（模式识别与智能系统专业论文）基于vc的组态软件总体框架的研究与开发.pdf

基于v c 的组态软件总体框架的研究与开发 摘要 随着工业自动化水平的迅速提高，计算机在工业领域广泛应用，种类繁多 的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用，人们对工业自动化的要求越来 越高，使得传统的工业控制软件已无法满足用户的各种需求。传统的工业控制 软件是由用户通过手工或委托第三方编写h m i 应用，效率低，可靠性差，开发 时间长，而且由于控制对象单一，导致软件重复使用率低。当控制对象发生变 化时，不得不通过修改源程序来满足新的应用要求，不仅使开发周期变得更长， 也使维护费用增加。 通用工业自动化组态软件的出现为解决上述实际工程问题提供了一种崭新 的方法，因为它能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题，并且用户 能根据自己的控制对象和控制目的的任意组态，完成最终的自动化控制工程。 组态软件的设计和实现是一个十分庞杂的工程，在本论文中，首先详细的 介绍了工业组态软件的产生、发展过程，以及它们在国内外市场上的发展状况。 其次从硬件和软件两个方面讨论了工业控制组态软件的整体构架情况，重点介 绍了工业控制组态软件的图形界面系统，并给出了一种实时数据库和通信系统 的设计方法，同时给出了用v c + + 6 o 语言作为开发工具完成设计的部分程序源 代码。 关键词：组态软件，面向对象技术，m f c ，图形界面系统 内蒙古大学硕上学位论文 t h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fw h o l ef r a m eo f c o n f i g u r a t i o ns o f t w a r eu s l n gv c a b s t r a c t w i t ht h ei n d u s t r i a la u t o m a t i o ns p e e d i l yd e v e l o p e d ，c o m p u t e r sa r ew i d e l yu s e di n i n d u s t r y , m a n yk i n d so fc o n t r o le q u i p m e n ta n dp r o c e d u r em o n i t o rd e v i c ea r eu s e di n i n d u s t r y , p e o p l ea r er e q u i r i n gm o r ea n dm o r et oi n d u s t r i a la u t o m a t i o n ，w h i c hm a d e t h ec o n v e n t i o n a li n d u s t r i a lc o n t r o ls o f tc a n ts a t i s f ya l lk i n d so fr e q u i r e m e n to ft h e u s e r s u s u a l l y t r a d i t i o n a li n d u s t r i a lm o n i t o rs o f t w a r ei sh u m a nm a c h i n e i n t e r f a c e ( h m i ) p r o g r a m m e db yu s e r so rt h et h i r dp a r t y , a n dt h ed e f e c t sa r el o w e f f i c i e n c y , l a c k i n go fc r e d i b i l i t ya n dl o n gt i m et oe x p l o i t ，a n d t h ee f f i c i e n c yo f r e p e a t e du t i l i z a t i o ni sl o wf o rt h es i n g u l a r i t yo ft h ec o n t r o lo b j e c t w h e nt h ec o n t r o l o b j e c tc h a n g e s ，w eh a v et os a t i s f yn e wd e m a n d sb ym o d i f y i n gt h es o