（检测技术与自动化装置专业论文）小区智能化系统组态软件设计.pdf

东北大学硕士学位论文摘要 小区智能化系统组态软件设计 摘要 随着智能小区的发展，现有的上位机监控软件已经不能满足多样化的小区环境的要 求，为了实现只需对不同的小区环境进行简单地配置和设置，而不需重新开发或修改上 位机程序，而能够实现监控的目的，我们开发了一款小区智能化系统组态软件。 本文介绍了开发小区智能化系统组态软件的过程，从零开始搭建各个功能。用户可 以使用这款小区智能化系统组态软件建立自己的工程，实现对智能小区设备的检测和控 制功能。每个工程从功能上主要分为编辑态和运行态。编辑态是允许用户根据自己的实 际情况进行编辑界面和参数设置的状态，在运行态中，组态软件本身根据用户在编辑态 的配置情况和从下位机实时读取的相关变量来判断是否有报警，如果有报警则以用户选 择的形式在画面上显示，并把报警信息存入历史报警信息记录。用户还可以把自己的工 程存入硬盘等存储介质上，在具有使用权限的情况下，可以使用现有的工程或者对现有 的工程进行修改，避免了重复工作。 本软件功能比较健全，可以说是一款比较完整的组态软件，涉及的知识点广，开发 工作量大，基本可以满足不太复杂的智能小区环境的组态要求，对参数进行实时监控。 有很强的实际应用价值，对其他组态软件的开发也具有很强的借鉴意义。 关键词：组态软件；智能小区；监控软件；报警 i i 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t t h ed e v e l o p m e n to f c o n f i g u r a t i o ns o f t w a r ef o rc o m m u n i t y i n t e l l i g e n ts y s t e r m a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ei n t e l l i g e n tc o m m u n i t y , t h ee x i s t i n gm o n i t o rp r o g r a mc a n n o tm e e tt h en e e do f v a r i e t yo ft h ei n t e l l i g e n tc o m m u n i t y se n v i r o n m e n t i fw ec a l ld e s i g na k i n do fs o f t w a r ew i t hw h i c hw ec a nm o n i t o rt h ec o m m u n i t yw i t h o u tr e d e v e l o p i n go r m o d i f y i n gt h es o f t w a r e ，w ec a ne c o n o m i z eal o to ft i m e t h em a i nj o bo ft h i sp a p e ri sr e a c h t h eg o a lw i t hc o n f i g u r es o f t w a r ef o ri n t e l l i g e n tc o m m u n i t y t h i sp a p e rm a i n l yd e a l sw i t ht h ep r o c e s so ft h ed e v e l o p m e n to ft h ec o n f i g u r es o f t w a r e f o ri n t e l l i g e n tc o m m u n i t y w e d e s i g ni ts t a r tf r o ms c r a t c h o u rs o f t w a r e su s e r sc a l ln e w t h e i r s p r o j e c t s ，a n dc o n s t r u c tt h e i eo w nc o n t r o ls y s t e m e a c hp r o j e c td i v i d e si n t oe d i t i n gs t a t u sa n d r u n n i n gs t a t u s e d i t i n gs t a t u si st h es t a t u sa l l o w su s e r st oe d i tt h ei n t e r p h a s ea n dc o n f i g u r a t e t h ep a r a m e t e r s a n dt h em u n i n gs t a t u si st h es t a t u so u rs o f t w a r ea c c o r d i n gt ou s e rs e t t i n g sa n d t h ed a t ar e a df r o mt h eb a s el a y e r st oj u d g ei ft h e r ea r ew a r n i n gm a s s a g e s i ft h e r ea r ew a r n i n g m a s s a