 北京：北京航天航空大学出版社， 2006. 3 刘振华. 虚拟现实技术在教育领域的应用研究J. 滨州职业学院学报， 2006， 3（3）： 38-40. 4 韩瑛， 李斌. 虚拟现实技术在网络教学中的研究与应用J. 6现代教育技术， 2006， 16（1）：29-31. 5 高建华， 邓亚明. 虚拟技术在现代教学中的应用J. 电脑开发与应用， 2011， 24（1）： 22-23.