张树文油气储运系统自动化第一章3节1 组态软件概述 文档

1、第,3,节,监控组态软件的功能和使用,3.1,计算机监控系统的组成,3.2,监控组态软件原理,3.3,主要组态软件使用,3.1,计算机监控系统的组成,3.1.1,计算机监控系统的概念,3.1.2,计算机监控系统的组成,3.1.3,计算机监控系统的运行环境,3.1.1,计算机监控系统的概念,1,定义,计算机监控是利用传感装置将被控对象中,的物理参量转换为电量，再将这些代表实际,物理参量的电量送入输入装置中转换为计算,机可识别的数字量，并且在计算机的显示装,置中以数字、图形或曲线的方式显示出来,从而使得操作人员能够直观地而迅速地了解,被监控对象的变化过程,2,计算机监控技术是一门综合技术,计算机技

2、术（软件技术、接口技术、通信,技术、网络技术、显示技术,自动控制技术,自动检测和传感技术,3,效益,经济效益：稳定和优化生产工艺、提高产品,质量、降低能源和原材料消耗、降低成本,社会效益：降低劳动者的生产强度、提高管,理水平,3.1.2,计算机监控系统的组成,1,计,算,机,2,3,4,自动化科学与技术学科的整个知识结构框架,控制系统各部分与相应的知识领域的对应关系,3.1.3,计算机监控系统的运行环境,1,计算机操作系统,管理和控制计算机软硬件资源，并且能为,用户创造便利的工作环境的一组计算机程序,的集合,1,按照程序运行的调度方法，可以将操,作系统分为以下三种类型,顺序执行系统,分时操作系

3、统,实时操作系统,2,计算机操作系统的功能,进程管理,进程是关于某个数据集合的可并发的一次,运行活动,操作系统对进程的管理：进程的建立、终止,挂起、激活、阻塞和唤醒。同时，操作系统,还要为运行的程序以及相关的数据分配内存,空间，并为各进程间的通信进行管理,作业管理,作业就是用户为完成一次事务处理而交给计,算机的一项任务,作业管理的任务就是为方便用户建立作业,组织调度系统内部资源执行，并在完成任务,后将其撤消,存储器管理,内存分配、地址映射、内存保护、内存扩充,设备管理,按照一定的算法分配设备；控制和实现输入,输出操作，如通道程序控制、启动设备、及,时响应及处理中断信号；对输入输出缓冲区,进行管

4、理；实现虚拟设备技术,文件管理,文件目录管理、文件存储空间管理、文件的,保护与机密、文件的使用和运行,1,操作系统,2,组态软件,3,数据库,4,应用软件,3.2,监控组态软件原理,监控组态软件概述,现代计算机监控系统的功能越来越强，除了,完成基本的数据采集和控制功能外，还要完,成,故障诊断、数据分析、报表的形成和打印,与管理层交换数据,为操作人员提供灵活方,便的人机界面。另外，随着生产规模的变化,计算机接口的部件和控制部件也随着系统规,模的变化进行增减,计算机监控系统的组态软件技术,图形界面技术,面向对象编程技术,Object,服务器,Oriented Program,OOP,组件技术,Co

5、mponent Object Model,COM,1,组态及组态软件的概念,组态”的概念最早来自英文,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，自动执行待定任务，满足使用者要,求的目的。也就是通过对软件采用,非编程的,操作方式,进行参数填写、图形连接和文件,生成等，使得软件乃至整个系统具有某种指,定的功能,2,组态二次开发监控组态软件,开发商事先开发好一套具有一定通用性的软,件开发平台，生产若干种规格的硬件模块,如,I/O,模块、通信模块、控制模块），然后,再根据用户的要求在软件平台上进行二次开,发以及硬件模块的连接。这

6、种软件的二次开,发工作就称为“组态”，相应的软件开发平,台就称为“监控组态软件”，简称“组态软,件,组态”一词既可以用做名词也可以用做动,二次开发人员根据具体的系统要求，建立模,块（创建对象）然后定义参数（对象属性,最后生成可供运行的应用程序,组态实际上是,生成一系列可以直接运行的程,序代码,这些程序代码可以在用于组态的计,算机上直接运行，也可以下装到其他的计算,机上,组态可以分为离线组态和在线组态两种,3,HMI/SCADA,软件,组态软件的更确切称呼应该是人机界面,HMI,Human,Machine,Interface,监控与数,据采集,SCADA,Supervisory,Control,