g e s ，o u rs o f t w a r ec a ne x p r e s si tw i t ht h ef o r m st h eu s e r sc h o s ei na d v a n c e ，a n ds a v et h e d a t ai nh i s t o r yw a r n i n gm e s s a g e sa tt h es a m et i m e c e r t a i n l yt h eu s e r sa l s oc a ns a v et h e i r s p r o j e c t st om e m o r ys u c ha sh a r dd i s k a n dt h ep e o p l ew i t l lr i g h tc i p h e rc a nm o d i f yi t a n dt h i s c a na v o i dr e p e a t e dw o r k l o a d t h i ss o f t w a r ei si n t e g r a t e di nc o n f i g u r a t i o nw i t hm a n yu s e f u lf u n c t i o n s a n di ti n v o l v e d al o to fk n o w l e d g e i t sd e v e l o p m e n ti sat i m e - c o n s u m i n ga n dm u l t i f a r i o u sj o b s oi tm a i n l y c a nm e e tt h en e e d o fc o n f i g u r a t i n gan o tv e r yc o m p l e xc o m m u n i t y i tc a nm o n i t o rt h e p a r a m e t e r sr e a l - t i m e t h i ss o f t w a r eh a ss t r o n g l ya p p l i e dv a l u ea n du s e f o rr e f e r e n c et os i m i l a r t y p es o f t w a r e sd e v e l o p m e n t k e yw o r d s ：c o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e ；i n t e l l i g e n tc o m m u n i t y ；m o n i t o rs o f t w a r e ；a l a r m i n f o r m a t i o n i h 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论弟一早珀下匕 随着科技的迅猛发展和人们生活水平的不断提高，住宅小区智能化系统建设已经被 提升为住宅小区建设的一项重要内容。人们在满足基本生活需要的同时，更加要求安全 舒适的智能家居环境。小区智能化水平的高低，已经成为衡量楼盘价值的重要因素之一， 越发受到开发商和购买者的重视。这样一来，对设计师和系统集成商来说，搞好小区的 智能化系统设计已是势在必行【l j 。 在新形势下，智能小区相关系统的开发和研制工作具有了前所未有的广阔前景和良 好的市场氛围。种类繁多的智能小区安防传感器、监控设备、网络设备等等纷纷涌入小 区，成为小区的不可缺少的组成部分。为了对设备进行更好的管理，一般设备均带有量 身订做的上位机控制平台，通过自身软件实现对环境的检测和对设备的控制。然而，随 着楼宇智能化的产业化进程，软件的开发进程越发显现其劣势：每套设备的控制软件均 需要单独编写，一旦产品进行改动，则需要重新搭建和编译程序，需要大量的人力物力 和较长的开发周期。 目前，针对工业普遍控制任务，大量成熟的组态软件为工程设计人员提供了一种方 便快捷的方式，不需要编写复杂的程序代码，仅通过图形对象的拖动和建立控制对象的 数据结构，就可以象搭积木一样搭建一套高效、安全可靠的上位机控制软件。但是，在 小区智能化领域，却一直没有一套成熟的解决方案满足用户的需要。将通用工业组态软 件直接用于智能小区控制虽然也可以完成控制工作，但是，没有相对应的板卡和驱动程 序可用，同时，在工业组态软件中也缺少小区监控的专用组件，反而导致开发周期过长。 在这种条件下，开发一套智能小区专用的组态软件，为智能小区设计师们提供一种可靠 的、短周期的、可复用的楼宇智能化解决方案便成为一个具有广阔前景和巨大市场空间 的科研方向。 1 1 智能小区 1 1 1 小区智能化的定义 国家建设部住宅产业化办公室提出了关于住宅小区智能化的基本概念【2 】，即“住宅 小区智能化是利用4 c ( 即计算机、通讯与网络、自控、i c 卡) 技术，通过有效的传输 网络，将多元信息服务与管理、物业管理与安防、住宅智能化系统集成，为住宅小区的 服务与管理提供高技术的智能化手段，以期实现快捷高效的超值服务与管理，提供安全 东北大学硕士学位论文第一章绪论 舒适的家居环境”。 1 1 2 智能小区的现状及发展前景 智能小区的建设源于美国。