苯乙烯悬浮聚合实训系统的开发
2020-06-04
(南京科技职业学院 江苏省磁共振靶向显像剂工程实验室，江苏 南京 210048)
对于许多实践性较强的学科来说，实验、实训是利于学生获取专业知识、培养专业能力的必要环节。远程教育是当今教育的一个组成部分，运用Internet进行远程教学已成为现代教育技术应用的一大趋势。对于远程教学，实验、实训教学同样是教学环节中的一个重要组成部分。利用基于Web的远程化工实验系统，学生可以通过网络进行化工专业实验，这种远程操作实验的特点是:不受时间和地点限制，可以通过网络进行操作；开设的化工专业实验是真实的化学反应操作实验，而非仿真模拟实验；为提高实验操作的成功率，学生可以通过网络进行实验前的自主学习，做好充分的实验准备[1-2]。这种远程操作实验填补了大型化学反应网络操作实验的空白，能够达到真实实验环境里操作才能达到实验教学的目的。
工控组态软件是一个基于Windows环境下的数据采集、监测、处理和控制软件包，是对现场生产数据进行采集与过程控制的专用软件[3]。这种软件最大的特点是能以灵活多样的“组态方式”而不是编程方式来进行系统集成，它提供了良好的用户开发界面和简捷的工程实现方法，只要将其预设置的各种软件模块进行简单的“组态”，便可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，缩短了自动化工程师的系统集成的时间，大大提高了集成效率。监控组态软件是在自动控制系统监控层一级的软件平台，它能同时和国内外各种工业控制厂家的设备进行网络通讯，可以与高可靠的工控计算机和网络系统结合，便可以达到集中管理和监控的目的，同时还可以方便地向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口来实现与“第三方”的软、硬件系统进行集成[4-5]。工控组态软件开发平台，通过驱动程序与现场智能仪表、模块等对实际过程进行监控，通过标准网络总线RS485、TCP/IP与上位机或现场仪表进行通讯，用户只须根据对象特点与要求，按组态规则进行画面、控制、系统组态，便可生成DCS系统[6-8]。它具有二次开发简便、开发周期短、通用性强、可靠性高等优点，十分适合于构建中小型企业生产过程或高校实验教学装置的计算机监控系统。
苯乙烯悬浮聚合是指油溶性单体在溶有分散剂(或称悬浮剂)的水中，借助于搅拌作用分散成细小液滴而进行的聚合反应，生成聚苯乙烯。我校自主研发的“苯乙烯悬浮聚合实训装置”，是利用“三维力控”监控组态软件，开发了集控制、管理、自主学习、现场操作和远程操作为一体的实验、实训教学系统。
1 系统构成
苯乙烯悬浮聚合实训系统分两部分：实时部分和自主学习部分。实时部分是对苯乙烯悬浮聚合实训装置(共有三套)进行实时控制(现场及远程)管理(实时数据采集、数据历史保存、实时数据显示、历史数据查询、报表查询、曲线绘制等)，自主学习部分包括理论知识学习和仿真操作(对实验装置开停车及正常操作、常见事故的处理等进行模拟操作)。学生通过互联网可同时多人(与购买的加密锁WWW网络客户端数有关)进行理论学习、仿真实训、实时查看等，客户端计算机无需安装额外的软件，只要在浏览器地址栏中输入Web服务器的IP地址即可，充分体现了本系统使用的便捷性和应用的广泛性。
2 工程组态
2.1 I/O设备组态
装置所有现场设备(如传感器、电机等)均通过智能仪表实现数据交换。所用智能仪表包括：调节器、巡检仪、频率调节器，如图1所示。要注意是设备名称要唯一，地址要与现场设备对应，可先将分配好的设备地址通过手操器在I/O设备上设好，包括常规参数，如波特率等。
图1 装置I/O设备
2.2 数据库组态
2.2.1装置操作站
本装置共创建了86个数据库点，其中I/O设备59点，网络数据库5个点。I/O设备连接点的创建方法相同，仅是连接参数不同，可以按设备分区域创建数据库点，共四个区域。①“区域…00”为巡检仪AI-708M、频率调节器AI-301M的数据库点，共有19个，其中I/O设备16个。②“区域…01”为其它数据库点，共有23个。③“区域…02”为调节器AI-518P控制反应温度的数据库点，共有30个，其中I/O设备29个。④“区域…03”为调节器AI-518控制搅拌器的数据库点，共有14个，其中I/O设备14个。
2.2.2Web服务器
Web服务器按装置建立数据点，分四个区域，其中：①“区域…00”为共用数据库点，共有26个，其中网络数据库连接点5个。②“区域…01”～“区域…03”分别为装置A、B、C的数据库点，每装置有28个点，均为网络数据库连接点。