u r c ec o d e s i t n o to n l yd e l a y sd e v e l o p m e n tp e r i o db u ta l s oi n c r e a s e sm a i n t e n a n c ec h a r g e t h ea p p e a r a n c eo ft h e g e n e r a l i n d u s t r i a la u t o m a t i o nc o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e r e s o l v e sa l lt h ep r o b l e m sr e f e r r e db e f o r e b e c a u s et h ep r o b l e m si nt h et r a d i t i o n a l i n d u s t r i a lm o n i t o rs o f t w a r ec a nb ef i x e du pb yi t ，a n du s e r sc a nf r e e l yc o n f i g u r a t et h e s o t h a r ea c c o r d i n gt h ec o n t r o lo b j e c ta n dc o n t r o la i mt oc o m p l e t et h ea u t o m a t i o n 内蒙古大学硕- ：学位论文 c o n t r o lp r o je c t t h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fc o n f i g u r a t i o ns o f t w a r ef o ri n d u s t r i a lc o n t r o l l p l e xe n g g i nt h i st h e s i ：f i r s tt h e n d u s t r i a d i s t r i b u t e dcontroysteis ac o m o l e xe n g i n e e r i n g i st n e s l st l r s tt h ei n d u s t r l a ll s t n b u t ec 0 n t r o ls y s t e m ， i nd e t a i li si n t r o d u c e d ，a n dt h e nt h ea p p e a r a n c ea n dt h ed e v e l o p m e n tp r o c e s so ft h e c o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e a r e i n t r o d u c e d ，a n da l s ot h e i rd e v e l o p m e n tc o n d i t i o ni n d o m e s t i ca n di n t e m a t i o n a lm a r k e ta r ei n t r o d u c e d n e x tt h ew h o l ef r a m eo ft h e i n d u s t r i a lc o n t r o lc o n f i g u r a t i o ns o f t w a r ei sd e s c r i b e d ，a n dt h eg r a p h i ci n t e r f a c e s y s t e m o ft h es o f t w a r ei ss t r e s s e d ，t h e nak i n do fr e a l t i m ed a t a b a s ea n d c o m m u n i c a t i o ns y s t e md e s i g n i n gm e t h o di sp r o v i d e d ，a n da l s op a r ts o u r c ec o d e b a s e do nv c + + 6 0i sp r o v i d e d k e y w o r d s ：c o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e ，o b j e c to r i e n t e dt e c h n i q u e ，m f c ，g r a p h i c i n t e r f a c es y s t e m i i i 原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下进行的研究j f 作及取得的研究成 果。