制糖过程控制实训教学系统的研究应用
——以广西农垦金光糖厂为例

卢勇威

（广西职业技术学院，广西 南宁530226）



制糖过程控制实训教学系统的研究应用
——以广西农垦金光糖厂为例

卢勇威

（广西职业技术学院，广西 南宁530226）

摘要：以广西农垦金光糖厂为“实验地”，对糖厂的压榨、制炼和动力三大车间的生产过程进行自动化及信息化升级改造，研制开发以制糖过程控制技术为核心的生产及教学双向系统，实现产学研用一体化。

关键词：糖厂；实训教学；生产调度；产学研用一体化

糖业是广西经济支柱产业，糖厂生产调度管理的运营模式，已逐渐从电话、对讲机和人工传达等传统单一方式，发展为利用全厂生产调度指挥系统类型的信息化平台，将生产过程信息以数字化方式收集，通过现代工业通讯网络传输，利用人机监控界面、语音、视频等多样化交互方式[1]，来组织开展日常生产调度运营；同时通过系统强大的数据库与云技术的应用，对生产数据进行存储、加工、挖掘、重构，来支持后台决策系统，实现生产动态规划与实时调度决策，完成工艺流程与生产组织优化，实现全厂自动化信息化管理。

针对糖业转型升级对复合型人才的需求，项目组研制开发以制糖过程控制技术为核心的生产及教学双向系统，以金光糖厂生产调度指挥系统为主体，对糖厂的压榨、制炼和动力三大车间的生产过程进行自动化及信息化升级改造，对关键生产数据和视频图像进行实时采集、优化、处理和传输[2]，完成糖厂与广西职业技术学院的制糖过程控制技术实训室之间的网络互联互通，实现在糖厂内网和实训室内网，均可以通过客户端软件实时监控金光糖厂的生产过程工况数据和视频图像，让学生跳出课堂教学中囿于一隅的小课题逻辑学习，转而通过高层次的全厂化视角，更深入、立体的理解掌握糖厂整体生产运营过程，树立全局化、系统化的思维模式，实现了制糖自动化信息化实时实景教学实训，培养契合制糖业未来发展对技术技能复合型人才。

1　制糖过程控制实训教学系统架构设计

项目由糖厂生产车间通信网络、糖厂生产调度指挥系统、远传通信网络、制糖过程控制实训室，共4个部分组成，如图1所示。最终实现糖厂中控室与实训室之间的网络互联互通，在糖厂的内网以及在实训室的内网，通过客户端软件可实时查看糖厂的生产过程工况数据和视频图像。

图1　基础架构图

1.1糖厂生产车间通信网络

糖厂生产车间通信网络，负责提供糖厂过程数据及视频传输的服务。主要由工业交换机、光缆、工业收发器、网络设备箱等设备组成。糖厂生产车间通信网络以中控室为中心，分别向压榨、制炼、动力车间部署光缆及网络设备，实现中控室到压榨、制炼、动力车间之间形成分布式星形网络结构，实现网络互联互通，为生产过程数据及视频传输提供基础条件。通信网络预留外网接口，供远传通信网络接入。

1.2糖厂生产调度指挥系统

糖厂生产调度指挥系统，主要负责提供糖厂生产过程的数据采集和传输，以及视频的采集和传输。糖厂生产调度指挥系统主要由高清网络摄像机、流媒体服务器、数据采集模块、通讯协议转换服务器、数据转发授权软件、数据及视频采集上传服务软件、数据服务器、服务器机柜及糖厂生产调度指挥系统软件等设备和软件组成。

实际应用中，一是教学生产过程视频监控点达30个，包括在压榨、制炼、动力车间的生产过程关键岗位安装高清网络摄像机，实现生产全过程实时视频监控；二是糖厂生产调度指挥系统对糖厂原有的DCS系统中的关键生产数据进行采集、转换，并转到中控室的数据服务器和流媒体服务器。

通过糖厂生产调度指挥系统的客户端软件，访问中控室中的数据服务器和流媒体服务器，即可实现对糖厂生产过程的数据及视频进行预览和查询。

1.3远传通信网络

远传通信网络，主要负责实现糖厂与实训室两地之间的网络互联互通。远传通信网络主要以租用电信运营商（中国电信联通移动）的光纤网络方式来实现，通讯速率为50 Mbps，专线专用，可实现数据及视频的实时远程传输。

1.4制糖过程控制实训室

制糖过程控制实训室，一是LCD电视墙、智能手机等用于显示从糖厂传送过来的生产过程数据和视频信息；二是安装有糖厂生产调度指挥系统客户端软件的计算机、智能手机等，通过远传通信网络实时获取糖厂压榨、制炼和动力车间的生产过程数据和视频（数据及视频可按需显示到电视墙）；三是根据从糖厂传送过来的生产过程数据，在制糖控制设备上进行仿真操作，开展教学和实训工作，如图2所示。

