（控制理论与控制工程专业论文）基于fame+view的散粮监控系统设计与实现.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 本文首先把系统简单的概述了一下，然后分别介绍了工业监控系统的发展、 工业发展和工业监控系统，然后介绍了一下课题的背景。 工业监控系统是以计算机为基础用于生产过程自动监控的自动化系统，在 对现场设备进行监视和控制的同时，实现数据采集、设备测量与控制及各类信 号报警等各项功能。 随着工厂自动化水平的不断提高，利用计算机技术对工厂多渠道的信息进 行管理以及对生产过程实施数据采集和监控，越来越受到人们的关注。为此， 研制开发工业监控系统，对生产装置的关键回路及主要工艺参数进行实时采集 和动态跟踪监视，将生产过程系统与管理系统紧密结合起来，实现生产过程实 时信息与管理信息的集成，为管理决策层提供可靠的决策依据，具有很好的市 场，很值得研究和探讨。作为监控系统核心部分的监控软件，功能要求更加全 面和复杂，可扩展性和扩展的费效比都是企业在监控系统的建立和更新时重点 考虑的问题。过去专门开发的只针对一家企业开发的监控软件，成本高，可复 用性差，功能扩充的成本高而且周期长，结果往往不能令企业满意。组态工业 监控软件，作为一种全新的高效的工业监控软件开发平台和开发模式，正在工 业监控软件领域蓬勃发展起来。 开展监控系统的研究，是提高码头的生产过程综合自动化水平和经济效 益，适应码头生产发展的需要。本文是以作者在研究生学习阶段参加并完成的 实际项目某港口散粮码头建设工程为依托，运用现代通信技术和工业控制 网络技术以及采用最新的组态监控工具，把先进的工业生产自动监控理念应用 于实际的码头运输监控系统，因此具有重要的实际意义，同时也为其他码头的 运输监控系统的研究提供了有用的方法和借鉴。 本文随后介绍了监控系统的组成部分，包括上位机和下位机的一些基本情 况，并且通过实际的例子加以说明。本文然后以散粮监控系统为例主要介绍了 上位机的组成部分，几个主要画面的含义、功能、实现和操作方式。并且介绍 了散粮监控系统里面的主要流程和流程控制方式，以及是如何实现的。然后本 文重点介绍了在散粮监控系统里面脚本的优化问题，并且举了几个实际脚本的 例子，随后再介绍流程的优化问题，分3 个实际方面加以说明。 目前整套监控系统已经投入使用，就实际运行情况来看，整个系统能够长 时间正常工作、控制实时性高、界面友好形象、操作简单可靠，完全满足了客 户的需求。 关键词：监控系统，组态软件，脚本，流程 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h i sp a p e rf i r s to u t l i n e st h es y s t e mh a sas i m p l e ，a n dt h e ni n t r o d u c e dt h e m o n i t o r i n gs y s t e mo fi n d u s t r i a ld e v e l o p m e n t ，i n d u s t r i a ld e v e l o p m e n ta n di n d u s t r i a l c o n t r o ls y s t e m ，a n dt h e ni n t r o d u c e dt h ei s s u et ot h eb a c k g r o u n d i n d u s t r i a lm o n i t o r i n gs y s t e mi su s e di nt h ep r o d u c t i o no fc o m p u t e r - b a s e d a u t o m a t i cm o n i t o r i n go fp r o c e s sa u t o m a t i o ns y s t e m s ，o n - s i t em o n i t o r i n ga n dc o n t r o l e q u i p m e n ta tt h es a m et i m e ，d a t aa c q u i s i t i o n ，m e a s u r e m e n ta n dc o n t r o le q u i p m e n t a n dv a r i o u sk i n d so ff u n c t i o n s ，s u c ha sa l a r ms i g n a l s w i t hf a c t o r i e sc o n t i n u o u s l yi m p r o v et h el e v e lo fa u t o m a t i o n ，u s i i 培c o m p u t e r t e c h n o l o g yo nt h ef a c t o r ym u l t i c h a n n e l i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t ，a sw e l la st h e p r o d u c t i o np r o c e s so fd a t a c o l l e c t i o na n dm o n i t o r i