除本文已经注明引用的内容外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含为获得凼苤直太堂及其他教育机构的学位或证书而使川过的材料。与我一同工作的同 志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 日 在学期间研究成果使用承诺书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使川学位论文的规定，即：内蒙古大学有权 将学位论文的全部内容或部分保留并向国家有关机构、部门送交学位论文的复印件和磁盘， 允许编入有关数据库进行检索，也可以采用影印、缩印或其他复制手段保存、汇编学位论文。 为保护学院和导师的知识产权，作者在学期间取得的研究成果属于内蒙古人学。作者今后 使用涉及在学期间主要研究内容或研究成果，须征得内蒙古大学就读期间导师的同意；若用 于发表论文，版权单位必须署名为内蒙古大学方可投稿或公开发表。 学位论文作者签名： 日 指导教师签名： 内蒙古人学硕二卜学位论文 第一章引言 组态一词最早来源于英文c o n f i g u r a t i o n ，含义是使用软件工具对计算机及软件的各种资源 进行配置，达到使计算机或软件能够按照预先的设置自动执行特定的任务，满足使用者要求 的目的。它是伴随着d c s ( d i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m ，集散控制系统) 的出现才开始被广大的 生产过程自动化技术人员所熟知的。组态软件，又称监控组态软件，译自英文s c a d a ，即 s u p e r v i s i o nc o n t r o la n dd a t a a c q u i s i t i o n ( 数据采集与监视控制) ，组态软件的应用领域很广，它 可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等 诸多领域【4 】。 组念软件能够支持各种工控设备和常见的通信协议，并且通常可以提供分布式数据管理 和网络功能。它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 方式提供良好的用户开发界面和简洁的使用方法，其预设置的各种软件模块可以非常容易的 实现和完成监控层的各项功能。随着技术的发展，监控组态软件将会不断被赋予新的内容【5 j 。 1 1 组态软件产生的背景 在2 0 世纪6 0 年代虽然计算机开始涉足工业过程控制，但由于计算机技术人员缺乏工厂 仪表和工业过程的知识，导致计算机工业过程系统在各行业的推广速度比较缓慢。7 0 年代初 期，微处理器的出现促进了计算机控制走向成熟。首先，微处理器在提高计算能力的基础上， 大大降低了计算机的硬件成本，缩小了计算机的体积，很多从事控制仪表和原来一直就从事 工业控制计算机的公司先后推出了新型控制系统。这一历史时期较有代表性的就是1 9 7 5 年美 国h o n e y w e l l 公司推出的世界上第一套d c st d c 2 0 0 0 。而随后的2 0 年间，d c s 及其计算机 控制技术日趋成熟，得到了广泛应用，此时的d c s 已具有较丰富的软件。 这一阶段虽然d c s 技术和市场发展迅速，但软件仍是专用和封闭的，除了在功能上不断 加强外，软件成本一直居高不下，造成d c s 在中小型项目上的单位成本过高，使一些中小型 应用项目不得不放弃使用d c s 。8 0 年代中后期，随着个人计算机的普及和开放系统概念的推 广，基于个人计算机的监控系统开始进入市场，并发展壮大。组态软件作为p c ( p e r s o n a l c o m p u t e r ，个人计算机) 监控系统的重要组成部分，比p c 监控的硬件系统具有更为广阔的发 展空间。这是因为，第一，很多d c s 和p l c ( p r o g r a m m a b l et d g i ec o n t r o l l e r ，可编程控制器) 内蒙古大学硕l 学位论文 厂家主动公开通信协议，加入p c 监控的阵营。