第6章组态软件

第 6 章 组态软件 第 6 章 组态软件 组态软件作为用户可定制功能的软件平台工具，是随着分布式控制系统和计算机控制技术的日趋成熟而发展起来的，是 DCS 的商品化应用促进了组态软件概念的普及。随着微处理器及个人计算机技术的飞速发展，自动化监控设备的价格得以大幅度降低，体积也逐渐缩小；计算机网络技术的发展使得监控设备之间的互联通信变得简便易行。所有这一切都促进了监控组态软件的普及与推广，同时监控组态软件也促使自动化技术走出工业应用的狭小范围，积极向楼宇自动化、家庭自动化、农业自动化、环境（监测、保护）自动化等领域渗透，加快整个社会的信息化步伐，提高自动化工程的工作效率，减少系统的维护和升级费用。 目前自动化产品呈现出智能化、小型化、网络化、PC 化、低成本的发展趋势，并逐渐形成了各种标准的网络结构、硬件规范。这使得自动化系统的“水平”和“垂直”集成变得更加容易。监控组态软件已经成为其中的桥梁和纽带，是自动化系统中的重要组成部分。 6.1 监控组态软件及其发展 “组态”的概念是伴随着 DCS 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。在控制系统中使用的各种仪表中，早期的控制仪表是气动 PID 调节器，后来发展为气动单元组合仪表，90 世纪 50 年代后出现电动单元组合仪表和直接数字控制系统（Direct DigitalControl，DDC）。70 年代中期随着微处理器的出现，诞生了第一代 DCS。到目前， DCS 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的背后都有着 3 个共同的推动力：（1）微处理器技术质的飞跃，促成硬件费用的大幅度下降和控制设备体积的缩小；（2）计算机网络技术的大发展；（3）计算机软件技术的飞跃。 由于每一套 DCS 都是比较通用的控制系统，可以应用到很多的领域里，为了使用户在不需要编代码程序的情况下，便可生成适合自己需求的应用系统，每个 DCS 厂商在 DCS 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”（Configure）或“做组态”。 组态的概念 早来自英文 Configuration，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，满足使用者要求的目的。监控组态软件是面向监控与数据采集 SCADA 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。监控组态软件 早出现时，HMI 是其主要内涵，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、SCADA、通信及联网、开放数据接口、对 I/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，监控组态软件将会不断被赋予新的内容。 直到现在，每个 DCS 厂家的组态软件仍是专用的（即与硬件相关的），不可相互替代。从 80 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 PC 进行工业监控，同时开始出现基于 PC 总线的 A/D、D/A、计数器、DIO 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 MS-DOS 的基础上用汇编语言或 C 语言编制带后台处理能力的监控组态软件，有实力的研究机构则在实时多任务操作系统 iRMX86 或 VRTX 上做文章，但均未形成有竞争力的产品。随着 MS-DOS 和 iRM X86 用户数量的萎缩和微软公司 Windows 操作系统的普及，基于 PC 的监控组态软件才迎来了发展机遇。世界上第一个把组态软件做为商品进行开发、销售的专业软件公司是美国的 Wonderware 公司，它于 80 年代末率先推出第一个商品化监控组态软件 Intouch。此后监控组态软件在全球得到了蓬勃发展，目前世界上的组态软件有几十种之多，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，每年的市场增幅都会有较大增长，未来的发展前景十分看好。 6.1.1 监控组态软件成长的历史背景 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。60 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。70 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 1975 年美国 Honeywell 公司推出的世界上第一套 DCS TDC-2000。而随后的 20 年间，DCS 及其计算机控制技术日趋成熟，得到了广泛应用，此时的 DCS 已具有较丰富的软件，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。 