n g ，m o r ea n dm o r ep e o p l e s a t t e n t i o n t ot h i se n d ，d e v e l o p e di n d u s t r i a lc o n t r o ls y s t e m ，t h ek e yt ot h ep r o d u c t i o n l o o pd e v i c ea n dt h em a i np r o c e s sp a r a m e t e r sa n dd y n a m i cr e a l t i m et r a c k i n ga n d m o n i t o n n go fa c q u i s i t i o n p r o d u c t i o np r o c e s ss y s t e m sa n dm a n a g e m e n ts y s t e m c l o s e l yi n t e g r a t et h ep r o d u c t i o np r o c e s so fr e a l - t i m ei n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ta n d i n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o n ，m a n a g e m e n td e c i s i o n m a k i n ga n dp r o v i d ear e l i a b l eb a s i s f o rd e c i s i o n m a k i n g ，a n dh a sag o o dm a r k e t ， i ti sw o r t h yo fs t u d ya n dd i s c u s s i o n a sac o r ep a r to ft h em o n i t o r i n gs y s t e mm o n i t o r i n gs o f t w a r e ，t h ef u n c t i o n a l r e q u i r e m e n t so fam o r ec o m p r e h e n s i v ea n dc o m p l e x ，s c a l a b i l i t y ，a n dc o s t e f f e c t i v e e x p a n s x o no f t h ee n t e r p r i s e sa r ei nt h ee s t a b l i s h m e n ta n dm o n i t o r i n gs y s t e mu p d a t e s k e yi s s u e st ob ec o n s i d e r e d s p e c i f i c a l l yd e v e l o p e do n l yo v e rt h ep a s ta g a i n s tt h e d e v e l o p m e n to fa ne n t e r p r i s ec o n t r o ls o f t w a r e ，h i g hc o s t s ，p o o rr e u s e ，f u n c t i o n a l e x p a n s m n o ft h e h i g hc o s ta n dl o n gl i f ec y c l e ，t h e r e s u l t so f t e nd on o tm a k e e n t e r p r i s e ss a t i s f i e d i n d u s t r i a lm o n i t o r i n gs o f t w a r ec o n f i g u r a t i o n ，a s an e wa n d h i g h l ye f f i c i e n ti n d u s t r i a lm o n i t o r i n ga n dc o n t r o ls o f t w a r ed e v e l o p m e n tp l a t f o r m a n dd e v e l o p m e n tm o d e i n d u s t r i a lc o n t r o ls o f t w a r ei sb o o m i n g r e s e a r c hc a r r i e do u tm o n i t o r i n gs y s t e mi st oi m p r o v et h et e r m i n a li n t e g r a t e d p r o d u c t i o np r o c e s sa u t o m a t i o nl e v e la n de c o n o m i cb e n e f i t s ，t e r m i n a lp r o d u c t i o nt o 武汉理工大学硕士学位论文 t h en e e d so ft h ed e v e l o p m e n t t h i sp a p e ri