组态软件控制技术：组态软件概述 第一讲

组态控制技术学习要求上机上课时间坚决杜绝做其他事情按照要求完成每节的内容，并作为平时成绩考核方式1.采用抽考方式，上机实践考试；2.抽考方式（每班10个左右）；3.成绩=平时+考试成绩教学方法1.讲授（30%）+实践（70%）组态软件是集动画显示、流程控制、数据采集、设备控制与输出、网络数据传输、双机热备、工程报表、数据与曲线等诸多功能于一身，能与各种设备进行数据交换的一种软件。广泛应用于石油、电力、化工、钢铁、矿山、冶金、机械、纺织、航天、建筑、材料、制冷、交通、通讯、食品、制造与加工业、水处理、环保、智能楼宇、实验室等多种工程领域。什么是组态软件？组态软件的应用参数曲线实时监控各种仪表数值状态指示组态软件干什么用？1.2监控组态软件概述1.3组态软件性能指标1.1组态技术概述第一章组态软件概述及组态王软件安装和运行

1计算机控制系统的分类按照设计方法的不同分类1）单片机为核心的计算机测控系统2）以PLC(可编程控制器)为核心的计算机测控系统3）以IPC(工业PC机或称工业控制计算机)为核心的计算机测控系统

4）利用组态技术构成的计算机控制系统是在以上三者特别是以IPC为核心的系统的基础上发展起来的1.1概述2各种控制系统的特点以单片机为核心的计算机测控系统的突出优点是结构小型、价格低廉，因此广泛应用于智能仪器、仪表和小规模测控系统上。

其缺点是硬件电路和软件都要单独设计，不能充分利用通用PC机提供的各种软硬件资源，对设计人员的要求较高，产品常不具有通用性。目前在工控(即工业控制)领域应用最多的是各种智能显示调节仪表和智能变送器。

PLC是由继电器控制系统发展而来的。现已广泛应用于工业生产的各个领域，特别在以开关量为主的系统中，已成为控制的主要手段。随着技术的发展，现在的PLC也具有了模拟量控制功能。以IPC为核心的计算机测控系统，最大的优点是可充分利用一般计算机提供的各种软件和硬件资源，不仅开发方便，更可利用Windows或其他操作系统，方便地进行生产的监控管理。

PC机用于测控的缺点：

（1）普通PC机不适应工业现场电磁干扰严重、高粉尘、震动等恶劣环境，也不针对那么多的工业I／0设计。（2）需要单独设计I／0接口电路，独立开发系统软件解决传统测控方法的缺点工业PC机(IPC)、专门的各种通用接口电路如A/D、D／A板卡及模块、专门用于工控的简单易学的开发工具——组态软件

更重要的是，为了使三种控制技术发挥各自所长，许多智能仪表和PLC都开发了与IPC的通信功能这样，IPC、基于单片机的智能仪表和PLC可共存于一个系统中，构成集散式计算机控制系统

在这样的系统中，智能仪表和PLC完成信号的前沿检测与控制功能，IPC和组态软件则用于系统的监控。可以说，基于组态控制技术的计算机测控系统是计算机控制技术发展的结果，其基本内涵在于其硬件设计和软件开发都具有“组态”性。组态控制技术相对于传统计算机控制技术的优点硬件设计上：除采用工业PC机外，系统大量采用各种成熟通用的I／0接口设备和现场设备，基本不再需要单独进行具体电路设计。这不仅节约了硬件开发时间，更提高了工控系统的可靠性软件设计上：采用成熟的工控专用组态软件进行系统设计，软件开发周期大大缩短了由于PC监控大大降低了系统成本，使得市场空间得到扩大，从远程监控（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/机车自动测试、机组/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。

工业组态软件是在自动控制系统监控层一级的软件平台，容易实现和完成监控层的各项功能。组态软件定义使用应用软件设计生成目标应用系统过程也就是组态的过程，称为“做组态”组态，英文单词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。组态软件，也称人机界面HMI/MMI(HumanMachineInterface/manmachineinterface)，或监控与数据采集SCADA(supervisorycontrolanddataacquisition)。1.2组态软件概述