目前，几乎所有的p l c 和一半以上的d c s 都 使用p c 作为操作站。第二，由于p c 监控大大降低了系统成本，使得市场空间得以扩大，从 无人值守的远程监视、数据采集与计量、数据分析到过程控制，几乎无处不用。第三，各类 智能仪表、调节器和基于个人电脑的设备可与组念软件构筑完整的低成本自动化系统，具有 广阔的市场空间。第四，各类嵌入式系统和现场总线的异军突起，把组态软件推到了自动化 系统主力军的位置，组态软件越来越成为工业自动化系统中的灵魂。 组态软件之所以同时得到用户的拥护和d c s 厂商的认可，主要有以下三个方面原因。 1 ) 个人计算机操作系统同趋稳定可靠，实时处理能力增强且价格便宜。 2 ) 个人计算机的软件及开发工具丰富，使组态软件的功能强大，开发周期相应缩短， 软件升级和维护也比较方便。 3 ) 可重用的第三方组件功能强大，集成方型6 】【8 】。 1 2 组态软件的国内外现状 监控组态软件在全球得到了蓬勃发展，目前世界上的组念软件有几十种之多。伴随着信 息化社会的到来，监控组态软件在社会信息化进程中将扮演越来越重要的角色，每年市场的 增幅都有较大的提高，未来的发展前景十分看好。 1 2 1 国外组态软件 l 、i n t o u c h ：是全球工业自动化软件的领先供应商。w o n d e r w a r e 的i n t o u c h 软件是最早 进入我国的组态软件。早期的i n t o u c h 软件采用d d e 方式与驱动程序通信，性能较差，最新 的i n t o u c h 7 0 版已经完全基于3 2 位的w i n d o w s 平台，并且提供了o p c 支持。 2 、i f i x ：i n t e l l u t i o n 将自己最新的产品系列命名为i f i x ，在i f i x 中，i n t e l l u t i o n 提供了 强大的组态功能。i n t e l l u t i o n 也是o p c ( o l ef o rp r o c e s sc o n t r 0 1 ) 组织的发起成员之一。i f i x 的o p c 组件和驱动程序需要单独购买。 3 、c i t e c h ：悉雅特集团( c i t e c t ) 是世界领先的提供工业自动化系统、设施自动化系统、 实时智能信息的独立供应商。c i t e c h 也是较早进入中国市场的产品，c i t e c h 具有简洁的操作 方式。 4 、w i n c c ：s i m e n s 的w i n c c 是一套完备的组态开发环境，s i m e n s 提供类c 语言的脚 本，包括一个调试环境。w i n c c 内嵌o p c 支持，并可对分布式系统进行组态。 内蒙古人学硕：l ：学位论文 1 2 2 国内组态软件 1 、世纪星组态软件：拥有超级图形制作功能，被广泛用作绘图工具软件，世纪星组态软 件提供个性化界面设置功能，用户可以设置自己的组念丌发界面。 2 、三维力控：北京三维力控科技有限公司是专业从事监控组态软件研发与服务的高新技 术企业，核心软件产品初创于1 9 9 2 年，公司以自主创新为动力，逐渐奠定了在国内市场的领 先地位。 3 、紫会桥：紫会桥软件技术有限公司是由中石油大庆石化总厂出资成立的专门从事计算 机软件产品开发的高新技术企业，是中国石油天然气集团的软件开发基地。公司专注于自主 知识产权软件产品“实时数据库系统”和“监控组态软件”的开发与推广工作。 4 、组态王：正式成立于1 9 9 7 年，公司着眼自动化软件领域的尖端技术，基于工业网络 平台，为用户提供专业化应用解决方案和自动化软件产品和服务。作为s c a d a 软件的中国 缔造者，其创始人早在1 9 9 3 年就开始研发组态王产品，并迅速应用到了国内用户的系统中。 1 3 研究的内容和意义 目前，国内企业普遍开始利用计算机进行工业自动化生产的技术改造以提高产量和生产 效率，增强企业运行的安全系数。通过微机对现场的生产情况进行监视控制，可以达到减轻 工作量，提高劳动生产率的目的，这己经成为企业界管理人员和自动化领域技术人员的共识。 组态软件将会在工业控制领域发挥越来越重要的作用。 笔者所在的实验室是与北京和利时公司共建的实验室，主要承担本科生的工业过程控制 实验。目前实验室的控制系统的下位机采用西门子公司的p l c ，而上位机则采用北京亚控科 技的组态王软件。组态王是一款功能非常强大的监控组态软件，但是在做实验时，我们只是 用到了其中的很小的一部分功能，造成了极大地浪费，同时对于本科生而言，想在一学期的 有限的时间罩完全掌握这款组态软件也有一定的难度。