（1）熟悉新型干法水泥生产工艺流程、生产设备及其操作、生产控制项目及控制原则，掌握计算机控制系统的操作步骤及方法，学生初步具备工艺控制应用于解决水泥生产工艺开发和工艺设计相关问题的能力。

（2）掌握新型干法水泥生产主机设备中控操作及生产过程中常见工艺故障的判断、处理方法，学生初步具备分析水泥生产工艺过程存在的问题及产生原因，综合运用专业知识解决水泥生产工艺等相关问题的能力。

针对水泥工艺学、水泥生产技术与设备、粉体工程与设备等经典理论课程教学大纲的教学要求及满足水泥生产过程中生料粉磨、熟料烧成、煤粉制备及水泥制成等工艺控制的中控操作训练要求，采用三维仿真及虚拟现实技术，构建水泥生产工艺流程认知、主机设备中控操作、生产工艺故障处理等三部分实验内容，按水泥生产组织模式组成熟料烧成、生料粉磨、煤粉制备和水泥制成等四个教学模块，学生通过在虚拟仿真环境中反复演练各教学模块的一系列实验操作，完成从工艺认知、分析问题到模拟解决复杂问题的实践学习全过程，引导学生形成完善的水泥生产控制知识体系。

生产工艺流程认知部分：以新型干法水泥生产企业为原型，全景扫描形成三维图像，并在实验室配以水泥生产线及主机设备实物仿真模型，引导学生直观探究水泥生产工艺及设备。

主机设备中控操作部分：引导学生在虚拟环境中反复演练窑的点火操作、生料粉磨系统（立磨/辊压机）开磨操作、风扫式钢球煤磨系统开磨操作、水泥联合粉磨系统开磨操作，帮助学生熟悉主机设备操作流程,理解新型干法水泥先进操作理念及控制技术。

生产工艺故障处理部分：引导学生在虚拟环境中基于熟料烧成系统、生料粉磨系统、煤粉制备系统和水泥制成系统中控操作界面工艺参数如温度、压力、气体成分、电流、流量等的变化特点，综合运用流体力学、热力学、水泥工艺学等知识，分析、判断故障原因，完成生产故障的中控操作处理，帮助学生熟练掌握中控操作技能，理解水泥生产控制基本原则，培养临危不惧的良好心理素质。

知识点：共95个

（1）生产工艺流程认知部分：知识点5个，包含烧成系统工艺流程、立磨生料粉磨系统工艺流程、辊压机生料粉磨系统工艺流程、煤粉制备系统工艺流程和水泥制成系统工艺流程。

（2）主机设备中控操作部分：知识点5个，包含窑的点火操作、立磨生料粉磨系统开磨操作、辊压机生料粉磨系统开磨操作、风扫式钢球煤磨系统开磨操作、水泥联合粉磨系统开磨操作。

（3）生产工艺故障处理部分：知识点85个，包含熟料烧成系统20个常见故障处理，立磨生料粉磨18个常见故障处理，辊压机生料粉磨16个常见故障处理，煤粉制备系统16个常见故障处理，水泥制成系统15个常见故障处理。

一、实验设备

（1）基本仪器设备：虚拟仿真实验管理平台、虚拟仿真实验平台

（2）虚拟仪器设备：计算机、网络线缆、电源设备等。

（3）洛阳理工学院自主知识产权实验软件。

二、实验材料

本虚拟仿真实验教学项目线上基于3D、2D建模的虚拟实验环境及虚拟实验对象，不需消耗类或易损类实验材料，项目以日产5000吨熟料新型干法水泥生产线场景为依托，学生可以根据实验流程引导，根据中控操作界面工艺参数的变化，分析、判断生产故障的原因，并进行中控操作处理和发布现场检查指令，熟练掌握中控操作基本思路与方法。

一、实验教学过程

实验教学以引导和启发为基础，以学生自主实践为主线，以模块化教学单元为载体，结合线上线下教学优势，在虚实结合的基础上形成个性化、定制化实验教学模式，充分激发学生自主学习热情，形成课前预习、课上学习、自主实践、在线考核的虚拟仿真实验教学体系。

（1）课前预习

本仿真实验项目配有我校教师主编的国家规划教材《硅酸盐工业控制实训》及新增项目的实验指导书，包含实验目的、生产控制原理、故障分析与讨论、操作步骤等；配套建有自测题库，学生在各教学模块中“预习”环节完成理论测试，成绩计入实验报告。

（2）课上学习

充分利用实验室仿真模型、虚拟实验平台、网络资源等，综合运用虚实结合、师生互动、案例式、启发式等多种教学方法，引导学生举一反三、触类旁通，开创创新性实验教学新局面。

