(南京科技職業(yè)學院 江蘇省磁共振靶向顯像劑工程實驗室，江蘇 南京 210048)

對于許多實踐性較強的學科來說，實驗、實訓(xùn)是利于學生獲取專業(yè)知識、培養(yǎng)專業(yè)能力的必要環(huán)節(jié)。遠程教育是當今教育的一個組成部分，運用Internet進行遠程教學已成為現(xiàn)代教育技術(shù)應(yīng)用的一大趨勢。對于遠程教學，實驗、實訓(xùn)教學同樣是教學環(huán)節(jié)中的一個重要組成部分。利用基于Web的遠程化工實驗系統(tǒng)，學生可以通過網(wǎng)絡(luò)進行化工專業(yè)實驗，這種遠程操作實驗的特點是:不受時間和地點限制，可以通過網(wǎng)絡(luò)進行操作；開設(shè)的化工專業(yè)實驗是真實的化學反應(yīng)操作實驗，而非仿真模擬實驗；為提高實驗操作的成功率，學生可以通過網(wǎng)絡(luò)進行實驗前的自主學習，做好充分的實驗準備[1-2]。這種遠程操作實驗填補了大型化學反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)操作實驗的空白，能夠達到真實實驗環(huán)境里操作才能達到實驗教學的目的。

工控組態(tài)軟件是一個基于Windows環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測、處理和控制軟件包，是對現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行采集與過程控制的專用軟件[3]。這種軟件最大的特點是能以靈活多樣的“組態(tài)方式”而不是編程方式來進行系統(tǒng)集成，它提供了良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的工程實現(xiàn)方法，只要將其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊進行簡單的“組態(tài)”，便可以非常容易地實現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項功能，縮短了自動化工程師的系統(tǒng)集成的時間，大大提高了集成效率。監(jiān)控組態(tài)軟件是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺，它能同時和國內(nèi)外各種工業(yè)控制廠家的設(shè)備進行網(wǎng)絡(luò)通訊，可以與高可靠的工控計算機和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合，便可以達到集中管理和監(jiān)控的目的，同時還可以方便地向控制層和管理層提供軟、硬件的全部接口來實現(xiàn)與“第三方”的軟、硬件系統(tǒng)進行集成[4-5]。工控組態(tài)軟件開發(fā)平臺，通過驅(qū)動程序與現(xiàn)場智能儀表、模塊等對實際過程進行監(jiān)控，通過標準網(wǎng)絡(luò)總線RS485、TCP/IP與上位機或現(xiàn)場儀表進行通訊，用戶只須根據(jù)對象特點與要求，按組態(tài)規(guī)則進行畫面、控制、系統(tǒng)組態(tài)，便可生成DCS系統(tǒng)[6-8]。它具有二次開發(fā)簡便、開發(fā)周期短、通用性強、可靠性高等優(yōu)點，十分適合于構(gòu)建中小型企業(yè)生產(chǎn)過程或高校實驗教學裝置的計算機監(jiān)控系統(tǒng)。

苯乙烯懸浮聚合是指油溶性單體在溶有分散劑(或稱懸浮劑)的水中，借助于攪拌作用分散成細小液滴而進行的聚合反應(yīng)，生成聚苯乙烯。我校自主研發(fā)的“苯乙烯懸浮聚合實訓(xùn)裝置”，是利用“三維力控”監(jiān)控組態(tài)軟件，開發(fā)了集控制、管理、自主學習、現(xiàn)場操作和遠程操作為一體的實驗、實訓(xùn)教學系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

苯乙烯懸浮聚合實訓(xùn)系統(tǒng)分兩部分：實時部分和自主學習部分。實時部分是對苯乙烯懸浮聚合實訓(xùn)裝置(共有三套)進行實時控制(現(xiàn)場及遠程)管理(實時數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)歷史保存、實時數(shù)據(jù)顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢、報表查詢、曲線繪制等)，自主學習部分包括理論知識學習和仿真操作(對實驗裝置開停車及正常操作、常見事故的處理等進行模擬操作)。學生通過互聯(lián)網(wǎng)可同時多人(與購買的加密鎖WWW網(wǎng)絡(luò)客戶端數(shù)有關(guān))進行理論學習、仿真實訓(xùn)、實時查看等，客戶端計算機無需安裝額外的軟件，只要在瀏覽器地址欄中輸入Web服務(wù)器的IP地址即可，充分體現(xiàn)了本系統(tǒng)使用的便捷性和應(yīng)用的廣泛性。

