第1章 组态软件概述

1、Shandong University of Science And Technology1山东科技大学自动化学院山东科技大学自动化学院工业组态软件工业组态软件（WinCC及其应用）及其应用）高正中高正中2014.92上课要求：上课要求： 1. 1. 上课态度认真；上课态度认真； 2. 2. 进实验室穿着得体、文明；进实验室穿着得体、文明； 3. 3. 禁止在实验室吃早饭、零食；禁止在实验室吃早饭、零食； 4. 4. 保持实验室卫生；保持实验室卫生； 5. 5. 爱惜实验室仪器设备，禁止乱动无关仪爱惜实验室仪器设备，禁止乱动无关仪器设备器设备（禁止一切移动鼠标、键盘行为）！（禁止一切移动鼠标、

2、键盘行为）！ 6. 6. 上课均按现有位置固定坐。上课均按现有位置固定坐。3工业组态软件工业组态软件课程性质：课程性质：专业选修课课程学分：课程学分：2 课程特点：课程特点：注重实用性、应用性、综合性、工程性。课程学时：课程学时：20（授课）+16（实验）课程教材：课程教材：组态软件WinCC及其应用 刘华波 王雪 等编写 机械工业出版社成绩评定：成绩评定：考勤（20%）、 实验（30%）、考试（50%） （缺勤次数=(考勤次数/3) ：无成绩；联系方式：联系方式：，地点：J11-1064第第1 1章章 概述概述1.1 1.1 组态软件的产生与发展组态软件的产生与发展1.2 1.2 组态软件的

3、特点组态软件的特点 1.3 1.3 国内应用的主要组态软件国内应用的主要组态软件 1.4 1.4 WinCCWinCC概述概述 5第第1 1章章 概述概述1.1 1.1 组态软件的产生与发展组态软件的产生与发展1.1.1 工业过程控制系统的发展工业过程控制系统的发展 2020世纪世纪4040年代年代，手工操作状态：手工操作状态： 劳动生产率低、生产产品质量无保证。劳动生产率低、生产产品质量无保证。 65050年代前后年代前后，一些工厂企业的生产过程实现了，一些工厂企业的生产过程实现了仪表化和局部自动化仪表化和局部自动化。1.1.1 工业过程控制系统的发展工业过程控制系统的发展 7进入进入606

4、0年代年代，随着工业生产和电子技术的不断发展，随着工业生产和电子技术的不断发展，开始开始大量采用气动、电动单元组合仪表甚至组装仪表大量采用气动、电动单元组合仪表甚至组装仪表对关键参数进行指示，计算机控制系统开始应用于过对关键参数进行指示，计算机控制系统开始应用于过程控制，实现直接数字控制和设定值控制等。程控制，实现直接数字控制和设定值控制等。1.1.1 工业过程控制系统的发展工业过程控制系统的发展 8 7070年代，随着计算机的开发、应用和普及，对全厂或整个年代，随着计算机的开发、应用和普及，对全厂或整个工艺流工艺流程的集中控制程的集中控制成为可能。集散控制系统是把自动化技术、计算机技术、成为

5、可能。集散控制系统是把自动化技术、计算机技术、通信技术、故障诊断技术、冗余技术和图形显示技术融为一体的装置通信技术、故障诊断技术、冗余技术和图形显示技术融为一体的装置 ，组态软件伴随着产生。组态软件伴随着产生。1.1.1 工业过程控制系统的发展工业过程控制系统的发展 现代的工业控现代的工业控制制91.1.1 工业过程控制系统的发展工业过程控制系统的发展 101.1.1 工业过程控制系统的发展工业过程控制系统的发展 111.1.2 组态软件的产生及发展组态软件的产生及发展 无组态软件时，计算机监控：通过第三方软件（如无组态软件时，计算机监控：通过第三方软件（如VBVB、VCVC、DELPHIDE

6、LPHI、C C等）编写人机交互界面（等）编写人机交互界面（Human Human Machine InterfaceMachine Interface，HMIHMI）。）。存在问题：开发周期长、工作量大、维护困难、容易出错、存在问题：开发周期长、工作量大、维护困难、容易出错、扩展性差等缺点。扩展性差等缺点。 世界上第一款组态软件世界上第一款组态软件InTouchInTouch在在2020世纪世纪8080年代中期年代中期由美国的由美国的WonderwareWonderware公司开发。公司开发。 组态软件类似于组态软件类似于“自动化应用软件生成器自动化应用软件生成器”，根据其提，根据其提供的各

