组态软件及其应用.

组态软件及其应用控制系统体系结构的演化与发展人机监控界面系统的构成UserPCPLCPump一般人机界面监控系统的构成如右操作员(User)面对PC机PC机利用各种通讯手段与PLC建立通讯PC从PLC中获得数据，并利用PC的强大图形功能动态显示这些数据PLC完成对生产设备的控制控制系统类型基于PLC、iPC、DDC\、仪表等的简单控制系统；集散型控制系统DCS：分散控制，集中管理。采用过程控制级、控制管理级和生产管理级的三级结构。DCS是目前工业自动化系统应用的主流。现场总线控制系统FCS新型的工业控制系统。系统中采用带微处理器的智能设备，通过现场总线与计算机相连，具有开放和统一的通信协议。FCS是发展的趋势。计算机+仪表控制系统单机控制结构图集散型控制系统局域网管理计算机工程师工作站现场控制站操作员操作站监控计算机网间连接器智能调节器其他测控装置通信联络过程控制级控制管理级生产管理级现场总线控制系统FCS采用工业控制计算机作为监控计算机，人机交互：键盘、鼠标、触摸屏，打印机、声光报警装置等。与普通计算机不同----都要适合工业生产环境。服务器PCPC打印机PLC工业以太网工作站现场控制层H1执行器I/O现场总线计算机控制系统软件完成各种功能要求的计算机控制系统的程序。由系统软件、应用软件组成。系统软件——包括操作系统、程序设计语言、服务性程序、数据库系统和通信网络软件等。具通用性。应用软件——为实现某一具体的控制要求而编写的程序，如过程控制程序、数据采集处理程序。自行编制或在商业化的软件上设计。工业控制系统层次结构新型的工业控制系统正以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统，它们具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等鲜明优点。工业控制系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。监控层的硬件以工业级的微型计算机和工作站为主，目前更趋向于工业PC机。组态软件在自动监控系统中的作用组态软件的概念组态：英文是“Configuration”，组态就是用应用软件中提供的工具、方法、完成工程中某一具体任务的过程。概念1:组态软件指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式（而不是编程方式）提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法，其预设置的各种软件模块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，并能同时支持各种硬件厂家的计算机和I/O设备，与高可靠的工控计算机和网络系统结合，可向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，进行系统集成。概念2:组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能软件工具。组态软件应该能支持各种工控设备和常见的通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。对应于原有的HMI（人机接口软件，HumanMachineInterface）的概念，组态软件应该是一个使用户能快速建立自己的HMI的软件工具，或开发环境。工业组态软件都运行在Windows98/NT/2000/XP等操作系统环境下。工业组态软件的开发工具以C++为主，也有少数开发商使用Delphi或C++Builder。组态软件功能、特点及结构一、组态软件特点及功能特点：（1）实时多任务——最显著的特点。在同一台计算机上同时执行多个任务，如数据采集与输出、数据处理与算法实现、图形显示及人机对话。存储、搜索管理、实时通信等。（2）接口开放——采用“标准化技术”。方便用户根据自己的需求进行二次开发。