組態(tài)軟件在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用研究

目前各高校在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，購置了很多的實(shí)訓(xùn)設(shè)備，包括一些大型設(shè)備。但大型設(shè)備價(jià)格很高，一般買的臺(tái)數(shù)較少，如我校化學(xué)化工學(xué)院有一臺(tái)TAS-990型原子吸收分光光度計(jì)，主要用于無機(jī)元素的定量分析，其價(jià)格30多萬。由于設(shè)備的單價(jià)很高，所以只買了一臺(tái)，但使用的頻率很高，使用者對(duì)設(shè)備不熟悉易造成損壞。該設(shè)備有自己的操作軟件，但軟件只能在聯(lián)機(jī)的情況下才能運(yùn)行，而且軟件操作每一步必須設(shè)置正確且和硬件操作對(duì)應(yīng)起來才能執(zhí)行下一步，這對(duì)新手來說更加困難，不熟悉設(shè)備很容易弄壞設(shè)備，而且我們每年都有大量學(xué)生在實(shí)訓(xùn)時(shí)使用，所以設(shè)計(jì)一個(gè)好的教學(xué)仿真軟件讓學(xué)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(shè)備上運(yùn)行一遍，通過截圖做成文檔供學(xué)生觀看，但不能體現(xiàn)“軟件操作每一步必須設(shè)置正確”才能到下一步的特點(diǎn)，且設(shè)置錯(cuò)誤很可能造成設(shè)備損壞。所以對(duì)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(fā)，需做大量的圖形圖庫等工作量太大，經(jīng)多方論證決定用工業(yè)組態(tài)軟件來做教學(xué)仿真軟件。

　　組態(tài)軟件一般大量應(yīng)用在工業(yè)控制中，用于在上位機(jī)監(jiān)控工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備運(yùn)行狀況等。我們選用的是“組態(tài)王6.53”組態(tài)軟件，它是運(yùn)行于MicrosoftWindows98/2000/NT/XP中文平臺(tái)的中文界面的人機(jī)界面軟件，具有豐富的圖形圖庫可用于軟件制作，內(nèi)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(diào)用數(shù)據(jù)庫和輸出報(bào)表歷史曲線，同時(shí)作為一款工控軟件，其具有比較高的穩(wěn)定性和易用性。

　　現(xiàn)在的關(guān)鍵問題是如何實(shí)現(xiàn)仿真目標(biāo)，剛開始有兩種方案，第一種是用組態(tài)王里的按鈕等工具重新做一個(gè)和目標(biāo)軟件相同的畫面。第二種方案是利用截圖工具，截取目標(biāo)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(jīng)判斷設(shè)置正確后才能進(jìn)入下一步。經(jīng)過比較發(fā)現(xiàn)方案二比較合適，因?yàn)榈谝环N方案雖然畫面容易重新構(gòu)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(gòu)建，只需在已有圖片上設(shè)置幾個(gè)按鍵，然后在響應(yīng)按鍵程序跳轉(zhuǎn)時(shí)實(shí)現(xiàn)畫面的跳轉(zhuǎn)，這樣做雖然沒有第一種方案功能強(qiáng)大靈活，但是可以訓(xùn)練操作員的執(zhí)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(gè)模擬硬件操作部分。

　　2．實(shí)現(xiàn)過程

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

　　在硬件的仿真部分，在實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)備與開關(guān)的連接時(shí)，是通過建立變量，在組態(tài)王中建立中變量，組態(tài)王系統(tǒng)中定義的變量與一般程序設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(nèi)存變量、I/O變量。IO變量是指可與外部數(shù)據(jù)采集程序直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的變量，如下位機(jī)數(shù)據(jù)采集設(shè)備（如PLC、儀表等）或其它應(yīng)用程序（如DDE、OPC服務(wù)器等）。這種數(shù)據(jù)交換是雙向的、動(dòng)態(tài)的，就是說：在“組態(tài)王”系統(tǒng)運(yùn)行過程中，每當(dāng)I/O變量的值改變時(shí)，該值就會(huì)自動(dòng)寫入下位機(jī)或其它應(yīng)用程序；每當(dāng)下位機(jī)或應(yīng)用程序中的值改變時(shí)，“組態(tài)王”系統(tǒng)中的變量值也會(huì)自動(dòng)更新。所以，那些從下位機(jī)采集來的數(shù)據(jù)、發(fā)送給下位機(jī)的指令，比如“反應(yīng)罐液位”、“電源開關(guān)”等變量，都需要設(shè)置成“I/O變量”。內(nèi)存變量是指那些不需要和其它應(yīng)用程序交換數(shù)據(jù)、也不需要從下位機(jī)得到數(shù)據(jù)、只在“組態(tài)王”內(nèi)需要的變量，比如計(jì)算過程的中間變量，就可以設(shè)置成“內(nèi)存變量”。由于本系統(tǒng)中在只是用其畫面處理能力，故在使用中只需建立內(nèi)存變量。組態(tài)王的內(nèi)部變量有分為內(nèi)存離散、內(nèi)存實(shí)型、內(nèi)存長(zhǎng)整數(shù)、內(nèi)存字符串這八種基本類型的變量是通過“變量屬性”對(duì)話框定義的，同時(shí)在“變量屬性”對(duì)話框的屬性卡片中設(shè)置它們的部分屬性。我們可以根據(jù)實(shí)際需要建立變量。在建立完變量之后，就是要實(shí)現(xiàn)變量與硬件的連接，具體連接方式是在畫面設(shè)備中添加變量，我們通過添加變量，寫腳本語句來設(shè)計(jì)其邏輯關(guān)系，例如在兩個(gè)泵打開順序中設(shè)置了互鎖的關(guān)系，通過腳本程序中編程實(shí)現(xiàn)兩個(gè)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(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，就可將畫面切換到運(yùn)行狀態(tài)。如果發(fā)現(xiàn)哪個(gè)地方不合適可以返回進(jìn)行修改。

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

　　限于篇幅，截取幾個(gè)畫面說明，圖1是設(shè)置元素測(cè)量參數(shù)的界面，在操作時(shí)必需正確選取工作電流、預(yù)熱燈電流、光譜帶寬、負(fù)高壓等值后，才能點(diǎn)“下一步”，進(jìn)入下一個(gè)畫面。我們?cè)浖膱D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(diǎn)擊該按扭進(jìn)行執(zhí)行腳本程序，只有下拉菜單的取值全部正確，才能跳轉(zhuǎn)到下一個(gè)界面。圖2是進(jìn)行曲線對(duì)象濃度測(cè)量的畫面，用組態(tài)軟件做出各種動(dòng)態(tài)曲線，覆蓋在原位置，達(dá)到與實(shí)際軟件相同的效果。圖3是設(shè)備仿真操作圖，在組態(tài)軟件里做出硬件連接，通過腳本程序，操作正確才能進(jìn)行下一步的操作，和實(shí)際操作一致。