st h ea u t h o rp o s t g r a d u a t es t u d i e sa n d c o m p l e t e ds t a g ei nt h ea c t u a lp r o j e c t ab u l kg r a i nt e r m i n a lp o r tc o n s t r u c t i o np r o j e c t s r e l y o nt h eu s eo fm o d e mc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g i e s ，a n di n d u s t r i a lc o n t r o l n e t w o r kt e c h n o l o g ya n dt h ea p p l i c a t i o no ft h el a t e s tc o n f i g u r a t i o nm o n i t o r i n gt o o l s t oa u t o m a t i c a l l ya d v a n c e di n d u s t r i a lp r o d u c t i o nm o n i t o r i n gc o n c e p t su s e di nt h e a c t u a lt e r m i n a l t r a n s p o r t c o n t r o l s y s t e m ，t h e r e f o r e h a s i m p o r t a n tp r a c t i c a l s i g n i f i c a n c e ，b u ta l s of o ro t h e rt r a n s p o r tt e r m i n a l sm o n i t o r i n gs y s t e mp r o v i d e sa u s e f u lm e t h o da n du s ef o rr e f e r e n c e t h ep a p e rt h e ni n t r o d u c e dam o n i t o r i n gs y s t e mc o m p o n e n t s ，i n c l u d i n gp ca n d t h en e x tc r e wt os o m eo ft h eb a s i cs i t u a t i o n ，a n dt h r o u g hp r a c t i c a le x a m p l e st o i l l u s t r a t et h i s i nt h i sp a p e r ，a n dt h e nt ot h em a i nb u l kg r a i nm o n i t o r i n gs y s t e m i n t r o d u c e da sa ne x a m p l eo ft h ep cc o m p o n e n to ft h em e a n i n go ft h em a i ns c r e e n ， f u n c t i o n ，a n da c h i e v i n ga n dt h em a n l i e ro fo p e r a t i o n b u l kg r a i na n di n t r o d u c e da m o n i t o r i n gs y s t e mi n s i d et h em a i np r o c e s s e sa n dp r o c e s sc o n t r o l ，a sw e l la sh o w t o a c h i e v e t h i sp a p e rf o c u s e so nt h e ni nt h eb u l kg r a i nm o n i t o r i n gs y s t e mi n s i d et h e s c r i p to p t i m i z a t i o np r o b l e m ，a n dc i t e ds e v e r a le x a m p l e so ft h ea c t u a ls c r i 鸥a n dt h e n a g a i no nt h ep r o c e s so p t i m i z a t i o np r o b l e m ，t h et h r e ep r a c t i c a la s p e c t st oi l l u s t r a t e t h i s a tp r e s e n tt h ee n t i r e m o n i t o r i n gs y s t e mh a sb e e np u ti n t ou s e ，t h ea c t u a l o p e r a t i o n o ft h e e n t i r e s y s t e m t on o r m a l w o r k i n gt i m e ，r e a l - t i m ec o n t r o l ， u s e r - f r i e n d