生产工艺流程认知：这部分内容主要针对无机非金属材料工程专业以外的学生及无机非金属材料工程低年级学生进行课上学习，为其提供现场实践观摩的场景；无机非金属材料工程专业高年级学生预习完成，并要求通过理论测试。学生在教师引导下参观新型干法水泥生产线实物模型，并利用沉浸式3D水泥生产线虚拟仿真实验平台进行学习，虚实结合，师生充分互动，学生对水泥生产工艺流程、主机设备及其功能形成直观认识。

主机设备中控操作：采用启发式教学方法，帮助学生分析主机设备开机（点火）操作要点与注意事项；学生模拟训练，并评价学生在开机（点火）制度情境下对水泥生产控制实际应用能力，以便学生在面对真实应用场景时，能够充分利用自身具备的理论基础知识完成相应的应用创新和工程实施。

生产工艺故障处理：采用案例式、启发式教学方法，帮助学生分析故障表现、原因、故障处理的基本原则与方法；学生可以通过窑系统不同部位温度、压力、气体成分以及窑电流曲线等的变化特点，采用排除法分析引起重点参数变化的原因，准确辨识故障原因，并按照故障处理工艺原则完成相应中控操作及发出现场处理指令，熟练掌握中控操作及故障处理流程。通过模拟训练，可评价学生对工艺参数变化内涵的理解能力与综合分析能力，加深学生对该技术实际应用的理解。

（3）自主实践

虚拟仿真实验平台采用开放式学习模式，学生可自主选择时间、地点登录平台进行入学习模式进行实验操作，学生可多次重复实验直至完全掌握相关知识。学生如有疑问可以“在线交流”或与老师QQ、微信、手机等多种方式寻求帮助。

（4）在线考核

在充分学习实践的基础上，学生可进行在线考核，完成系统提问和实验操作。实验结束后，考核成绩自动提交并保存至实验平台。同时形成报告，学生可查看得失分情况，对照检查学习效果。

二、实验方法

在虚拟仿真实验教学项目场景中，学生通过中控操作引导式提示，分析水泥生产实时模拟工况，理解中控操作理念与原则，掌握中控操作方法，在明晰新型干法水泥生产工艺及中控操作思想的基础上，学生反复演练中控操作技能，提升分析问题、解决处理工艺故障的能力，完成对水泥生产工艺认知、分析问题到模拟解决复杂问题的实践学习全过程，形成完善的水泥生产控制知识体系。

一、实验方法

在虚拟仿真实验教学项目场景中，学生通过中控操作引导式提示，分析水泥生产实时模拟工况，理解中控操作理念与原则，掌握中控操作方法，在明晰新型干法水泥生产工艺及中控操作思想的基础上，学生反复演练中控操作技能，提升分析问题、解决处理工艺故障的能力，完成对水泥生产工艺认知、分析问题到模拟解决复杂问题的实践学习全过程，形成完善的水泥生产控制知识体系。

二、交互性步骤

本实验教学项目属于“水泥生产控制实训”课程，共计2个实验学时，其中，水泥厂沉浸式漫游和烧成系统认知设计0.5个学时、窑的点火操作设计0.5个学时、水泥生产故障处理设计1个学时。通过三维仿真技术、2D动画，虚拟仿真了水泥生产工艺布置，窑系统的主要组成及功能，窑的点火操作及水泥生产故障窑内结圈的处理，学生可在整个场景和工作情境中进行交互性操作。

水泥生产中控操作与故障处理虚拟仿真实验分为两个模块：窑的点火操作和水泥生产故障处理。

（一）窑的点火操作具体操作步骤如下：

步骤1: 阀门位置确认，窑尾主排风机低速运转。

1.点击篦冷机一段风机图标或左列菜单篦冷机一段，调节阀门开度为0；

2.点击窑头风机图标或左列菜单窑头风机，调节阀门开度为0；

3.点击分解炉三次风阀门，调节阀门开度到0

4.点击高温风机阀门，阀门开度设置为25%

5.点击窑尾风机，打开开关，阀门开度设置为100%，转速设置为240rpm

步骤2: 启动供油泵，启动主一次风机，点火

6. 点击供油泵，设置燃油量0.3t/h

7. 点击一次风风机，打开开关

8. 点击点火按钮，提示点火成功

步骤3: 窑尾温度为200℃时，启动窑辅传电机，间歇转窑：1/3圈/60min；窑尾温度为300℃时，间歇转窑：1/3圈/45min；启动窑头喂煤罗茨鼓风机，启动窑头煤粉仓下料秤，喂煤; 高温风机阀门开度增加5%

9. 点击窑头喂煤罗茨鼓风机，打开开关

10.点击窑头煤粉下料秤，打开开关，喂煤量参数设置为1t/h

11. 设置高温风机阀门开度为30%

12. 点击窑辅传，打开开关，设置1/3圈/60min

13. 窑尾烟室升到300℃，点击窑辅传，设置1/3圈/45min

步骤4: 逐渐增加窑头喂煤量; 窑尾温度为400℃时，间歇转窑：1/3圈/20min；窑尾温度为600℃时，间歇转窑：1/3圈/10min；启动篦冷机一段风机；600℃恒温3h；