鉴于此，开发一套面向实验室工控系 统的、具有自身特色的、功能简单学习方便的单机版工控组态软件，将具有非常深远的意义。 本论文的主要工作是研究国内外知名的组态软件的功能与设计思路，并对组态软件设计中的 一些关键技术进行探索，并给出部分解决方法。 本课题主要研究内容包括以下几个方面： l 、分析组态软件的产生背景，国内外发展现状，提出了设计并开发一套组态软件的现实 意义。 内蒙古人学硕十学位论文 2 、系统全面的研究组念软件的核心技术及实现方法，通过研究几个著名的组念软件产品， 并查阅了大量的有关监控组态软件的学术论文，确定各模块的设计方式，制定软件的整体框 架设计思路。 3 、图形界面开发系统的设计，利用v c + + 6 0 语言作为开发工具，采用面向对象的思想， 完成图形组态的设计，使监控界面比较形象直观。 4 、分析实时数据库系统的实现方法，实时数据库是组态软件设计的核心部分。 5 、深入分析了与第三方通信的原理，给出利用d d e 和o p c 技术进行数据连接的设计思 路。 自颦大学l 学位论女 第二章组态系统的总体框架 一个优秀的软件必须有一个好的系统结构，本章主要从两个部分来介绍整个组态系统的 总体结构框架：一是组惫系统的硬件结构；二是组态系统的软件结构，即组志软件结构 钮“】。 21 组态系统的硬件结构 组志系统的结构具有高开放性、高可靠性等特点。其硬件结构如图2 1 所示 _ t 厂一丌1 jji1 出鱼“世靴 打印n ；塞e i l 基 l： j i 亘m 线鼢 囤2 - 1 组态系统硬件结构圈 f i g2 - 1h a r d w a r e $ t l x l c i - eo f t h ec o n f i g u r a t i o ns y s t e m 从图2 - 1 中可咀看出，整个组态硬件系统是一个开放的网络拓扑结构。它可分为以下几 个部分， ( 1 ) 数据信息现场检测设备。组态系统主要通过这些现场远端测控设备获取现场数据，并 通过向这些监控设备发送控制命令来实现对整个系统的控制。 ( 2 ) 前置机。前置机一般选用工业控制计算机。一台前置机可装多块智能卡，每块卡具有 多路异步或同步串行通讯功能。它通过一种或多种通信方式高速轮询访问数据信息现场检测 设备，获取数据信息现场检测设备中的现场数据。通常的通信线路有：电力线多址数字载被 通信、光纤通信、电话线、双绞线、微波通信等。 内蒙古人学硕：f ：学位论文 ( 3 ) j j 艮务器。组态系统服务器一般选用高档p c 服务器，必须具有足够的磁盘空问和较高 的信息处理速度。服务器是整个系统的信息处理和存储中心。它从前置机获取系统的运行数 据信息，并将信息保存在本地的数据库中。它响应客户机的数据信息请求，根据客户机的请 求对原始现场数据做必要的运算加工处理，将结果送回给相应的客户机。 ( 4 ) i 作站( 客户机) 。工作站一般为高档p c 机或图形工作站。它通过网络同服务器相连接， 接收服务器端数据，并根据用户操作向服务器发送命令。在它上面运行的主要是组念软件的 客户端程序，如组态图形界面、数据报表等程序。 ( 5 ) 打印机。主要提供数据信息报表打印功能。 另外，从图2 1 中还可以看出，这种网络拓扑结构的组态系统有两个比较特殊的特点： ( 1 ) 结构具有很大的伸缩性，系统的规模可根据工程的不同可大可小。就终端监控设备而 言，其数目上限由控制的时间技术指标确定。只要它的数目不大于这个上限值即可。就前置 机而言，它通过通信线路，可直接挂接终端监控设备，亦可挂接另一前置机，这样形成一个 分级的系统。就客户机而言，其客户数目只要在服务器的承载能力范围内即可。 ( 2 ) 双机热备的高可靠性。高可靠性是一般自动化系统的基本要求之一。组态系统通过两 级双机热备来提高系统的可靠性，如前置机和服务器都用两台。 2 2 组态系统的软件结构 一般组态软件是一个具有实时多任务、接口开放、使用灵活、功能多样、运行可靠的软 件系统。其中实时多任务是它最突出的特点。一个组态软件系统由若干个功能模块组成，模 块之间的通信以及模块与数据库之间的通信均通过共享内存数据库和o l ed b ( o b j e c tl i n k i n g a n de m b e d d i n gd a t a b a s e ) 完成。实时数据库是组态系统的核心，实现机器内各应用程序的实时 数据交换，通过网络通信程序将实时数据扩展到整个网络【9 】【l 。