l yi m a g e ，o p e r m i o ni ss i m p l ea n dr e l i a b l e ，f u l l ym e e tt h e c u s t o m e r s n e e d s k e y w o r d s ：c o n t r o ls y s t e m ；c o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e ；s c r i p t s ；p r o c e s s e s i i i 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 4 1 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生( 签名) ：至蝗e t 期：2 竺呈：至业 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或 部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) ：至噬导师( 签名) ：刁数日期三竺星互丝 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章系统概述 随着计算机技术的发展，结合了p c 技术的工业自动化控制系统，使得传 统的工业生产的模式发生根本的改变，单纯依靠技术人员对现场数据进行采集 处理，一旦数据变化速度快或者数据量大就难以满足工业控制的实时性要求， 在对现场设备进行控制的同时实现对其运行状况的实时监视才具备更多的实际 意义，因此对工业现场进行自动检测控制和监视管理的工业监控系统应运而生。 1 1 工业监控系统概述 1 1 1 工业监控系统发展 工业监控系统是以计算机为基础用于生产过程自动监控的自动化系统，在 对现场设备进行监视和控制的同时，实现数据采集、设备测量与控制及各类信 号报警等各项功能。随着计算机技术、网络技术、控制技术的不断发展，监控 系统自诞生之日发展到今天，共经历了五代基于不同软硬件的发展阶段f i 】。 1 基于工控计算机的监控系统 2 0 世纪5 0 年代，出现了基于工业控制计算机的工业监控系统。其基本特 点是输入输出装置采用板卡的形式，并将板卡与工控计算机的系统总线相连， 它的优点在于：可满足工业控制实时性的要求，能实时采集数据和处理工业过 程中各种参数并把各种操作分成优先等级，能响应实时中断：高可靠性：具有 直接连接现场输入信号和控制到现场的输出信号的能力；组装简便、灵活、便 于使用和可维护性好。但是，必须安装多种驱动程序来采集数据，占用大量资 源，造成系统不稳定：数据具有独占性，只能通过本机进行分享，同时现场设 备扩充困难，因此一般适用于中小型特别是小型监控系统【2 】。 2 基于可编程控制器的监控系统 2 0 世纪7 0 年代中期出现的微型计算机技术被应用到p l c 中，使得p l c 不 仅具有逻辑控制功能，而且增加了运算、数据传送和处理等功能，成为具有计 算机功能的工业控制装置，具有可靠性高、编程简单、通用性强、安装及维护 武汉理工大学硕士学位论文 方便等特点。由p l c 构成的监控系统分为三种类型，分别是：单机控制系统、 集中控制系统和分布式控制系统。 单机控制系统：这类系统的被控对象往往是一台机器或一条生产流水线， 如机床、皮带运输机、简易生产流水线等，其控制是由一台p l c 来实现被控对 象的控制。 集中控制系统：这类系统多用于数台机器或流水线的控制，被控对象所处 地理位置比较接近，且相互之间的动作有一定联系的情况。系统的控制由一台 p l c 控制多台被控设备，每个被控对象与p l c 的指定i o 相联接。 分布式控制系统：这类系统多用于多台相互间有数据连接的生产流水线的 控制，被控对象分布在一个较大的地理区域内，相互之间的距离较远且要求经 常的交换数据和信息。系统的控制由若干个相互之间具有通信联网功能的p l c 构成，系统的上位机采用工业控制计算机，每一台p l c 控制一个或者多个被控 对象，各控制器之间既可以通过硬线连接信号传递进行内部连锁、响应，又可 由上位机通过数据总线进行通信。 3 集散控制系统 集散控制系统由回路仪表控制系统发展而来，它把大量分散的单回路检测 系统通过计算机进行集中统一管理，用各种i o 功能模块代替传统仪表，利用 计算机完成回路调节、工况连锁、参数显示、数据存储等多种功能，故迅速成 为工业自动控制系统的主流。 4 现场总线控制系统 2 0 世纪8 0 年代中期，出现了基于现场总线技术的工业监控系统，即现场总 线控制系统，是一种全分散、全数字式、双向、串行、多节点的通信与控制系 统。集计算机技术、通信技术、控制技术于一身的现场总线控制系统在制造业、 流程工业、交通等方向的自动化系统中有着广泛应用。现场总线控制系统以工 业现场总线为基础，以c p u 为处理核心，以数字通信为传送方式，克服了传统 仪器仪表的“点对点 式模拟信号控制的固有缺陷，形成了用于过程自动化和 控制自动化的现场设备或现场仪表互连的现场数字通信网络，因而正在逐步取 代传统的d c s 系统，成为工业自动化发展的主要趋势之一。 5 基于工业以太网技术的网络控制系统 由于现场总线标准统一的局面并没有出现，多种总线标准依然并立使得总 线难以沿开放的方向发展，当现场总线的发展遇到阻碍时，以太网技术却迅猛 2 武汉理工大学硕士学位论文 发展，于是出现了基于工业以太网技术的网络控制系统。 