1.发展历史组态软件依赖于计算机控制系统、依赖于计算机技术的发展。20世纪60年代计算机开始涉足工业过程控制领域；20世纪70年代微机的出现促进了计算机控制的发展，

DCS、计算机控制技术应用日益广泛。组态软件基于MS-DOS和iRMX86的，各DCS厂商的软件专用且封闭，不通用。20世纪80年代末个人PC机和Windows操作系统的普及，基于PC机的组态软件开发，且由软件商专门从事组态软件的开发。美国的Wonderwere公司推出第一个商品化的组态软件Intouch，提供了不同厂家、不同设备的对应的I/O驱动模块，使组态软件趋于通用。目前已有近几十种组态软件。

2.发展空间目前，组态软件仍由较大的发展空间：（1）大多DCS和PLC厂家主动公开通信协议，使用PC

机作为操作站；（2）PC监控的系统成本大幅降低，应用范围扩大；（3）各类的智能仪表、调节器等增加了公开协议的通信接口。

3.发展趋势（1）组态软件作为单独行业的出现是历史的必然；（2）现场总线技术的成熟将促进组态软件的应用；（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；（4）嵌入式系统的迅猛发展给组态软件带来了更大的发展空间；（5）信息化社会的到来为组态软件拓展了更多的应用领域。4、组态软件特点及功能特点：（1）实时多任务——最显著的特点。在同一台计算机上同时执行多个任务，如数据采集与输出、数据处理与算法实现、图形显示及人机对话。存储、搜索管理、实时通信等。（2）接口开放——采用“标准化技术”。方便用户根据自己的需求进行二次开发。如用VB自行编制设备构件装入设备工具箱。允许用户自行编写动态链接库，挂接自己的应用程序模块。（3）强大的数据库——一般带有实时数据库。可存储各种数据，完成和外围设备的数据交换。（4）高可靠性——组态软件是工控系统的数据处理中心，高可靠性是必要的。（5）安全性高——提供较完善的安全机制，允许有操作权限的操作员对某些功能进行操作。

功能组态软件实际上是一个针对计算机控制系统开放的工具软件，应为用户提供多种通用工具模块。应解决这样一些问题：如何与采集、控制设备间进行数据交换；使I/O设备的数据与计算机图形画面上的各元素关联起来；处理数据报警及系统报警；存储历史数据并支持历史数据的查询；各类报表的生成和打印输出；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；最终生成的应用系统运行稳定可靠；具有与第三方程序的接口，方便数据共享。1.3组态软件的性能要求（1）实时多任务——工业控制系统中重要指标之一。实时性是指系统应该具有能在限定的时间内对外来事件作出反映的特性。对组态软件的要求：在按一定的周期时间对所有事件进行巡检的同时，可以随时响应事件的中断请求。实时性一般都要求计算机具有多任务处理能力。（2）高可靠性计算机控制系统中，可靠性应该包含两方面：系统硬件设备的可靠性；软件运行的可靠性。比较先进的组态软件提供利用冗余技术构成双机备用系统，即利用冗余资源克服故障影响从而增加系统可靠性。（3）标准化

——暂时还没有明确的国际、国内标准规范但网络通信的标准协议、OLE(目标的连接和嵌入)、OPC(过程控制用OLE)标准等也都被广泛使用。

三、组态软件的基本结构组态软件基本组成：

应用程序管理器

图形界面系统实时数据库

I/O驱动第三方程序接口组件控制功能组件

1.应用程序管理器应用程序管理器属于一种专用工具，提供应用程序的创建，项目数据的管理及归档，打开各种编辑器（如图形编辑器），运行调试，搜索（变量、客户机计算机、服务器计算机、驱动程序连接等）返回

2.图形界面系统基本功能——供用户设计生成现场各过程图形界面(查看)