2.3 工程窗口
2.3.1装置操作站
装置操作站共创建了12个窗口。“Web-指令”为远程操作时，操作步骤确认窗口；“参数设定”窗口主要是对I/O设备的有关参数进行设置，除I/O设备有关参数外，还包括“密码修改”及“关闭当前窗口”对象；“实训数据”窗口是指远程操作时，由现场指导教师提供给远程学员的实验数据；“组成员”窗口是指现场登录后显示同组成员的窗口；“聚合对话框”窗口是指与教师进行交流的对话框；“登录窗口”是登录系统的窗口，其用户ID及用户密码存放在SQL Server中；“管理”窗口是指用于打开“Web-指令”“参数设定”“实训数据”“组成员”“聚合对话框”窗口的窗口；其余窗口为常规窗口。
2.3.2Web服务器
Web服务器窗口相对操作站较多。其中“聚合棒图”“聚合报表”“聚合工艺”“聚合趋势曲线”为仿真操作对应窗口，而后加A或B或C的，为连接现场操作站数据的对应窗口，如“聚合工艺A”是指连接装置A套数据的“聚合工艺”窗口，用于现场装置浏览或远程操作；“对话框-聚合A”是指与装置A套进行师生交流的对话框，其余类推。Web服务器窗口还包括管理窗口及自主学习窗口，这里不一一解释。这些窗口经发布后，均可从浏览器登录浏览操作。
2.4 事件动作
2.4.1应用程序动作
应用程序动作脚本为程序运行周期执行：
TI301z.PV=TI301.PV/10;//这里设置小数位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
#聚合工艺.#ObjectEx78.ShowEx(1);//显示目标
#聚合工艺.#ObjectEx415.ShowEx(0);//目标被隐藏
#聚合工艺.#ObjectEx416.ShowEx(1)
endif
if 500 #聚合工艺.#ObjectEx78.ShowEx(0); #聚合工艺.#ObjectEx415.ShowEx(1); #聚合工艺.#ObjectEx416.ShowEx(0) endif if M301_N.PV>800 then #聚合工艺.#ObjectEx78.ShowEx(0); #聚合工艺.#ObjectEx415.ShowEx(0); #聚合工艺.#ObjectEx416.ShowEx(1) endif 2.4.2数据改变动作 数据改变动作脚本“Power.PV.01=M_Do.PV”，为电机电源。 2.4.3搅拌器动作 双击搅拌器对象，在弹出的搅拌器属性设置对话框中，输入变量“M301.PV>0”，并设置颜色及文本。搅拌速度有3种可选，也可以在运行中根据速度选择。方法创建3个搅拌器对象，在数据改变动作中根据变量“M301.PV”的值的范围赋值显示对应的搅拌器，另2个隐藏，以区分快、中、慢，数据改变动作如下： if M301.PV<=500 then #聚合工艺.#ObjectEx_A.ShowEx(1); #聚合工艺.#ObjectEx_B.ShowEx(0); #聚合工艺.#ObjectEx_C.ShowEx(0) endif if 500 #聚合工艺.#ObjectEx_A.ShowEx(0); #聚合工艺.#ObjectEx_B.ShowEx(1); #聚合工艺.#ObjectEx_C.ShowEx(0) endif if M301.PV>=1000 then #聚合工艺.#ObjectEx_A.ShowEx(0); #聚合工艺.#ObjectEx_B.ShowEx(0); #聚合工艺.#ObjectEx_C.ShowEx(1) endif 组态软件是工业化新兴起的软件，具有良好的开放性、丰富的功能模块、强大的数据库功能。通过简单形象的组态工作，构成化工实验所必需的常规功能。在计算机上即可完成仪表参数设置，对学生自主学习管理也极为方便。其实时趋势曲线、历史趋势曲线、历史报表方便实用，可查询不同时间范围、时间间隔内(1 s)的历史数据，对已做实验可重现实验过程中各数据的变化情况。本软件以三维图象作为操作界面，仿真操作界面与实际操作界面相同，给学生一种真实的、身临其境的感觉。其自主学习系统使用方便，不受时间和地点限制，学生先通过互联网进行实验理论及仿真操作学习，再进行实际装置的操作及考核，从而大大提高实验、实训的成功率。与远程教育相匹配，远程操作可采用一对一的方式，预约定时、定装置进行实验，从而解决部分学员因工作或路途原因不能到校参加实训的困难。 通过对基于力控组态软件所开发的苯乙烯悬浮聚合实训系统的试用，情况表明：系统运行稳定、安全可靠，教学效果显著提高。3 结语