与现有的总线协议相比，以太网应用于工业现场监控系统具有以下优势： 1 ) 成本低。以太网技术成熟，具有统一的国际标准，网络设备价格相对较 低，基于以太网的控制网络性价比大大提高； 2 ) 应用基础广泛。以太网是世界上应用最多的网络，有广泛的软硬件支持， 以太网系统的开发十分方便快捷； 3 ) 兼容性强。以太网支持几乎所有流行的网络协议，特别是支持多种等级 的t c p i p 通信可使现场设备无须透过现场的计算机而直接连接到i n t e m e t ，达 到远程监控的功能： 4 ) 互操作性。以太网具有标准化的物理层和数据链路层协议，允许设备共 享信息的通用视点，而不管其下层的协议，直接连接到以太网或与以太网兼容 的i o 数据集中器上，从而使得任何协议的设备都能插入到以太网网络中。 1 1 2 工业发展和工业监控系统 随着工厂自动化水平的不断提高，利用计算机技术对工厂多渠道的信息进 行管理以及对生产过程实旌数据采集和监控，越来越受到人们的关注。为此， 研制开发工业监控系统，对生产装置的关键回路及主要工艺参数进行实时采集 和动态跟踪监视，将生产过程系统与管理系统紧密结合起来，实现生产过程实 时信息与管理信息的集成，为管理决策层提供可靠的决策依据，具有很好的市 场。 作为监控系统核心部分的监控软件，功能要求更加全面和复杂，可扩展性 和扩展的费效比都是企业在监控系统的建立和更新时重点考虑的问题。过去专 门开发的只针对一家企业开发的监控软件，成本高，可复用性差，功能扩充的 成本高而且周期长，结果往往不能令企业满意。组态工业监控软件，作为一种 全新的高效的工业监控软件开发平台和开发模式，正在工业监控软件领域蓬勃 发展起来p j 。 1 2 课题背景及意义 随着我国改革开放事业的不断深入，人民对于粮食的需要日益增加，那么 港1 2 1 对于粮食的运转量也日益增大，由于我国现代物流业起步较晚，港口监控 武汉理工大学硕士学位论文 系统的整体发展水平还比较落后，国内工控人员自行研究开发的监控系统仍旧 处于初级阶段，大多为基于继电器接触器控制和人工手动操作的传统半自动化 系统。这种传统的监控系统由工作人员在生产现场手动操作皮带输送机及其它 装卸设备来完成码头生产作业，系统运行环境恶劣，一次启动设备多，安全连 锁要求高，经常会出现皮带机打滑、跑偏及溜槽堵塞等故障，因而生产效率极 其低下，根本无法满足实际生产的不间断运行、控制实时性和安全性等要求。 开展监控系统的研究，是提高码头的生产过程综合自动化水平和经济效益， 适应码头生产发展的需要。本文是以作者在研究生学习阶段参加并完成的实际 项目某港口散粮码头建设工程为依托，运用现代通信技术和工业控制网络 技术以及采用最新的组态监控工具，把先进的工业生产自动监控理念应用于实 际的码头运输监控系统，用数台p l c 对生产过程进行实时控制，用一台或数台 微型机作为监控系统的上位机，上位机通过监控级工业网络与p l c 相连实现对 现场数据的巡回采集、集中处理，实现了港口自动化系统的分散检测控制与集 中监控管理。因此具有重要的实际意义，同时也为其他码头的运输监控系统的 研究提供了有用的方法和借鉴1 4 j 。 1 3 本文结构 本文分为6 章。文章从监控系统和组态软件，深入分析了监控系统的发展 和设计以及组态软件的发展，最后结合散粮码头监控系统，说明了散粮监控系 统的设计。结构如下： 第1 章引出监控系统的概述，阐明本课题的研究背景和意义。 第2 章分析了监控系统与组态软件的关系，对上位机f a m e v i e w 进行了重 点介绍。 第3 章说明了散粮监控系统的总体设计方案，并且对工艺流程进行了重点 介绍。 第4 章介绍了每个画面的设计，首先说明了画面里面需要设计的每个元素， 对各个画面进行了介绍，然后对于报表的制作也进行了简单的说明。 第5 章阐述了上位监控系统的优化，主要介绍了脚本的优化和流程的优化。 第6 章总结了本文所做的工作，并指出了其它有待深入研究的问题和今后 工作的重点。 4 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章监控系统与组态软件 2 1 工业监控系统和组态软件的关系 组态软件是指在软件领域内操作人员根据应用对象及控制任务要求配置用 户应用软件的过程，简而言之，组态软件是“应用程序生成器”。组态软件的优 点是提高了系统的成功率和可靠性因这些组态软件大多由专业软件公司开发， 经过正规严格的测试，结合了大量用户的现场使用经验缩短了项目开发周期， 避免了许多重复性开发工作如画图等突出了系统集成思想，开发人员着重于系 统的整体构成，使得项目易于维护，避免因开发人员变化而带来的烦恼，减少 开发费用，因为批量软件价格上有优势。一套功能完善的工控软件设计是自动 控制、计算机、通信技术的融合，涉及的知识领域宽广。 工业控制软件是工业过程控制系统中重要组织部分担任着越来越关键和危 险的工作，因此当软件出现问题时所付出的代价是巨大的。在以工业总线组成 的中小规模控制系统和由工业计算机及其下位机构成的集散控制系统中，控制 软件品质直接影响系统的安全和控制效果，从而进一步影响到控制系统的稳定 性和产品的质量。 工业控制软件的开发方法有两种一种是以“工业组态软件”为开发平台的 组态编程另一种是自行开发的方法。