由于社会和市场的需要，由美国总统宣布成立了“智能 化住宅技术合作联盟”，这是一个由联邦政府、住宅开发商、制造商、保险商、财政机 构等组成的组织，对住宅智能化技术、产品、应用系统等进行测试、规范，引导新技术 进行住宅设计和建造。目前，全球最大的智能化住宅群位于美国，其占地3 3 5 9 公顷， 约由8 0 0 0 栋小别墅组成，每栋别墅设置有1 6 个信息点，仅总的综合布线造价就达2 2 0 0 万美元。日本幕张也建有一个类似的高标准示范性住宅小区。在美国还建成了一个“无 现金小区”，在该小区中，实现了用电子货币取代现金，其功能涉及信用卡、网络结算、 电子交换等 3 j 。 美国、日本都已对住宅小区智能化系统制定了技术标准，并在此基础上进行智能化 住宅的建设。1 9 9 8 年底，位于美国硅谷中心地区的e c h e l o n 公司，在高科技业大亨 聚居的伍隆德市举行了一次名为“将互联网带入生活”的展示会，向媒体和硅谷企业界 人士介绍智能化网络控制技术及其发展趋势。在新加坡、欧洲和台湾等地区，也都有不 少应用智能化系统的住宅小区建成。应用于智能化居住小区的产品，在发达国家已形成 系列。美国、意大利、西班牙等国的产品，相当部分已通过了国际质量认证，在国际市 场上占据优势。智能化居住小区的基础是家庭综合布线系统，家庭综合布线系统的成熟 产品，在美国有朗讯公司、西蒙公司、奥地利公司、丽特公司等多家公司进行生产 4 1 。 我国的智能建筑始于9 0 年代，但却以惊人的速度蓬勃发展。我国从1 9 9 6 年开始住 宅小区的智能化从单一的安全防范和简单的计算机管理模式走向多元化、综合化和系统 化。今天智能化技术已成为住宅小区建设的必备技术小区智能化所用的4 c ( 计算机、 通讯与网络、自控、i c 卡) 技术已普遍得到应用。尤其是近两年来宽带的普及对住宅小 区智能系统实现的传输方式产生了突破性的影响。在宽带网络方面，我们跟国际上的差 距非常小，甚至超过了许多发达国家。目前，国内大中城市的住宅小区智能化综合水平 又开始了新的升级换代【5 】。 眼下，住宅智能化已成为当今楼盘开发的一个不容忽视的热点。但从楼宇资料及相 关介绍来看，大多数的智能住宅小区往往只笼统地概括为现代高速宽频网络、智能化物 业管理，对其服务功能、开通项目、利用价值都无具体内容介绍，甚至连售楼人员也说 不出所以然，解释不透彻，答复不满意。使消费者对智能化功能不是很了解，因而难以 2 东北大学硕士学位论文第一章绪论 获得广泛认同。我国于1 9 9 7 年制定的小康住宅电气设计( 标准) 导则( 讨论稿) 中 规定了小康住宅小区电气设计总体上应满足以下要求：高度的安全性；舒适的生活环境； 便利的通讯方式：综合的信息服务：家庭智能化系统。 1 2 组态软件 1 2 1 什么是组态 “组态”的概念是伴随着集散控制系统( d i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m ，d c s ) 的出现 才开始被广大的自动化技术人员所熟悉的【6 1 。 组态软件( 有时也称为监控组态软件或工控组态软件) 为自动化工程技术人员提供 了一种采用搭积木的方式制作现场控制过程和控制界面的工具。 2 0 世纪7 0 年代中期，随着微处理器的出现，诞生了第一代d c s 。到目前，d c s 和 其他控制设备在全球范围内得到了广泛应用。计算机控制系统的每次大发展和更新换 代，都是以微处理技术、超大规模集成电路技术、计算机网络技术和计算机软件技术大 发展为基础的。 由于每一套d c s 都是比较通用的控制系统，可以应用到很多的领域中，为了使用 户在不需要编写代码程序的情况下，便可生成适合自己的应用系统，每个d c s 厂商在 d c s 中都预装了系统软件和应用软件。而其中的应用软件，实际上就是组态软件，但一 直没有人给出明确的定义，只是将使用这种应用软件设计生成目标应用系统的过程称为 “组态( c o n f i g u r e ) ”l ”。 组态的概念最早来自英文c o n f i g u r a t i o n ，其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按照预先设置。自动执行特定任务，达到满足 使用者的要求的目的。组态软件是面向监控和数据采集( s u p e r v i s o r yc o n t r o la n dd a t a a e q u i s i f i o n 。s c a d a ) 的软件平台工具，具有丰富的设置项目，使用方式灵活，功能强 大。组态软件最早出现时，人机接口h m i ( h u m a nm a c h i n ei n t e r f a c e ) 或m m i ( m a n m a c h i n ei n t e r f a c e ) 是主要内涵，即主要解决人机图形界面问题。随着它的快速发展， 实时数据库、实时控制、s c a d a 、通信及联网、开发数据接口、对v o 设备的广泛支持 已经成为它的主要内容。随着技术的发展，组态软件将会不断地被赋予新的内容。 直到现在，大部分d c s 厂商的组态软件仍是专用的( 即与硬件相关的) ，不可相互 替代。 组态软件最突出的特点是实时多任务，其主要目地是使自动化工程设计师在生成遁 3 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 获得广泛认同。