（系统工程专业论文）DCS操作员站仿真软件设计与开发.pdf

、j j ，一 ， 、 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文( ( d c s 操作员站仿真软件设计与开发， 是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得的研究 成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而 使用过的材料。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 说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：日期：! ! ! ：塑 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播 学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 1 一 ， k 、 华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 课题的主要任务是设计与开发一套能够在w i n d o w s 平台上运行的火电厂d c s 操 作员站仿真软件。论文首先设计完成了该仿真软件的总体结构，在此基础上逐步完 成了组态软件和监控软件的程序开发设计。组态软件的开发主要分为文件管理功 能、视图类功能和应用程序功能；监控软件的开发主要分为文件管理功能、监控功 能、应用程序功能、数据库设计和通讯连接，其中以监控功能为主。该仿真软件采 用c + + 语言编写而成，结构简单，操作方便，具有专业领域强、组态方便、通用性 强、视图效果好等优点。实际测试结果表明，组态软件可以完成火电厂d c s 画面的 组态，监控软件可以对运行过程实施监控。 关键词：d c s ，仿真软件，组态，监控 a b s t r a c t t h i ss u b j e c ti st od e v e l o pa n dd e s i g nd c so p e r a t o rs t a t i o n se m u l a t i o n s o f t w a r ea b l et or u n o nw i n d o w sp l a t f o r mf o rp o w e r p l a n t t h ep a p e rd e s i g n s o v e r a l ls t r u c t u r eo fs i m u l a t i o ns o f t w a r ea tf i r s t ，a n dt h e nc o n f i g u r a t i o na n d m o n i t o r i n g s o f t w a r ea r ed e v e l o p e da n d d e s i g n e d t h ed e v e l o p m e n t o f c o n f i g u r a t i o ns o f t w a r ec a nb ed i v i d e di n t ot h r e ep a r t si n c l u d i n gd o c u m e n t m a n a g e m e n tf e a t u r e s ，v i e wc l a s sf u n c t i o n a l i t ya n da p p l i c a t i o nf u n c t i o n a l i t y t h ed e v e l o p m e n to fm o n i t o r i n gs o f t w a r ec a nb ed i v i d e di n t of i v e p a r t s i n c l u d i n gd o c u m e n tm a n a g e m e n tf u n c t i o n s ，m o n i t o r i n gf u n c t i o n s ，a p p l i c a t i o n f u n c t i o n s ，d a t a b a s ed e s i g na n dc o m m u n i c a t i o nc o n n e c t i o n s ，w h i l em o n i t o r i n g f u n c t i o n si st h ek e yp o i n t t h es i m u l a t i o ns o f t w a r ei sw r i t t e ni nc + + l a n g u a g e ， w i t ht h ea d v a n t a g e so fs i m p l e s t r u c t u r e ，e a s