“工业组态软件”是一种软件产品，组态的 过程是让工程师对某一控制对象利用“工业组态软件”提供的“工具”，根据应 用对象及控制任务要求由用户自行装配的过程。由于组态软件不需要工程师掌 握他们不熟悉的计算机语言，因而受到广大工程师的认可和欢迎。目前国内外 流行的工业组态软件很多，用这些组态软件可以十分有效地快速生成一个计算 机控制系统软件。但这些组态软件价格通常十分昂贵，并且都是西文操作，而 国内的中文组态软件尚未成熟，因此在一些由计算机组成的中小规模控制系统 和要求中文操作的控制系统中，购买工业组态软件可能不划算，故这类控制软 件的开发多以自行开发为主【引。 当计算机硬件有了飞速发展之后，各种应用领域对软件提出了更高的要求。 过去的工业监控计算机系统的软件功能是靠软件工作人员通过编程实现的，工 作量大，且设计出来的软件通用性极差，软件功能可靠性也较低。随着科技的 武汉理工大学硕士学位论文 发展，人们越来越重视组态软件的应用。对自动化程度、可靠性要求都很高的 工业监控领域，这种情况尤其突出。组态软件可以提供一组功能较强的软件包， 它有一个友好的人机界面，用户不用编什么代码程序便可生成自己需要的应用 “软件 。不过，使用组态软件仍然要面临一个软件开发的问题。由于组态软件 已经是开发过的一组软件包对组态软件的开发与一次开发的软件开发相比环境 不同目的任务不同，开发方法也不同。 对于一般的工业过程控制系统，其开发过程是先由用户向系统设计人员描 述工业现场，提出自己的需求，系统设计人员从中提取有关的各种信息建立自 己的逻辑模型，直至最后编码生成最终的监控系统。这是一个比较漫长的过程， 用户为此付出巨大的财力、人力、物力，而且任何一次用户需求的更改，也就 是系统的完善性维护和适应性维护，都是上述过程的重复，同时，系统设计的 投入费用是相当大的。因此，为了减少开发时间和降低投入，就必须优化软件 的开发过程。 组态系统省去了系统设计人员这一中间环节而代之以计算机来实现系统设 计人员需要完成的工作，从而使工控系统的开发过程变为由用户向计算机描述 工业现场，提出自己的要求，计算机把这些描述和需求转化为内部描述，然后 再根据这些内部描述生成实际的工业监控系统。 在软件领域，用于工业控制的组态软件是基于系统平台，它集控制技术、 人机界面技术、图形技术、数据库技术、网络技术于一身，包含动态显示、报 警、趋势、控制策略、控制、网络通讯等组件。组态软件提供了灵活的组态工 具和模块，人机交互界面好，使系统功能易于实现。这样不仅加快了开发速度， 而且使开发人员集中更多的精力投入对系统控制策略和算法的研究中去，以便 实现最佳的控制方案。 目前大多数的组态软件是一种分布式监督控制和数据采集系统，可以是单 机集中式控制或分布式控制系统，也可以是带远程通讯能力的远程测控系统。 它集中的先进技术较多控制技术、计算机软硬件、图形显示技术、局域网络技 术以及通信技术等。分布式的过程控制监控系统适用于上位机、下位机形式的 硬件结构集中式的过程控制监控系统适用于单机结构。用户在完成各种组态操 作，并生成、启运分布式系统后，下位机便充当现场站，不断地实时采集、整 理数据，并激活通讯系统将实时数据传送给上位机。上位机一方面实现实时数 据处理，将求解的控制结果实时送往下位机另一方面也可将这些数据以各种图 表的形式直观地显示给用户。当生成、运行集中式监控系统时，系统一方面充 6 武汉理工大学硕士学位论文 当仿真终端，不断地在后台实时采集、整理数据，另一方面在前台实时地实现 监控功能 5 1 。 用户应用组态软件进行系统组态后，只需把生成的有关参数通过数据通讯 向下传到各个现场控制站下位机，就可以具体实施。如果运行中需要做某些修 改或扩充，可以在上位机上在线重新组态，不影响其它各下位机的连续正常工 作。系统下位机的任务首先是从现场采集实时数据，一方面用于操作人员进行 实时监视，另一方面将数据传输到上位机进行先进控制运算和优化计算。另外 下位机也接收上位机计算得来的设定值进行相应的值的设定。 2 2 组态软件的简介 2 2 1 组态软件的概念 “组态”的概念是伴随着集散型控制系统( d i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m ，d c s ) 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。虽然目前国内对于 组态软件还缺乏权威的定义，但可以做一个描述性的定义：组态软件是使用灵 活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次 的软件工具。在工业控制技术的不断发展和应用过程中，p c ( 包括工控机) 相 比以前的专用系统具有的优势日趋明显。这些优势主要体现在：p c 技术保持了 较快的发展速度，各种相关技术己日臻成熟；由p c 构建的工业控制系统具有 相对较低的拥有成本；p c 的软件资源和硬件资丰富，软件之间的互操作性强； 基于p c 的控制系统易于学习和使用，可以容易地得到技术方面的支持。在p c 技术向工业控制领域的渗透中，组态软件占据着非常特殊而且重要的地位【6 】。 