我国于1 9 9 7 年制定的小康住宅电气设计( 标准) 导则( 讨论稿) 巾 规定了小康住宅小区电气设计总体上应满足以下要求：高度的安全性；舒适的牛活环境： 便利的通讯方式：综合的信息服务；家庭智能化系统。 1 2 组态软件 1 2 1 什么是组态 “组奋”的概念是伴随着集散控制系统( d i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m , d c s ) 的出现 才开始被广大的自动化技术人员所熟悉的【6 1 。 组态软件( 有时也称为监控组态软件或工控组态软什) 为自动化工程技术人员提供 了一种采用搭积木的方式制作现场控制过程和控制界面的工具。 2 0 世纪7 0 年代中期，随着微处理器的出现，诞生了第一代d c s 。到目前，d c s 和 其他控制设备在全球范围内得到了广泛应用。计算机控制系统的每次大发展和更新换 代，都是以微处理技术、超大规模集成电路技术、计算机网络技术和计算机软件技术大 发展为基础的。 由于每一套d c s 都是比较通用的控制系统，可| 三i 应用到很多的领域中，为了使用 户在不需要编写代码程序的情况下，便可生成适合自己的应用系统，每个d c s 厂商在 d c s 中都预装了系统软件和应用软件。而其中的应用软件，实际上就是组态软件，但一 直没有人给出明确的定义，只是将使用这种应用软件设计生成目标应用系统的过程称为 “组态( c o n f i g u r e ) ” 7 1 。 组态的概念最早来自英文c o n f i g u r a t i o n ，其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按照预先设置，自动执行特定任务，达到满足 使用者的要求的目的。组态软件是面向监控和数据采集( s u p e r v i s o r yc o n t r o la n dd a t a a c q u i s i t i o n 。s c a d a ) 的软件平台工具，具有丰富的设置项目，使用方式灵活，功能强 大。组态软件最早出现时人机接口h m i ( h u m a nm a c h i n ei n t e r f a c e ) 或m m i ( m a n m a c h i n ei n t e r f a c e ) 是主要内涵，即主要解决人机图形界面问题。随着它的快速发展， 实时数据库、实时控制、s c a d a 、通信及联网、开发数据接口、对i 0 设备的广泛支持 已经成为它的主要内容。随着技术的发展，组态软件将会不断地被赋予新的内容。 直到现在，大部分d c s 厂商的组态软件仍是专用的( 即与硬件相关的) ，不可相互 替代。 组态软件晟突出的特点是实时多任务，其主要目地是使自动化工程设计师在生成适 组态软件晟突出的特点是实时多任务，其主要目地是使自动化工程设计师在生成适 一3 - 东北大学硕士学位论文第一章绪论 获得广泛认同。我国于1 9 9 7 年制定的小康住宅电气设计( 标准) 导则( 讨论稿) 中 规定了小康住宅小区电气设计总体上应满足以下要求：高度的安全性；舒适的生活环境； 便利的通讯方式：综合的信息服务：家庭智能化系统。 1 2 组态软件 1 2 1 什么是组态 “组态”的概念是伴随着集散控制系统( d i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m ，d c s ) 的出现 才开始被广大的自动化技术人员所熟悉的【6 1 。 组态软件( 有时也称为监控组态软件或工控组态软件) 为自动化工程技术人员提供 了一种采用搭积木的方式制作现场控制过程和控制界面的工具。 2 0 世纪7 0 年代中期，随着微处理器的出现，诞生了第一代d c s 。到目前，d c s 和 其他控制设备在全球范围内得到了广泛应用。计算机控制系统的每次大发展和更新换 代，都是以微处理技术、超大规模集成电路技术、计算机网络技术和计算机软件技术大 发展为基础的。 由于每一套d c s 都是比较通用的控制系统，可以应用到很多的领域中，为了使用 户在不需要编写代码程序的情况下，便可生成适合自己的应用系统，每个d c s 厂商在 d c s 中都预装了系统软件和应用软件。而其中的应用软件，实际上就是组态软件，但一 直没有人给出明确的定义，只是将使用这种应用软件设计生成目标应用系统的过程称为 “组态( c o n f i g u r e ) ”l ”。 组态的概念最早来自英文c o n f i g u r a t i o n ，其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按照预先设置。自动执行特定任务，达到满足 使用者的要求的目的。组态软件是面向监控和数据采集( s u p e r v i s o r yc o n t r o la n dd a t a a e q u i s i f i o n 。s c a d a ) 的软件平台工具，具有丰富的设置项目，使用方式灵活，功能强 大。组态软件最早出现时，人机接口h m i ( h u m a nm a c h i n ei n t e r f a c e ) 或m m i ( m a n m a c h i n ei n t e r f a c e ) 是主要内涵，即主要解决人机图形界面问题。