yo p e r a t i o n ，s t r o n gf i e l d s ， c o n f i g u r a t i o nc o n v e n i e n c e ，v e r s a t i l i t ya n dg o o dv i e w t h et e s tr e s u l t ss h o w t h a tt h ec o n f i g u r a t i o ns o f t w a r ec a nc o m p l e t ed c ss c r e e nc o n f i g u r a t i o n ， m o n i t o r i n gs o f t w a r ec a nm o n i t o rt h ei m p l e m e n t a t i o no ft h eo p e r a t i o np r o c e s s l i ud a og u a n g ( s y s t e me n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f l vl ix i a k e yw o r d s ：d c s ，s i m u l a t i o ns o f t w a r e ，c o n f i g u r a t i o n ，m o n i t o r i n g 、 一 华北电力大学硕七学位论文目录 目录 中文摘要 英文摘要 第一章引言1 1 1 仿真软件设计与开发的意义1 1 2 国内外电力仿真系统培训仿真机的几个发展阶段2 1 2 1 初期发展阶段，2 1 2 2 高速发展阶段2 1 2 3 成熟稳定发展阶段2 1 3 组态软件在我国的发展及国内外主要产品介绍3 1 4c + + 语言的特点4 1 5 本论文主要研究内容、方案及特色5 1 5 1 主要研究内容5 1 5 2 主要研究方案6 1 5 3 课题的主要特色、特点7 第二章软件的总体结构设计8 2 1 仿真机功能实现的基本原理8 2 2 操作员软件的主要功能9 2 3 软件的整体结构设计9 第三章画面组态程序的设计与开发1 l 3 1 文件管理功能的设计与开发1 l 3 1 1 画面的新建、打开和关闭1 l 3 1 2 组态画面的保存1 4 3 1 3 其他辅助功能的实现1 5 3 2 视图功能的设计与开发1 6 3 2 1 静态画面组态功能的设计与开发1 6 3 2 2 动态数据实时显示功能的设计与开发2 0 3 2 3 热点组态功能的设计与开发2 4 3 2 4 通用图元组态实例2 7 目录 i i 件实际应用测试 9 9 o 1 2 3 4 6 7 7 8 8 8 9 o l 1 2 2 4 7 8 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 4 4 华北电力大学硕士学位论文 第一章引言 我国火力发电机组已经广泛采用集散型控制系统，简称d c s ( d i s t r i b u t e dc o n t r o l s y s t e m ) 。其确切含义是采用计算机技术对生产过程进行集中管理和分散控制【l 】。随 着火电机组向大容量、高参数的发展，d c s 得到了广泛的应用。各种高性能集散控 制系统得到广泛应用，高度的自动化使工业系统运行的安全性、经济性愈来愈依赖 于控制系统的性能、水平及维护控制系统的能力。 仿真机研究的发展方向将随着电力行业的发展而不断调整，其主要的发展方向 有：能够对容量更大、运行参数更高的发电机组进行仿真，特别是能够对超临界、 超超临界机组进行仿真；仿真研究范围不断扩大，从热能、水能，到核能、风能、 太阳能等方面均能涉及到；建模方法模块化、图形化，模型能够满足更高精度的要 求；仿真软件功能进一步完善，使之操作简单，使用方便【2 j 。 1 1 仿真软件设计与开发的意义 “ 进入九十年代以来，新开发的仿真培i j i i 系统绝大部分属d c s 类型【l 】。火电机组 仿真机可实现对电厂的生产全过程进行仿真；额定参数的正常启动、停机；滑参数、- 乞 的启动、运行、停机；机组带基本负荷的运行特性；机组带调峰负荷的运行特性； 冷态、温态及热态、极热态启动运行；故障跳闸和各种操作以及其他扰动下的暂态 特性。仿真机的模型符合物理学、数学和电力科学的基本定律，而不是用预定的关 系曲线来代替，任何近似的假设和计算方法，都不应该降低对模型逼真度的要求。 仿真机设备或系统的模型都能良好的反映其动态过程，具有较高的静态精确度，能 够实现对仿真对象的连续、实时的仿真，仿真效果与实际机组运行工况一致，仿真 环境应使受训人员在感觉上视觉上与被仿真机组环境一致。利用仿真机来培训运行 人员，提供向受训人员展现正常和故障情况的实际现场运行状态，有效地提高运行 人员的专业知识、操作技能、应变能力和熟练程度，使运行人员经培训后能熟练地 掌握机组启停过程和维持正常运行的全部操作，学会处理异常、紧急事故的技能， 提高实际操作能力和分析判断能力，训练应急处理能力，确保机组安全、经济运行。 