这一阶段虽然 DCS 技术、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 DCS 在中/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 DCS。80 年代中后期，随着个人计算机的普及和开放系统(OpenSystem)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。组态软件做为个人计算机监控系统的重要组成部分，比 PC 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 DCS 和 PLC 厂家主动公开通信协议，加入“PC 监控” 的阵营。目前，几乎所有的 PLC 和一半以上的 DCS 都使用 PC 做为操作站。第二，由于PC 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（如防盗、报警、江河汛情监视、环境监控、电信线路监控、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，几乎无处不用。第三，各类智能仪表、调节器和 PC-based 设备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中的灵魂。 组态软件之所以同时得到用户和 DCS 厂商的认可，主要有以下 2 个原因： （1） 个人计算机操作系统日趋稳定可靠，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，软件升级和维护也较方便。 目前，多数组态软件都是在 Window 操作系统下逐渐成熟起来的，国外少数组态软件可以在 OS/2 或 Unix 环境下运行。 组态软件的开发工具以 C+为主，也有少数开发商使用 Delphi 或 C+Builder。一般来讲，使用 C+开发的产品运行效率更高，程序代码较短，运行速度更快，但开发周期要长一些，其他开发工具则相反。 6.1.2 监控组态软件的发展趋势 1. 组态软件作为单独行业的出现是历史的必然 市场竞争的加剧使行业分工越来越细，“大而全”的企业将越来越少（企业集团除外），每个 DCS 厂商必须把主要精力用于他们本身所擅长的技术领域，巩固已有优势。如果他们还是软硬件一起做，就很难在竞争中取胜。今后社会分工会更加细化。表面上看来功能较单一的组态软件，其市场才刚被挖掘出一点点，今后的成长空间还相当广阔。 组态软件的发展与成长和网络技术的发展与普及密不可分。曾有一段时期，各 DCS 厂商的底层网络都是专用的，现在则使用国际标准协议，这在很大程度上促进了组态软件的应用。例如，在大庆油田的各种油气处理装置都分布在油田现场，总面积约 3000km2，要想把这些装置的实时数据进行联网共享，在几年前是不可想象的，而目前通过公众电话网，用 Modem 或 ISDN 将各 DCS 装置连起来，通过 TCP/IP 协议完成实时数据采集和远程监控就是一种可行方案，力控组态软件已经在该项目中投用成功，成为国内规模 大的HMI/SCADA 应用范例。 2. 现场总线技术的成熟更加促进了组态软件的应用 应该说现场总线是一种特殊的网络技术，其核心内容一是工业应用，二是完成从模拟方式到数字方式的转变，使信息和供电同在一根双线电缆上传输，还要满足许多技术指标。同其他网络一样，现场总线的网络系统也具备 OSI 的若干层协议。在这个意义上讲，现场总线与普通的网络系统具有相同的属性，但现场总线设备的种类多，同类总线的产品也分现场设备、耦合器等多种类型，在未来几年现场总线设备将大量替代现有现场设备，给组态软件带来更多机遇。 3能够同时兼容多种操作系统平台是组态软件的发展方向之一 可以预言，微软公司在操作系统市场上的垄断迟早要被打破，未来的组态软件也要求跨操作系统平台，至少要同时兼容 Window 和 Linux/Unix。 Unix 系统是计算机软件 早的程序开发环境，整个 Unix 系统可以粗略地分为 3 层：下层是一个与具体硬件相联系的多进程操作系统内核；中间一层是可编程的 Shell 命令解释程序，它是用户与系统内核的接口，是整个 Unix 环境申灵活使用与扩展各种软件工具的工具； 外层是用户的实用工具，有多种程序语言、数据库管理系统及一系列进行应用开发的实用工具。 Unix 系统主要有以下 6 个特点：（1）具有一组丰富的实用软件开发工具；（2）具有方便装卸的分级结构树形文件系统；（3）具有功能完备、使用简便灵活、同时可编程的命令解释语言 Shell；（4）支撑整个环境的系统内核紧凑、功能强、效率高；（5）整个系统不限定在某一特定硬件上，可移植性好；（6）仍在发展中，不断完善实时控制功能。 Unix 是唯一可以在微、超微、小、超小型工作站和中大、小巨、巨型机上“全谱系通用”的系统。由于 Unix 的特殊背景，它强有力的功能，特别是它的可移植性以及目前硬件突飞猛进的发展形势，吸引了越来越多的厂家和用户。