随着它的快速发展， 实时数据库、实时控制、s c a d a 、通信及联网、开发数据接口、对v o 设备的广泛支持 已经成为它的主要内容。随着技术的发展，组态软件将会不断地被赋予新的内容。 直到现在，大部分d c s 厂商的组态软件仍是专用的( 即与硬件相关的) ，不可相互 替代。 组态软件最突出的特点是实时多任务，其主要目地是使自动化工程设计师在生成遁 3 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 合自己需要的应用系统时不需要修改软件程序的源代码。一个组态软件主要解决的问题 如下： ( 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 ) 存储历史数据及历史数据的查询； ( 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，可以适应不同应用领域的需求； ( 7 ) 最终生成的应用系统稳定可靠； ( 8 ) 具有与第三方应用程序的接口，方便数据共享。 1 2 2 组态软件的发展 监控组态软件是伴随着计算机技术的突飞猛进发展起来的。在2 0 世纪6 0 年代，计 算机开始涉足工业过程控制领域，但由于计算机技术人员缺乏工厂仪表和工业过程方面 得知识，导致计算机工业过程控制系统在各行业的推广速度比较缓慢。2 0 世纪7 0 年代 初期，微处理器的出现，促进了计算机控制技术走向成熟。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，很多研究、生产控制仪 表和工业控制计算机的公司先后推出了新型控制系统。这一时期较有代表性的产品是 1 9 7 5 年美国h o n e y w e l l 公司推出的世界第一套d c s ：t d c 2 0 0 0 。而随后的2 0 年里， d c s 及其计算机控制技术日趋成熟，得到了广泛的应用。此时的d c s 已具有较为丰富 的软件，包括计算机系统软件( 操作系统) 、组态软件、控制软件、操作站软件以及其 他辅助软件( 如通信软件) 等【8 】。 在这一阶段，虽然d c s 技术、市场发展迅速，但软件仍是专用和封闭的。除了功 能上的不断加强外，由于开发成本高，用户数量少，软件成本一直居高不下，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 。2 0 世纪8 0 年代中后期，随着个人计算机的普及，和开放系统( o p e ns y s t e m ) 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。组态软件作为个人计算机监控系统 的重要组成部分，比p c ( 个人计算机) 监控的硬件系统具有更为广阔的发展空间。第 一，很多d c s 和p l c 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，p c 监控大大降低了监控系 4 东北大学硕士学位论文第一章绪论 统的成本，使得市场空间得以扩大，从无人值守的远程监视( 如防盗报警、江河汛情监 视、环境监视、电信线路监视、交通管制与监控、矿井报警等) 、数据采集与计量( 如 居民水、电、气表的自动抄表、铁道信号采集与记录等) 、数据分析( 如汽车和机车自 动测试、机组和设备参数测试、医疗化验仪器设备实时数据采集、虚拟仪器、生产线产 品质量抽检等) 到过程控制，几乎无处不在。第三，各类智能仪表、调节器和p c - b a s e d 设备由于增加了公开协议的通信接口，可与组态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的灵魂。 从2 0 世纪8 0 年代末开始，由于个人计算机的普及，国内开始有人研究如何利用 p c 进行工业监控，同时开始出现基于p c 总线的a d 、d a 、计数器、d i o 等各类i o 板卡。应该说，国内组态软件的研究起步是不晚的。当时有人在m s d o s 的基础上用汇 编语言或c 语言编制带后台处理能力的组态软件，有实力的研究机构则在实时多任务操 作系统i r m x 8 6 上做文章，但均未形成有竞争力的产品。随着m s d o s 和i r m x 8 6 用 户数量的萎缩和微软公司w i n d o w s 操作系统的普及，基于p c 的组态软件才迎来了发展 机遇。世界上第一个把组态软件作为商品进行开发、销售的专业软件公司是美国的 w o n d e r w a r e 公司，它于2 0 世纪8 0 年代末率先推出第一个商品化的组态软件i n t o u c h 。 i n t e l l u t i o n 公司的f i x 软件在国内也有很大的市场。此后，组态软件在全球得到了蓬勃 发展。目前，世界上有影响的组态软件有十几种之多，总装机量有几十万套。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，每年的 市场增幅将会有较大的增长，未来的发展前景十分看好例。 在组态软件领域，目前主流的产品及其描述如下： ( 1 ) i n t o u c h ： 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。