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自控工程项目开发与管理华东理工大学信息学院黄河清第一部份工程师技术实务第1章工程师的概念1.1工程师的职业定位在汉语词典中，“师”的基本字义为：教人的人或擅长某种技术的人。唐代文学家、哲学家韩愈在《师说》中指出，“古之学者必有师。师者，所以传道受业解惑也。”就工程技术范畴而言，“师”就是传授道理、教授方法、解决难题的人。在工程技术领域，人们将“具有扎实理论基础和丰富工程经验、能够将科研或技术成果转化应用并创造实际价值、能够解决工程实践中技术/管理疑难问题的人”称之为工程师。事实上，在国民经济的各个领域中，工程师这个群体担负着研究、设计、建设、运行、维护的主要技术职责，成为国民经济发展的主战场上不可或缺的生力军。可以说，没有工程师，就没有现代工业的发展。对工程师自身素质的要求：（1）具有丰富的实践经验工程师的工作性质是为生产一线或工程现场服务，如：工艺过程的运行、工艺设备的维护、产品质量的检验与控制、生产过程的安全监控、生产工艺及设备的安装和调试等都是由工程师来负责。生产一线或工程现场出现的问题都要反馈给工程师，由工程师负责解决、处理。工程师的具体处理方式有以下几种：委派富有经验的技术工人解决。自己与技术工人共同解决。自己直接解决。采用何种解决方式，需要工程师根据自己的技术管理经验来决定，而无论采用何种解决方式，均要求工程师具有熟练的技术技能和丰富的技术管理经验。（2）具有扎实的理论基础在处理工程或生产问题时，往往要用到许多专业理论知识，如：自动控制原理、过程控制工程、检测技术、电机与拖动等，因此，工程师需要具有扎实的理论基础，才能应对自如。特别地，在从事工程设计和科技成果转化工作时，对理论知识的要求更高。（3）具有知识更新的能力随着社会的进步和科学的发展，尤其是进入信息时代后，新工艺、新材料、新设备和新技术层出不穷，因此，工程师需要具有知识更新的能力，才能适应科技进步，实现科技成果的转化与应用。（4）具有解决工程/生产实践中技术难题的能力在工程或生产实践中，往往会遇到许多疑难技术问题。这些问题无论是设计人员，还是技术工人都无法解决，只能依靠工程师进行处理。技术难题的解决能力，不仅需要扎实的专业知识，还需要丰富的实践经验。因此，能否解决实践中的技术难题是评价工程师称职与否的基本准则。工程师的职业定位：（1）工程师是设想与现实之间的一座桥梁工程师直接面向生产一线或工程现场，他们将科学家的理念、科研工作者的技术和设计人员的构想最终实现，成为设想与现实之间的一座桥梁。工程师的桥梁作用主要体现在以下几方面：在理解消化设计文件的基础上，提出合理的实施方案，如：加工、安装、调试、试验的方法与方案。将设计图纸中存在的问题及时反馈给设计部门，并说明自己的见解，以便进行设计变更。将设计构想向具体实施人员交底（2）工程师是解决工程/技术问题的钥匙在工程实施或企业生产过程中，工程师是解决技术问题的关键。工程师需要确认问题的产生原因、提出合理的解决方案、与设计人员进行沟通、组织现场处理、协调相关部门关系等，在工程/技术问题的解决过程中起着不可或缺的重要作用。（3）工程师是突发情况处理的抢险队长在工程实施或企业生产过程中，有时会遇到一些突发情况，如：产品质量问题、施工质量问题、环境污染问题、安全问题、甚至重大事故。在这种情况下，工程师要根据事先制订好的各种管理方案和事故应急预案，向主管部门提出可行的解决方案，并组织现场紧急处理。事实上，工程师是现场突发情况处理的直接责任人。（4）工程师是生产运行和工程实施的中流砥柱在企业生产过程中，工程师要随时掌握生产过程和设备的运行状态，及时提出工艺调整方案或设备维修计划，与主管部门和技术工人进行沟通，组织并参与现场处理，保证企业生产安全、稳定、长周期、满负荷和优化的运行。在工程实施过程中，工程师要主导编制预算、施工组织设计、工程实施、成本控制、施工质量监督、设备及人身事故防范、竣工交接的全过程，保证工程项目能够按照设计要求如期完成。