Unix 在多任务、实时性、联网方面的处理能力优于 Windows，但图形界面、即插即用、I/O 设备驱动程序数量方面赶不上 Windows。90 年代以来 Unix 的这些缺点已得到改进，现在的 Unix 图形界面 X-window 和Unix 的变种 Linux 已经具备了较好的图形环境。 4. 组态软件在嵌入式整体力案中将发挥更大作用 前面已讲过，微处理器枝术的发展会带动控制技术及监控组态软件的发展，目前嵌入式系统的发展速度极为迅猛，但相应的软件尤其是组态软件滞后较严重，制约着嵌入式系统的发展。 从使用方式上把嵌入式系统分为 2 种：带显示器/键盘的和不带显示器/键盘的。 （1） 带显示器/键盘的嵌入式系统又可分为带机械式硬盘和带电子盘的嵌人式系统。带机械式硬盘（如 PC/104 可外接硬盘）的嵌入式系统，可装 Windows 等大型操作系统，对组态软件没有更多的要求。而不带机械式硬盘（带电子盘）的嵌入式系统，由于电子盘的容量受限（也可以安装大容量电子盘，但造价太高），因此此类应用只能安装 WindowCE、DOS 或 Unix 操作系统。目前支持 WindowCE 或 Linux 的组态软件很少，用户一般或自已亲自编程，或使用以前的 DOS 环境软件，但一般都存在 2000 年问题。力控已经推出支持 WindowCE，Linux 版的组态软件，此类应用规模都不大，但数量却有很大潜力。另外，价格是一个重要因素，如果嵌入式系统的软硬件价格得到进一步降低，其市场规模将是空前的。 （2） 不带显示器/键盘的嵌入式系统。这种嵌人式系统一般情况都使用电子盘，只能安装 WindowCE、DOS 或 Linux 操作系统，此类应用有的会带外部数据接口（以太网、RS232/485 等），目前面向此类应用的组态软件市场潜力巨大。 5. 组态软件在 CIMS 应用中将起到重要作用 美国的 Harrington 博士于 1973 年提出了计算机集成制造系统 CIMS 的概念，主要内容有：企业内部生产各环节密不可分，需统筹协调；工厂的生产过程，实质就是对信息的收集、传递、加工和处理的过程。CIMS 所追求的目标是使工厂的管理、生产、经营、服务全自动化、科学化、受控化， 大限度地发挥企业中人、资源、信息的作用，提高企业运转效率和市场应变能力，降低成本。CIMS 的概念不仅适用于离散型生产流程的企业，同样适用于生产连续型的流程行业。在流程行业也有人叫做计算机集成流程系统(Computer Integrated Process System，CIPS)。 自动化技术是 CIMS 的基础，日前多数企业对生产自动化都比较重视，它们或采用 DCS（含 PLC）或采用以 PC 总线为基础的工控机构成简易的分散型测控系统。但现实当中的自动化系统都是分散在各装置上的，企业内部的各由动化装置之间缺乏互联手段，不能实现信息的实时共享，这从根本上阻碍 CIMS 的实施。 组态软件往企业 CIMS 发展过程中能够发挥下面 3 方面的作用：（1）充当 DCS（含 PLC）的操作站软件，尤其是 PC-based 监控系统。（2）以往各企业只注重花关键装置上投资，引进自动化控制设备，而在诸如公用工程（如能源监测、原材料管理、产成品管理、产品质量监控、自动化验分析、生产设备状态监视等）生产环节则重视程度不够。这种一个企业内部各部门间自动化程度的不协调也影响 CIMS 的进程，受到损失的将是企业本身。组态软件在这方面，即技术改造方面也会发挥更大的作用，促进企业以低成本、高效率地实现全厂的信息化建设。（3）由于组态软件具有丰富的 I/O 设备接口，能与绝大多数控制装置相联，具有分布式实时数据库，可以解决分散的“自动化孤岛”互联问题，大幅度节省 CIMS 建设所需的投资。伴随着 CIMS 技术的推广和应用，组态软件将逐渐发展成为大型平台软件，以原有的图形用户接口、I/O 驱动、分布式实时数据库等为基础将派生出大量的实用软件组件，如先进控制软件包、数据分析工具等。 6. 信息化社会的到来为组态软件拓宽了更多的应用领域 组态软件的应用不仅仅局限于工业企业，在农业、环保、邮政、电信、实验室、医院、金融、交通、航空等各行各业均能找到使用组态软件的实例。 随着祖国社会进步和信息化速度的加快，组态软件将赢得巨大的市场空间。这将极大地促进国产优秀组态软件的应用，为国产优秀组态软件创造良好的成长环境，促进国产软件品牌的成长和参与国际竞争。 组态软件事业的发展也加剧了对从事组态软件开发与研制的人才需求。以往我们国内的组态软件经历了从无到有的曲折过程，而目前则面临着如何在未来的竞争中取胜，如何制订未来的发展战略，如何开拓同际市场等一系列新的课题。组态软件涉及自动控制理论及技术、计算机理论及技术、通信及网络技术、人机界面技术等多个学科，对开发人员的软件设计、理论及实践经验都有很高的要求，广大在校的相关专业大学生、研究生面临着从事该项事业的难得机遇，盼望更多的人才加入到组态软件的开发队伍中来，为我国的国民经济信息化做出历史性贡献。 