苯乙烯懸浮聚合實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的開發(fā)

(南京科技職業(yè)學(xué)院 江蘇省磁共振靶向顯像劑工程實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210048)

對(duì)于許多實(shí)踐性較強(qiáng)的學(xué)科來說，實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)是利于學(xué)生獲取專業(yè)知識(shí)、培養(yǎng)專業(yè)能力的必要環(huán)節(jié)。遠(yuǎn)程教育是當(dāng)今教育的一個(gè)組成部分，運(yùn)用Internet進(jìn)行遠(yuǎn)程教學(xué)已成為現(xiàn)代教育技術(shù)應(yīng)用的一大趨勢(shì)。對(duì)于遠(yuǎn)程教學(xué)，實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)教學(xué)同樣是教學(xué)環(huán)節(jié)中的一個(gè)重要組成部分。利用基于Web的遠(yuǎn)程化工實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)，這種遠(yuǎn)程操作實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)是:不受時(shí)間和地點(diǎn)限制，可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行操作；開設(shè)的化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)是真實(shí)的化學(xué)反應(yīng)操作實(shí)驗(yàn)，而非仿真模擬實(shí)驗(yàn)；為提高實(shí)驗(yàn)操作的成功率，學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前的自主學(xué)習(xí)，做好充分的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備[1-2]。這種遠(yuǎn)程操作實(shí)驗(yàn)填補(bǔ)了大型化學(xué)反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)操作實(shí)驗(yàn)的空白，能夠達(dá)到真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境里操作才能達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的。

工控組態(tài)軟件是一個(gè)基于Windows環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測(cè)、處理和控制軟件包，是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與過程控制的專用軟件[3]。這種軟件最大的特點(diǎn)是能以靈活多樣的“組態(tài)方式”而不是編程方式來進(jìn)行系統(tǒng)集成，它提供了良好的用戶開發(fā)界面和簡(jiǎn)捷的工程實(shí)現(xiàn)方法，只要將其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的“組態(tài)”，便可以非常容易地實(shí)現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項(xiàng)功能，縮短了自動(dòng)化工程師的系統(tǒng)集成的時(shí)間，大大提高了集成效率。監(jiān)控組態(tài)軟件是在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)，它能同時(shí)和國內(nèi)外各種工業(yè)控制廠家的設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊，可以與高可靠的工控計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合，便可以達(dá)到集中管理和監(jiān)控的目的，同時(shí)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(shí)現(xiàn)與“第三方”的軟、硬件系統(tǒng)進(jìn)行集成[4-5]。工控組態(tài)軟件開發(fā)平臺(tái)，通過驅(qū)動(dòng)程序與現(xiàn)場(chǎng)智能儀表、模塊等對(duì)實(shí)際過程進(jìn)行監(jiān)控，通過標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)總線RS485、TCP/IP與上位機(jī)或現(xiàn)場(chǎng)儀表進(jìn)行通訊，用戶只須根據(jù)對(duì)象特點(diǎn)與要求，按組態(tài)規(guī)則進(jìn)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(jiǎn)便、開發(fā)周期短、通用性強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，十分適合于構(gòu)建中小型企業(yè)生產(chǎn)過程或高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置的計(jì)算機(jī)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(xì)小液滴而進(jìn)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(shí)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(xué)習(xí)、現(xiàn)場(chǎng)操作和遠(yuǎn)程操作為一體的實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

