第五章 集散控制系统的画面组态.ppt

1 第五章集散控制系统的画面组态 第一节集散控制系统的操作方式第二节显示画面第三节组态软件第四节WinCC人机界面组态 2 第一节集散控制系统的操作方式 一 仪表盘操作方式二 显示屏操作方式 3 第一节集散控制系统的操作方式 一 仪表盘操作方式集散控制系统的仪表盘操作 指过程控制站的部分操作在仪表盘进行 它通常包括盘装的单回路 多回路控制器 可编程控制器 模拟仪表后备和简易型操作终端的操作 4 1 单回路和多回路控制器的功能 1 输入信号处理 2 运算 3 显示 4 组态 5 单回路和多回路控制器的组态操作 方式 通过编程器完成 外插和内装通过操作站进行编程编程或组态操作主要是指控制算法的编制 顺序控制 反馈控制 批量控制的功能算法 对于功能算法的软件块 编程或组态的工作是采用软连接的方法把相应算法连接起来 完成所需的功能 6 1 单回路和多回路控制器的功能 1 输入信号处理 2 运算 3 显示 4 组态 5 过程操作 6 通信 7 输出信号的处理 8 模数和数模转换 7 2 可编程控制器的功能逻辑控制定时控制计数控制步进 顺序 控制PID控制数据控制 PLC具有数据处理能力通信和联网 8 3 仪表后备和简易型操作终端的功能 1 仪表后备 模拟式仪表作为集散控制系统的后备 通常是手 自动操作器 在手动时 由仪表内部提供可调整的模拟输出 自动时 仪表把分散过程装置的输出接到执行器 正常时只需把开关切入自动即可 只有在控制装置失效时 才切入手动 由仪表拨盘调整手动输出值 9 2 简易型操作终端指安装在仪表盘上的操作装置 可引申到台式的操作终端 特点 过程变量的显示 多点或单点切换 功能 不具有控制算法的运算功能 它与作为上位操作站的操作功能相类似 但通常无图形显示 功能比较简单 10 4 仪表盘操作方式的特点 数字仪表盘操作方式 1 显示和读数的精度提高 读数方便 2 监视和操作与模拟仪表相似 有利于从模拟到数字的操作过渡 3 组态工作由编程器或上位机完成 4 有仪表位号或相应描述和工程单位的显示 11 5 数据的改变采用按压增减键 变化的快慢可以根据按压的时间 按压的分档或者按压的压力进行调整 6 控制方式切换可以采用切换按键或扳键实现 7 具有通信功能 可由上位操作站提供设定值指令并可向上位操作站提供数据以便显示 8 报警功能增强 通常用闪烁方式提示 9 提供多级操作的最低级操作 12 二 显示屏操作方式 显示屏操作方式 通过操作站的CRT 触摸屏幕 鼠标或球标 键盘等设备或者语音等输入设备对生产过程进行操作以及系统 控制组态和维护的操作 13 1 显示屏操作方式的特点 1 信息量大一个操作站可组态的过程画面是几十幅到几百幅 每幅画面允许动态更新的数据点多达几百个 2 显示方式多样化过程画面 仪表面板画面 点画面 CRT屏幕 打印机 瞬时值 历史趋势 数字 棒图 颜色变化 14 3 操作方便容易CRT的操作包括画面调用 目标选择 数据更改等过程操作及组态操作和维护操作 操作方法 画面调用数据更改目标选择开关量的更改组态 15 4 报警功能增强对报警信号发生先后次序的分辨功能增强 报警显示功能的增强 报警信号的类型和数量也有明显增加 5 操作透明度提高操作人员对生产过程的了解更透彻 6 备用方式简单由于采用数据通信 接线简单 16 2 对人机接口的要求 显示屏操作方式中的人机接口装置是操作站及其外部设备 对它们的要求环境要求输入特性图形特性 17 1 环境要求人机接口设备对环境条件的要求 对供电的要求对互联设备的通信距离的限制 2 输入特性输入设备的类型 设备对输入的响应的类型 输入特性的改善使操作员的操作内容和方式发生根本变化 18 3 图形特性与人类工程学有关的图形的色彩 闪烁 显示的分辨率 显示的内存级的编制 以及就地的数据存储和处理能力 例如菜单的数量 过程画面的数量 屏幕的更新速率等 19 