如用VB自行编制设备构件装入设备工具箱。允许用户自行编写动态链接库，挂接自己的应用程序模块。（3）强大的数据库——一般带有实时数据库。可存储各种数据，完成和外围设备的数据交换。（4）高可靠性——组态软件是工控系统的数据处理中心，高可靠性是必要的。（5）安全性高——提供较完善的安全机制，允许有操作权限的操作员对某些功能进行操作。功能组态软件实际上是一个针对计算机控制系统开放的工具软件，应为用户提供多种通用工具模块。应解决这样一些问题：如何与采集、控制设备间进行数据交换；使I/O设备的数据与计算机图形画面上的各元素关联起来；处理数据报警及系统报警；存储历史数据并支持历史数据的查询；各类报表的生成和打印输出；为使用者提供灵活、多变的组态工具，可以适应不同应用领域的需求；最终生成的应用系统运行稳定可靠；具有与第三方程序的接口，方便数据共享。二、组态软件的性能要求（1）实时多任务——工业控制系统中重要指标之一。实时性是指系统应该具有能在限定的时间内对外来事件作出反映的特性。对组态软件的要求：在按一定的周期时间对所有事件进行巡检的同时，可以随时响应事件的中断请求。实时性一般都要求计算机具有多任务处理能力。（2）高可靠性计算机控制系统中，可靠性应该包含两方面：系统硬件设备的可靠性；软件运行的可靠性。比较先进的组态软件提供利用冗余技术构成双机备用系统，即利用冗余资源克服故障影响从而增加系统可靠性。（3）标准化——暂时还没有明确的国际、国内标准规范但网络通信的标准协议、OLE(目标的连接和嵌入)、OPC(过程控制用OLE)标准等也都被广泛使用。组态软件的发展1.发展历史组态软件依赖于计算机控制系统、依赖于计算机技术的发展。20世纪60年代计算机开始涉足工业过程控制领域；20世纪70年代微机的出现促进了计算机控制的发展，DCS、计算机控制技术应用日益广泛。组态软件基于MS-DOS和iRMX86的，各DCS厂商的软件专用且封闭，不通用。20世纪80年代末个人PC机和Windows操作系统的普及，基于PC机的组态软件开发，且由软件商专门从事组态软件的开发。美国的Wonderwere公司推出第一个商品化的组态软件Intouch，提供了不同厂家、不同设备的对应的I/O驱动模块，使组态软件趋于通用。目前已有近几十种组态软件。2.发展空间目前，组态软件仍由较大的发展空间：（1）大多DCS和PLC厂家主动公开通信协议，使用PC机作为操作站；（2）PC监控的系统成本大幅降低，应用范围扩大；（3）各类的智能仪表、调节器等增加了公开协议的通信接口。3.发展趋势（1）组态软件作为单独行业的出现是历史的必然；（2）现场总线技术的成熟将促进组态软件的应用；（3）能够同时兼容多种操作系统平台是组态软件的发展方向之一；（4）嵌入式系统的迅猛发展给组态软件带来了更大的发展空间；（5）信息化社会的到来为组态软件拓展了更多的应用领域。常用组态软件目前中国市场上的组态软件产品按厂商划分大致可以分为三类：国外专业软件厂商提供的产品；国内外硬件或系统厂商提供的产品；国内自行开发的国产化产品。不同的产品，有相同和不相同的特性。相同特性（1）强大的图形组态功能——组态软件大都以MicrosoftWindows平台作为操作平台,充分利用了Windows图形功能完备，界面一致性好，易学易用的特点。设计人员可高效快捷地绘制出各种工艺画面，并可方便进行编辑。（2）脚本语言——组态软件均使用脚本语言提供二次开发，用户可根据自己需要编写程序。（4）提供多种数据驱动程序——组态软件应与I/O设备通讯，互相交换数据。一般提供DDE和OPCClient是两个通用的标准I/O驱动程序，以支持DDE标准和OPC标准的I/O设备通讯。（3）开放式结构——组态软件能与多种通讯协议互联，支持多种硬件设备。既能与低层数据采集设备通讯，也能与管理层通讯。（6）丰富的功能模块——组态软件以模块形式挂接在基本模块上，互相独立提高了系统可靠性和可扩展性。利用各种功能模块，完成实时监控、报表生成、实时曲线、历史曲线、提供报警等功能。（7）提供系统开发环境和系统运行环境——系统开发环境是应用程序的集成开发环境；系统运行环境下目标应用程序投入实时运行。