在8 0 年代末、9 0 年 代初，基于w i n d o w s 3 1 的i n t o u c h 软件曾让我们耳目一新，并且i n t o u e h 提供了丰 富的图库。但是，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 ) f i x ： i n t e l l u t i o n 公司以f i x 组态软件起家，1 9 9 5 年被爱默生收购，f i x 6 x 软件提供 工控人员熟悉的概念和操作界面，并提供完备的驱动程序( 需单独购买) 。i n t e l l u f i o n 将自己最新的产品系列命名为i f i ) ( ，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， 5 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 但新版本与以往的6 x 版本并不完全兼容。原有的s c r i p t 语言改为v b a ( v i s u a lb a s i c f o ra p p l i c a t i o n ) ，并且在内部集成了微软的v b a 开发环境。遗憾的是，i n t e l l u t i o n 并没有提供6 1 版脚本语言到v b a 的转换工具。在i f i x 中，i n t e l l u t i o n 的产品与 m i c r o s o f t 的操作系统、网络进行了紧密的集成。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 s c o n t r 0 1 ) 组织的发起成员之一。i f i x 的o p c 组件和驱动程序同样需要单独购买。 ( 3 ) c i t e c h ： c i t 公司的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， 但其操作方式更多的是面向程序员，而不是工控用户。c i t e c h 提供了类似于c 语言 的脚本语言进行二次开发，但与i f i x 不同的是，c i t e c h 的脚本语言并非是面向对象 的，而是类似于c 语言，这无疑为用户进行二次开发增加了难度。 ( 4 ) w i n c c ： s i m e n s 的w i n c c 也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 证c c 内嵌o p c 支持，并可对分布式系统进行组态。但w i n c c 的结构较复杂，用户最好经过s i m e n s 的培训以掌握、斩n c c 的应用。 ( 5 ) 组态王： 组态王是国内第一家较有影响的组态软件开发公司( 更早的品牌多数已经湮 灭) 。组态王提供了资源管理器式的操作主界面，并且提供了以汉字作为关键字的脚 本语言支持。组态王也提供多种硬件驱动程序。 ( 6 ) c o n t r o x ( 开物) ： 华富计算机公司的c o n t r o x 2 0 0 0 是全3 2 位的组态开发平台，为工控用户提供了 强大的实时曲线、历史曲线、报警、数据报表及报告功能。作为国内最早加入o p c 组织的软件开发商，c o n t r o x 内建o p c 支持，并提供数十种高性能驱动程序。提供 面向对象的脚本语言编译器，支持a c f i v e x 组件和插件的即插即用，并支持通过 o d b c 连接外部数据库。c o n t r o x 同时提供网络支持和w e v s e r v e r 功能。 ( 7 ) f o r c e c o n t r o l ( 力控) ： 大庆三维公司的f o r c e c o n t r o l ( 力控) 从时间概念上来说，力控也是国内较早 就已经出现的组态软件之一。其最大的特征之一就是其基于真正意义的分布式实时 数据库的三层结构，而且其实时数据库结构可为可组态的活结构。 另外，其他常见的组态软件还有g e 的c i m p l i c i t y ，r o c k w e l l 的r s v i e w ，n i 的 l o o k o u t ，p c s o f l 的w i z c o n 以及国内一些组态软件通态软件公司的m c g s ，也都各有 6 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 特色 1 0 1 。 1 2 3 组态软件的核心技术 1 2 3 1 基本结构 在工程应用中，组态软件一般是由系统开发环境和系统运行环境两大部分构成【“1 。 ( 1 ) 系统开发环境。 它是自动化工程设计师为实旄其控制方案，在组态软件的支持下进行应用 程序的系统生成所必需依赖的工作环境。通过建立一系列用户数据文件，生成 最终的图形目标应用系统，供系统运行环境时使用。系统开发环境由若干个组 态程序组成，如图形界面组态程序、实时数据库组态程序等。 ( 2 ) 系统运行环境。 在系统运行环境下，目标应用程序被装入计算机内存并投入实时运行。系 统运行环境由若干运行程序组成，如图形界面运行程序、实时数据库运行程序 等。 