7、种软件模块可以供的各种软件模块可以积木式搭建人机监控界面积木式搭建人机监控界面，不仅提高，不仅提高了自动化系统的开发速度，也保证了自动化应用的成熟性和了自动化系统的开发速度，也保证了自动化应用的成熟性和可靠性。可靠性。 121.1.3 组态软件的定义组态软件的定义 组态软件是一种组态软件是一种面向工业自动化的通用数据面向工业自动化的通用数据采集和监控软件采集和监控软件，即，即SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）软件，亦称人机界）软件，亦称人机界面或面或HMI/MMI（Human Machine Interface/Man Machine

8、 Interface）软件，在国内通常称为）软件，在国内通常称为“组态组态软件软件”。 13 组态软件从总体结构上看一般都是由组态软件从总体结构上看一般都是由系统开发环境系统开发环境（或称组态环境）与（或称组态环境）与系统运行环境系统运行环境两大部分组成。系统两大部分组成。系统开发环境和系统运行环境之间的联系纽带是实时数据库。开发环境和系统运行环境之间的联系纽带是实时数据库。实时数据库：实时数据库：组态结果组态结果运行环境：运行环境：解释执行解释执行组态结果组态结果组态环境：组态环境：组态生成应用系统组态生成应用系统141.1.4 组态软件的功能组态软件的功能 作为通用的监控软件，所有的组态软

9、件都能提供对工作为通用的监控软件，所有的组态软件都能提供对工业自动化系统进行业自动化系统进行监视、控制、管理和集成监视、控制、管理和集成等一系列的功等一系列的功能，同时也为用户实现这些功能的组态过程提供了丰富和能，同时也为用户实现这些功能的组态过程提供了丰富和易于使用的手段和工具。易于使用的手段和工具。 利用组态软件，可以完成的常见功能有：利用组态软件，可以完成的常见功能有： （1）读写读写不同类型设备（不同类型设备（PLC、仪表、智能模块和板卡）、仪表、智能模块和板卡）数据数据，采集工业现场的各种信号，对工业现场进行，采集工业现场的各种信号，对工业现场进行监视和监视和控制控制。（2）可以以图

10、形和动画等直观形象的方式）可以以图形和动画等直观形象的方式呈现工业现场信呈现工业现场信息息。15（3）可以将控制系统中的）可以将控制系统中的紧急工况紧急工况（如报警等）（如报警等）及时及时通知通知给相关人员，使之及时掌控自动化系统的运行状给相关人员，使之及时掌控自动化系统的运行状况。况。（4）可以对工业现场的数据进行）可以对工业现场的数据进行逻辑运算和数字运算逻辑运算和数字运算等处理等处理，并将结果返回给控制系统。，并将结果返回给控制系统。（5）可以对从控制系统得到的以及自身产生的数据进）可以对从控制系统得到的以及自身产生的数据进行行记录存储记录存储。（6）可以将工程运行的状况、实时数据、历史

11、数据、）可以将工程运行的状况、实时数据、历史数据、警告和外部数据库中的数据以及统计运算结果警告和外部数据库中的数据以及统计运算结果制作成制作成报表报表，供运行和管理人员参考。，供运行和管理人员参考。1.1.4 组态软件的功能组态软件的功能 16（7）可以提供多种手段让）可以提供多种手段让用户编写自己需要的特定功能用户编写自己需要的特定功能，并与组态软件集成为一个整体运行。大部分组态软件提供并与组态软件集成为一个整体运行。大部分组态软件提供通过通过C脚本、脚本、VBS脚本或脚本或C#等来完成此功能。等来完成此功能。（8）可以）可以为其它应用软件提供数据，也可以接收数据为其它应用软件提供数据，也可

12、以接收数据，从，从而将不同的系统关联和整合在一起。而将不同的系统关联和整合在一起。（9）多个组态软件之间可以互相联系，提供客户端和服务）多个组态软件之间可以互相联系，提供客户端和服务器架构，通过器架构，通过网络实现分布式监控网络实现分布式监控，实现复杂的大系统监，实现复杂的大系统监控。控。（10）可以将控制系统中的实时信息送入管理信息系统，）可以将控制系统中的实时信息送入管理信息系统，也可以反之，接收来自管理系统的管理数据，根据需要干也可以反之，接收来自管理系统的管理数据，根据需要干预生产现场或过程。（预生产现场或过程。（控制系统与管理系统交换数据控制系统与管理系统交换数据）1.1.4 组态软

