1引言
过程分析技术(PAT)是实现工业生产过程在线、实时分析并实现反馈控制,从而保证生产过程可控、最优的重要技术。近红外光谱分析技术是上世纪80年代发展起来的一项无损、快速的分析技术,近几年来,随着光纤、化学计量学、计算机、自动化技术的不断进步,现代近红外光谱在线分析仪与自动控制系统结合,已成功应用于石油、化工、能源、制药等领域,实现生产过程的在线分析与实时反馈控制,可有效保证生产安全、提高产品得率,取得了良好经济效益。
近红外光谱过程分析技术需要在组态软件的曲线显示方面具备多条光谱及其预测性质值的实时叠加显示、缩放、谱峰定位等功能。
WinCC西门子公司和微软合作开发的工业控制HMI系统软件,具备画面实时监控、数据采集归档、脚本语言开发、OPC通讯等功能,在自控系统中得到了十分广泛的应用。然而,常用的WinCC V6.0的曲线显示控件并不具备近红外光谱过程分析所需的功能。
组态王是亚控科技发展有限公司开发的工业过程监控软件,其超级XY曲线控件,具备图形放大、缩小、恢复原状态、移(上下、左右),图形数据显示、导入数据作图、保存、图形打印等功能功能,可以满足近红外光谱过程分析曲线显示的需要。
为此,本文提出在WinCC V6.0软件中注册组态王超级XY曲线控件并调用的方法,较好地解决了这一问题,并将该项技术成功应用于一个中药提取过程近红外光谱在线分析与智能控
制系统中。
2中药提取过程近红外在线分析系统结构
基于对中药提取设备工艺数据(药液温度、蒸汽压力、循环泵、阀门开关状态等)和近红外检测数据的分别处理,同时减少对同一数据库的即时访问量,并减小数据库的存储压力,本系统采用服务器-客户机模式对中药提取设备进行实时监测。WinCC服务器连接PLC,实时获取中药提取设备监测数据,例如药液温度、蒸汽压力、阀门开/关状态等,并对相关数据归档存储;WinCC客户机向WinCC服务器获取与近红外检测相关的必要数据,并与近红外光谱仪通讯,获取近红外光谱数据,完成对中药煎煮过程的在线近红外检测。本系统体系结构设计如下图1所示。
图1系统结构
3在WinCC中使用超级XY曲线控件
近红外光谱在线显示的作图要求:
(1)图形横轴为波长,范围:1000-2200nm,纵轴为吸光度值(mg/ml);
(2)光谱叠加,用以查看光谱差别;
(3)光谱图形缩放、谱峰定位,用以查看光谱局部吸收情况;
(4)异常光谱图形显示捕获。
WinCC V6.0软件自带图形趋势显示控件大多需要归档变量且控件横纵轴内容都已相对固定,不能够灵活编程作图,比如控件:WinCC Online Table Control与WinCC Online Trend Con－
trol,均不能不能满足进红外光谱分析的要求。
超级XY曲线控件是组态王软件*功中**能强大的作图控件,该控件可同时显示16条曲线,支持多纵轴作图,并可以通过编程方式灵活定义横纵轴内容和范围进行作图。同时,该控件还具
备图形放大、缩小、恢复原状态、移动(上、下、左、右)、数据显示(移动图形下方游标时,图形右上方数据区域显示变化的x,y轴数据)、导入.csv文件数据作图、保存数据为.csv格式文件、图形实时打印(捕获异常光谱形状)等功能,可以满足近红外光谱及性质预测的分析需求。
将组态王超级XY曲线控件注册到WinCC V6.0的过程如下:
(1)安装组态王软件,在Kingview文件夹下拷贝超级XY曲线KChartXY.ocx文件到系统盘system32文件下;
(2)打开WinCC V6.0软件在对象选项板中选择控件选项卡并鼠标右键单击该选项卡添加OCX控件;
(3)鼠标左键单击注册OCX(R)…按钮,在system32文件夹下找到KChartXY.ocx文件,单击打开按钮完成注册;
(4)在“选择OCX控件”对话框中勾选超级XY曲线控件,成功添加该控件后即可使用。
4在WinCC 6.0中使用超级XY曲线实现近红外在线分析界面