7、And,Data Acquisition,软件,实现,HMI,或,MMI,Man,Machine,Interface,和控制功能,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,组态软件的突出特点是,实时多任务,1,实时性与多任务。例如，数据采集与处理、显示与输出,存储与检索、人机对话与实时通信等多个任务要在同一台计算机,上进行,2,可靠性与系统冗余。各组态软件都提供了一套比较完善的,安全机制，如界面上所有可操作的东西都具有安全级别和操作权,限，防止误操作和非法操作。具有故障诊断和处理功能，一些组,态软件还具有热备体系支持网络冗余,3,通用化与行业化。

8、在开发通用版本的同时，各家公司也十,分注重根据不同行业的特点开发不同领域的专业版本，如石油版,电力版、嵌入式系统版等,4,组态软件的特点,4,标准通信与接口开放,采用标准通信技术与外部设备接,口，如,ODBC,OPC,DDE,数据交换技术,5,可扩展性与二次开发,当用户的企业发展壮大，原有的,计算机控制规模需要扩大时，组态软件具有方便的、像搭接积,木一样灵活的扩展能力,6,网络控制与远程控制,具有网络控制功能的组态软件可,以连接成对等网，也可以连接成服务器,客户机的结构。计算机,网络控制的发展正在向以太网靠拢，通过网卡将各种控制设备,挂接在,Internet,网上，实施远程控制，打破了由,Et

9、hernet/Controlnet/Devicenet,三层网络组成的控制结构，出现了,一网拉平”的概念，即每个工控设备都具有独立的,IP,地址,通过,Internet,网直接进行通信和远程控制,7,内部数据库与外部数据库,组态软件都具有内嵌的数据库系统和报表格式，但一些用,户往往需要使用第三方软件来处理采集的数据，即要求使用通,用数据库来存放采集的数据，如,Oracle,Sybase,Microsoft,Access,Microsoft SQL Server,等。所以组态软件还具有和通用,外部数据库的接口,8,复杂运算与软逻辑控制,随着计算机控制技术的深入发展，组态软件功能早已突破,了单纯的

10、数据采集和人机界面设计，目前已将可编程控制器,PLC,具有的一些复杂运算（如,PID,运算）功能植入到组态软件,中，称为软,PLC,或软逻辑控制,DDE,OLE,COM/DCOM,Active X,技术,ODBC,OPC,API,接口,5,组态软件主要解决的问题,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，可以,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

11、享,6,组态软件的系统构成,必备的典型组件包括,1,应用程序管理器,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,图形界面开发程序,自动化工程设计工程师为实施其控制方案,在图形编辑工具的支持下进行图形系统生成,工作所依赖的开发环境,3,图形界面运行程序,在系统运行环境下，图形目标应用系统被图,形界面运行程序装入计算机内存并投入实时,运行,4,实时数据库系统组态程序,建立实时数据库的组态工具，可以定义实时,数据库的结构、数据来源、数据连接、数据,类型及相关的各种参数,提高系统的实时性，增强处理能力,5,实时数据库系统运行程序,在系统运行环境下，目标实时数据库及,其应用系

12、统被实时数据库系统运行程序,装入计算机内存并执行预定的各种数据,计算、数据处理任务。历史数据的查询,检索、报警的管理都是在实时数据库系,统运行程序中完成的,6,I/O,驱动程序,组态软件中必不可少的组成部分，用于,和,I/O,设备通讯，互相交换数据,DDE,和,OPC Client,是两个通用的标准,I/O,驱,动程序，用来和支持,DDE,标准和,OPC,标,准的,I/O,设备通讯。多数组态软件的,DDE,驱动程序被整合在实时数据库系统,或图形系统中，而,OPC Client,则多数单,独存在,扩展可选组件包括,1,通用数据库接口,ODBC,接口）组态程,序,通用数据库接口组件用来完成组态软件