可以认为，无论生产运行还是工程实施，最终结果都与工程师的工作能力和工作业绩密切相关，工程师是生产运行和工程实施的中流砥柱。1.2工程师的工作范围一般说来，工程师的所属行业、工作任务和工作环境有很大的不同，从而导致了其工作范围的差异。按照工作性质来分类，工程师大体可分为设计工程师、研发工程师、运行维护工程师和工程实施工程师4类。设计工程师在设计院中工作，主要承担新建工程项目或改造工程项目的设计工作；研发工程师在研发型企业工作，主要承担新产品、新工艺的研发工作；运行维护工程师在生产企业中工作，主要承担着保障生产正常运行的任务，日常维护工作居多，也可能涉及新建、扩建和改造工作。工程实施工程师在工程公司工作，主要承担着工程项目实施的任务。在一个新建工程的实施中，不仅需要设计工程师、工程实施工程师和运行维护工程师，还可能直接或间接涉及到研发工程师。在本课程中，我们主要围绕工程项目的实施与管理来进行探讨，故本节主要论及工程实施工程师和运行维护工程师（作为用户方参与工程项目时）的工作范围。在以后的讨论中，工程实施工程师和运行维护工程师分别简称为实施工程师和用户工程师。第2章组态软件的应用2.1概述2.1.1组态软件的基本概念人机界面（HumanMachineInteraction，简称HMI），又称用户界面或使用者界面，是计算机系统的重要组成部分，也是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介，它实现了信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。因此，凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面。人机界面由硬件和软件两部分组成，HMI硬件可以是专用的人机界面设备——包括处理器、显示单元、输入单元、通讯接口、数据存贮单元等的显示终端设备，也可以是工业PC机。HMI软件又包括两部分，即：驻留在HMI硬件中的运行软件和驻留在PC机Windows操作系统下的画面开发软件，当HMI硬件采用工业PC机时，两者都驻留在PC机中。PLC的人机界面一般是图形化的人机界面，它帮助操作人员以形象、直观、方便、可靠的方式实现过程操作，如：启/停泵、阀的开/闭、控制方式的切换等。组态软件特指数据采集与过程控制专用的人机界面开发软件和运行平台，它通过灵活的组态方式，为用户提供了快速构建工业自动控制系统监控功能的有效工具。组态软件在国内是一个约定俗成的概念，并没有明确的定义，它可以理解为“组态式监控软件”。“组态（Configure）”的含义是“配置”、“设定”、“设置”等，是指可以通过类似“搭积木”的方式来实现所需要的软件功能，而不需要大量编写计算机程序。有时，组态的过程也称为“二次开发”，组态软件也就称为“二次开发平台”。从功能和软件授权的角度看，组态软件分为开发版和运行版两种。前者只能工作在编辑状态，用于人机界面的开发，不能直接用作监控界面；后者只能工作在运行状态，用作监控界面，不能用于人机界面的开发。因此，组态软件的开发版和运行版有不同的授权，而且不同的组态软件有不同的授权组合与方式。组态软件主要特点：具有丰富的I/O驱动，可支持各种主流工控设备和标准通信协议。面向工业控制的人机界面开发平台，可以实现动态图形显示、过程数据处理、现场设备控制、实时与历史趋势曲线、报警与事件记录、运行报表等功能。便捷的开发方式，主要通过组态来定义各种人机界面功能。组态软件主要特点：丰富的画面表现手段和控件图库。提供内置编程手段，可实现复杂控制功能，并支持VB、甚至C#等高级语言。版本升级的兼容性好，可以保护用户原有的应用程序。2.1.2组态王软件简介组态王（kingview）是亚控科技发展有限公司推出的、运行于Windows平台的全中文界面组态软件，它采用了多线程、COM组件等技术，实现了实时多任务，运行稳定可靠。