6.1.3 监控组态软件在自动监控系统中所处的地位 SCADA 系统作为生产过程和事物管理自动化 为有效的计算机软硬件系统之一，它包含两个层次的含义：一是分布式的数据采集系统，即智能数据采集系统，也就是通常所说的下位机；另一个是数据处理和显示系统，即上位机 HMI 系统。 下位机一般意义上通常指硬件层上的，即各种数据采集设备，如各种 RTU、 FTU、 PLC 及各种智能控制设备等等。这些智能采集设备与生产过程和事物管理的设备或仪表相结合，实时感知设备各种参数的状态，并将这些状态信号转换成数字信号，通过特定数字通信或数字网络传递到 HMI 系统中。在必要的时候，这些智能系统也可以向设备发送控制信号。 上位机 HMI 系统在接受这些信息后，以适当的形式如声音、图形、图象等方式显示给用户，以达到监视的目的；同时数据经过处理后，告知用户设备各种参数的状态（报警、正常或报警恢复），这些处理后的数据可能会保存到数据库中，也可能通过网络系统传输到不同的监控平台上，还可能与其他的系统（如 MIS，GIS）结合形成功能更加强大的系统。HMI 还可以接受操作人员的指示，将控制信号发送到下位机中，以达到控制的目的。 上位机与下位机相结合的 SCADA 系统，作为操作员平台和中央监控系统，已经广泛地应用到工业生产和事物管理的各个领域。 在一个自动监控系统中，投入运行的监控组态软件是系统的数据收集处理中心、远程监视中心和数据转发中心，处于运行状态的监控组态软件与各种控制、检测设备（如 PLC、智能仪表、DCS 等）共同构成快速响应的控制中心。控制方案和算法一般在设备上组态并执行，也可以在 PC 上组态，然后下装到设备中执行，根据设备的具体要求而定，如图 6-6 所示。 监控组态软件投入运行后，操作人员可以在它的支持下完成以下 6 项任务： （1） 查看生产现场的实时数据及流程画面； （2） 自动打印各种实时/历史生产报表； （3） 自由测览各个实时/历史趋势画面； （4） 及时得到并处理各种过程报警和系统报警； （5） 在需要时，人为干预生产过程，修改生产过程参数和状态； （6） 与管理部门的计算机联网，为管理部门提供生产实时数据。 6.2 监控组态软件的分类 根据前面阐述的监控组态软件发展过程，以及其实际应用情况，可以将监控组态软件大致分为三种类型： （1） 专用组态软件，是某硬件制造开发商为其硬件产品配套应用而采用某种语言编写成开发平台发售给用户应用的，如 Siemens 公司的组态软 WinCC 系列，可以很好支持其硬件产品，如 Siemens S7 系列 PLC。这类软件都是专用配套的，限于某个公司产品，不具备通用性，而且软件销售价格或授权费用比较高，但是加密程度和对其硬件支持的都非常好。 （2） 通用组态软件，顾名思义，与专用组态软件相比它是某开发制造商或软件公司用某种语言编写成开发平台发售给用户应用的，可以支持大多数公司的不同产品。其主要特点有：延续性和可扩充性，用通用组态软件开发的应用程序，当现场（包括硬件设备或系统结构）或用户需求发生改变时，不需作很多修改而方便地完成软件的更新和升级； 封装性（易学易用），通用组态软件所能完成的功能都用一种方便用户使用的方法包装起来，对于用户，不需掌握太多的编程语言技术（甚至不需要编程技术），就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能；通用性，每个用户根据工程实际情况，利用通用组态软件提供的底层设备（PLC、智能仪表、智能模块、板卡、变频器等）的 I/O Driver、开放式的数据库和画面制作工具，就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、具有多媒体功能和网络功能的工程，不受行业限制。 （3） 用户自主开发的组态系统，相对前两种而言，这里称为系统而不是软件也在于这类系统一般都是针对某个工程项目用户采用某种开发语言，如 VC+、VB、Delphi 等编写的应用程序，而不是利用专用或通用的组态软件开发平台来构建系统。显然这需要用户有很高的计算机语言编写能力以及硬件基础才能完成。 6.3 监控组态软件实例 紫金桥监控组态软件由紫金桥软件技术有限公司 荣誉推出，广泛应用于石化、钢铁、水利、煤炭、制药、交通、机械、烟草、环保等多个行业，其功能强大、可靠稳定、构架先进的优点得到了广大用户的认可和赞誉，软件主要特点如下： z 客户/服务器体系结构 紫金桥监控组态软件是真正的客户/服务器软件，同时支持分布式服务器和分布式客户端。一处定义，多处引用：在服务器端定义的点，可以同时在多个客户端上引用，减少组态工作量和避免数据的不一致性。支持多种组网方式，可以根据实际需要灵活搭建分布式结构，如以太网、串口、拨号网络、无线电台、GPRS、卫星网等多种连接方式，适应不同场合。 z 强大的数据库处理核心 数据库服务器可以进行各种运算和数据处理，如量程变换、报警、历史数据记录、PID 控制、流量累计等多种处理，支持数据库脚本，可以在核心级实施控制，满足控制的实时需求。灵活的点参数结构，用户可根据需要组态自定义点类型和点参数，满足个性化需求。 