仿真机可以在不同工况条件下分析和改进机组运行操作方案、方式，并加以优化的 能力和手段。仿真机通过对岗位运行人员、热控检修岗位和技术管理人员进行定期 轮训的能力，可作为上岗、晋升前的考核手段，客观地反映被培训人员的实际操作 能力和分析判断能力。对机组的控制系统进行仿真研究以选择最佳的控制方案和动 态整定参数的能力和手段，分析机组的故障原因和结果，以便改进运行操作和制定 反事故对策的能力和手段。 华北电力大学硕士学位论文 这样在运行人员上岗前，有必要对其进行全方位的培训。仿真培训不仅使运行 人员掌握了运行技术，而且对电力生产的安全性也起着至关重要的作用。同时由于 培训仿真机的造价大大降低，又能减少培训成本、降低硬件维护、培训和备品备件 费用等，利用仿真机来培训运行人员和管理人员已经得到普遍认同。 由于d c s 本身十分复杂，其所实现的功能也相当多，为了实现对d c s 的逼真 仿真，必须根据用户要求、工厂设计资料和d c s 制造厂家提供的资料仿真。肯课 题的主要目标是利用现有的条件开发出一套更加经济实用、操作简单、维护方便的 新型火电厂d c s 仿真培训系统。 1 2 国内外电力仿真系统培训仿真机的几个发展阶段 1 2 1 初期发展阶段 6 0 年代到7 0 年代是电力仿真初期阶段。随着计算机技术的发展，到7 0 年代， 美国、英国和日本等国开发出了利用计算机进行火电机组全范围仿真系统，并投入 实用，用于培训运行人员。在我国，清华大学从1 9 7 4 年开始了火电机组仿真系统 的研究工作，并于1 9 7 8 年开始了我国第一台“2 0 0 m w 火电机组培训仿真机 的研 制工作【2 1 。 ，1 2 2 高速发展阶段 8 0 年代到9 0 年代是电力仿真技术的高速发展阶段。在1 9 7 9 一- 1 9 8 5 年间，美国 e a i 公司生产了l l 台、s i n g e rl i n k 公司生产了3 8 台核电站和火电站仿真机【2 1 。此 时，在国内，出现了许多专门从事仿真机研究工作的科研机构，如华北电力学院的 仿真与控制技术研究所、清华大学同华能发电公司联合成立的华电计算机仿真公司 等；这时期，我国在仿真机方面也取得了重大的突破：1 9 8 8 年1 2 月由清华大学开 发的我国第一台2 0 0 m w 全范围培训仿真机通过验收并投入使用；南京工学院开发 完成的1 2 5 m w 火电站仿真机等等。 1 2 3 成熟稳定发展阶段 9 0 年代至今，电站仿真技术在保持高速发展的同时，进入了成熟稳定阶段。相 继推出了“以盘台模拟仪表为控制环境的设备级培训系统“以d c s 为控制环境的 工段级培训”“建立通用环境的d c s 仿真系统 【5 】。我国的仿真机研究也取得了长 足的进步：1 9 9 1 年1 2 月我国第一台3 0 0 m w 燃煤机组全范围仿真培训仿真机由华 北电力学院开发完成，在宁夏银川投入使用，并于1 9 9 2 年9 月通过国家鉴定；1 9 9 4 年我国第一台5 0 0 m w 火电机组仿真机在太原电力高等专科学校通过验收；1 9 9 5 年 8 月我国第一台5 0 0 m w 超临界火电机组全范围培训仿真机由华北电力学院开发完 2 华北电力大学硕士学位论文 成，在华北电管局盘山电厂投入使用等【引。 1 3 组态软件在我国的发展及国内外主要产品介绍 随着工业控制系统应用的深入，在面临规模更大、控制更复杂的控制系统时， 人们逐渐意识到原有的上位机编程的开发方式，已经不能满足实际的需求。由于 m i s ( 管理信息系统，m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ) 和c i m s ( 计算机集成制造 系统，c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ) 的大量应用，要求工业现场为企 业的生产、经营、决策提供更详细和深入的数据，以便优化企业生产经营中的各个 环节。因此，在1 9 9 5 年以后，组态软件在国内的应用逐渐得到了普及。下面就对 几种组态软件分别进行介绍。 ( 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 c h 提供了丰富的图库。 