显示屏操作方式 画面组态主要由静态画面 动态画面及画面合成等内容组成 静态画面 带控制点的工艺流程图 动态画面 确定动态显示点的位置 显示格式 尺寸大小 颜色变化等 画面合成 上述两类画面的合成 画面的调用方案确定 窗口画面的位置确定等 图形元素 图形元素库 用户自定义 3 画面组态 20 画面组态有两种方式 图形编辑字符编辑显示过程变量和操纵变量的变化 需要确定动态点 显示位置颜色显示格式单位刷新方式 21 动态键和静态键 动态键 软键 在不同的画面时有不同的调用效果 设置方法 集散控制系统的键盘或CRT屏幕边的键盘上有若干硬件的按键 采用软件组态的方法 在画面上绘制并定义了若干动态键 22 静态键 固定键 用于调用画面 所调画面与当前显示的画面无关 设置方法 硬件键盘软件的方法 23 静态键与动态键的区别 按下静态键 调出与该键相关的画面 与当前显示画面可以无关 动态键则是根据当前画面 调出与该动态键定义的画面 对不同的画面 按同一个动态键 调出的画面是不同的 而静态键的按动 不论现在显示什么画面 调出的画面是固定的 24 调用画面 全部调用和部分调用全部调用画面 新的画面覆盖原画面 部分调用画面 采用窗口技术 在固定的窗口位置显示 动态点的仪表面板画面 趋势画面或者调整画面 25 报警点画面调用 报警点画面调用是指某一变量达到报警限值时 画面自动切入报警点所在的画面 变量 测量值 设定值或输出值数值 绝对值 偏差 测量与设定之差 或者变化率 报警点的画面调用一般采用自动切换 相关画面 报警的文字信息 报警一览表 26 第二节显示画面 一 显示画面的分层结构二 概貌显示画面三 过程显示画面四 仪表面板显示画面五 操作点显示画面六 趋势显示画面七 报警显示画面八 电子表格九 系统显示画面十 显示画面的动态效果 27 一 显示画面的分层结构 有效地进行管理和操作 操作站的显示画面是分层次的 分层 区域到单元 到组 到细目进行逐层的细分 从而了解过程的全局 局部直到各细节 28 标准过程显示的分级和分层结构 29 1 区域显示 区域显示是最上层的显示 在每幅区域显示画面中包含的过程变量的信息量最多 操作显示级 概貌显示画面趋势显示级 区域趋势显示画面 30 2 单元显示 用于过程操作 主要显示的是过程画面 1 以工艺流程图为蓝本 进行合理分割而成 2 过程中的设备应按一定比例的位置设置 可以全部或部分充填颜色 31 3 组显示 在操作显示级 组显示通常以仪表面板图的形式出现 仪表位号 仪表描述 棒图及各棒图的刻度单位 棒图显示相对应的数据 报警状态 扫描时间等 组趋势显示与组显示的仪表面板画面相对应 用于显示被测 被控变量 设定值和输出值等模拟量的变化趋势 32 4 细目显示 在操作显示级 细目显示通常以点的形式出现 点的含义相当于一台仪表或一个功能模块 操作员可以改变控制方式 手自动切换 调整设定值或手动输出值 也可以进行开关控制的切换 手自动输人或输出的切换等 33 二 概貌显示画面 概貌显示画面仅用于显示过程中各被测和被控变量的数值 它可以用绝对值 也可以用与设定值的偏差 或者时间变化率表示 1 位号一览表方式 2 棒图方式 34 位号一览示例 35 2 棒图方式 棒图方式有两种显示方式 一种方式是对模拟量采用棒图显示其数值 棒图中数量的大小由棒的长度来反映 颜色表示故障 另一种方式是用一个时间轴 模拟量在该时间段内有若干个采样值 如果其值超过设定值 则向上 如不足 则向下 其偏差的大小是向上或向下的棒的长度 36 37 三 过程显示画面 过程显示画面是由用户过程决定的显示画面 它的显示方式 固定式 可移动式 过程显示画面应根据工艺流程经工艺人员和自控人员讨论后决定画面的分割和衔接 38 39 过程显示画面具有下列特性 1 有利于对工艺过程及其流程的了解 2 有利于了解控制方案和检测 控制点的设置 3 有利于了解设备和参数的关联情况 