z 可靠的冗余系统 紫金桥监控组态软件支持双机/多机热备份，支持 IO 冗余、主机冗余、通讯冗余，系统可以智能检测不同类型的故障并自动进行处理，确保系统安全可靠运行。 z 丰富的 IO 驱动 紫金桥监控组态软件在长期的应用过程中，开发了数百种久经考验的 IO 通讯接口，支持各类智能仪表、智能模块、变频器、板卡、PLC 和 DCS。同时支持 OPC、DDE 等各类开放接口。 z 支持动态组态紫金桥监控组态软件率先提供了动态组态的功能，支持工程在运行时，动态的修改人机界面和数据库设置，可以轻松满足现场多变、设备不固定的场合，而且结合完善的安全设置，可以确保只有相应权限的用户才能执行该功能。 z 报表系统 紫金桥监控组态软件本身提供了功能强大的报表系统，不仅支持紫金桥的各类运算和函数，还提供了报表函数，报表格式灵活，实现了单元格级别的文本、颜色、脚本动作、位图的设置，可编制任意格式的报表，而且可以轻松连接过程数据库和各种关系数据库。报表系统提供 EXCEL 组件，可把紫金桥的各类（包括实时、历史、统计等）数据无缝嵌入 EXCEL。 z 逼真的图形系统 全面支持过渡色、透明色，支持各种图形画刷，以及灵活的动画设置。能设计出逼真的图形效果，形象再现生产流程。系统预先定义了数百种标准图形，如泵、阀、仪表、管道、马达等，可以大大缩短开发时间。用户也可以自定义图库，一劳永逸。紫金桥图形系统同时提供了独特的样板功能，可方便的对一个工程内同类事物的属性进行统一修改。 z 功能强大的脚本系统 系统支持多种触发形式的脚本，如键动作、数据刷新动作、条件动作、应用动作、窗口动作、对象动作，可以构建各类复杂系统。脚本采用类 BASIC 语言，简洁实用，功能强大，提供了功能丰富的预定义函数，支持间接变量、数组、循环和自定义函数。 z 丰富的组件对象 可以直接在画面中插入各类 Windows 标准控件，如文本编辑框、下拉框、列表框、表格、复选框等，全面支持各类 ActiveX 控件和 OLE 对象，提供各种功能组件如温控曲线、时间调度、自定义菜单等。 z Web 发布 紫金桥监控组态软件通过 Web 发布，可以在 Internet 上授权访问，授权操作。可以使用 Windwos 自带的 WebServer 或紫金桥提供的 WebServer，可以任意指定数据发布端口。WEB 客户端控件采用了 Windows 系统公认的代码签名数字证书进行签名和认证，保证了控件的可靠性和安全。用户无需降低 IE 浏览器安全级别，可直接浏览。 z 周密的安全管理系统 安全管理支持用户分组，用户继承所在组的全部权限，且可以定义拥有自己的私有权限。对窗口、配方、各种点、各种操作等都提供了完整的安全保护机制，只有授权用户才可以操作。 紫金桥监控组态软件的构成： 从功能上分，紫金桥监控组态软件可以分成组态和运行两个部分，从结构层次上分，可分为 IO 驱动、实时数据库、人机界面三个层次。从功能上划分，紫金桥监控组态软件由以下部分组成： z 工程管理器 工程管理器是整个系统的管理器，用于创建、删除、备份、恢复、选择当前工程等。 z 实时数据库(DB) 实时数据库是紫金桥系统的数据处理核心，它一方面管理系统的数据处理，如实时数据的处理、历史数据存贮、报警处理、统计数据管理等，另一方面它还要为紫金桥的其它组件提供数据服务，如 View、IO 驱动程序、网络通讯组件等提供各种服务。因此实时数据库是紫金桥系统的中枢部分、而且是紫金桥分布式系统的服务器。 z 通信程序组件 通信程序采用以太网(TCP/IP)、电话拨号、串口等多种通讯介质进行数据通讯，它是连接客户端(View)和服务器(实时数据库)的桥梁，是构成紫金桥监控组态软件分布式系统的重要组成部分。 z I/O 驱动程序 I/O 驱动程序是紫金桥监控组态软件与现场 IO 通讯的中介，它把不同的 IO 设备虚拟成逻辑设备，用户不必关心设备与计算机通讯的具体协议，它负责把数据从现场设备采集到实时数据库、并把控制指令下达到实际的物理设备。紫金桥系统提供了大量的常用 IO 驱动，包括常见 PLC、板卡、智能仪表、DCS 等多种 IO 设备。 z HMI 开发系统(Draw) 开发系统是一个集成开发环境，可以进行系统的配置、组态(包括画面组态、数据库组态、IO 驱动组态)，用户可以根据自己的需要和工程的实际情况来建立自己的应用系统。 z HMI 运行系统(View) 运行系统是用户开发出来的应用系统的结果显示，可以与 终用户(如现场操作人员等) 进行交互，提供流程图显示、历史/实时趋势显示、历史/实时报警显示、报表等多种数据表现方式。 z Web 服务器(Web Server) Web 服务器是为用户提供 Web 服务的程序，用户可以通过 IE 等标准浏览器来访问紫金桥的数据，从远程查看工业现场数据，及时了解工厂生产情况。 6. 3.1 系统需求及安装 z 系统需求 计算机的 低软硬配置要求是： Pentium3 1G 以上的 IBM 微型机及其兼容机、工控机； 内存不少于 256M；低支持 800*600 的 32 位真彩色的显示系统；硬盘不低于 2G； Windows2000 及其以上版本。 z 安装 “紫金桥监控组态软件”安装程序保存于光盘上。