为了支持以上两个环境，一般通用的组态软件包括如下四个功能组件1 2 l ： ( 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、解压缩、建立新应用等功 能的专用管理工具。 ( 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。这个系统可以在图形运行环境中运 行。 构成现场各过程图形的画面被划分为三类简单对象和一些高级对象：其中， 简单对象包括：线、填充形状和文本。每个简单对象均具有影响其外观的属性， 如线条的颜色、宽度、线形、位置等等。这些属性可以是静态的，也可以是动 态的，根据现场实际数据进行相应的动画连接。而高级对象则包含一些高度抽 象的，具有一定功能的组件模块，如报表生成模块，报警模块、显示组件模块、 通用设备组件等等，它们大多具有自身的基本属性，可以支持快速配置，有利 于基本工作的快速生成。 ( 3 ) 实时数据库系统组态运行程序。 目前，比较先进的组态软件都具有独立的实时数据库组件，以提高系统的 7 东北大学硕士学位论文第一章绪论 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。生成的目标实时数据库可在实时数据库运行环境 中运行。 ( 4 ) “0 驱动程序。 它是组态软件中不可缺少的组成部分，用于和i o 设备通信，互相交换数 据。d d e 和o p cc l i e n t 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 标准中的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 cc l i e n t 则单独存在。 在实际组态软件开发中，我们可以分工协作开发相对独立的基本功能模块，最后形 成实用的组态软件。基本功能模块如下【”1 ： ( 1 ) i o 模块。i o 模块提供多种通信协议，如m o d b u s _ r t u 、m o d b u s _ p l u s 等， 可以方便地与世界上多家厂商的p l c 、d c s 和总线设备通信。 ( 2 )图形界面生成模块。图形界面生成模块提供多种工业设备图素，可以方便的 对各种流程画面底图进行编辑，可以编辑各种动态显示点，可以方便地连接 动态点与实时点或历史点。 ( 3 ) 报警模块。报警模块可以设置低低报警、低报警、高报警、高高报警等报警 点，提供报警数据与界面因素的动态连接，从而方便的实现界面动态报警、 语音报警，并提供报警记录表格。 ( 4 ) 数据库生成模块( 包括实时数据库和历史数据库) 。该模块可以编辑数据库记 录，打印数据库记录，对数据库记录进行转换和连接，生成实时趋势图和历 史趋势图，通过o d b c 方便地与第三方应用程序进行连接。 ( 5 ) 策略模块。策略模块提供多种逻辑运算模块、算术运算模块和控制模块，并 支持自定义模块封装，即用常用的程序开发语言( 如c 、c + + 或v b ) 开发 的自己的运算模块也可以嵌入到组态软件之中去。 ( 6 ) 数据存档与交换模块。该模块提供多种数据存档文件格式，如纯文本格式、 r t f 格式、d b a s e 文件等，同时提供如d d e 、o p c 等多种与第三方软件进行 通信的数据交换方式。 ( 7 ) 报表生成模块。该模块可对报表进行编辑，生成数据库点记录值。 ( 8 ) 网络配置模块。只需对节点间的通信协议进行必要配置，应用软件就可以基 8 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 于网络运行。节点间的数据交换对用户是透明的。 1 2 3 2 特点及在监控系统中的地位 组态技术是计算机控制技术的关键，应用组态技术可以开发出工业控制系统的实时 监控软件，从而保证控制系统的可靠性和控制质量。组态软件是开发工业控制系统监控 软件的开发工具，用户可以利用组态软件，根据构建控制策略生成所需要的工业控制系 统的实时监控软件。 在实时工业控制系统中，高质量的硬件体系固然十分重要，但控制系统中的控制任 务的实现最终还是要靠程序的执行来完成。许多工业控制软件的功能十分类似，但由于 控制系统本身的差异，软件的控制界面和控制算法常常靠软件人员通过编程从底层实 现。这样开发的软件通常不具备通用性和可扩展性，而且工作量大，开发周期长，可靠 性不好。为了解决这些问题并适应工业控制的实际需要，通用组态软件应运而生。组态 软件是一种监控平台软件，在它基础上开发的控制软件可以适用于一大类被控对象。对 于不同的对象只需改变底层驱动即可。用组态软件实现用于工业控制的系统软件，不仅 大大提高了系统软件的开发速度，而且保证了系统软件的成熟性、可靠性和易维护性。 一般组态软件可分为两个部分，一个是组态部分，一个是运行部分。组态部分是一 个应用开发集成环境，用以建立监控界面，并定义与工业控制器或其他应用程序的通讯 方式。它可以进行图形对象编辑，实时数据库管理，以及对象动作属性的定义。运行部 分是一个实时运行环境，用来运行组态文件，执行输人输出和数据交换。运行时程序维 护一个实时数据库，各个功能模块随机访问数据库，数据管理系统保证数据即时更新， 并使程序可以同局域网中的其他站点通讯。