流程行业自动化类免费线上课程支持与仿真工具支持的说明

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为响应国家“停课不停学”号召，特为广大学校自动化专业师生免费提供多套在线仿真实训软件及CIMC流程行业自动化工程DCS课程。解决学生居家环境下缺乏相应实验设备，无法进行自动化类实验、实训课程的自学习难题。本文将对流程行业仿真工具及可支撑的课程进行说明。

敲黑板啦

1.离散行业相关课程与仿真工具的说明

2.CIMC中国智能制造挑战赛培训视频资源

以上内容已同时推送，记得去瞅瞅~

一、仿真实训软件

1、工艺认知与DCS仿真操作实训软件

以制药合成工艺为背景的仿真系统采用动态系统仿真技术，能够模拟制药合成的开停车过程以及各种工况下的系统的状态响应。该系统应用三维虚拟技术构建了工艺环境的漫游，并提供仿DCS仿真操作软件进行控制回路参数整定、控制系统开停车、报警及确认等操作训练。

通过该系统能够进行：

（1）工艺流程、设备及仪表认知，包括机理分析、特性分析、P&ID图绘制等

（2）DCS操作全流程开停车操作实验，包括正反作用、仪表量程、手自动切换、工况调整等操作；

（3）根据变量趋势画面开展机理分析实验，了解系统正常工况与潜在的异常工况；

（4）流量单回路控制系统投用、PID参数整定实验

（5）温度单回路控制系统投用、PID参数整定实验

（6）压力单回路控制系统投用、PID参数整定实验

（7）比值控制系统投用、参数整定实验

（8）异常报警处理实验等等

（9）其它基于仿真环境的教师自定义实验

软件提供智能评分系统对学生的操作过程和控制性能效果进行评分，并对学习过程体验进行汇总反馈。

---工艺流程场景漫游---

---DCS操作软件---

2、三级液位仿真实训系统

三级液位仿真系统采用动态系统仿真技术，能够模拟各种工况下的系统状态响应。该仿真系统为VV&A等级的动态特性验证工具。学生可使用软件自带的控制系统组态功能和趋势曲线分析功能开展控制方案、控制算法的设计与验证，进行探索性实验。教师可通过设备尺寸、阀门属性自定义进行被控对象特性的修改，支持全班学生的个性化实验。

通过该系统能够进行：

（1）单容（卧式、立式）液位单回路控制设计及PID参数整定实验

（2）单容（卧式、立式）液位串级控制设计及PID参数整定实验

（3）双容液位单回路控制设计及PID参数整定实验

（4）双容液位串级控制设计及PID参数整定实验

（5）三容液位单回路控制设计及PID参数整定实验

（6）三容液位串级控制设计及PID参数整定实验

（7）比值控制设计及PID参数整定实验

（8）其它教师自定义的实验方案

软件提供智能评分系统对学生的操作过程和控制性能效果进行评分，并对学习过程体验进行汇总反馈。

---工艺流程图及实时动态数据显示---

---控制系统设计、控制回路组态及参数调整---

3、在线实验管理系统

两个仿真系统都提供了在线实验管理系统，该系统以浏览器方式，提供了课程管理、学生管理、成绩管理等功能。教师通过此系统，能够高效跟踪每个学生的学习进度、学习体验、作业完成情况、成绩统计等，有效提高教学效果与效率。

 

4、教学建议

我们认为一个较为理想的流程行业自动化类实践能力的学习路径是：

第一步：熟悉工业被控对象的工艺流程、工艺特点、内在机理和对象特性等，不了解工艺机理是不可能成为合格的过程控制工程师。可基于上述三维的工艺场景漫游软件和相关的课程设计实现教学目的。

第二步：学习和掌握工业控制系统的操作使用，基于已有的控制系统，进行DCS实操与PID参数整定，熟悉、掌握对象操作的要点以及控制器投用、调节和参数整定方法。可基于上述制药合成的仿真DCS操作软件实现教学目的。

第三步：在理解工艺和控制系统操作能力的基础上，要求学生根据给定的对象及控制要求，自主设计控制方案和控制回路，并进行实施与调优。可基于上述三级液位仿真软件实现教学目的。