13、的实,时数据库与通用数据库的互联，实现双向数,据交换，通用数据库既可以读取实时数据,也可以读取历史数据；实时数据库也可以从,通用数据库实时地读入数据,2,通用数据库接口,ODBC,接口）运行程,序,已组态的通用数据库连接被装入计算机内存,按照预先指定的采样周期，对规定时间区段,按照组态的数据库结构建立起通用数据库和,实时数据库间的数据连接,3,策略（控制方案）编辑组态程序,策略编辑,生成组件是以,PC,为中心实现低成本,监控的核心软件，具有很强的逻辑、算术运,算能力和丰富的控制算法,4,策略运行程序,组态的策略目标系统被装入计算机内存并执,行预定的各种数据计算、数据处理任务，同,时完成与实时数

14、据库的数据交换,5,实用通讯程序组件,实用通讯程序极大地增强了组态软件的功能，可,以实现与第三方程序的数据交换，是组态软件价,值的主要表现之一。通讯实用程序具有以下功能,可以实现操作站的双机冗余热备用,实现数据的远程访问和传送,通讯实用程序可以使用以太网,RS485,RS232,PSTN,等多种通讯介质或网络实现其功能,7,组态软件的设计思想,组态软件普遍使用“面向对象”,Object,Oriented,OO,的编程和设计方法,组成,图形界面系统,实时数据库系统,第三方程序接口组件,控制功能组件,1,图形界面系统,构成现场各过程的图形的画面被划分成三类,简单的对象：线、填充图形和文本,静态属性

15、在系统投入运行后保持不变，与原,来组态时一致,而动态属性则与表达式的值有关，表达式可,以是来自,I/O,设备的变量，也可以是由变量和,运算符组成的数学表达式,这种对象的动态属性随表达式的值的变化而,实时改变，这种组态过程通常叫做动画链接,在图形界面上还具备报警通知和确认、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、趋势都是动画链接的对象,其数据源都可以通过组态来指定,2,控制功能组件,以基于,PC,的策略编辑,生成组件（也称之为软,逻辑或软,PLC,为代表，是组态软件的重要,组成部分,3,实时数据库,实时数据库可以存储每个工艺点的多年数据，用户既,可以浏览工厂当前的生产情况，又

16、可以过去的生产情,况,4,通信及第三方程序接口组件,开放系统的标志，是组态软件与第三方程序交互及实,现远程数据访问的重要手段之一。它的主要作用,a,用于双机冗余系统中，主机与从机间的通信,b,用于构建分布式,HMI/SCADA,应用时多机间的,通信,c,在基于,Internet,或,Browser/Server,B/S,应用,中实现通信功能,8,组态软件的数据流,20,世纪,80,年代时，世界上第一个商品化监控组态软件是,由美国,的,Wonderware,公司研,制的,Intouch,随后,又出现了,Intellution,公司的,FIX,系统，通用电气的,Cimplicity,以及德国,西门

17、子的,WinCC,等；在国内主要有亚控公司的,KingView,组,态王，昆仑公司的,MCGS,三维公司的力控等组态软件,现场总线技术,的成熟促进了组态软件的应用。现场总线的网,络系统具备,OSI,协议，它与普通网络系统具有相同的属性，这,为组态软件的发展提供了更多机遇,组态软件的发展方向之一,是能够兼容多操作系统平台,3.3,组态软件介绍,当今流行的组态软件,一、力控,最新版本,V7.0,二、组态王,最新版本,V6.5.5,三,MCGS,最新版本,V6.2,四,Wincc,最新版本,V11.0,五,InTouch7.0,版,六,Fix6.x,软件,七,高级编程语言,VB,VC,3.3.1,力

18、控组态软件,北京三维力控科技公司的监控组态软件唯一的完整的冗余与热备体系设,计，完整的分布式网络结构,支持控制设备冗余、多重网络冗余，多客户端冗余、冗余的主从站都可,以操作,人机监控图形界面与过程数据处理分离，内置独立的实时历史数据库,实时历史数据库支持,Windows/Unix/Linux,操作系统，数据库开放接口,支持远程访问,软件具备独立的,Web Server,支持,Web Service,接口，支持,PDA,终端,访问方式,支持多种通讯方式，上千种的驱动程序，支持多协议设备共用一条通讯,总线，支持不同通讯链路切换,力控监控组态软件基本的程序及组件包括：工程管理,器、人机界面,VIEW