概括起来系统主要有以下特点： ( 1 ) 控制组态界面和控制运行界面建立在面向图形的g u i 上，用户可以简单的用 鼠标进行拖放，连线，再在菜单的提示下填入各功能块的有关参数，这样无 需编写一条指令就可以轻松完成控制组态； ( 2 ) 具备很强的实时响应能力，可以在前后台同时运行多道作业。系统各个进程 具有不同的优先级，保证优先级高的进程及时完成任务； ( 3 ) 功能齐全的绘图工具库，便于用户生成所需的画面流程： ( 4 ) 灵活的通讯联网能力与数据交换接口。能同本机上运行的不同程序交换数据， 也能同局域网内的各个站点、控制器交换数据。 1 2 3 3 组态软件的的使用步骤 根据组态软件的数据流程，需要就具体的工程应用在组态软件中进行完整、严密的 9 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 组态，组态软件才能够正常工作。下面列出了典型的组态步骤1 1 4 ： ( 1 ) 将所有i o 点的参数信息收集齐全，并填写表格，必备在监控组态软件中和p l c 上组态时使用。参数一般包括模拟量和开关量信号； ( 2 ) 搞清楚所使用的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，以便在定义i o 设备时做出准确选择； ( 3 ) ( 4 ) ( 5 ) ( 6 ) ( 7 ) ( 8 ) 将所有i o 点的i o 标识收集齐全，并填写表格。i o 标识是唯一地确定一个f o 点的关键字，组态软件通过向f o 设备发出i o 标识来请求其对应的数据。在大 多数情况下，i o 标识是i o 点的地址或位号名称； 根据工艺过程绘制、设计画面结构和画面草图； 按照第一步统计出的表格，建立实时数据库，正确组态各种变量参数； 根据第一步和第三步的统计结果，在实时数据库中建立实时数据库变量于i o 点 的一一对应关系，即定义数据连接； 根据第四步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) ； 将操作画面中的图形对象和实时数据库变量建立动画连接关系，规定动画属性和 幅度； ( 9 ) 对组态内容进行分段和总体调试； ( 1 0 ) 系统投入运行。 1 3 小区智能化系统组态软件 在工业控制组态软件蓬勃发展的今天，在智能小区领域，却一直没有符合行业标准 的完善的组态软件出现。各公司的智能小区产品也是完成对自己产品的控制任务，开发 成本高、可靠性差，不利于智能小区产品的进一步产业化发展。 1 3 1 当前智能小区上位机管理软件及其缺陷 目前国内对于智能小区尚没有制定统一标准，从设备布线、通信协议到上位机监控 软件，都是开发商自行研制开发，这就带来一个问题，由于每个系统的组成都不相同， 如果单纯的为某特定的系统开发的上位机软件，开发工作量小、周期短，但是软件通 用性差，如果系统硬件设备稍有不同，就要重新修改程序。而现有的商业化组态软件， 例如f i x 、w i n c c 、组态王等，虽然通用性很强，但是体系庞大，我们使用的只是其中 的一小部分，代价昂贵，同时，通用组态软件结构复杂，学习难度大，导致开发周期进 一步加长。最重要的是，由于智能小区的控制和工业上普遍的控制不尽相同，所以这些 1 0 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 通用组态软件并不适合于智能小区，不能在智能小区上面得到很好的应用 1 5 】。 1 3 2 专用小区智能化系统组态软件的特殊性 智能小区专用组态软件有其特殊性。首先，它作为一款组态软件，应该具备组态软 件的基本功能；其次，作为智能小区专用的组态软件，它必须适应广泛的智能小区硬件 设备，能够在智能小区的上位机上作为监控组态软件，在使用中不需烦杂的编程，只需 用户根据自己的实际情况，直接在界面上拖动出符合实际情况的组态结构，然后对设备、 变量组件等的属性进行配置，就可以投入使用，监控现场监控设备了。所以，智能小区 专用的组态软件必须包含智能小区专用控件，例如楼房、设备等，而这些控件具有特定 属性。这些属性都是作者根据实际应用及前人的宝贵经验总结出来的，用户可以根据小 区现场的实际情况来设定组件属性，实现组态过程，满足小区智能化系统组态软件在一 定范围内的通用性。 1 3 3 开发小区智能化系统组态软件的必要性 在现代工业自动控制系统中，尤其是现场监控系统中，计算机正发挥着越来越重要 的作用，逐步取代着传统的模拟屏等信号系统。为了在现场能更方便地修改画面、参数 和监控对象，现场监控计算机一般采用工业组态软件，以期获得最大的灵活性，满足现 场工作的需要。 目前，计算机测控系统在工业领域中的应用越来越广泛。对于一般的工业过程控制 系统，其开发过程是：由用户向系统设计人员描述工业现场提出自己的需求，系统设计 人员从中提取有关的各种信息建立自己的逻辑模型直至最后编码生成最终的监控系统 【2 0 1 。这是一个漫长的过程，用户为此需要付出巨大的人力、物力和财力，而且任何用户 需求的更改，即系统的完善性维护和适应性维护，都是上述过程的重复。同时，系统设 计的投入费用相当大，为了减少开发时间和降低投入，就必须优化软件的开发过程1 1 6 1 。 组态系统省去了系统设计人员这一中间环节，而代之以计算机组态环境来实现系统 设计人员需要完成的工作，从而使控制系统的开发过程变为由用户向计算机描述智能小 区现场，提出设计要求，计算机把这些