4 信息量通常比较大 5 调整参数 观察参数变化后的响应不够直观 6 容易造成技术上的秘密外泄 40 四 仪表面板显示画面 以仪表面板组的形式显示其运行状况 通常采用棒图加数字显示相结合的方式 既具有直观的显示效果 又有读数精度高的优点 41 42 五 操作点显示画面 操作点显示画面是仪表的细目显示画面 用于模拟量的连续控制 顺序控制或者批量控制 操作点显示画面提供改变控制操作的深层次参数的功能 这些参数包括原始组态数据及过程中刷新的动态数据 操作点显示画面常被控制工程师使用 它用于调整参数时可看到当前数据 也可看到变化趋势 且调整参数比较方便 43 六 趋势显示画面 实时趋势显示历史归档趋势显示趋势显示画面有二类 显示画面的采样数据不进行处理进行数据归档处理 44 45 46 七 报警显示画面 报警信号器显示从模拟仪表的闪光报警器转化而来 报警一览表显示是集散控制系统常采用的报警显示画面 报警变量的工位号 描述 报警类型 当前报警时的数值 报警限的数值 报警发生的时间 报警是否被确认等 47 48 八 电子表格 电子表格是一个可以执行行和列的运算处理 允许操作人员 工程师和管理人员送入数据或利用生产过程数据组成的图形显示表格 用来进行生产管理 例如进行物料平衡计算 能量平衡计算 成本核算等 提供用户所需的图形数据显示 例如用棒图 直方图 百分圆图等 常用的电子表格的各种功能 49 以EXCEL表格的形式输出成报表 50 九 系统显示画面 系统显示画面 系统连接显示画面系统维护显示画面系统连接显示画面指所使用的集散控制系统是怎样组成的 连接图 树状结构系统维护显示画面 与系统连接显示画面合并反映该设备的运行状态 和报警一览表相类似 它采用一览表形式显示系统中设备的不正常状态 51 52 十 显示画面的动态效果 动态数据点是动态变化的 集散控制系统对图形显示采用动态处理 1 升降式动态处理方法 2 推进式动态处理方法 3 改变色彩的动态处理方法 4 充色的动态处理方法 5 移动窗口的动态处理方法 53 第三节组态软件 一 组态软件的产生二 组态软件功能三 组态软件的市场形势 54 组态软件出现之前 大部分用户通过第三方软件编写HMI应用 如 VB VC DELPHI等 实现 手工编写的缺点很多 开发周期长 工作量大 维护困难 容易出错 扩展性差等 随着集散式控制系统 DCS 出现 组态才被大多数自动化技术人员熟知 一 组态软件的产生 55 随着实时数据库 实时控制 SCADA 通讯及联网 开放数据接口 对I O设备的广泛支持等技术的发展 监控组态软件在工业控制领域占据非常重要而特殊的地位 组态软件 指一些数据采集与过程控制的专用软件 56 集散控制系统的组态操作包括分散过程控制装置和操作站的组态 可引申到现场智能变送器 一体化安装的带控制器的执行机构的组态和上位管理站的组态 组态操作包括系统组态 控制组态 画面组态 57 1 系统组态 根据己有的集散控制系统 确定各设备的可寻址的标志号 各设备之间的连接关系 所包含的软件环境以及相应操作系统 包括硬件连接和软件组态软件组态 包括对有关设备送入相应的操作系统和软件 用软件的方式描述各设备之间的连接关系和安装位置等 58 2 控制组态 确定各分散过程控制装置的输入输出通道特性 建立数据库 确定控制方案和实施手段等 采用内部仪表 功能模块 的软连接来实现 可以用图形或文字的方式表示它们的连接关系 各模块的内部参数可以直接输入或填表输入 59 3 画面组态 画面组态包括操作站 简易型操作终端 工程师站以及上位管理站的用户画面的组织 画面的生成 数据点的确定 调用画面的手段等 操作员站 工程师站 管理站以及简易型操作终端的画面组态 60 查看生产现场的实时数据及流程画面自动打印各种实时 历史报表自由浏览各种实时 历史趋势画面及时得到并处理各种过程报警或系统报警需要时 人为的干涉生产过程 