在中药提取过程的图形界面组态过程中实时显示近红外光谱数据、性质预测值数据及两者趋势曲线,使得检测者能够看出光谱及中药成分预测值的异常情况。
基于组态王超级XY曲线强大的图形操作功能,选用超级XY曲线绘出光谱图和性质预测值趋势,同时,选用WinCC V6.0中Microsoft FlexGrid Control,Version 6.0表格控件显示光谱数
据及中药成分预测数据。
编写VB脚本访问SQL数据库并用两控件分别显示实时数据、绘图,核心代码如下:
(1) 定义表格控件及超级XY曲线控件,并获取画面控件
Dim objMSFGrid//定义表格控件
Set objMSFGrid=ScreenItems("表格控件名称")//获取画面 上表格控件
Dim objOCXChart//定义超级XY曲线控件并
Set objOCXChart=ScreenItems("超级XY曲线控件名称")//获取画面上超级XY曲线控件
(2)查询SQL(WinCC)数据库
Dim sCon
Dim objConnect
Dim objCommand
Dim objRecord
Dim objODBCName
Set objODBCName=HMIRuntime.Tags("ODBCName")
SCon="Provider=MSDASQL;DSN=Song;UID=;PWD=;"
Set objConnect=CreateObject("ADODB.Connection")
objConnect.ConnectionStrinG=sCon
objConnect.Open
Set objCommand=CreateObject("ADODB.Command")
objCommand.ActiveConnectioN=objConnect
(3)数据显示及作图
objCommand.CommandTexT="select*from数据库表"//查找表
Set objRecord=objCommand.Execute
objMSFGrid.TextMatrix(行数,列数)=数据库相应数据//在表格显示数据
objOCXChart.AddNewPoint x轴,y轴,线条样式//作图
(4)关闭数据库连接
Set objRecord=Nothing
objConnect.Close
Set objConnect=Nothing
界面运行效果如图1所示,画面上方为光谱数据表及曲线,图形x轴为表波长,y轴为吸光度;画面下方是中药各成分含量预测值及趋势曲线,图形x轴为采样点个数,y轴为各成分含量
预测值(各成分名称、颜*图色**例位于表格左侧),图形坐标范围定义均通过VBScrip实现。
图2中药提取过程在线近红外光谱及性质预测结果界面
通过操作图2中曲线图下方的工具栏或鼠标右击该控件进行操作选择,可实现放大、缩小、移动、保存、打印、曲线数据显示等功能,使得操作者可以对近红外光谱和中药成分预测值曲线进行实时分析。如该控件进行放大和曲线数据显示(拖动x轴游标,显示对应的坐标值)操作的效果如图3所示。
a.放大2倍后的近红外光谱图b.曲线数据显示
图3运用超级XY曲线控件实现中药近红外光谱实时显示
5结束语
通过在WinCC中注册应用组态王超级XY曲线控件,使得WinCC具备强大的实时光谱叠加显示、缩放、谱峰定位的曲线显示能力,从而满足近红外光谱在线分析的需要。利用该技术,实现了基于近红外光谱在线快速分析的中药提取过程在线分析与智能控制,可为生产过程提供实时质量反馈信息,保证生产工艺稳定,产品质量均一,而且为人们利用WinCC的开放接口集成更多特殊功能控件提供了一个有益参考。
本文创新点:提出在WinCC中应用组态王超级XY曲线控件的方法和VBSript程序,实现数据读取、曲线绘制,很好的扩充了WinCC的复杂作图控件及数据实时分析功能,使得WinCC
成功应用于近红外光谱在线分析。