14. 点击窑头喂煤量，选择窑头喂煤量逐渐增加到3

15. 窑尾温度为400℃时，点击辅传电机，调节参数为1/3圈/20min

16. 窑尾温度为600℃时，点击辅传电机，调节参数为1/3圈/10min

17. 点击篦冷机一段风机，启动

步骤5: 关闭喷油装置；熟料输送系统组启动： 篦冷机风机组、窑头除尘器、输送机；启动窑头主排风机；

18. 点击喷油泵，关闭喷油泵

19. 点击熟料输送组按钮，启动

20. 点击窑头主排风机，启动

步骤6: 窑尾温度为750℃时，启动主电机，连续转窑：0.4rpm；启动高温风机，阀门开度逐渐调大至全开；加大窑尾主排风机转数；启动分解炉喂煤一次风机，打开分解炉三次风阀门，分解炉喂煤；启动增湿塔，喷水控温；

21. 窑尾温度为750℃时，点击主电机，设置窑速：0.4rpm

22. 点击高温风机，打开开关，调节阀门逐渐增加到100%

23. 点击窑尾主排风机，设置转数逐渐增加为600

24．点击三次风阀门，打开开关

25. 点击分解炉下煤称，分解炉喂煤量逐渐增加到5t/h

26. 点击增湿塔，启动增湿塔，设置喷水量为3t/h

步骤7: 分解炉出口温度850℃时，启动生料入窑组设备，喂料；迅速增加窑头喂煤量，提高窑尾温度；适当提高窑转速；增湿塔喷水量逐渐增加；

27. 点击生料入窑组按钮，设置生料喂料量为150t/h

28. 设置窑头喂煤量逐渐增加为7t/h

29. 设置喷水塔喷水量逐渐增加为6t/h

30. 设置回转窑转速为1

步骤8: 调整用风量,逐步增大窑头和分解炉喂煤量，逐步增大生料喂料量,调整窑转速；调整篦冷机篦床速度。

31. 点击窑尾主排风机、高温风机、窑头主排风机，调节转数

32. 调节三次风阀门开度，逐渐增加为55%

33. 调节分解炉、窑头喂煤量

34. 调节生料喂料量

35. 调节窑速

36. 调节篦速

（二）水泥生产故障处理具体操作步骤如下：

步骤1： 故障发生

1. 观察中控界面参数变化特点

步骤2: 分析引起故障的可能原因

2. 判断、确定故障原因

步骤3: 中控操作处理

3. 减料：点击生料计量称，选择减料

4. 减料：选择减料量：25t/h

5. 降低窑速：点击窑主电机，选择降低窑速

6. 降低窑速：选择降低0.4rpm

7. 增大排风:点击高温风机，选择增大

8. 增大排风：选择增大50rpm

9. 增加窑头喷煤量: 点击窑头煤粉计量称，选择增加

10. 增加窑头喷煤量: 选择增加0.5t/h

步骤4： 现场处理

11. 选择处理结圈

（1）是否记录每步实验结果：■是 □否

（2）实验结果与结论要求：□实验报告 □心得体会 ■其他: 实验过程记录表

（3）其他描述：

本实验坚持“虚实结合、以虚补实”的原则，利用线上虚拟仿真实验进行实体实验难以进行的操作，有效地解决了水泥生产中控操作实施过程难度大，风险高，学生参与度低等问题，让每一位学生都能在独立的实验环境下完成各自的实验任务。

生产工艺流程认知部分要求学生能够熟练掌握水泥生产工艺流程及主机设备功能，同时在考核模式下能够正确回答水泥生产工艺相关问题。

主机设备中控操作和生产工艺故障处理部分要求学生严格按照生产规程及中控操作基本原则进行训练，熟练掌握中控操作技能，深入理解中控操作思想，力保生产稳定，在稳定中求发展。当学生操作出现错误时，系统将提示出错，并无法进行下一项操作动作，规范学生操作习惯。

1、专业与年级要求

该实验项目可作为《水泥生产控制实训》的配套实验课，也可作为自动化类、机电类相关专业认知实训课开设。根据不同专业的课程进度安排，可以是大三或大四年级的学生。

涉及专业包括：无机非金属材料工程、过程装备与控制工程、自动化等专业。

2、基本知识和能力要求

学生应具备《材料工程基础》的基础课程知识以及水泥生产工艺等基础专业知识，理解信号采集、参数传输、自动控制原理等，掌握水泥生产主机设备的工作原理及中控操作基本方法，提高学生分析、解决水泥生产常见故障等复杂工程问题的能力。