具体安装步骤如下：（以 Windows 2000 下的安装为例）第一步：启动操作系统。 第二步：在光盘驱动器中插入“紫金桥监控组态软件”的安装盘，系统自动弹出安装程序窗口，如图 6-1。（若没有自动弹出窗口，可双击光盘中的 Setup.exe 启动安装程序）在安装光盘中您可以看到紫金桥公司为您提供的两种监控组态软件版本，服务器版和客户端版。服务器版提供了界面组态、数据库组态、网络数据共享等功能。客户端版仅提供界面组态，运行时必须指定主服务器，并且不支持数据库组态和网络远程数据源等功能。可根据您所购买的不同授权安装相应的版本。 图6-1启动紫金桥监控组态软件安装程序 图6-2软件许可证协议第三步：进入安装系统。 单击“安装服务器”按钮（以服务器版的安装为例，客户端版的安装完全相同）。首先，弹出“软件许可证协议”对话框，如图 6-2 所示。 该对话框的内容为大庆紫金桥公司与“紫金桥监控组态软件”用户之间的法律协议。请您认真阅读。如果您同意协议中的条款，请选择复选框中的“我接受此协议”，并单击“下一步”继续安装。如果不同意，请选择“我不接受此协议”，并单击“取消”退出安装。此时弹出取消安装对话框，如图 6-3 所示。 图6-3 取消安装 单击“是”完全退出安装，单击“否”，返回上一级对话框，可继续安装。 第四步：选择紫金桥监控组态软件的安装目录。 选择“我接受此协议”，并单击“下一步”后，弹出“请选择安装文件夹”对话框，如图 6-4 所示。 图6-4选择安装文件夹 图6-5另建安装文件夹 在这里，由您指定监控组态软件的安装目录。默认目录是 C:Program FilesRealInfo。如果希望安装到其它目录，请在该对话框的“目标文件夹”中输入新的安装目录，如： d:RealInfo。 安装程序会自动按照您的要求创建目标文件夹。或者单击“浏览”，弹出如 6-6 所示对话框。选择已存在的文件夹作为目标文件夹，单击“确定”按钮，返回“请选择安装文件夹”对话框，所选择文件夹目录已显示在该对话框的“目标文件夹”中。单击“下一步” 继续安装。 图6-5 浏览目标文件夹 第五步：创建程序组弹出“请选择程序文件夹”对话框，如 6-7 所示。 图6-6 选择程序文件夹 在该对话框中由您指定程序文件夹。默认文件夹名称为“紫金桥监控组态软件”，您也可以选择其它名称，或者从“现有文件夹”列表中选择一个。如果您觉得此前的设置有什么问题的话，请单击“上一步”返回上级对话框进行修改。如果没问题，请单击“安装”。 第六步：开始安装 进入安装界面，此时安装程序将光盘上的压缩文件解压缩并拷贝到您所指定的目录下，安装进度显示在界面中的进度提示条上。 第七步：安装完成弹出“安装完成”对话框： 图6-7 安装完成 该对话框中的“在桌面上创建快捷方式”选项，用于确定是否在在桌面上创建快捷方式。单击“完成”按钮，弹出如下对话框： 图6-8 安装结束 如果您还要执行其它操作，可选择“稍后再重新启动计算机”，单击“完成”按钮。但在没有重新启动计算机之前，软件有可能一不能正常运行。 在安装时，如果您选中了“在桌面上创建快捷方式”选项，那么安装完成后，您会看到在 Windows 操作系统的桌面上添加了如 6-10 图所示的图标，双击该图标可启动“工程管理器”。 图6-9 桌面图标 同时，Windows 开始菜单中也添加了相应的监控组态软件程序组，如图 6-11、12 所示，分别为安装服务器版软件和安装客户端版软件生成的程序组。 图6-10 服务器版程序组 图6-11 客户端版程序组 服务器版程序组包括六项： 工程管理器：利用工程管理器您可以集中管理本机上的所有工程。主要功能包括：新建、扇出工程，工程的备份、恢复，切换到开发或运行环境等； 开发系统：进入组态环境，对新创建或打开的工程进行建设备、组点、编辑画面、动画连接、切换到运行环境等一系列操作； 系统运行器：运行工程，启动系统服务组，包括启动实时数据库、网络服务器、人机界面；人机界面：启动人机界面； 数据服务器：启动实时数据库；卸载程序：卸载监控组态软件。 客户端版程序组包括四项：工程管理器、开发系统、界面运行系统、卸载程序。其中界面运行系统功能为运行工程，启动人机界面，其它三项功能同上。 z 驱动程序的安装 在监控组态软件安装完成后，您可以根据您的需要选择是否安装驱动程序。其安装步骤如下：第一步：启动安装窗口。 图6-12 安装窗口第二步：开始安装驱动。 单击“安装驱动”按钮，进入“软件许可证协议”对话框，如 6-14。如果您同意终用户许可协议的条款，请选择“我接受此协议”，并单击“下一步”进入安装界面，安装进度显示在界面中的进度提示条上。 图6-13 软件许可证协议第三步：安装完成。 选择“重新启动计算机”，单击“完成”按钮，则安装过程结束并重新启动计算机。也可以选择“稍后再重新启动计算机”，等待其它工作完成再重新启动计算机。 图6-14 驱动安装完成 z 卸载紫金桥监控组态软件 卸载紫金桥监控组态软件的步骤如下：第一步：点击开始菜单-程序-紫金桥监控组态软件-卸载程序第二步：卸载设置 单击“卸载程序”弹出卸载设置对话框如 6-16 所示，上面有两个复选框，“默认”和 “全部”。