修改生产过程参数和状态与管理部门的计算机联网 为管理部门提供实时生产数据 二 组态软件的功能 61 小于128点占有14 比例 用于小型的OEM设备或辅助性的控制128点 1024点占多数 大概有75 用于大中型自动化设备与工艺控制系统大于1024点大约占11 用于大型自动化控制系统 三 组态软件的市场形势 3 1 应用规模 62 图一 按市场金额 63 3 2 行业应用 64 3 3 画面组态软件 世界上第一款组态软件诞生于美国的Wonderware公司 Intouch直到90年中后期开始接受组态软件 中国第一家专业组态软件诞生于亚控公司的 Kingview 65 InTouchWonderware的InTouch软件是最早进入我国的组态软件 在80年代末 90年代初 基于Windows3 1的InTouch软件曾让我们耳目一新 并且InTouch提供了丰富的图库 图形界面的美观性较差 粘贴位图操作较为繁琐 其功能也只是常用监控的功能 复杂一点的功能如报表就只能借助于其他工具 I O 内部变量都算点 价格贵 66 FixIntellution公司以Fix组态软件起家 1995年被爱默生收购 现在是爱默生集团的全资子公司 图形功能很强 支持多种图形格式 其追加的图形库 内容丰富 有独立的报警监视程序 支持在线修改 具有画面分层功能 67 WinCCSimens的WinCC也是一套完备的组态开发环境 Simens提供类 语言的脚本 包括一个调试环境 WinCC内嵌OPC支持 并可对分布式系统进行组态 但WinCC的结构较复杂 用户最好经过Simens的培训以掌握WinCC的应用 并且配合自己公司自动化硬件产品为主 68 Kingview亚控公司国内最早专业组态软件厂商 研发 销售 服务规模国内最大的公司 组态王是国产组态软件最知名品牌 国内市场装机数量第一 国内连接硬件设备种类最多的组态软件 第一个应用军事国防工业的国产组态软件 69 ForceControl 力控 北京三维力控科技有限公司的ForceControl 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 大约在93年左右 力控就已形成了第一个版本 只是那时还是一个基于DOS和VMS的版本 后来随着Windows3 1的流行 又开发出了16位Windows版的力控 2002年之后公司在产品的培训 用户技术支持等方面投入了较大人力 力控软件产品新版本是6 0版 70 其他紫金桥组态软件易控 INSPEC 北京九思易广州德高自动化 新潮自动化MCGS 基于VB开发 效率低 稳定性不好 数据运算与处理较弱杰控 FameView 71 第四节WinCC组态软件 WinCC概述WinCC的安装WinCC组态示例变量模拟器组态软件发展趋势 72 WinCC是由西门子公司开发的上位机组态软件 主要用于对生产过程进行监控 下位机编程软件主要采用西门子公司的Step7 SIMATICNET用于网络配置 从WinCCV5 0ServicePack2以上版本起 使用Sybase版本7 0作为运行系统的数据库 从WinCCV6 0以上版本起 使用SQLServer2000作为运行系统的数据库 WinCC概述 73 开放性和系统的稳定性 WinCC具有强大的脚本编程范围 包括从图形对象上单个的动作到完整的功能以及独立于单个组件的全局动作脚本 WinCC甚至于WindowsAPI功能均可以在动作脚本中被调用 此外 集成的脚本编程包含了C翻译器和大量的ANSI C标准函数 注意 系统的开放性使写脚本成为可能 但这也可能由于不正确的初始化指针或无休止的循环导致系统死锁和运行系统崩溃 同时请注意释放所分配的存储器 74 为了使WinCC能够正确运行 必须为计算机分配一个Netbios名称 计算机名不要包含任何空格或反斜线符号 并且前面的13个字符必须是唯一的 