组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系 统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速 构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件应该能支 持各种工控设备和常见的通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。 随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、s c a d a 、通讯及联网、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。 武汉理工大学硕士学位论文 2 2 2 组态软件在全球及国内市场的发展状况 表2 1 列出了国际上比较知名的1 2 种监控组态软件。在全球范围内，组态 软件市场已比较成熟，年增长速度大约在9 左右。目前，全球知名的组态软件 厂商不足2 0 家，但前6 家占据了整个市场7 5 的份额。它们分别是 w o n d e r w a r e 、s i e m e n s 、i n t e l l u t i o n 、r o c k w e l l 、g e f a n u c 、c i t e c t 。亚洲由于中 国和印度是发展中的大国，组态软件的应用潜力比较大，所以整个亚洲年增 长速度大约在15 左右，当然其基数也比较低。高端市场基本上由国外品牌 的软件占有，如一些国家级的大项目、大型企业的主生产线控制等。高端市场 的特点是装机量小，但单机销售额大，目前国外品牌的软件年装机量没有一家 能超过1 0 0 0 套。中低端市场基本由国产软件占有，亚控的组态王独占鳌头，占 据了6 0 以上的份额，年装机量5 0 0 0 套左右，但单机销售额只有国外品牌的 1 1 0 - 1 2 0 。国内有近1 0 家组态软件公司，与国外软件相比，最大的差距并不 是在技术和品牌上，而是在企业的经营策略上【7 j 。 表2 1国际上较知名的监控组态软件 公司名称产品名称国别 i n t e l l u t i o nf 、i f i x 美国 勋n d e r w a r e i n t o u c h 美国 n o m as o f t p a r a g o np a r a g o n t n t 美国 t ae n g i n e e r i n ga t m a x 美国 通用电气 c i m p l i c i t y 美国 西门子 w i n c c 德国 r o c k w e l lr s v i e w 3 2 美国 信肯通 t h i n k & d o 美国 n il a b v i e w 美国 i c o n i c s g e n e s i s 美国 p cs o f tw i z c o n 以色列 c i t e c t c i t e c t澳大利亚 8 武汉理工大学硕士学位论文 2 2 3 工控组态软件的组成 无论是美国w o n d e r w a r e 公司推出的世界上第一个工控组态软件i n t o u c h 还 是现在的各类组态软件，从总体结构上看一般都是由系统开发环境( 或称组态 环境) 与系统运行环境两大部分组成。系统开发环境是自动化工程设计师为实 施其控制方案，在组态软件的支持下进行应用程序的系统生成工作所必须依赖 的工作环境，通过建立一系列用户数据文件，生成最终的图形目标应用系统， 供系统运行环境运行时使用。系统运行环境是将目标应用程序装入计算机内存 并投入实时运行时使用的，是直接针对现场操作使用的。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，它们三者之间的关系如图2 1 所示【8 】。 工况动态构建开廷 工况模拟动画 流程控制设计 实 工况现场控制 发 时行 报警系统组态 ， - - - - j 、 数 ， - - - - - 报警信息显示 、。_ _ - - - p ，、- - - 、一一 环 据 环 报表曲线组态报表曲线打印 库 i o 设备组态境境i 0 设备响应 图2 1组态软件的组成结构示意图 2 2 4 组态软件的功能和特点 国外先进的控制系统及各工控软件厂商推出了许多组态软件如西门子公司 等，国内也己开发出很多组态软件。这些组态软件都有一个生动的人机界面， 人机界面是使用者和计算机联系的中间媒介：有效的人机界面不仅仅在于显示， 更主要的是必须实现人机之间有效的信息交流。组态软件的人机界面不是单一 的文字处理，而是文字和图形的综合处理，它们的功能结构也很相似。 系统组态功能包括：数据采集和处理，动态数据显示，报警，数据库( 包括 历史数据库和实时数据库) ，报表，图形，宏调用，专用程序开发环境。 通过以上功能可以实现监控系统的功能示意图，如图2 2 所示。 9 武汉理工大学硕士学位论文 图2 - 2 组态软件功能示意图 从图2 2 可以看出：在工业控制组态软件的帮助下，控制系统的设计工程 师通过分析被控对象及其应用环境，利用组态软件进行“组态”，从而将工业控 制组态软件“升级 为一个专用的、面向具体被控对象的工业控制监控软件。 在使用过程中，组态软件通过人机界面与最终用户实时交互，同时通过硬件系 统i 0 设备对工业对象实时监控1 9 j 。 各种组态软件的特点不同，开发方法也不尽相同。选用的首要原则是软硬 件匹配。像这些公司的分布式控制系统硬件都有本公司配套的组态软件，不但 完全兼容，而且使用方便，服务完善。