图形界面设计；动画链接设计及显示；报警通知及确认；报表组态及打印；历史数据查询及显示。返回扩充功能——提供脚本语言供用户扩充其功能，用脚本语言编写的程序可以周期性地执行也可由事件触发执行。如按下某按钮则执行某一段脚本程序，完成某一功能。图例——文本、线条、填充形状上一页

3.实时数据库实时数据库存储被控对象的历史数据，具备数据档案管理功能。

4.I/O驱动用于和I/O设备通信交换数据，是必不可少的组成部分。是组态软件与第三方程序交互以及实现远程数据访问的重要手段之一，也是组态软件开放系统的标志。

5.第三方程序接口组件为熟悉梯形图或者其他标准编程语言的设计人员用于和I/O设备通信交换数据，是必不可少的组成部分。

6.控制功能组件四、组态软件的数据处理流程组态软件的主要功能：以图形方式直观地显示现场I/O设备的数据将控制数据送I/O设备，对执行机构实施控制或调整参数数据的存储——供查询历史数据使用数据流程

数据流1

现场数据

I/O设备

I/OServer

实时数据库存储

数据流2

实时数据库

画面显示

工作过程画面报警画面历史数据画面……

数据流3

控制数据

I/OServerI/O设备

执行机构

数据流程处理示意图核心共享数据五、使用组态软件的一般步骤3、收集所有I/O点的I/O标识，填写表格（表2）。I/O标识是唯一地确定一个I/O点的关键字，在大多数情况下I/O标识是I/O点的地址或位号名称。步骤：

1、收集所有I/O点的参数，填写表格（表1），以便在监控组态软件和PLC上组态时使用。2、确定所使用的I/O设备的生产商、种类、型号，使用的通信接口类型，采用的通信协议。

4、根据工艺过程绘制、设计画面结构和画面草图。6、根据表1和表2，在实时数据库中建立实时数据库变量与I/O点的一一对应关系，即定义数据连接。7、根据前面设计的画面结构和画面草图，组态每一幅静态的操作画面（主要是绘图）。

5、根据表1，建立实时数据库，正确组态各种变量参数。

8、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。9、对组态的内容进行分段和总体调试。

10、系统投入运行。

组态软件任务在组态软件的支持下，操作人员可完成：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、自由浏览各个实时／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、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，为其提供生产实时数据。

系统投入运行后，组态软件就是自动监控系统中的数据收集处理中心，远程监视中心和数据转发中心。

组态软件在自动监控系统中的作用六、常用组态软件目前中国市场上的组态软件产品按厂商划分大致可以分为三类：国外专业软件厂商提供的产品；国内外硬件或系统厂商提供的产品；国内自行开发的国产化产品。

不同的产品，有相同和不相同的特性。相同特性（1）强大的图形组态功能——组态软件大都以MicrosoftWindows平台作为操作平台,充分利用了Windows图形功能完备，界面一致性好，易学易用的特点。设计人员可高效快捷地绘制出各种工艺画面，并可方便进行编辑。

（2）脚本语言——组态软件均使用脚本语言提供二次开发，用户可根据自己需要编写程序。（4）提供多种数据驱动程序

——组态软件应与I/O设备通讯，互相交换数据。一般提供DDE和OPCClient是两个通用的标准I/O驱动程序，以支持DDE标准和OPC标准的I/O设备通讯。

（3）开放式结构——组态软件能与多种通讯协议互联，支持多种硬件设备。既能与低层数据采集设备通讯，也能与管理层通讯。

（6）丰富的功能模块——组态软件以模块形式挂接在基本模块上，互相独立提高了系统可靠性和可扩展性。利用各种功能模块，完成实时监控、报表生成、实时曲线、历史曲线、提供报警等功能。

（7）提供系统开发环境和系统运行环境——系统开发环境是应用程序的集成开发环境；系统运行环境下目标应用程序投入实时运行。（5）强大的数据库——组态软件一般都有一个实时数据库作为整个系统数据处理、数据组织和管理的核心。不同特性（1）脚本语言不同

——目前组态软件提供脚本语言分为三种:类C/Basic语言、微软的VBA(vis