組態軟件在實訓教學中的應用研究

目前各高校在實訓教學中，購置了很多的實訓設備，包括一些大型設備。但大型設備價格很高，一般買的臺數較少，如我校化學化工學院有一臺TAS-990型原子吸收分光光度計，主要用于無機元素的定量分析，其價格30多萬。由于設備的單價很高，所以只買了一臺，但使用的頻率很高，使用者對設備不熟悉易造成損壞。該設備有自己的操作軟件，但軟件只能在聯機的情況下才能運行，而且軟件操作每一步必須設置正確且和硬件操作對應起來才能執行下一步，這對新手來說更加困難，不熟悉設備很容易弄壞設備，而且我們每年都有大量學生在實訓時使用，所以設計一個好的教學仿真軟件讓學生事先熟悉操作尤為重要。

　　1．方案選擇

　　首先我們把操作軟件在設備上運行一遍，通過截圖做成文檔供學生觀看，但不能體現“軟件操作每一步必須設置正確”才能到下一步的特點，且設置錯誤很可能造成設備損壞。所以對使用者來說重要的是軟件的操作而不是熟悉界面，如用VC等軟件來開發，需做大量的圖形圖庫等工作量太大，經多方論證決定用工業組態軟件來做教學仿真軟件。

　　組態軟件一般大量應用在工業控制中，用于在上位機監控工業現場的設備運行狀況等。我們選用的是“組態王6.53”組態軟件，它是運行于MicrosoftWindows98/2000/NT/XP中文平臺的中文界面的人機界面軟件，具有豐富的圖形圖庫可用于軟件制作，內置的腳本語言可用于仿真軟件每步之間的連接。而且能夠方便的調用數據庫和輸出報表歷史曲線，同時作為一款工控軟件，其具有比較高的穩定性和易用性。

　　現在的關鍵問題是如何實現仿真目標，剛開始有兩種方案，第一種是用組態王里的按鈕等工具重新做一個和目標軟件相同的畫面。第二種方案是利用截圖工具，截取目標軟件的畫面，再在畫面上嵌入一定功能的按鍵，通過腳本語言經判斷設置正確后才能進入下一步。經過比較發現方案二比較合適，因為第一種方案雖然畫面容易重新構建，工作量較為龐大。故選擇方案二，方案二的好處是不需要畫面的重新構建，只需在已有圖片上設置幾個按鍵，然后在響應按鍵程序跳轉時實現畫面的跳轉，這樣做雖然沒有第一種方案功能強大靈活，但是可以訓練操作員的執行步驟的正確性，由于該軟件是一種仿真軟件，即在該軟件不僅可以仿真軟件的操作，還可以仿真其硬件操作，故須在軟件中建立一個模擬硬件操作部分。

　　2．實現過程

　　該硬件仿真是完全按照實際情況搭建的，故其操作方法與操作步驟和實際情況是一樣的。同時該畫面的搭建是通過對實際設備的照片截取和相似模型的加入來實現的，例如：反應設備是截取的圖片，而上位機、燃料罐等是加入的模型。

　　在硬件的仿真部分，在實現硬件設備與開關的連接時，是通過建立變量，在組態王中建立中變量，組態王系統中定義的變量與一般程序設計語言比如BASIC、PASCAL、C語言，定義的變量有很大的不同，既能滿足程序設計的一般需要，又考慮到工控軟件的特殊需要。變量的基本類型共有兩類：內存變量、I/O變量。IO變量是指可與外部數據采集程序直接進行數據交換的變量，如下位機數據采集設備（如PLC、儀表等）或其它應用程序（如DDE、OPC服務器等）。這種數據交換是雙向的、動態的，就是說：在“組態王”系統運行過程中，每當I/O變量的值改變時，該值就會自動寫入下位機或其它應用程序；每當下位機或應用程序中的值改變時，“組態王”系統中的變量值也會自動更新。所以，那些從下位機采集來的數據、發送給下位機的指令，比如“反應罐液位”、“電源開關”等變量，都需要設置成“I/O變量”。內存變量是指那些不需要和其它應用程序交換數據、也不需要從下位機得到數據、只在“組態王”內需要的變量，比如計算過程的中間變量，就可以設置成“內存變量”。由于本系統中在只是用其畫面處理能力，故在使用中只需建立內存變量。組態王的內部變量有分為內存離散、內存實型、內存長整數、內存字符串這八種基本類型的變量是通過“變量屬性”對話框定義的，同時在“變量屬性”對話框的屬性卡片中設置它們的部分屬性。我們可以根據實際需要建立變量。在建立完變量之后，就是要實現變量與硬件的連接，具體連接方式是在畫面設備中添加變量，我們通過添加變量，寫腳本語句來設計其邏輯關系，例如在兩個泵打開順序中設置了互鎖的關系，通過腳本程序中編程實現兩個泵的互鎖。這就是軟件的大體制作過程，在完成一部分畫面后將其保存，點擊運行按鈕，就可將畫面切換到運行狀態。如果發現哪個地方不合適可以返回進行修改。

　　在制作完軟件后我們需要做的就是要進行軟件的打包，打包的好處一是軟件可以在沒有安裝組態王的軟件中安裝運行，二是用戶看不到原代碼，可以起一定的保護作用。組態王的打包有一個專門的打包工具，在運行打包工具后，先載入KVPacket文件，不然打包沒法進入，在打包時將DrvDbgHook.dll和KvWebAgent.dll候添加到高級里面，DriverForGPRS.dll和KVCom.sys放在安裝目錄的DRIVER里面。同時將欲打包的文件添加到到高級里面。在使用時直接安裝RunSetup.exe即可。在使用該軟件時，直接單擊RunSetup.exe安裝，安裝好后運行。

　　限于篇幅，截取幾個畫面說明，圖1是設置元素測量參數的界面，在操作時必需正確選取工作電流、預熱燈電流、光譜帶寬、負高壓等值后，才能點“下一步”，進入下一個畫面。我們原軟件的圖截取下來，在原圖的選擇值的位置如3.0加上下拉菜單的選擇值，然后在“下一步”位置放置按扭覆蓋在原位置，點擊該按扭進行執行腳本程序，只有下拉菜單的取值全部正確，才能跳轉到下一個界面。圖2是進行曲線對象濃度測量的畫面，用組態軟件做出各種動態曲線，覆蓋在原位置，達到與實際軟件相同的效果。圖3是設備仿真操作圖，在組態軟件里做出硬件連接，通過腳本程序，操作正確才能進行下一步的操作，和實際操作一致。