其结构如图2 2 所示： 内蒙古人学硕一i ：学位论文 图2 - 2 组态系统软件结构图 f i g 2 2s o f t w a r es t r u c t u r eo ft h ec o n f i g u r a t i o ns y s t e m 下面通过对结构划分、数据处理流程和组态软件的特点的具体分析来阐明组态软件的具 体构成及其相应的功能。 2 2 1 组态软件的结构划分 1 以使用软件的工作阶段来划分，从总体上讲，组态软件是由系统开发环境和系统运行 环境两大部分构成【5 】。 ( 1 ) 系统开发环境。它是自动化工程设计师为实施其控制方案，在组态软件的支持下进行 应用程序的系统生成工作所必须依赖的工作环境。通过建立一系列用户数据文件，生成最终 的图形目标系统，供系统运行环境运行时使用。 ( 2 ) 系统运行环境。在系统运行环境下，目标应用程序被载入计算机内存并投入实时运行。 系统运行环境根据工程画面上图元的动画连接实时更新图形画面，将现场工程运行状况以组 态图形的方式显示出来。 自动化工程设计师首先利用系统的开发环境，通过一定工作量的系统组态和调试，生成 目标应用程序，并最终将目标程序在系统运行环境中投入实时运行，完成一个工程项目。 2 按照成员构成划分 组态软件因为其功能强大，而每个功能模块相对来说又具有一定的独立性，因此其组成 形式是一个集成软件平台，由若干程序组件构成。通常的典型组件有以下几部分组成： ( 1 ) 应用程序管理器。应用程序管理器是提供应用程序的搜索、备份、压缩、解压缩、建 塑茎查查兰堡：兰堂垡堡塞 立新应用等功能的专用管理工具。在自动化工程设计师应用组态软件进行工程设计时，经常 会遇到下面一些烦恼：经常要进行组态数据的备份；经常需要引用以往成功项目中的部分组 态成果；经常需要了解计算机中保存了哪些应用项目。虽然这些工作可以用手工方式实现， 但效率低下，极易出错。有了应用程序管理器的支持，这些工作将变得非常简单。 ( 2 ) 图形界面开发运行程序。它是一个进行图形系统生成工作所依赖的开发环境。通过建 立一系列用户数据文件，生成最终的图形目标应用系统。生成的图形目标应用系统可在图形 运行环境中运行。 在图形界面上还具备报警通知及确认、报表组态及打印、历史数据查询与显示等功能。 各种报警、报表、趋势都是动画连接的对象，其数据源都可以通过组态来制定。这样每个画 面的内容就可以根据实际情况由工程技术人员灵活设计，每幅画面中的对象数量均不受限制。 ( 3 ) 实时数据库系统组态运行程序。有的组态软件只在图形开发环境中增加了简单的数据 管理功能，因此不具备完整的实时数据库系统。目前，比较先进的组态软件都有独立的实时 数据库组件，以提高系统的实时性，增强处理能力。实时数据库系统组态程序是建立实时数 据库的组态工具，可以定义实时数据库结构、数据来源、数据连接、数据类型及相关的各种 参数，生成目标实时数据库。生成的实时数据库在运行环境中运行。 实时数据库是非常重要的一个组件。因为p c 的处理能力强大，因此，实时数据库更加 充分地表现出了组态软件的长处。实时数据库可以存储每个工艺点的多年数据，用户既可以 浏览企业当前的生产情况，又可以回顾过去的生产情况，可以说，实时数据库对于企业来说 就如同飞机上的“黑匣子”，企业的历史数据是很有价值的，实时数据库具备数据档案管理功 能。 ( 4 ) i o 驱动程序。它是组态软件中必不可少的组成部分，用于和i o 设备通信，互相交换 数据。d d e 和o p c 是两个通用的标准i o 驱动程序，用来支持d d e 标准和o p c 标准的i o 设备通信。多数组态软件的d d e 驱动程序被整合在实时数据库系统或图形系统中，而多数 o p c 则单独存在。 2 2 2 组态软件的数据处理流程 组态软件通过i o 驱动程序从现场i o 设备获得实时数据，对数据进行必要的加工后， 一方面以图形方式直观地显示在计算机屏幕上；另一方面按照组态要求和操作人员的指令将 控制数据传给i o 设备，对执行机构实施控制或调整控制参数n 1 。 对要求存储的采集量存储历史数据，对历史数据检索请示给予响应，当发生报警时及时 内蒙古大学硕士学位论文 将报警以声音、图像的方式通知给操作人员，并记录报警的历史信息，以备检索。图2 3 直 观地表示出了组态软件的数据处理流程。 图形界面系统 实时数据库系统 报警通知 鏊萄库冗余 、 赫与 一 j ，1p 、 = | n 1 y d 实鬻库蒿 罄 画面显示 霾 与 j e j 芒 处理 第三方 ，弟燃崔j 予按口 控序接口 z- 一 i os e r v e r 多设备i 驱0 动 i o 设备 通信程序组件 多 现场设备 图2 - 3 组态软件的数据处理流程 f i g 2 - 3d a t ap r o c e s s i n go ft h ec o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e 监控实时数据库是组态软件的核心和引擎。