19、,实时数据库,DB,I/O,驱动程序、控,制策略生成器以及各种数据服务及扩展组件，其中实时数,据库是系统的核心，图为组态软件结构图,选型说明,力控组态软件的企业版分为开发版和运行版,软件是根据点数进行计价的，点数是指实际监控,的外部,I/O,设备参数的个数，即软件内部的实时数,据库,DB,中,I/O,连接项的个数，软件内部的中间变,量、间接变量等不计点,力控演示版的开发版和运行版分别有,64,点的限制,力控正式发行的开发版没有点数和时间的限制,1,力控的运行版本,1,通用监控版,运行在单台,PC,上完成监控，该版本不包括扩展组件,2,标准网络版,由,2,套通用监控版软件通过以太网可以构成标准的

20、服务器,客户,端应用模式，标准服务器端只授权,5,客户使用，客户端在,5,个客,户端的基础上可增加,10,20,50,无限客户端,3) WWW,网络版,用标准的,IE,浏览器作为“瘦”客户端，在,Internet/Intranet,上,来监控,WWW,服务器的上的数据，瘦客户端在,5,个客户端的基础,上可增加,10,20,50,无限客户端,2,扩展组件,包括,PC,控制策略程序,GPRS,组件、数据库,ODBC,通讯组件,CommServer,通讯组件,DataServer,数据转发组件、远程数,据库历史备份程序等组件,3.3.2,组,态,王,篇,组态王开发监控系统软件,组态王,kingvie

21、w6.55,是亚控科技根据当前的自动化技术的发展趋势,面向低端自动化市场及应用，以实现企业一体化为目标开发的一套产,品,组态王保持了其早期版本功能强大、运行稳定且使用方便的特点，并,根据国内众多用户的反馈及意见，对一些功能进行了完善和扩充,组态王,kingview6.55,提供了丰富的、简捷易用的配置界面，提供了大,量的图形元素和图库精灵，同时也为用户创建图库精灵提供了简单易,用的接口,工程浏览器,内嵌组态王画面开发系统,TouchExplorer,即组态王开发系统,运行系统,组态王运行系统程序,TouchVew,工程浏览器,TouchExplorer,和运行系统,TouchVew,是独立的,

22、Windows,应用程序,可单独使用,工程浏览器的设计开发的画面应用程序必须,在画面运行系统,TouchVew,运行环境中,3.3.3 WinCC,的功能介绍,1.WinCC,系统综述,2.WinCC,的,SCADA,基本功能,1. WinCC,系统综述,什么是,WinCC,WinCC,是在,Microsoft Windows NT,和,Windows 2000/XP,环境下的一种高效,HMI,系统，用于实现过程的可视化，并为操作员,开发图形用户界面,WinCC,是,Windows,Control Center,视窗自动化中心）的缩写,通信,2. WinCC,的系统结构,WinCC,具有模块化

23、的结构,基本组件,组态软件,CS,运行软件,RT,WinCC,选项,WinCC,附加软件,组态软件,CS,1,图形系统,用于创建画面的编辑器,2,报警系统,对报警信号进行组态的过程,3,归档系统,变量记录编辑器,4,报表系统,创建报表布局的编辑器,5,用户管理器,对用户进行管理的编辑器,6,通讯,提供,WinCC,与,SIMATIC,各系列可,编程控制器的连接,运行软件,RT,用户通过运行软件对过程进行操作和监控,主要执行下列任务,1,读出已经保存在,CS,数据库中的数据,2,显示屏幕中的画面,3,与自动化系统通讯,4,对当前的运行系统数据进行归档,5,对过程进行控制,2. WinCC,的,SCADA,基本功能,1,用户接口和操作,2,图形系统,3,报警记录,4,归档系统,5,报表系统,6,通讯,2,图形系统,1,图形系统的任务,2,图形系统组件构成,a,图形编辑器,b,图形运行软件,3,模块库,1,用户接口和操作,1,可组态的用户接口,2,访问授权和用户管理,3,语言切换,3,报警记录,1,报警记录的任务,2,报警记录的组件构成,3,报警的消息块,4,报警的基本状态,5,组消息,6,消息类型和等级,7,报警的归档,4,归档系统,1,归档系统的任务,2,归档系统的组件,3,归档的设置,5,报表系统,1,报表系统的任务,a,报警消息顺序