d o c s a v e ( ) ； ) i f ( g p l i g h t ! = ”) w r i t e g p l i g h t ( g p p a t h ，g p l i g h t ，g p f i l e t i t l e ) ； c d o c u m e n t ：o n c l o s e d o c u m e n t 0 ； 1 3 “文件保存 功能具体实现主要代码如下： b o o lc g r a p h i c d o c ：o n s a v e d o c u m e n t ( l p c t s t rl p s z p a t h n a m e ) r e t u mc d o c u m e n t ：o n s a v e d o c u m e n t ( 1 p s z p a t h n a m e ) ； ) v o i dc g r a p h i c d o c ：o n f i l e s a v e 0 c d r a w 木p d r a w = d r a w p o i n t e r i ； 华北电力大学硕士学位论文 i f f p d r a w = = d r a w p o i n t e r j ) a f x m e s s a g e b o x ( ”本图有错误，请执行全选复制保存操作! ”) ； r e t u r n ； ) s t a t i cc h a rb a s e d c o d es z f i l t e r 】= ”l n 2 0 0 0 底图文件 ( 幸g r a p ) l * g r a p l l n 2 0 0 0 窗1 3 文件( 奎w n d ) l * w n d l a l lf i l e s ( * 宰) h * 1 1 ； 一 c f i l e d i a l o gm _ s a v e f i l e d i g ( f a l s e , 伊印i t t t t t o f n _ h i d e r e a d o n l yl o f n _ o v e r w r i t e p r o m p t , s z f i l t e r ) ； m s a v e f i l e d l g m _ o f n 1 p s t r t i t l e = ”保存图元”； o n s a v e d o c u m e n t ( f i l e n a m e ) , 在这里我们采用序列化的方式来存储组态好的画面。把需要的数据通过s e r i a l i z e 函数序列化后直接保存到文件。在需要使用缓存数据的时候，通过反序列化读入文 件内容并复制给需要的变量，然后使用。具体实现方法如下： v o i dc g r a p h i c d o c ：s e r i a l i z e ( c a r c h i v e & a r ) i f ( a r i s s t o r i n g ( ) ) a r v e r s i o n ； g r a p h i c l i s t s e r i a l i z e ( a r ) ； 为每个对象的c d r a w ：m _ p v i e w 赋值 获取视图的指针 p o s i t i o np o s = g e t f i r s t v i e w p o s i t i o n 0 ； c g r a p h i c v i e w 宰p v i e w = ( c g r a p h i c v i e w 宰) g e t n e x t v i e w ( p o s ) ； ) 3 1 3 其他辅助功能的实现 15 华北电力大学硕+ 学位论文 对于打印、打印预览、打印设置这些程序的辅助功能，我们主要是靠c + + 系统 函数实现的。v i s u a lc + + 6 0 的应用程序向导( a p p w i z a r d ) 生成的应用程序具备了实 现打印功能的基本框架，当用户从功能表中选择p r i n t 命令时，应用程式就用 i df i l ep r i n t 命令消息调用程式视图类的缺省处理函数o n f i l e p r i n t ( ) 来开始打 印过程，并创建打印的设备环境，来满足应用程式特定的需要。其主要函数介绍如 下所示： o n b e 舀n p r i n t i n g ( ) ，重载此函数来创建在列印文档时所需的资源，如字体等。 在此也可以设置最大页数。 o n d r a w ( ) ，该函数提供三重服务，在框架视窗、预览视窗和打印机上显示资 料，具体在哪里显示，依赖于作为函数参数传递的设备环境。 o n e n d p r i n t i n g ( ) ，重载此函数用来释放在o n b e g i n p r i n t i n g ( ) 中创建的资源。 o n p r e p a r e d c ( ) ，重载此函数来修改用於显示或列印文档的设备环境，可以在 此处理换页。 o n p r e p a r e p r i n t i n g ( ) ，提供列印文档的最大页数，如果在此不设置页数，必须 在o n b e i g i n p r i n t i n g ( ) 中设置。 o n p r i n t ( ) ，提供附加列印服务，如在c v i e w ：o n d r a w ( ) 函数中不提供的列印 页眉、页脚。 3 2 视图功能的设计与开发 3 2 1 静态画面组态功能的设计与开发 监控管理人员在集控室中央控制台要准确无误地监测和遥控工业现场，就需要 将工业现场这样一个真实的系统抽象的反应到计算机画面上，这包括我们肉眼实际 看到的和用一些仪器仪表真实测量出来的，从而直观地反映和再现工业现场，这种 画面就是我们常说的用户过程画面，它是操作员与计算机和现场联系的画面。 