由于操作系统的缘故 计算机名称的长度限制为15个字符 计算机名称的第一个字符只允许为字母 且不允许使用任何变化的元音字母 即使单用户系统未链接至网络 也必须为其选择一个符合WinCC惯例的计算机名称 Wincc视频简介 75 第四节WinCC组态软件 WinCC概述WinCC的安装WinCC组态示例变量模拟器组态软件发展趋势 76 1 WinCC的安装 Wincc6 0sp3安装的硬件要求 WinCC硬件要求 PC机最低配置 CPUINTELPentiumII300MHzRAM256MBGraphicControllerSVGA 16MB Resolution800 600HardDisk500MBavailablespaceCD ROMDrive 77 推荐配置 CPUINTELPentiumIII800MHzRAM512MBGraphicControllerXGA 32MB Resolution1024 768HardDisk 700MBavailablespaceCD ROMDrive Wincc6 0sp3安装的硬件要求 78 Wincc6 0sp3安装的软件要求1 操作系统Windows2 IE6 0以上3 Microsoft消息队列服务4 SQLServer20005 重启 79 操作系统要求 WinCCcanrununderWindowsNT4 0 WorkstationorServer whenatleastServicePack4isinstalled WinCC安装在Windows2000下时 需同时安装sp2以上版本的补丁WindowsXP操作系统 80 1 WinCC的安装 Wincc6 0sp3安装的软件要求3 Microsoft消息队列服务开始 设置 控制面板 添加删除程序点添加windows组件 81 1 WinCC的安装 Wincc6 0sp3安装的软件要求3 Microsoft消息队列服务选择消息队列 下一步 完成 82 1 WinCC的安装 SQLServer2000的安装1 插入光盘 双击Start 83 1 WinCC的安装 SQLServer2000的安装2 点击InstallSQLServer2000 84 1 WinCC的安装 SQLServer2000的安装3 欢迎界面 Next 85 1 WinCC的安装 SQLServer2000的安装3 安装完成 86 1 WinCC的安装 Wincc6 0sp3的安装1 插入光盘 双击Start 87 1 WinCC的安装 Wincc6 0sp3的安装2 点安装SIMATICWincc 88 1 WinCC的安装 Wincc6 0sp3的安装3 安装SIMATICWincc过程 89 1 WinCC的安装 Wincc6 0sp3的安装4 选择组件和授权 90 1 WinCC的安装 Wincc6 0sp3的安装5 完成 91 1 WinCC的安装 Wincc6 0sp3的安装6 授权的安装 92 第四节WinCC组态软件 WinCC概述WinCC的安装WinCC组态示例变量模拟器组态软件发展趋势 93 例 液体储罐的液位监控组态 2 WinCC组态示例 94 新建一个项目更改项目属性更改计算机属性变量组态画面组态报警组态过程值归档全局脚本用户权限设置 液体储罐的液位监控组态 95 在WinCC资源管理器中 单击菜单上 文件 按钮并在下拉菜单中选择 新建 按钮 或在工具栏上单击 新建 按钮 出现 WinCCExplorer 对话框 我们一般采用 单用户项目 单击 确定 按钮关闭该对话框 新建一个项目 96 97 新建一个项目 98 新建一个项目 99 WinCC的启动 创建新项目 100 单用户项目 使用一台计算机进行工作 运行Wincc 多用户项目 使用多台计算机进行协调工作 在服务器上创建多用户项目 与PLC的连接只在服务器上进行 客户机与PLC没有连接 