主要功能特性：可视化操作界面，真彩显示图形、支持渐进色、丰富的图库、动画连接；全面的脚本与图形动画功能；可以对画面中的一部分进行保存，以便以后进行分析或打印；主要功能特性：变量导入导出功能，变量可以导出到Excel表格中，以方便对变量名称等属性进行修改，然后再导入新工程中，实现了变量的二次利用，节省了开发时间；强大的分布式报警、事件处理，支持实时、历史数据的分布式保存；强大的脚本语言处理，能够帮助实现复杂的逻辑操作和与决策处理；主要功能特性：全新的WebServer架构，全面支持画面发布、实时数据发布、历史数据发布以及数据库数据的发布；方便的配方处理功能；丰富的设备支持库，支持常见的PLC设备、智能仪表、智能模块；提供硬加密及软授权两种授权方式。组态王软件主要由两部分组成：工程浏览器（TouchExplorer）——组态王的开发环境，用于画面应用程序的开发；运行系统（TouchVew）——组态王运行环境，用于画面应用程序的运行。TouchExplorer和TouchVew是各自独立的Windows应用程序，两者既可单独使用，又相互依存，在工程浏览器中设计开发的画面应用程序必须在运行系统的环境下才能运行。2.2组态王应用入门2.2.1安装组态王系统要求：CPU：P41G以上或相当型号内存：最少128MB，推荐256MB，使用WEB功能或2000点以上推荐512M；显示器：VGA、SVGA或支持桌面操作系统的任何图形适配器，要求最少显示256色；系统要求：鼠标：任何PC兼容鼠标通讯：RS-232C并行口或USB口：用于接入组态王加密锁操作系统：Win2000（sp4）/WinXP（sp2）简体中文版。安装完“组态王”之后，在系统“开始”菜单“程序”中生成名称为“组态王6.5X”的程序组。该程序组中包括三个文件夹和四个文件的快捷方式。组态王程序组的结构如下：组态王6.5X目录——包括工具和组态王文档两个子目录工程管理器程序（ProjManager）快捷方式——用于新建工程、工程管理等；组态王程序组的结构如下：工程浏览器（TouchExplorer）快捷方式——通过缺省指定的工程调用组态王开发系统；信息窗口（KingMess）快捷方式——调用组态王信息窗口程序；运行系统（TouchVew）快捷方式——调用组态王运行系统程序。2.2.2使用组态王进行人机界面开发的基本步骤建立组态王工程的一般过程是：设计图形界面（定义画面）定义设备构造数据库（定义变量）建立动画连接运行和调试需要说明的是，上述五个步骤并不是完全独立的，事实上，这几个部分常常是交错进行的。在用组态王画面开发系统编制工程时，要依照此过程考虑三个方面：图形——用抽象的图形来模拟实际的工业现场和相应的工控设备。数据——创建一个具体的数据库，此数据库中的变量反映了工控对象的各种属性，比如温度，压力等。连接——通过画面上的图形元素来动态模拟现场设备的运行，并使操作者以直观的方式输出控制设备的指令。2.3组态王的开发与应用环境2.3.1工程管理器工程管理器可以实现对组态王不同版本工程的集中管理，为用户在工程开发、工程备份、数据词典管理等诸方面提供方便。工程管理器的主要功能包括：新建工程、删除工程，搜索指定路径下的所有组态王工程，修改工程属性，工程的备份、恢复，数据词典的导入导出，切换到组态王开发或运行环境等。工程管理器界面从上至下大致分为三个部分：菜单条、工具栏工程信息显示区状态栏2.3.2工程浏览器工程浏览器是组态王的一个重要组成部分，它将图形画面、命令语言、设备驱动程序、配方、报警、网络等工程元素集中管理，工程人员可以一目了然地查看工程的各个组成部分。组态王开发系统内嵌于组态王工程浏览器，故又称为画面开发系统，它是应用程序的集成开发环境，工程人员在这个环境里进行系统开发。（一）工程目录工程浏览器左侧是“工程目录显示区”，用于展示工程的各个组成部分，主要包括“系统”，“变量”，“站点”和“画面”四个部分，这四部分的切换是通过工程浏览器最左侧的Tab标签来实现的。（1）系统系统部分共有Web、文件、数据库、设备、系统配置和SQL访问管理器等六大项。Web——组态王ForInter