13、件的功能组态软件的功能 17（1111）可以对工程的运行）可以对工程的运行实现安全级别、用户级别的管理实现安全级别、用户级别的管理设置。设置。（1212）可以开发面向国际市场的，能适应）可以开发面向国际市场的，能适应多种语言界面多种语言界面的的监控系统，实现工程在不同语言之间的自由灵活切换，是监控系统，实现工程在不同语言之间的自由灵活切换，是机电自动化和系统工程服务走向国际市场的有利武器。机电自动化和系统工程服务走向国际市场的有利武器。（1313）可以通过）可以通过因特网发布监控系统的数据因特网发布监控系统的数据，实现远程监，实现远程监控。控。 1.1.4 组态软件的功能组态软件的功能 181

14、.2 组态软件的特点组态软件的特点 1.2.1 组态软件的特点与优势组态软件的特点与优势 组态软件是数据采集与过程控制数据采集与过程控制的专用软件的专用软件，是自动控制系统监控层一级监控层一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式组态方式提供良好的用户开发界面用户开发界面，其预设的各种软件模块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，并能同时支持各种硬件厂家的计算机和I/O产品，与工控计算机和网络系统结合，可向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，进行系统集成。 1. 功能强大功能强大2. 简单易学简单易学3. 扩展性好扩展性好4. 实时多任务实时多任务191.2.2 组态软件的发展趋势

15、组态软件的发展趋势 （1 1）多数组态软件提供）多数组态软件提供多种数据采集驱动程序多种数据采集驱动程序，用户可，用户可以进行配置。以进行配置。 （2 2）脚本语言脚本语言是扩充组态系统功能的重要手段。是扩充组态系统功能的重要手段。 （3 3）可扩展性可扩展性为用户提供了在不改变原有系统的情况下，为用户提供了在不改变原有系统的情况下，向系统内增加新功能的能力。向系统内增加新功能的能力。 （4 4）组态软件的应用具有）组态软件的应用具有高度的开放性高度的开放性。 （5 5）与）与MESMES和和ERPERP系统系统紧密集成紧密集成。 （6 6）InternetInternet模式模式的组态软件。

16、的组态软件。 （7 7）发展与硬件结合的组态软件。）发展与硬件结合的组态软件。 201.2.3 使用组态软件的一般步骤使用组态软件的一般步骤 （1 1）分析工程项目，整理）分析工程项目，整理I/OI/O点。点。 将所有将所有I/OI/O点的参数点的参数( (数据类型、数量、名称数据类型、数量、名称.).)整理整理齐全，并以表格的形式保存，以便在组态软件组态齐全，并以表格的形式保存，以便在组态软件组态和和PLCPLC编程时使用。编程时使用。（2 2）明确设备及通信协议。）明确设备及通信协议。 对所使用的对所使用的I/OI/O设备的生产商、种类、型号，使用的设备的生产商、种类、型号，使用的通信接口

17、类型，采用的通信协议，以便在定义通信接口类型，采用的通信协议，以便在定义I/OI/O设备时做出正确配置。设备时做出正确配置。（3 3）根据工艺过程绘制、设计画面结构和画面框架。）根据工艺过程绘制、设计画面结构和画面框架。21（4 4）按照第）按照第1 1步统计的参数表格，步统计的参数表格，建立实时数据库，正确建立实时数据库，正确组态各种变量参数组态各种变量参数。（5 5）根据第）根据第1 1步和第步和第3 3步的统计结果，在实时数据库中建立步的统计结果，在实时数据库中建立实时数据库变量与实时数据库变量与I/OI/O点的一一对应关系，即点的一一对应关系，即定义数据定义数据连接连接。（6）设计静态

18、画面。）设计静态画面。 根据第根据第4步的画面结构和画面框架组态每一幅静态画面。步的画面结构和画面框架组态每一幅静态画面。（7）画面进行动画连接。）画面进行动画连接。 将操作画面中的图形对象与实时数据库变量建立动画连将操作画面中的图形对象与实时数据库变量建立动画连接关系，设定动画属性和幅度等。接关系，设定动画属性和幅度等。22（8）其他功能设计。）其他功能设计。 根据用户需求，制作历史趋势，报警显示以及开发报表系根据用户需求，制作历史趋势，报警显示以及开发报表系统等，之后，还需加上安全权限设置。统等，之后，还需加上安全权限设置。（9）工程调试）工程调试 对组态内容进行对组态内容进行分段和总体调