客户机项目 创建了多用户项目 随后必须创建对服务器进行访问的客户机 101 WinCC的开发界面 标题栏 菜单栏和工具栏 状态栏 浏览窗口 数据窗口 102 进入新建项目后 在WinCC资源管理器中 右击项目名称并在下拉菜单中选择 属性 在 项目属性 的 热键 标签页 一般为 登录 动作分配热键 Ctrl R 更改项目属性 103 更改项目属性 104 在WinCC资源管理器中 右击项目计算机名并在下拉菜单中选择 属性 在弹出的 计算机列表属性 对话框中 单击 属性 按钮 更改计算机属性 105 更改计算机属性 106 在 计算机属性 的 常规信息 标签页中 显示了项目计算机名 若该项目是从其它计算机上拷过来的 则须在此处改为当前计算机名 107 更改计算机属性 108 在 计算机属性 的 启动 标签页中 选择在运行时需启动的组件 一般选择图形运行系统 报警记录运行系统 变量记录运行系统等 109 更改计算机属性 110 在 计算机属性 的 参数 标签页中 语言一栏中选择 英语 安装WinCC软件时选择 中文 热键在组态阶段不需要屏蔽 当组态全部结束进入使用阶段 则须将该标签页中所有热键屏蔽 111 更改计算机属性 112 在 计算机属性 的 图形运行系统 标签页中 单击 启动画面 栏中的 浏览 按钮 选择欲作为该项目运行时第一个进入的界面 在 窗口属性 一栏中选中 全屏 使得项目在运行时全屏显示 113 更改计算机属性 114 变量组态 Wincc中变量按照功能分类 外部变量内部变量系统变量脚本变量 115 WinCC和自动化系统之间进行数据交换的连接 在WinCC中 每一个外部变量相应于所连接自动化系统存储器中的某一个过程值 在实时运行时 WinCC外部变量读储存在自动化系统中的数据区 从而决定了外部变量的值 例如 一个水箱的填充水位是由水位传感器测量得到的 并储存在PLC中 通过一个连接 通信通道 填充水位值转移到WinCC中 外部变量 116 PLC Tag标签 Wincc监控画面 WinCC图形系统的通讯原理 117 建立过程如下 添加驱动程序右击 变量管理器 在下拉菜单中选择 添加新的驱动程序 在 添加新的驱动程序 对话框中选择 SIMATICS7ProtocolSuite 并单击 打开 118 变量组态 119 只在WinCC内部使用 右击 内部变量 可新建组也可新建变量 右击变量并在下拉菜单中选择 属性 打开 变量属性对话框 在该对话框的 常规 标签页中 名称 栏中输入变量的名称 在 数据类型 下拉框中选择变量的类型 内部变量 用来计算或仿真 120 变量组态 121 内部和外部标签变量区别内部变量标签不算在需要授权的变量标签计数中 也不需要外部地址 外部变量标签在协议握手下生成 需要与PLC进行通讯 算在需要授权的标签计数中 122 水槽组态变量1 添加逻辑连接使用wincc来访问PLC的过程值Step1添加一个驱动程序 123 1 添加逻辑连接使用wincc来访问PLC的过程值Step2 MPI通道 连接属性 PLC1 124 2 建立过程变量过程变量 新建变量 Level 125 建立内部变量内部变量 新建变量 TankLevel 126 新建一个项目更改项目属性更改计算机属性变量组态画面组态报警组态过程值归档全局脚本用户权限设置 2 WinCC工程组态 127 画面组态 屏幕划分举例 128 129 130 创建过程画面1 建立过程画面图形编辑器 新建画面 start pdl和sample pdl 131 创建过程画面2 编辑画面双击start pdl 132 2 编辑画面双击start pdl视图 库 添加全局库 Tank1 133 创建过程画面2 编辑画面添加全局库 pipe valve 134 创建过程画面2 编辑画面添加静态文本 135 创建过程画面3 改变画面属性更改Tank对象的属性 136 创建过程画