这三个步骤由浅入深，由易到难。通过三个步骤的实验，学生能够在对象特性、实际操作、控制器参数整定以及控制方案设计、实施等方面建立较为完整、系统的概念。因此建议：

1、第一步依托三维的工艺场景漫游软件开展，第二步依托制药合成仿真DCS实训系统展开，第三步依托三级液位仿真实训系统展开。

2、制药合成仿真实训系统主要适用于《生产实习》、《控制工程实训》等认识类、操作类、实训类课程。

3、三级液位仿真实训系统主要适用于《控制工程》、《过程控制工程》、《过程测控技术》等课程。

4、教师可根据自己课程教学实际情况，自由选择一个或几个系统开展教学。

5、根据教师开展教学的实际情况反馈，我们可陆续再开放其它工艺对象，如换热、蒸发等。

 

5、教学准备及实验过程说明

以三级液位仿真实训系统为例，一次实验课程流程示例如下：

教师准备过程：

l  网页端

（1）登陆在线实验管理系统

（2）新建课程（或打开已有课程）

（3）新建实验（如单回路控制实验）

（4）设置实验结果提交截止时间

（5）实验完成后，收集管理学生成绩

l  三级液位仿真实训系统端

（1）打开系统软件

（2）打开相应的工程（三级液位系统模板）

（3）评分设置（设置本次实验的时间、被控变量的要求等）

（4）保存工程

（5）将工程通过邮件或群共享给学生，并公布此次实验考核指标

学生实验过程：

（1）打开软件

（2）打开给定的工程

（3）控制回路设计组态、PID参数设置

（4）开始运行

（5）改变控制器PID参数观察曲线变化，观察控制效果

（6）实验时间到自动提交成绩

（7）成绩查看

具体的使用，我们将在近期开展线上说明会，敬请关注。

二、《CIMC流程行业自动化工程基础》在线视频课程

面向自动化大类专业学生，针对流程行业基于工业DCS控制系统的综合实训开设，以小型过程控制工程项目形式展开，针对液位、换热器、加热炉等工业对象的任务环境下，学习和掌握PCS 7 工业DCS系统工具的硬件组态、通讯配置、连续控制程序开发（CFC组态）、顺序 控制程序开发（SFC组态）、人机界面设计（WINCC组态）以及系统连调测试、常见故障排查等教学内容。

因课程涉及到的PCS 7 DCS系统硬件ES组态功能目前无仿真软件可供实现（DCS操作OS站功能可在前文所述的DCS仿真操作软件中实现），因此学习过程分为两个阶段：

----居家学习阶段，视频讲解+学生操练软件为主：

√学习DCS系统的相关理论知识；

√相关PCS7组态软件在学生计算机上的安装、部署；

√学习基于PCS7的DCS控制系统的设计原则，根据案例演练、完成设计文档；

√学习相关组态软件的使用，结合步骤视频的讲解练习，理解和掌握组态背后的原理；

√通过视频、图片等识别ES、OS、CPU、ET200M等设备的安装、调试、错除等使用方法，制订系统诊断方案。

----返校实操阶段：

√结合实际设备+演练视频，补上机练习。

注：课程将采用分阶段录播的方式提供给老师，老师可上传至本校教学平台供学生观看或下载。

课程详情

本课程的内容可供老师用于以下相关课程的理论与实操选用：

l  过程控制工程

l  工业集散控制DCS系统

l  工业组态软件设计开发

l  课程设计、生产实习、毕业课题

l  CIMC流程行业赛项的基础课或选拔培训

 

编号	项目名称	任务名称
项目一	认识与运行PCS 7过程控制系统	认识PCS 7过程控制系统
		下装运行PCS 7工程
		使用WinCC控制器
项目二	构建数据采集与监控系统	采集现场数据到AS站
		建立AS站和OS站的通讯
		搭建WinCC监控画面
项目三	构建与运行液位对象的控制系统	配置下载硬件和网络
		建立单回路控制系统
		添加报警和曲线画面
		整定PID参数
项目四	构建与运行换热器控制系统	解决数据通讯过程中的故障
		创建换热器对象的控制系统
		创建WinCC监控系统
		在WinCC界面上调试系统
		评估控制系统的性能
项目五	运行加热炉对象的控制系统	下装运行复杂对象的PCS 7工程
		调试与评估控制系统的性能
		小结与答疑

 

三、时间安排

1.以上工具及课程详细信息、互动交流、视频讲解及工具发放均在QQ群内开展；

2. 本群仅面向指导老师开放，需扫码申请加入，烦请入群备注“姓名+学校”；

3. 入群验证将在每天17:30-17:45进行，烦请入群后及时修改群名片“姓名+学校”；

4. 2020年2月15日起，群内提供课程配套软件试用版及使用说明会、帮助材料等；
5.2020年2月20日前，群内提供课程教学视频、软件正式版供老师使用。

本文涉及课程与仿真工具由CIMC协同德普教育开发提供。知识产权归属供方所有。