2 工程組態(tài)

2.1 I/O設(shè)備組態(tài)

裝置所有現(xiàn)場設(shè)備(如傳感器、電機等)均通過智能儀表實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。所用智能儀表包括：調(diào)節(jié)器、巡檢儀、頻率調(diào)節(jié)器，如圖1所示。要注意是設(shè)備名稱要唯一，地址要與現(xiàn)場設(shè)備對應(yīng)，可先將分配好的設(shè)備地址通過手操器在I/O設(shè)備上設(shè)好，包括常規(guī)參數(shù)，如波特率等。

圖1 裝置I/O設(shè)備

2.2 數(shù)據(jù)庫組態(tài)

2.2.1裝置操作站

本裝置共創(chuàng)建了86個數(shù)據(jù)庫點，其中I/O設(shè)備59點，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫5個點。I/O設(shè)備連接點的創(chuàng)建方法相同，僅是連接參數(shù)不同，可以按設(shè)備分區(qū)域創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫點，共四個區(qū)域。①“區(qū)域…00”為巡檢儀AI-708M、頻率調(diào)節(jié)器AI-301M的數(shù)據(jù)庫點，共有19個，其中I/O設(shè)備16個。②“區(qū)域…01”為其它數(shù)據(jù)庫點，共有23個。③“區(qū)域…02”為調(diào)節(jié)器AI-518P控制反應(yīng)溫度的數(shù)據(jù)庫點，共有30個，其中I/O設(shè)備29個。④“區(qū)域…03”為調(diào)節(jié)器AI-518控制攪拌器的數(shù)據(jù)庫點，共有14個，其中I/O設(shè)備14個。

2.2.2Web服務(wù)器

Web服務(wù)器按裝置建立數(shù)據(jù)點，分四個區(qū)域，其中：①“區(qū)域…00”為共用數(shù)據(jù)庫點，共有26個，其中網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫連接點5個。②“區(qū)域…01”～“區(qū)域…03”分別為裝置A、B、C的數(shù)據(jù)庫點，每裝置有28個點，均為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫連接點。

2.3 工程窗口

2.3.1裝置操作站

裝置操作站共創(chuàng)建了12個窗口?！癢eb-指令”為遠程操作時，操作步驟確認窗口；“參數(shù)設(shè)定”窗口主要是對I/O設(shè)備的有關(guān)參數(shù)進行設(shè)置，除I/O設(shè)備有關(guān)參數(shù)外，還包括“密碼修改”及“關(guān)閉當前窗口”對象；“實訓(xùn)數(shù)據(jù)”窗口是指遠程操作時，由現(xiàn)場指導(dǎo)教師提供給遠程學員的實驗數(shù)據(jù)；“組成員”窗口是指現(xiàn)場登錄后顯示同組成員的窗口；“聚合對話框”窗口是指與教師進行交流的對話框；“登錄窗口”是登錄系統(tǒng)的窗口，其用戶ID及用戶密碼存放在SQL Server中；“管理”窗口是指用于打開“Web-指令”“參數(shù)設(shè)定”“實訓(xùn)數(shù)據(jù)”“組成員”“聚合對話框”窗口的窗口；其余窗口為常規(guī)窗口。

2.3.2Web服務(wù)器

Web服務(wù)器窗口相對操作站較多。其中“聚合棒圖”“聚合報表”“聚合工藝”“聚合趨勢曲線”為仿真操作對應(yīng)窗口，而后加A或B或C的，為連接現(xiàn)場操作站數(shù)據(jù)的對應(yīng)窗口，如“聚合工藝A”是指連接裝置A套數(shù)據(jù)的“聚合工藝”窗口，用于現(xiàn)場裝置瀏覽或遠程操作；“對話框-聚合A”是指與裝置A套進行師生交流的對話框，其余類推。Web服務(wù)器窗口還包括管理窗口及自主學習窗口，這里不一一解釋。這些窗口經(jīng)發(fā)布后，均可從瀏覽器登錄瀏覽操作。