历史数据的存储与检索、报警处理与存储、 数据的运算处理、数据库冗余控制、i o 数据连接都是由监控实时数据库系统完成的。图形界 面系统、i o 驱动程序等组件以监控实时数据库为核心，通过高效的内部协议相互通信，共享 数据。 2 2 3 组态软件的特点 组态软件最突出的特点是实时多任务4 】【6 】。例如，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、实时数据的存储、检索管理、实时通信等多个任务要在同一台计 算机上同时运行等。 内蒙古大学坝f ：学位论文 组念软件的使用者是自动化工程设计人员，使用组态软件的主要目的是使使用者在生成 适合自己需要的应用系统时不需要修改软件程序的源代码，因此，在设计组态软件时应充分 了解自动化工程设计人员的基本需求，并加以总结提炼，重点集中解决共性问题。下面是组 态软件主要需解决的问题： 1 ) 如何与采集、控制设备间进行数据交换。 2 ) 使来自设备的数据与计算机图形画面上的各元素关联起来。 3 ) 处理数据报警及系统报警。 4 ) 存储历史数据并支持历史数据的查询。 5 ) 各类报表的生成和打印输出。 6 ) 为使用者提供灵活、多变的组态工具，以适应不同应用领域的需求。 7 ) 最终生成的应用系统运行稳定、可靠。 8 ) 具有与第三方程序的接口，方便数据共享。 自动化工程设计技术人员在使用组态软件时只需填写一些事先设计的表格，再利用图形 功能把被控对象形象地画出来，通过内部数据连接把被控对象的属性与f o 设备的实时数据 进行逻辑连接。当由组态软件生成的应用系统投入运行后，与被控对象相连的f o 设备的数 据发生变化，会直接带动被控对象的属性变化。若要对应用系统进行修改，也十分方便，这 就是组态软件的方便性。 2 3 组态软件的性能 1 实时多任务 实时性是指工业控制计算机系统应该具有的能够在限定的时间内对外来事件做出反应的 特性。在具体地确定这罩所说的限定时间时，主要考虑两个因素：其一，工业生产过程出现 的事件能够保持多长时间；其二，该事件要求计算机在多长的时间内必须做出反应，否则， 将对生产过程造成影响甚至造成损害。可见，实时性是相对的。工业控制计算机及监控组态 软件具有时间驱动能力和事件驱动能力，即在按一定的周期时间对所有事件进行巡检扫描的 同时，可以随时响应事件的中断请求h 3 。 实时性一般都要求计算机具有多任务处理能力，以便将测控任务分解成若干并行执行的 多个任务，加速程序执行速度。 可以把那些变化并不显著，即使不立即作出反应也不至于造成影响或损害的事件，作为 顺序执行的任务，按照一定的巡检周期有规律地执行，而把那些保持时间很短且需要计算机 堕鍪查- 大兰堡! ：堂篁堡苎 立即做出反应的事件，作为中断请求源或事件触发信号，为其专门编写程序，以便在该类事 件一旦出现时计算机能够立即响应。如果由于测控范围庞大，变量繁多，这样分配仍然不能 保证所要求的实时性，则表明计算机的资源已经不够使用，只能对结构进行重新设计，或者 提高计算机的档次。 2 高可靠性 在计算机、数据采集控制设备正常工作的情况下，如果供电系统正常，当监控软件的目 标应用系统所占的系统资源不超负荷时，则要求软件系统稳定可靠地运行。如果对系统的可 靠性要求得更高，就要利用冗余技术构成双机乃至多机备用系统。冗余技术是利用冗余资源 来克服故障影响从而增加系统可靠性的技术，冗余资源是指在系统完成正常工作所需资源以 外的附加资源。说的通俗和直接一些，冗余技术就是用更多的经济投入和技术投入来获取系 统可能具有的更高的可靠性指标。 双机热备一般是指两台计算机同时运行相同功能的软件。可以指定一台机器为主机，另 外一台为从机，从机内容与主机内容实时同步，主机从机可以同时操作。从机实时监控主机 状态，一旦发现主机停止响应，便接管控制，从而提高系统的可靠性。 3 标准化 尽管目前尚没有一个明确的国际、国内标准用来规范组态软件，但国际电工委员会的 i e c 6 1 1 3 1 3 开放型国际编程标准在组态软件中起着越来越重要的作用。i e c 6 1 1 3 1 3 提供了用 于规范d c s 和p l c 中的控制用编程语言，规定了四种编程语言标准。此外o l e ( 对象连接 与嵌入) 、o p c ( 过程控制用的o l e ) 是微软公司的编程技术标准，目前也被广泛应用。