当前的图形编辑器作图技术是采用集散控制系统提供的组态编辑器来组态用 户过程画面。把画面的显示符号分解成线、曲线、折线、直线、圆、圆弧、多边形、 矩形等图形元素，通过在工具栏中调用这些图形元素及软件厂商提供的图形元素库 中的图形元素，如阀门、泵、马达等，再经缩小、放大、旋转、移动等操作完成显 示画面。本课题开发的d c s 操作员组态软件，采用的是新潮的作图技术，即采用 w i n d o w s 图形技术来实现画面的组态。在基本图形绘制方面软件提供了各种类型简 单易使用的绘图命令，支持利用鼠标操作在屏幕上绘制各种图形，如直线、文本、 曲线、圆、矩形等，同时还提供各种图形编辑功能，如缩放、排列、选择、复制、 剪切、删除、粘贴等，使组态工程师可以方便快捷地在仿真培训机的计算机屏幕上 1 6 华北电力火学硕七学位论文 模拟实际d c s 系统操作员站的显示组态，设计出漂亮的流程画面。 通过上面的分析，我们可以得出这样一个结论：操作员画面流程图中显示的每 一个图形元素必须不能是一体的，而是相对独立的对象，只有这样画好一个图形后 才能再单独对其进行编辑，才能对该图形的属性进行设置。为了使画面具有可重新 绘制和编辑的特性，操作员画面的组成元素必须是一个个独立的图元对象，这样就 可以对画面的控制分解转化为对一个个图形元素的控制，再通过对图元属性进行动 态的设置就可以使画面具有动态的特性，这些都是监控系统画面所必须的。通过添 加和删除画面中的图形元素对象就可以改变画面，从而实现画面的组态来满足不同 系统的画面显示要求；同时在软件实时运行时根据实时数据来修改图元对象的动态 属性就可以在画面上动态反映系统当前的状态。 前面分析的结果指出：一幅画面就是由各种各样的图形元素组成的，画面是以 图元为基本元素，所谓图形元素就是指现实中的各种各样的简单图形，例如直线、 矩形、圆、多边形、文本等。在当前的操作员画面组态仿真软件里，可以利用c + + ，的类封装和继承特性来实现各种图形的绘制和属性。如图3 4 所示，为静态画面组态 事时的程序设计框图。 图3 - 4 静态画面组态程序设计框图 下面以绘制矩形为例，具体说明实现方法。 首先，将所需绘制图形的一些基本属性，例如图元的边框色、图元的填充色等， 以及对图形相应的设置和需要执行的操作封装在一个抽象基类中。具体声明如下： p u b l i c ： i n tt o o l ；选中的工具 1 7 华北电力大学硕+ 学位论文 奉0 ，选中工具；3 ，矩形工具；拳 c o l o r r e f m _ f r a m e c o l o r ； 图元的边框色 c o l o r r e f mi n n e r c o l o r ；图元的填充色 c o l o r r e fms e l e c t c o l o r ；选中的颜色 i n tml i n e w i d t h ； 线宽度 i n ta c t i o n ；图元动作o ：拖动放大，1 ：移动 c l i n e s t y l e d l gm _ l i n e s t y l e d l g ；选择线型对话框 c f i l l s t y l e d l gm _ f i l l s t y l e d l g ；选择填充样式对话框 根据以上程序设计开发思路，在建立新的图形类时，只需继承抽象基类，并在 新类中实现具体的抽象操作，即可增加新的绘图元素，而程序系统的其他部分基本 不用改变。 此基类派生出绘制各种图形元素的派生类，以及实现对各种图形编辑的派生 类，例如颜色改变、旋转、排列、组合、缩放等。下面以矩形颜色改变为例来说明 程序的实现方法： 得到调色板颜色的自定义消息处理函数 l r e s u l tc g r a p h i e v i e w ：o n g e t c o l o r ( w p a r a mw p a r a m ，l p a r a m1 p a r a m ) m f r a m e c o l o r = m _ p d l g - m _ f r a m e c o l o r ； m i n n e r c o l o r = m _ _ p d l g 一 m j n n e r c o l o r ； i n tr e d = g e t r v a l u e ( m i n n e r c o l o r ) ； i n tg r e e n = g e t g v a l u e ( m _ i n n e r c o l o r ) ； i n tb l u e = g e t b v a l u e ( m _ i n n e r c o l o r ) ； 当点击调色板时，改变选中图元的颜色 i n tt o o l ； v o i d 木p g r a p h i e = n u l l ； ) 视图类对象是在响应鼠标动作的函数中就可以调用当前命令类对象的函数来 实现对该种图形绘制或编辑功能【5 1 。