图2　制糖调度指挥中

2　制糖过程控制实训教学系统主要性能的确定

2.1数据监控

实现糖厂压榨、制炼、动力车间生产全过程监控可同时对糖厂压榨、制炼、动力车间多个工段、不同类型的控制系统或控制仪表数据上传，实现的生产情况进行全天候实时监控；实时数据显示实时显示生产现场各子系统、各监控点参数的数据信息；实时曲线图显示，能够以趋势图方式实时显示出生产现场各子系统、各个监控点的参数数据；报警提示，实现对生产过程中产生的报警事件进行实时提示；数据统计和存储，对各种生产数据进行定期自动存储到数据库，用户可以根据时间条件进行查询，并以曲线图或报表的形式进行显示；动画效果，能够以动画的形式对生产现场的工艺流程进行模拟显示；权限控制，对不同的用户，产品实行不同的权限分配机制，使不同的用户角色能操作的功能有所不同，从而提高了系统参数的安全性；自动升级，软件产品的更新能够自动通过网络更新软件的最新版本；远程接入，支持Internet、3G4G、WLAN远程接入；断线重连，从网络中断到网络恢复正常后自动重新建立连接并进行数据传输。

2.2视频监控

支持糖厂原有视频信号接入，可在原来的基础上进行多监控系统的整合，并实现视频监控任意开启关闭、视频信号丢失报警、录像回放、多通道同步处理、中文摄像机名称标识、同步处理音视频信息、同时记录、支持报警盒关联录像及报警输出、云台镜头通过解码器进行控制、监控抓帧、回放抓帧、精确同步音频监听、视频轮巡切换、多种画面分割、录像工作计划制定及自动实施、侦测预录功能、记录报警前5秒钟的录像、识别新加硬盘、自动进行录像、变速回放、分控监控、回放、设置，视频颜色、亮度、对比度调节、视频制式选择。

2.3移动互联及数据挖掘

支持智能手机、平板电脑，远程接入进行数据、音视频同步浏览，支持多种远程接入方式，如局域网或WLAN、广域网、3G等，实现了基于无线网络的制糖生产全过程实时工艺数据的采集和整理、视频监视、音频双向通话等调度管理行为，可全天候对生产现场进行实时监控、记录和指挥调度，能自动生成各岗位生产报表和重要工艺参数的历史曲线，有效地提高了调度指挥效率。

2.4安全稳定

系统架构基于三层结构设计，采用5G、2.4G高频段无线网络保证了信号传输的抗干扰能力、稳定性[3]。无线网络设备集成度高，不受繁杂的网线影响，故障率低。同时在服务器软件的设计和开发上，完全基于Linux操作系统进行开发，有效杜绝计算机病毒和木马的攻击，从而极大地提高了生产的安全可靠性和稳定性。在数据安全方面，访问生产数据的数据库之前要验证账户名和密码，对数据传输方面，采用当前最优的加密算法，对数据进行加密和压缩；在远程接入方面，远程用户要通过Internet或无线网络接入服务器，必须经过身份验证。对现场检测设备的操作，也设有用户名和密码等身份验证措施及权限设置，不同角色的用户只能使用相对应的功能，保障了生产的安全。

3　制糖过程控制实训教学系统的创新点

制糖过程实训教学系统优化了甘蔗制糖厂压榨、制炼、动力车间的自动控制系统、视频监控系统、语音系统的各项生产现场信息，并突破了地域与网络限制，完全真实再现在学校的专业教学区；系统让学生通过客户端就能够实时监视、监控全厂生产数据、视频图像、语音等数字信息，实现了制糖生产控制，生产工艺改造，实时调度运行及管理，教学实训四位一体的功能。

4　结束语

项目建设是在金光糖厂自动化信息化技术改造升级中，校企合作开发的制糖过程控制教学实训系统整合糖厂旧有的设备，高效地利用各自优势资源，实现合作共享、互助共赢，既大大降低糖厂信息化建设的工程量、投入成本和维护成本，完成规模扩充、技术升级改造与系统集成，又为学校开创了工厂化的教研环境，为产学研用一体化探索出一套全新的技术实现和管理运行实践模式。

参考文献：

[1]沙锐．无线集群调度指挥系统[DB/OL]．http://www.docin. com/p-215716653.html.

[2]周建林.甘蔗收购信息化管理模式[J].甘蔗糖业，2006，（1）：34-40．

[3]尤文坚．糖厂信息化建设的实践与思考[J].广西蔗糖，2006，（3）：38-40．

中图分类号：G712

文献标识码：B

文章编号：1672-545X（2016）04-0235-03

收稿日期：2016-01-09

基金项目：桂教科学[2013]13号（2013C170）

作者简介：卢勇威（1971-），男，广西南宁人，研究生，研究方向为智能控制技术及教育管理。

Study on the Application of Process Control System of the Practical Teaching of Sugar Golden Sugar——Taking Guangxi State as an Example

LU Yong-wei
（Guangxi Vocational and Technical College，Nanning 530226，China）

Abstract:Taking Guangxi State Golden sugar"experiment"，the sugar production process for smelting and pressing，three workshops of power automation and information technology upgrading，production development in the sugar process control technology as the core of the teaching and research to achieve two-way system integration.

Key words:sugar；training；production scheduling；integration research