19、试分段和总体调试，视调试情况对组态的软，视调试情况对组态的软件进行相应修改。件进行相应修改。（1010）运行配置完善）运行配置完善 将全部内容调试完成以后，对上位组态软件进行最后完善，将全部内容调试完成以后，对上位组态软件进行最后完善，如：加上开机自动打开监控画面，禁止从监控画面退出等，如：加上开机自动打开监控画面，禁止从监控画面退出等，让系统投入正式（或试）运行。让系统投入正式（或试）运行。 231.3 1.3 当前的组态软件当前的组态软件 1、国外组态软件、国外组态软件（1）InTouch（2）iFIX（3）Citect（4）WinCC（5）RSView32（6）TraceMode242

20、2、国内组态软件、国内组态软件（1 1）组态王）组态王（2 2）力控）力控（3 3）WebAccessWebAccess还有还有MCGSMCGS、ControxControx（开物）、易控、世纪（开物）、易控、世纪星以及紫金桥组态软件等。星以及紫金桥组态软件等。251.4 WinCC概述概述 SIMATIC SIMATIC WinCCWinCC（Windows Control CenterWindows Control Center，视窗，视窗控制中心），是西门子在自动化领域中的先进技术和控制中心），是西门子在自动化领域中的先进技术和MicrosoftMicrosoft的强大功能相结合的产物。

21、它有各种有效功能用的强大功能相结合的产物。它有各种有效功能用于自动化过程，是用于个人计算机上的，按价格和性能分于自动化过程，是用于个人计算机上的，按价格和性能分级的级的人机界面和人机界面和SCADASCADA（Supervisory Control and Supervisory Control and Data AcquisitionData Acquisition）系统系统。可以容易的结合标准和用户程。可以容易的结合标准和用户程序生成人机界面，准确的满足实际要求。序生成人机界面，准确的满足实际要求。 WinCCWinCC集成了集成了SCADASCADA、组态、脚本、组态、脚本(Script

22、)(Script)语言和语言和OPCOPC等等先进技术，为用户提供了先进技术，为用户提供了WindowsWindows操作系统操作系统(Windows (Windows 20002000或或XP)XP)环境下使用各种通用软件的功能，它继承了西环境下使用各种通用软件的功能，它继承了西门子公司的全集成自动化门子公司的全集成自动化(TIA)(TIA)产品的技术先进和无缝集成产品的技术先进和无缝集成的特点的特点。 26WinCCWinCC: : 可与多种自动化设备及控制软件集成，可与多种自动化设备及控制软件集成，具有具有丰富的设置项目、可视窗口和菜单选项丰富的设置项目、可视窗口和菜单选项，使用，使用方

23、式灵方式灵活，功能齐全活，功能齐全。用户在其友好的界面下进行组态、编程和数据管理，用户在其友好的界面下进行组态、编程和数据管理，可形成所需的操作画面、监视画面、控制画面、报警可形成所需的操作画面、监视画面、控制画面、报警画面、实时趋势曲线、历史趋势曲线和打印报表等。画面、实时趋势曲线、历史趋势曲线和打印报表等。操作环境操作环境: : 图文并茂、形象直观图文并茂、形象直观; ;缩短软件设计周期，提高工作效率。缩短软件设计周期，提高工作效率。整体开放性整体开放性，它可以方便地与各种软件和用户程序组，它可以方便地与各种软件和用户程序组合在一起，建立友好的人机界面，满足实际需要。用合在一起，建立友好的

24、人机界面，满足实际需要。用户也可将户也可将WinCCWinCC作为系统扩展的基础，通过开放式接作为系统扩展的基础，通过开放式接口，开发其自身需要的应用系统。口，开发其自身需要的应用系统。 27WinCC Explorer系统控制器系统控制器. . .数据管理器数据管理器CS文本库文本库RTCS访问保护访问保护RTS7S5CS变量管理过程数据变量管理过程数据RTCSRT报警记录报警记录选项选项RTCSCS图形图形RTCSRT报表设报表设计器计器CSRT全局脚本全局脚本CSRT变量记录变量记录RT DBDB1.4.1 WinCC的体系结构的体系结构 SQL200028anzahl ()float