t c p i p 是网络通信的标准协议，被广泛应用于现场测控设备之间及测控设备与操作站之间的通信。 内蒙古大学硕j j 学位论文 第三章图形界面系统的实现 工程师的所有操作画面，包括流程图画面都是在图形开发环境下制作、生成的，工程设 计人员使用最频繁的组态软件组件就是图形界面系统，它是组态平台的重要组成部分。图形 组态软件需要有良好的人机交互界面，操作时简便灵活、直观生动、显示画面丰富。基于这 些要求，选择了v c + + 开发环境【1 5 】。 3 1v is u a ic + + 6 0 文档视图应用程序简介 基于文档视图结构的应用程序包括s d i ( s i n g l ed o c u m e n ti n t e r f a c e ，单文档界面) 和 m d i ( m u l t i p l ed o c u m e n ti n t e r f a e e ，多文档界面) 。文档视图结构的基本概念是将实际需要的数 据本身同数据在用户面前表示的形式分离开，也就是通过从一个类( 文档类) 中获取数据，而 在另一个类( 视图类) 中向用户传递信息来实现，比如可以在文档中打开一个位图文件以取得 位图数据后，在视图窗口中将位图显示出来让用户看到由位图数据组成的图片。 文档视图的这一结构使得处理数据的代码和处理用户界面的代码分开，从而使得程序便 于维护和升级，文档和视图类之间的交互性也是更加有利于文档类和视图类的相互作用。当 文档的数据发生改变时，可以调用相应的视图重绘函数来实现视图的刷新操作，这就在视图 中体现出文档数据的改变；同样，在视图中改变了图像数据也是在文档中得以修改和保存。 将s d i m d i 应用程序的数据都定义在文档中，在文档中进行初始化以及数据保存，而在视图 中访问文档中的数据并将他们以视图的方式表示出来传递给用户。在视图中提供了一个指向 文档对象的指针，通过这个指针( m f c 框架通过在应用程序指定的视图中添加g e t d o c u m e n t ( ) 函数来返回) 在视图中就可以访问文档中的数据；而在文档中改变数据后要使视图中也产生相 应的变化，一般可以通过调用视图重绘函数来实现( 普通方法是调用u p d a t e a l l v i e w s ( ) j 函数) ， 也就是通常情况下的刷新视图操作，这样就通过视图的变化来反映出文档数据的变化【1 8 】【1 9 1 。 3 2 基于m f c 的g d i 编程简介 g d i ( g r a p h i c sd e v i c ei n t e r f a e e ，图像设备界面) 是以w i n d o w s 操作系统为基本的，在 w i n d o w s 环境中，应用程序不宜直接写到硬件，应用程序使用一个设备环境来代表物理设备 的逻辑环境，设备环境包含了关于当前选定的一种设备的画笔、画刷、字体和位图等信息。 g d i 为w i n d o w s 提供了所有基本的绘图函数，设备环境对设备进行了描述，提供了一个 内蒙古人学硕士学位论文 抽象层次，使应用程序不致将图形画到硬件中去，g d i 是通过调用相应的设备驱动程序来响 应w i n d o w s 的图形函数调用，从而实现了不直接将图形画到硬件中的特性。然而这些设备驱 动程序已经包含在w i n d o w s 之中，并且g d i 函数作为设备环境的方法已经直接放入m f c 设 备环境的类中。这使得不必编写底层的驱动程序而直接就可以利用m f c 的设备环境类来进行 g d i 的图像编程【2 。 m f c 提供了用于若干不同类型设备环境类，应用程序在将任何信息画到设备中去之前， 必须先明确索取一个设备环境。m f c 将w i n d o w s 提供的各种不同类型的设备环境封装在不同 的设备环境类中，在w i n d o w s 中进行的所有绘图操作都是在设备环境中进行的，并且所有的 绘图方法也封装在了一个d c 对象之中，而c d c 类是其它d c ( c p a i n t d c 、c c l i e n t d c 、 c w i n d o w d c 、c m e t a f i l e d c ) 类的基类，它用于定义各个设备环境对象，并且它还提供了在显 示器、打印机或窗口程序客户区域上画图的方法，这正是图形组态设计中所要利用的方法。 因此就可以利用v i s u a l c + + 6 0 的m f c 中提供的c d c 类来实现在设备环境中创建、绘制和使 用图形，并结合m d i 多文档框架来开发图形界面系统应用程序。 3 3 1 图形元素的分类 3 3