苯乙烯懸浮聚合實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)分兩部分：實(shí)時(shí)部分和自主學(xué)習(xí)部分。實(shí)時(shí)部分是對(duì)苯乙烯懸浮聚合實(shí)訓(xùn)裝置(共有三套)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制(現(xiàn)場(chǎng)及遠(yuǎn)程)管理(實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)歷史保存、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢、報(bào)表查詢、曲線繪制等)，自主學(xué)習(xí)部分包括理論知識(shí)學(xué)習(xí)和仿真操作(對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置開停車及正常操作、常見事故的處理等進(jìn)行模擬操作)。學(xué)生通過互聯(lián)網(wǎng)可同時(shí)多人(與購買的加密鎖WWW網(wǎng)絡(luò)客戶端數(shù)有關(guān))進(jìn)行理論學(xué)習(xí)、仿真實(shí)訓(xùn)、實(shí)時(shí)查看等，客戶端計(jì)算機(jī)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(chǎng)設(shè)備(如傳感器、電機(jī)等)均通過智能儀表實(shí)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(chǎng)設(shè)備對(duì)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(gè)數(shù)據(jù)庫點(diǎn)，其中I/O設(shè)備59點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫5個(gè)點(diǎn)。I/O設(shè)備連接點(diǎn)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(diǎn)，共四個(gè)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(diǎn)，共有19個(gè)，其中I/O設(shè)備16個(gè)。②“區(qū)域…01”為其它數(shù)據(jù)庫點(diǎn)，共有23個(gè)。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(diǎn)，共有30個(gè)，其中I/O設(shè)備29個(gè)。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(diǎn)，共有14個(gè)，其中I/O設(shè)備14個(gè)。

2.2.2Web服務(wù)器

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

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(gè)窗口?！癢eb-指令”為遠(yuǎn)程操作時(shí)，操作步驟確認(rèn)窗口；“參數(shù)設(shè)定”窗口主要是對(duì)I/O設(shè)備的有關(guān)參數(shù)進(jìn)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(dāng)前窗口”對(duì)象；“實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)”窗口是指遠(yuǎn)程操作時(shí)，由現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)教師提供給遠(yuǎn)程學(xué)員的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；“組成員”窗口是指現(xiàn)場(chǎng)登錄后顯示同組成員的窗口；“聚合對(duì)話框”窗口是指與教師進(jìn)行交流的對(duì)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(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)”“組成員”“聚合對(duì)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(duì)操作站較多。其中“聚合棒圖”“聚合報(bào)表”“聚合工藝”“聚合趨勢(shì)曲線”為仿真操作對(duì)應(yīng)窗口，而后加A或B或C的，為連接現(xiàn)場(chǎng)操作站數(shù)據(jù)的對(duì)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(chǎng)裝置瀏覽或遠(yuǎn)程操作；“對(duì)話框-聚合A”是指與裝置A套進(jìn)行師生交流的對(duì)話框，其余類推。Web服務(wù)器窗口還包括管理窗口及自主學(xué)習(xí)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(dòng)作

2.4.1應(yīng)用程序動(dòng)作

應(yīng)用程序動(dòng)作腳本為程序運(yùn)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(biāo)

#聚合工藝.#ObjectEx415.ShowEx(0);//目標(biāo)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(dòng)作

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

2.4.3攪拌器動(dòng)作

雙擊攪拌器對(duì)象，在彈出的攪拌器屬性設(shè)置對(duì)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(yùn)行中根據(jù)速度選擇。方法創(chuàng)建3個(gè)攪拌器對(duì)象，在數(shù)據(jù)改變動(dòng)作中根據(jù)變量“M301.PV”的值的范圍賦值顯示對(duì)應(yīng)的攪拌器，另2個(gè)隱藏，以區(qū)分快、中、慢，數(shù)據(jù)改變動(dòng)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(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫功能。通過簡(jiǎn)單形象的組態(tài)工作，構(gòu)成化工實(shí)驗(yàn)所必需的常規(guī)功能。在計(jì)算機(jī)上即可完成儀表參數(shù)設(shè)置，對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)管理也極為方便。其實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線、歷史趨勢(shì)曲線、歷史報(bào)表方便實(shí)用，可查詢不同時(shí)間范圍、時(shí)間間隔內(nèi)(1 s)的歷史數(shù)據(jù)，對(duì)已做實(shí)驗(yàn)可重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)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(shí)際操作界面相同，給學(xué)生一種真實(shí)的、身臨其境的感覺。其自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)使用方便，不受時(shí)間和地點(diǎn)限制，學(xué)生先通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)理論及仿真操作學(xué)習(xí)，再進(jìn)行實(shí)際裝置的操作及考核，從而大大提高實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)的成功率。與遠(yuǎn)程教育相匹配，遠(yuǎn)程操作可采用一對(duì)一的方式，預(yù)約定時(shí)、定裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從而解決部分學(xué)員因工作或路途原因不能到校參加實(shí)訓(xùn)的困難。

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