如果您希望保留您定义的工程请选择“默认”，否则请选择“全部”。单击“下一步”。 图6-15 卸载设置第三步：开始卸载 图6-16 卸载设置 弹出对话框如 6-17。单击“上一步”，返回上级对话框可更改卸载设置。单击“取消” 退出卸载。单击“卸载”按钮卸载软件，弹出“正在卸载”对话框，进度提示条显示卸载进度。 第三步：卸载完成 图6-17 卸载完成 弹出如下所示对话框。单击确定卸载完成。 6.3.2 快速入门 在紫金桥监控组态软件中，每一个实际的应用案例叫做工程，它包含了数据库、I/O 驱动、人机界面、网络应用等各个方面的组态和运行信息。一般典型的工程中往往包含以下几方面的内容： 设备驱动：计算机连接设备的类型（如 PLC、板卡、DCS、智能仪表），连接的方式以及连接时采用的网络类型等。 数据库：记录和保存所需数据的详细信息。如需要一个反应器的温度，则对应的采集设备是什么通道，采集后是否需要量程变换，是数字点还是模拟点，是否要进行报警处理，是否要存贮历史，是否要进行统计、累计、运算等。数据库提供了数据处理的方法。 界面：现场数据采集到计算机中后，用户往往希望能够将其直观地反映到图形界面中。因此紫金桥监控组态软件提供了人机界面的组态，包括流程图组态、历史/实时趋势组态、历史/实时报警组态、报表组态、WEB 发布等多种方式。 设备驱动提供了数据的直接来源，数据库将数据保存并作相关处理和标记，通过组态把数据和人机界面相关联并进行相关设定。因此，对于一个典型的工程通常要包含上述几个方面(但是也不是绝对这样，例如有的系统可能通过其它网络节点的数据库获取数据，可能不需要设备驱动和本地数据库)。 实际的工程中包括组态和运行两种状态。所谓“组态”，就是在监控组态软件中构建界面、连接设备驱动、配置数据库等操作，在“组态”状态下，工程将一步一步建立；所谓“运行”就是指已经建立好的工程按照“组态”时的设计，执行某种功能的运行状态。本章通过讲解一个自动装车管理系统的构建和运行，重点介绍工程的组态过程，对于工程运行时涉及到的一些内容也给予说明。 在介绍示例工程之前，先对“点”的概念进行一下简单说明：紫金桥监控组态软件以“点”为单位来进行数据的管理。点是一组数据值(称为参数)的集合。在数据库中，用户以点为索引对数据库进行各种操作，系统也以点为单位管理各种信息。每一个点都是一个复合结构，相当于一个对象，它是由若干个点参数组成。而点参数是实时数据库的 小数据单位，用以描述点的某一个属性。每个点都包含若干点参数，它们描述点的不同方面的属性。如 PV 表示过程量的测量值，DESC 则表示点的描述等等。如现场的一个温度信号对应了数据库的一个点，事实上，这个温度信号实际上可能会有许多特性：如量程的上下限、原始测量值、测量值、报警的高低限等等。在不同的应用场合，可能需要引用该点的不同属性。因此对点的操作实际上是对具体的某一个点参数的操作，引用点参数的具体格式为点名.参数名。 下面要结合一个实际的例子介绍怎样建立一个简单的示例工程。通常建立一个工程可以参考按照以下的流程： 图 6-18工程开发流图 2连接设备驱动 3“点”组态 4 动画连接 5 报警设置、趋势曲线、报表制作等 1 建立工程 以上这五个步骤不是固定的，也可以根据具体的情况和用户自身的习惯重新安排，比如也可以先做画面，然后再建立设备并连接点等等，具体情况具体对待。在本样例中，由于是模拟汽车装运，并使用仿真仪表来模拟温度变化，为了简单起见，选择了先做画面，再建设备的做法。 本样例的流程如下：先绘制各个图元，然后建立相关的“点”，接着进行动画连接，之后进行报警设置和趋势曲线的相关制作。本样例中的动画连接是通过脚本控制实现的，而实际现场往往是通过关联相关设备，采集对应数据来实现的。 z 工程简介 本章以一个自动装车管理系统的组态过程为例，详细讲解如何应用紫金桥组态软件创建一个工程。本样例工程中涉及到动画制作、控制流程的编写、模拟设备的连接、报警输出、报表曲线显示等多项组态操作。通过这些讲解，您可以大体了解组态的具体过程。初学者对本章的细节不必深究，在以后的相关章节有详细的介绍，在此只需要了解完成一个工程所需要的步骤、过程。 z 工程效果图 z 总控制界面主控界面运行效果如下图所示： z 报警画面窗口报警画面运行效果如下图所示： z 趋势曲线画面窗口趋势曲线画面运行效果如下图所示： z 工程分析 在开始组态前， 好先对该工程进行剖析，以便从总体上把握工程的结构、流程，确定工程所需实现的功能以及如何实现这些功能。 z 工程概述： 自动装车管理系统模拟汽车从油库运油的控制管理，具有较强的实际意义。如果油罐中的液位低于 20，则自动往油罐加油，当油罐的液位等于 97 时则停止加油；液位在高于 85 和 95 时将分别则出现报警，提示油罐剩余空间不多。系统还定期检查油罐温度，如果温度高于 50，则出现报警，提示温度过高。汽车则定期循环到油罐装油，每次装车量为20，即油罐液位下降 20。 