鼠标的动作主要为d o w n 、u p 和m o v e 。例如矩形 类的鼠标移动具体实现如下： 华北电力大学硕士学位论文 - - _ _ _ - _ - _ _ _ - _ _ - _ - - _ - 一一一。一 v o i dc g r a p h i c v i e w ：o n m o u s e m o v e ( u i n tn f l a g s ，c p o i n tp o i n t ) ，在状态条上显示x ，y 坐标 c c l i e n t d cd e ( t h i s ) ； o n p r e p a r e d c ( & d e ) ； d c d p t o l p ( & p o i n t ) ； m _ p c o r d l g 一 x 2p o i n t x ； m _ p c o r d l g 一 y 2 p o i n t y ； m _ p c o r d l g - d r a w x y ( ) ； i n tn d r a w m o d e ； i f ( t o o l = = 3 ( n f l a g s m k _ l b u t t o n ) ) “ ：s e t c u r s o r ( a f x o e t a p p o - l o a d c u r s o r ( i d c _ c u r s o r 5 ) ) ； n d r a w m o d e = d c g e t r o p 2 ( ) ； + d c s e t r o p 2 ( r 2 _ n o t x o r p e n ) ； ) 当画面保存后，重新打开时，会执行图形的重画功能。矩形类重画具体函数声 明如下： c l a s sc h o l l o w r e c t ：p u b l i cc d r a w p u b l i c ： v o i dp a s t e m o v e 0 ； c h o l l o w r e c t 0 ； ， c h o u o w r e c t ( c r e c t * p r e c t ，c o l o r r e fn o r m a l c o l o r , i n tf r a m e w i d t h ) ； v o i do p e r a t o r = ( c o n s tc h o l l o w r e c t & h o l l o w r e c t ) ； c h o l l o w r e c t 0 ； v i r t u a lb o o l p o i n t l n r g n ( c p o i n tp o i n t ) ；点是否在矩形中 v i r t u a lv o i dr o t a t e ( i n tm o d e ) ； 旋转m o d e ：旋转方式 v i r t u a lv o i de n l a r g e ( f l o a tm u l t i p l e ) ；放大m u l t i p l e ：放大倍数 v i r t u a lv o i dm o v e ( c p o i n tp o i n t ) ；移动到点p o i n t 处 1 9 华北电力大学硕+ 学位论文 v i r t u a lv o i dd r a w ( c d c 幸p d c ) ；画矩形 v i r t u a lv o i do n o p e n 0 ；双击打开动态属性对话框 v i r t u a lv o i dr e c t e q u a l ( ) ； 作j 嗣m _ p o s i t i o n = m o u t r e c t ) ； 图3 5 所示为组态矩形时的程序运行界面。 阪n 一a 锰 _ 。砖一b 、一n 糕曩to , m ”靓口瞳叠i t l i 刍之l a , 蠢嚣罐，稚0 磊i ：崔韶一! 图3 5 组态矩形时的程序运行界面 3 2 2 动态数据实时显示功能的设计与开发 工业流程图不同于普通的a u t o c a d 图形软件的很重要的一点是：工业流程图画 面不仅要显示形象的工业控制过程背景画面，还要在画面上显示出各种实时数据信 息，包括重要数据点值的显示、棒图显示、液位的显示、位置显示、曲线显示等， 这些信息的显示状态( 值、位置等) 是随着实时数据的刷新而变化的。因此，在d c s 操作员站上显示工业流程图时，要不断地访问实时数据库并刷新动态信息。在生成 工业流程画面时，不但要画出背景部分，还要画出这些实时变动的部分。这部分的 建立往往比静态的背景画面部分复杂得多。本课题的设计目标之一就是要力求用一 种极为简便的方式，让组态工程师能够方便快捷地进行流程画面的动态组态。 动态更新是图形目标的被动连接属性，它的目的是使目标的文本、颜色、尺寸 等，随着过程变量的改变而变化，根据需要可对一个目标做多个被动连接。