其他专门开发软件的公司也提供了其组 态软件所支持的硬件生产厂家，当然也可以自行开发硬件接口驱动程序，以匹 配自己所设计的硬件或一些小公司的硬件产品。其次是分析工控系统的具体功 能要求，确保所选用的组态软件能实现这些功能。 通过以上对组态软件的介绍，根据散粮监控系统的具体要求，我们考虑到 各方面的因素，选择f a m e v i e w 作为散粮监控系统的上位机组态软件，下面简 要介绍下f a m e v i e w 组态软件。 l o 武汉理工大学硕士学位论文 2 3 上位机组态软件f a m e vie w 2 3 1 组态软件f a m e vie w 概述 监控组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件。它们是在自动控 制系统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( 而不是编 程方式) 提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法。本系统采用的f a m e v i c w 是基于w i n d o w s 环境的面向对象、图形化h m l 人机接口应用软件，主要用于 为工业自动化项目提供监控平台，具有大量的1 1 0 驱动程序可与多种可编程控 制器连接，它集控制技术、图形技术、网络技术、数据库技术等于一身，包含 动态实时参数显示、过程参数报警输出、网络通讯技术等组件。该软件图形功 能强大，以批量方式传送数据，具有快速和高可靠性的特点，应用界面友好， 用户不需编程即可生成满足其控制需求的应用软件。f a m e v c w 由项目管理器和 运行系统两部分组成。项目管理器对系统设置、设备通讯、运行数据库、画面 制作管理、报表制作、配方应用、脚本应用、用户管理等多种工程资源进行统 一集中管理。运行系统动态地显示用户在画面开发系统中所开发的动态画面和 负责系统数据库与控制设备之间的数据交换，同时完成用户所定义的报表、报 警、监视等功能，生成历史数据文件【l o 】。 f a m e v i e w 是一套实现工业数据采集、过程监控、数据管理的工业自动化软 件产品，采用结构化组态，简单易学。 在工业领域中，上位机监控软件从国外到国内几十种，功能从复杂到简单， 各有千秋。 如图2 3 所示，f a m e v i e w 作为一款国内的组态软件，具有许多自己的特点。 f a m e v i e w 崇尚简单，许多功能一步到位；通信速度极快，批量读、变化写 的特点适合于p l c 的快速逻辑运算；f a m e v i e w 将位、字节、字、双字揉和在 一起，简单的数据处理使整数、浮点数及其线性化独立于设备通信，可以使浮 点数以多种运算应对不同厂家的浮点处理：f a m e v i e w 数据库组态方式和p l c 的 数据结构形成对应关系，非常适合p l c ；在p l c 系统应用中，往往有数据处理、 复杂多样的报表、功能强大的可编程方式等特点，f a m e v i e w 集成了报表、数据 处理算法、真正的v b s c r p i t 脚本，用户能方便的运用自如、准确无误的控制 和监视数据；f a m e v i e w 工业数据监控系统是杰控公司始终基于w i n d o w sn t 、 武汉理工大学硕士学位论文 w i n d o w s2 0 0 0 平台，研制开发成功的3 2 位、高档次、简单易用、功能强大、 运行稳定、速度快、易扩展、具有良好二次开发功能的工业数据采集管理软件 系统，能为用户提供经济完善的工业解决方案；现已成功应用于冶金、烟草、 啤酒、铁路信号连锁、煤炭、楼宇、垃圾处理、烟气监测、水处理、建材业、 热电厂、煤气处理、锅炉、码头输送、实验教学等行业，适合所有的大中小型 自动化项目哺1 。 图2 - 3f a m e v i e w 主要特点 2 3 2f a m e v ie w 运行环境及方式 运行f a m e v i e w 监控系统需要以下硬件环境： ( 1 ) p e n t i u m3 0 0 以上的微机； ( 2 ) 内存需要1 2 8 m 以上，建议2 5 6 m 以上； ( 3 ) 硬盘需要1 5 0 m 空间； ( 4 ) c d - r o m 光驱； ( 5 ) 并行打印口或u s b 口； ( 6 ) v g a 和s v g a 显示卡和显示器，显存需在1 6 m 以上，能支持1 0 2 4 7 6 8 或更高的分辨率； ( 7 ) 鼠标器； ( 8 ) 声卡，如需多媒体支持； 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 运行f a m e v i e w 监控系统需要以下软件环境： ( 1 ) 中文w i n d o w s2 0 0 0 专业版或w i n d o w s2 0 0 0 服务器版操作系统； ( 2 ) s p 3 或以上： ( 3 ) i e 5 0 或以上； 其版本及运行方式如下： ( 1 ) 通过并口或u s b 口加密卡进行软件授权； ( 2 ) 按变量点数区分为6 4 、1 2 8 、2 5 6 、5 1 2 、1 0 2 4 、2 0 4 8 、无限点； ( 3 ) 按功能区分为开发版、运行版、网络版、增强版、变量