z 工程框架： 3 个用户窗口：总控制窗口、液位报警窗口、动态趋势窗口 z 数据对象： 油罐、液位、入油泵、出油泵、流量计、管道、汽车、报警器 z 图形制作：总控制窗口入油泵、出油泵、流量计、管道、汽车、报警器：使用图库的子图油罐：使用图元工具绘制报表：使用报表控件实现 液位显示、装车量和总装车次数：使用文本工具实现相关动画控制：使用脚本控制 趋势曲线窗口趋势曲线：使用历史趋势曲线控件实现液位报警窗口 报警：使用报警控件实现 z 流程控制： 通过脚本程序进行控制 z 工程建立 可以按照如下步骤建立工程： 安装完成紫金桥监控组态软件后可以通过以下方式进入工程管理器：点击桌面的快捷方式或者点击桌面“开始”菜单，依次选择“程序紫金桥监控组态软件工程管理器”。工程管理器界面如下图所示： 图6-19 工程管理器界面 点击“新建工程”，这时将弹出一个对话框，紫金桥监控组态软件会在其安装目录下自动生成新建工程目录，您也可以根据需要，点击来修改生成目录。这里使用默认目录，并将工程名改为：自动装车管理系统，然后点击“确认”按钮，如下图所示： 图6-20 新建工程定义 在工程列表中双击“自动装车管理系统”，或者在列表中选择这个工程然后再点击工具栏中的“进入组态”按钮，进入系统开发环境。 如果您使用的紫金桥监控组态软件是演示版，没有相关授权或者加密狗，在进入组态界面时会出现以下对话框，如果此时点击“终止”，则会退出软件；如果选择“重试”则会再次检测相关授权；如果点击“忽略”则会暂时忽略相关授权，系统继续运行，该对话框可能会不定期出现。 图6-21 授权提示 z 制作工程画面 现在可以按照以下步骤进行制作工程画面了。 z 建立画面 进入开发界面后，点击“文件”，在弹出的下拉菜单中选择“新建”，或者双击开发界面左侧的导航树“画面”中的“窗口”选项，此时都能打开一个新建画面的对话框； 在对话框中设置新建画面的各个属性，这里把名字设为：“主控界面”，点击“打开其他窗口时自动关闭”将其前面的小勾取消，将“左上角 X 坐标”和“左上角 Y 坐标”分别设为 0，0，宽度和高度分别设为 1024，700，如下图所示，然后点击“确定”，画面进入编辑状态。 图6-22 窗口属性设置 先点击工具栏中的按钮，保存新建的画面。然后双击开发界面左侧的导航树中“画面”选项卡下“配置”目录中的“启动设置”，如图 6-24 所示，进入组态系统的系统启动画面设置，在启动画面设置中点击“增加”按钮，在弹出的“选择窗口”的对话框中选择 “主控界面”，然后点击“确定”按钮。在“初始窗口列表”中选择“主控界面”，如图 6-25 所示，然后点击“确定”，这样就把“主控界面”设置为启动运行时的初始窗口。 图6-23 启动设置图 图6-24 初始启动窗口 z 编辑画面 经过以上操作，现在可以进行画面编辑了。 z 制作文字框图 单击工具条中的“T”按钮，如同所示：； 然后在画面的合适位置单击鼠标左键，输入“自动装车管理系统”，然后单击回车进行确定，这时画面的相应位置将出现您所输入的文字；通过以下操作对文字的位置、大小、颜色属进行修改： 在文字对象上按住鼠标左键，将文字拖动到画面合适的位置，然后释放鼠标左键以调整文字位置； 提示：这种鼠标点击图像拖动到合适位置再释放鼠标左键的操作也适合其它图元的操作，您也可以在选中相关图元后使用键盘的方向键进行位置的精确调整，也可以通过在导航窗内修改对象属性的坐标值进行对象位置的精确调整 点单击您所选择的文字，文字四周相应位置会出现一些黑色控制点，可以用光标拖动这些控制点，来控制文字的大小，这种操作也适合其它图元； 选中文字后，组态界面的左侧会出现该文字的属性栏，在这里，可以对文字的相关属性进行设定，这里将前景色设定为深蓝色，并分别选中“透明”和“三维”两个选项，如下图所示： 图6-25 属性设定 完成以上步骤，现在可以点击键盘左上角的 Esc 键，直接进入全屏状态，看下效果，同样再次点击 Esc 键就能方便地退回到编辑状态，截图如下图所示： 图6-26 运行截图 z 制作油罐 紫金桥监控组态软件提供了丰富的图库，其中包含了很多常用的图元，包括罐、开关、阀门等等，您也以根据现场的情况手工绘制一些图元以满足特殊需求。这里不妨先手工绘制一个油罐，以此演示如何绘制图元。 单击工具栏中的按钮，然后在画面中适当位置按下鼠标左键，拖动光标，这时可以看到一个圆角矩形正随着光标的移动而改变大小，注意拖动时要按住鼠标左键，如果到了合适的位置，释放鼠标左键，此时，一个矩形就完成了。 选中所画的矩形，在界面左侧的属性栏里点击“填充色”的按钮，系统将弹出一个颜色选择板，点击灰色属性卡，在属性页中选择颜色号为 942（光标停留在色彩块上一秒钟将弹出对应的色彩号）色块，如图 6-27 所示。 图6-27 颜色选择 图6-28 样式选择 选中所画的矩形，在界面左侧的属性栏里将“线宽”置为 0，然后点击“样式”的图标，在弹出的样式栏中选择“平行”，然后点击第一行中间一个样式，如图 6-28 所示。 此时油罐基本绘制完成，点击键盘 Esc 键，进入全屏将看到如图的效果，再次点击键盘 Esc 键可以退出全屏状态。 图6-29 全屏示例 为了能表现油罐中的液位高低，在油罐上增加一绿色矩形，操作方法和绘制油罐类似，只是先选择工具栏中的按钮，这时将绘制矩形（油罐为圆角矩形），将填充色改为绿色