在实际 d c s 系统中采用组态编辑器编辑过程画面时，动态刷新画面由实时数据库中动态点 2 0 华北电力大学硕士学位论文 组成，主要是模拟量和开关量。其中模拟量主要有以下三种显示类型【5 】： ( 1 ) 数值显示。数值显示动态点用来在一幅工业流程图上建立一些实时刷新 的数值显示点。用户可以设定数值显示时的小数位位数和显示的颜色。 ( 2 ) 柱状显示。用来建立各种棒图显示。用户可以设定柱的宽度和颜色，满 量程时的高度，以及柱的显示方式( 向上还是向下) 。 ( 3 ) 报警显示。用户可以设定显示的高低值符号，以及显示文本的颜色等。 开关量仅有一种显示类型，分为0 和l 两种状态。主要使用开关量图形( 阀门、 泵、马达等) ，用来建立开关量符号的变化显示。 鉴于以上实际d c s 系统的动态显示方式，同时参考力控工控软件和华仿科技等 仿真公司的画面组态软件，本组态软件支持的动态更新类型主要分为以下几个方 面：填充液位、报警显示、柱状滚动条、棒图填充、填充颜色、文本颜色、文本内 容、垂直移动、水平移动等。 变量声明如下： p u b l i c ： i n tt o o l ； 选中的工具 动态点工具 1 4 ，时钟工具；1 5 ，动态数据工具；1 6 ，棒图工具；1 7 ，实时曲线工具；1 8 ，历史曲 线工具1 9 ，x y 关系曲线；2 0 ，按钮工具；2 1 ，报警工具；2 2 ，插入对象工具；2 3 ，部分选中 工具幸 棒图工具 c b a r d l gma a r d l g ； 棒图数据连接对话框 c o l o r r e fmb a r b a c k c o l o r ；棒图的背景色 c o l o r r e fmb a r f i l l c o l o r ；棒图的填充色 i n tmb a r d i r e c t i o n ；棒图的填充方向 当然并不是所有的静态图形对象都能进行这些所有的动态更新类型组态，比 如，一个多边形可以有填充颜色、填充液位、边框宽度等，但它却没有文本颜色等， 对于一个不带背景的文本来说，所有与填充和边界有关的动态更新类型都没有意义 可言。 在上面的静态图形绘制部分我们已经看到了本软件所采用的类库结构。每个具 体单独的图形类都含有相应的反映图形外观属性的成员变量，这些成员变量不仅可 以用来在绘制静态流程画面时控制所画的静态对象的静态外观，而且它们也是实现 2 1 华北电力大学硕十学位论文 动态显示的关键。动态显示功能的组态正是要将静态对象的某一属性成员变量与现 场中过程变量动态连接起来，让成员变量随现场过程变量的变化而改变。 这里我们以开关量数据链接和模拟量数据链接的组态为例来说明动态数据实 时显示功能的设计与开发。 开关量数据连接和模拟量数据连接的组态方式和静态图形的组态方式基本是 一样的，也是通过鼠标的d o w n 、m o v e 和u p 来实现的，不同的是每一个数据连接都有 一个不同的索引号，每一个索引号对应一个具体的数值，这些数值通过监控画面程 序中的p a s s v a l u e 来与模型实时数据库连接，不断地获得数据的更新状态。数字 量和模拟量的不同时，数字量的索引号对应的数值只有0 和1 两种状态。 x 、ii 行 镡扣一v 噱ki 韶i4 嬲i 善- 斜口叠i i i i 盘霄嚣嚣诤 幸盘棒渤糖一 图3 6 数据库浏览对话框 开关量的具体变量声明如下： c l a s sc s w i t c h ：p u b l i cc d r a w p u b l i c ： 动态属性 c s t r i n gl i n k n a m e ；连接点名 c s t r i n gt e x t 0 ；当开关量为0 时显示的文本 c s t r i n gt e x t l ；当开关量为l 时显示的文本 c o l o r r e fc o l o r o ； 当开关量为0 时显示颜色 c o l o r r e fc o l o r l ：当开关量为1 时显示颜色 ! 华北电力大学硕士学位论文 b o o l b o p a q u e ； 是否透明 i n tm _ n s w i t c h t y p e ； 0 ：开关量连接；1 ：打包点连接 ， 如图3 - 6 所示，为开关量的组态画面。首先通过鼠标的操作生成一个名为d i 0 0 1 的点，通过鼠标的双击，弹出“开关量输出 对话框。在对话框中，我们可以看到 主要包含四个部分，分别是：连接类型、连接点名、输出字符串和修改字体。用鼠 标点击“连接点名 后的“? 会弹出“数据库浏览 对话框。在“数据库浏览 对话框中即可对需要连接的点和点名进行选择和编辑。此外，在“开关量输出 对 话框中还可对输出字符串的状态颜色进行选择编辑。 