25、zaebeginif wert 0 begom zae = zae + 1 endend编程接口编程接口PLC通讯通讯Protokolle报表编辑器报表编辑器（报表系统）报表系统）变量记录变量记录（存档）存档）Ventil geschlossenKlappe zuMotor ein报警记录报警记录（消息系统）（消息系统）标准接口标准接口过程可视化过程可视化基本功能基本功能29 WinCCWinCC以开放式的组态接口为基础，开发了大量以开放式的组态接口为基础，开发了大量的的WinCCWinCC选件（选件（OptionsOptions选项，来自于西门子）和选项，来自于西门子）和WinCCWinCC

26、附件（附件（Add-onsAdd-ons，来自西门子内部和外部合作，来自西门子内部和外部合作伙伴），主要包括以下部件：伙伴），主要包括以下部件： （1 1）服务器系统）服务器系统 （2 2）冗余系统）冗余系统（3 3）WebWeb浏览器浏览器（4 4）用户归档）用户归档（5 5）开放式工具包）开放式工具包（6 6）WinCC/DatMonitorWinCC/DatMonitor（7 7）WinCC/ProAgentWinCC/ProAgent（8 8）WinCCWinCC/Connectivity Pack/Connectivity Pack（9）WinCC/IndustrialDataBri

27、dge（10）WinCC/IndustrialX（11）SIMATIC WinBDE30WinCCWinCC不是孤立的软件系统，它时刻与以下系统集成不是孤立的软件系统，它时刻与以下系统集成在一起：在一起：与自动化系统的无缝集成与自动化系统的无缝集成与自动化网络系统的集成与自动化网络系统的集成与与MESMES系统的集成系统的集成与相应的软硬件系统一起，实现系统级的诊断功能与相应的软硬件系统一起，实现系统级的诊断功能WinCCWinCC不仅是可以独立使用的不仅是可以独立使用的HMI/SCADAHMI/SCADA系统，系统，而且是西门子公司众多软件系统的重要组件。而且是西门子公司众多软件系统的重要组

28、件。311.4.2 WinCC的性能特点的性能特点 （1 1）创新软件技术的使用。）创新软件技术的使用。 （2 2）包括所有）包括所有SCADASCADA功能在内的客户机功能在内的客户机/ /服务器系统。服务器系统。 （3 3）可灵活裁剪，由简单任务扩展到复杂任务。）可灵活裁剪，由简单任务扩展到复杂任务。 （4 4）众多的选件和附件扩展了基本功能。）众多的选件和附件扩展了基本功能。 （5 5）使用使用Microsoft SQL ServerMicrosoft SQL Server作为其组态数据和归档作为其组态数据和归档数据的存储数据库。数据的存储数据库。（6 6）强大的标准接口（如）强大的标准

29、接口（如OLEOLE，ActiveXActiveX和和OPCOPC）。 32（7 7）使用方便的脚本语言。）使用方便的脚本语言。 （8 8）开放）开放APIAPI编程接口可以访问编程接口可以访问WinCCWinCC的模块。的模块。 （9 9）具有向导的简易（在线）组态。）具有向导的简易（在线）组态。 （1010）可选择语言的组态软件和在线语言切换。）可选择语言的组态软件和在线语言切换。（1111）提供所有主要）提供所有主要PLCPLC系统的通讯通道。系统的通讯通道。（1212）与基于）与基于PCPC的控制器的控制器SIMATIC SIMATIC WinACWinAC紧密连接，紧密连接，软软PL

30、C/PLC/插槽式插槽式PLCPLC和操作、监控系统在一台和操作、监控系统在一台PCPC机上相结机上相结合无疑是一个面向未来的概念。合无疑是一个面向未来的概念。（1313）全集成自动化）全集成自动化TIATIA（Totally Integrated Totally Integrated AutomationAutomation）的部件。）的部件。 （1414）可集成到）可集成到MESMES和和ERPERP中。中。 331.4.3 WinCC的安装的安装 WinCCWinCC是运行在是运行在IBM-PCIBM-PC兼容计算机上基于兼容计算机上基于WindowsWindows操作系统的组态软件，其安装有一定的硬件和软操作系统的组态软件，其安装有一定的硬件和软件要求。件要求。 在安装在安装WinCCWinCC前应前应先安装先安装MicrosoftMicrosoft消息队列服务（消息队列服务（MSMQMSMQ）和）和SQL Server 2000SQL Server 2000； 单用户系统：单用户系统：Windows2000 Professional SP2Windows2000 Professional SP2及以及以上版本、上版本、Windows XP ProfessionalWindows XP Pr