（5）强大的数据库——组态软件一般都有一个实时数据库作为整个系统数据处理、数据组织和管理的核心。不同特性（1）脚本语言不同——目前组态软件提供脚本语言分为三种:类C/Basic语言、微软的VBA(visualbasicforapplication)的编程语言、面向对象的脚本语言。提供的命令语言函数数量不同。国产组态软件提供了以汉字作为关键字的脚本语言支持。（2）与第三方软件通信方式不同——不同厂家产品的协议互不相同，组态软件需要为不同的设备编写大量的驱动程序。因此出现了OPC技术。硬件提供商随硬件提供服务器所需的数据采集程序。组态软件作为客户可以通过OPC与各硬件的驱动程序无缝连接。（3）价格不同——国内的工控组态软件价格相对低廉。有的产品将开发版与运行版分开销售,使应用软件的开发者与使用者依实际进行开发与使用的需要来选购。（4）扩展功能组件不同——国外的组态软件相对更加成熟,扩展组件品种多、功能较完善。公司名称产品名称国别IntellutionFIX,iFIX美国WonderwareInTouch美国西门子WinCC德国Rock-wellRSView32美国NationalInstrumentsLabview美国CitechCitech澳大利亚IconicsGenesis美国PCSoftWizCon以色列A-Bcontrolview美国35国外较知名的监控组态软件公司名称产品名称国别亚控组态王中国三维科技力控中国昆仑通态MCGS中国华富ControX中国研华Genie台湾康拓ControlstarEasyControl中国国内较知名的监控组态软件36三、组态软件的基本结构组态软件基本组成：应用程序管理器图形界面系统实时数据库I/O驱动第三方程序接口组件控制功能组件应用程序管理器属于一种专用工具，提供应用程序的创建，项目数据的管理及归档，打开各种编辑器（如图形编辑器），运行调试，搜索（变量、客户机计算机、服务器计算机、驱动程序连接等）1.应用程序管理器2.图形界面系统基本功能——供用户设计生成现场各过程图形界面图形界面设计；动画链接设计及显示；报警通知及确认；报表组态及打印；历史数据查询及显示。扩充功能——提供脚本语言供用户扩充其功能，用脚本语言编写的程序可以周期性地执行也可由事件触发执行。如按下某按钮则执行某一段脚本程序，完成某一功能。3.实时数据库实时数据库存储被控对象的历史数据，具备数据档案管理功能。4.I/O驱动用于和I/O设备通信交换数据，是必不可少的组成部分。是组态软件与第三方程序交互以及实现远程数据访问的重要手段之一，也是组态软件开放系统的标志。5.第三方程序接口组件为熟悉梯形图或者其他标准编程语言的设计人员用于和I/O设备通信交换数据，是必不可少的组成部分。6.控制功能组件四、组态软件的数据处理流程组态软件的主要功能：以图形方式直观地显示现场I/O设备的数据将控制数据送I/O设备，对执行机构实施控制或调整参数数据的存储——供查询历史数据使用数据流程数据流1现场数据I/O设备I/OServer实时数据库存储数据流2实时数据库画面显示工作过程画面报警画面历史数据画面……数据流3控制数据I/OServerI/O设备执行机构数据流程处理示意图核心共享数据使用组态软件的一般步骤3、收集所有I/O点的I/O标识，填写表格（表2）。I/O标识是唯一地确定一个I/O点的关键字，在大多数情况下I/O标识是I/O点的地址或位号名称。步骤：1、收集所有I/O点的参数，填写表格（表1），以便在监控组态软件和PLC上组态时使用。2、确定所使用的I/O设备的生产商、种类、型号，使用的通信接口类型，采用的通信协议。4、根据工艺过程绘制、设计画面结构和画面草图。6、根据表1和表2，在实时数据库中建立实时数据库变量与I/O点的一一对应关系，即定义数据连接。7、根据前面设计的画面结构和画面草图，组态每一幅静态的操作画面（主要是绘图）。5、根据表1，建立实时数据库，正确组态各种变量参数。8、将操作画面中的图形对象与实时数据库变量建立动画连接关系。9、对组态的