模拟量的具体变量声明如下： c l a s sc d a t a ：p u b l i cc d r a w 量 ：p u b l i c ： ：一 c s t r i n gd a t a f o r m a t ； r 示数据的格式 ” r ：b o o l b o p a q u e ； 文字是否透明 b o o l b h a s u n i t ； 是否带有单位 c s t r i n gmu n i t ： 动态属性 c s t r i n gl i n k n a m e ；连接点名 b o o lb c h a n g e d a t a c o l ；是否修改动态点文字颜色 c s t r i n gt e x t p o i n t n a m e ；修改文字颜色的动态点名 c o l o r r e f p t e x t c o l o r 5 ；修改文字颜色数组 d o u b l ep t e x t v a l u e 5 ；修改文字颜色的阈值 b o o l b c h a n g e b a c k c o l ； 是否修改动态点背景色 c s t r i n gb a c k p o i n t n a m e ； 修改背景色的动态点名 c o l o r r e fp b a c k c o l o r 5 ；修改背景色的颜色数组 d o u b l ep b a c k v a l u e 5 ；修改背景色的阈值 ) 如图3 7 所示，为模拟量的组态画面。首先通过鼠标的操作生成一个名为a i - 0 0 1 的点，通过鼠标的双击，弹出“动态数据点属性 对话框。在对话框中，我们可以 华北电力大学硕十学位论文 看到主要包含四个部分，分别是：连接数据点、数据格式和修改字体。用鼠标点击 “连接数据点”后的“? 亦会弹出同样的“数据库浏览”对话框。在“数据库浏 览”对话框中即可对需要连接的点和点名进行选择和编辑，以完成模拟量的组态。 一、i i i - 付ai i i 馕 i i - l 璺：k 垂新一a 舷i i 1 1 1 t 私自d i l i l lt 1 1 1 盘二= i 1 1 x = 攫+ 矗誊憎“”船 图3 - 7 模拟量组态画面 3 2 3 热点组态功能的设计与开发 集散控制系统( d c s ) ，是以多个微处理机为基础利用现代网络技术、现代控斜 技术、图形显示技术和冗余技术等实现对分散控制对象的调节、监视管理的控制技 术。其特点是以分散的控制适应分散的控制对象，以集中的监视和操作达到掌握全 局的目的。系统具有较高的稳定性、可靠性和可扩展性。 集散控制系统的操作功能主要通过操作站实施，分为过程操作、组态操作和维 修操作来实现【卯。过程操作的主要内容是对各个控制回路的操作和对各个控制点的 操作。控制回路的操作包括控制方式、设定值、手动输出值、报警限值、控制器作 用方式、调整参数等操作。控制点的操作包括对具有通断功能设备的开停、正反转、 控制方式、联锁状态、报警限值等操作。组态操作是为系统、回路、报警、趋势等 组态时进行的操作。维修操作主要是画面的调用。通过分级的画面显示，了解系统 的故障部位。 本课题开发的仿真软件提供了操作动作组态，这一组态功能就是用来在仿真机 上实现集散控制系统的操作功能的。当操作员用鼠标触发显示上的这个目标后，产 生相应的操作。 本组态软件支持以下几种类型的主动操作组态： ( 1 ) 底图切换。通过鼠标的点击来实现不同画面之间的切换，打开显示，打 2 4 华北电力大学硕士学位论文 开一个新的显示在集散控制系统的过程操作中，过程操作画面的切换占很大的比 重，这是由于过程之间有相互的耦合，互有影响、过程变量的设定值、工作方式、 控制参数、报警和警告参数等要进行改变和调整、要对不同的过程实施不同的操作 ( 包括事故处理) 等等。在集散控制系统中不同的集散系统制造厂商提供了不同的切 换画面的方法。 常用的几种方法如下： 按压位于键盘或c r t 屏旁的经定义的固定键，调用画面。 按压位于键盘的经定义的动态键，切换画面。 通过菜单、下拉菜单和光标移动及确认的操作调用画面。 通过画面编号的输入调用画面。 通过页面切换键和画面返回键切换画面。 通过触摸屏幕上已组态的动态键切换画面。 ，：通过画面目录、光标定位确认调用画面。 通过光标移动使调用的画面滚动显示。 既然画面的切换调用具有如此重要的意义，所以本组态软件支持从当前画面打 开另一画面的操作动作组态。 ，( 2 ) 弹出窗口。这主要是针对泵、阀门、马达等的操作来说的。操作当想要 对某个具体设备进行操作时，鼠标点击该操作对象，会弹出相应操作框，操作员通 过设置操作框上已经组态好的按钮等来完成主动操作。 ( 3 ) 打开新的执行程序。一整套d c s 操作员软件使用很多个子程序组成的，这 包括组态程序、监控程序、曲线显示程序等，通过点击执行程序按钮，可以实现其 他程序的快速打开，方便快捷。 ( 4 ) 报警消音和确认。当有报警出现时，需要操作员通过点击画面上的相应 按钮来对其进行消音和确认操作。 假定我们现在要使静态流程画面中的一个圆形标志有操作按钮的功能，操作员 可以用鼠标移动标志，改变标志在屏幕上的位置，以此来设定过程变量。当组态工 程师在进行主动操作组态时，首先他所要组态的被操作变量必须是可设置