2.4 事件動作

2.4.1應(yīng)用程序動作

應(yīng)用程序動作腳本為程序運行周期執(zhí)行：

TI301z.PV=TI301.PV/10;//這里設(shè)置小數(shù)位1位，下同。

TIC302z.PV=TIC302.PV/10;

TI303z.PV=TI303.PV/10;

M301z.PV=M301_n.PV/10;

if M301_N.PV<500 then

#聚合工藝.#ObjectEx78.ShowEx(1);//顯示目標

#聚合工藝.#ObjectEx415.ShowEx(0);//目標被隱藏

#聚合工藝.#ObjectEx416.ShowEx(1)

endif

if 500

#聚合工藝.#ObjectEx78.ShowEx(0);

#聚合工藝.#ObjectEx415.ShowEx(1);

#聚合工藝.#ObjectEx416.ShowEx(0)

endif

if M301_N.PV>800 then

#聚合工藝.#ObjectEx78.ShowEx(0);

#聚合工藝.#ObjectEx415.ShowEx(0);

#聚合工藝.#ObjectEx416.ShowEx(1)

endif

2.4.2數(shù)據(jù)改變動作

數(shù)據(jù)改變動作腳本“Power.PV.01=M_Do.PV”，為電機電源。

2.4.3攪拌器動作

雙擊攪拌器對象，在彈出的攪拌器屬性設(shè)置對話框中，輸入變量“M301.PV>0”，并設(shè)置顏色及文本。攪拌速度有3種可選，也可以在運行中根據(jù)速度選擇。方法創(chuàng)建3個攪拌器對象，在數(shù)據(jù)改變動作中根據(jù)變量“M301.PV”的值的范圍賦值顯示對應(yīng)的攪拌器，另2個隱藏，以區(qū)分快、中、慢，數(shù)據(jù)改變動作如下：

if M301.PV<=500 then

#聚合工藝.#ObjectEx_A.ShowEx(1);

#聚合工藝.#ObjectEx_B.ShowEx(0);

#聚合工藝.#ObjectEx_C.ShowEx(0)

endif

if 500

#聚合工藝.#ObjectEx_A.ShowEx(0);

#聚合工藝.#ObjectEx_B.ShowEx(1);

#聚合工藝.#ObjectEx_C.ShowEx(0)

endif

if M301.PV>=1000 then

#聚合工藝.#ObjectEx_A.ShowEx(0);

#聚合工藝.#ObjectEx_B.ShowEx(0);

#聚合工藝.#ObjectEx_C.ShowEx(1)

endif

3 結(jié)語

組態(tài)軟件是工業(yè)化新興起的軟件，具有良好的開放性、豐富的功能模塊、強大的數(shù)據(jù)庫功能。通過簡單形象的組態(tài)工作，構(gòu)成化工實驗所必需的常規(guī)功能。在計算機上即可完成儀表參數(shù)設(shè)置，對學生自主學習管理也極為方便。其實時趨勢曲線、歷史趨勢曲線、歷史報表方便實用，可查詢不同時間范圍、時間間隔內(nèi)(1 s)的歷史數(shù)據(jù)，對已做實驗可重現(xiàn)實驗過程中各數(shù)據(jù)的變化情況。本軟件以三維圖象作為操作界面，仿真操作界面與實際操作界面相同，給學生一種真實的、身臨其境的感覺。其自主學習系統(tǒng)使用方便，不受時間和地點限制，學生先通過互聯(lián)網(wǎng)進行實驗理論及仿真操作學習，再進行實際裝置的操作及考核，從而大大提高實驗、實訓(xùn)的成功率。與遠程教育相匹配，遠程操作可采用一對一的方式，預(yù)約定時、定裝置進行實驗，從而解決部分學員因工作或路途原因不能到校參加實訓(xùn)的困難。

通過對基于力控組態(tài)軟件所開發(fā)的苯乙烯懸浮聚合實訓(xùn)系統(tǒng)的試用，情況表明：系統(tǒng)運行穩(wěn)定、安全可靠，教學效果顯著提高。