MCGS组态软件_教案20091017.doc

课程简介和大纲简介中文课程名称 监控系统程序设计技术 课程编号 00000946 英文课程名称 monitoring system programming 开课系所号 04 学时32 学分 2 课内总学时 24 实验总学时0 上机总学时 8 开课学期 7 课程属性专业选修课 基本面向 自动化专业先修课程 计算机控制技术，过程控制系统，人机界面程序设计基础，电气控制与可编程控制器 课程负责人 阎高伟 副教授 课程团队牛昱光 副教授 教材 曹辉组态软件技术及应用电子工业出版社，2009.1 参考书 龚运新工业组态软件实用技术清华大学出版社，2005.9 备注说明 主要内容 一、课程目的 监控系统程序设计技术是自动化专业的专业选修课，是一门以应用为主的工程技术类课程。该课程讲述组态软件的系统结构、原理、功能和使用方法。通过该课程的学习，使学生掌握组态软件的应用技术，掌握自控系统中监控程序的设计方法，并能运用所学知识进行工业控制系统过程可视化的设计，对自控系统中的设备资源进行配置、控制策略组态、处理数据报警和系统报警、实现报表输出，利用脚本进行二次开发。为在工业自动化过程以及其它领域的监控/监测过程中的数据采集及监控应用打下良好的基础。二、章节简介 1）组态技术概述、组态软件的特点及应用；2）实时数据库的创建方法和过程；3）用户窗口的组态，包括用户窗口的画面制作和控件与数据对象的动画连接；4）运行策略的组态，包括策略构件的设置方法和脚本语言的使用等；5）设备窗口的组态方法，以及建立系统与外部硬件设备的连接，使得组态软件能从外部设备读取数据并控制外部设备的工作状态；6）主控窗口的设计，负责用户窗口的管理和调度，并调度用户策略的运行。7）顺序控制系统设计举例，通过机械手自动分拣监控系统的设计和实现，介绍顺序控制监控系统的设计思路；8）过程控制系统设计举例，通过单容水箱液位监控系统组态软件的制作过程，介绍过程控制监控系统的设计方法。 三、教学重点 1）监控组态软件的设计思想、特点、性能要求；组态软件的数据流；理清组态各部件之间的关联。2）实时数据库的组成；数据对象的属性和作用域；内部数据对象和系统函数；建立组态控制工程。3）用户窗口的属性和方法；创建、编辑图形对象；图形对象属性设置；动画构件；定义动画连接；用户窗口的事件；曲线数据源定义；实时趋势曲线和历史曲线组态；报表组态。4）运行策略的类型、构造方法和属性；组态策略的内容；策略构件；脚本程序语言要素；脚本的操作对象；脚本语言编程；内部函数使用。5）设备窗口的概念和作用；设备地址和通信方式；设备构件选择和使用方法；设备构件的基本属性、连接、调试和数据处理；i/o设备驱动程序的使用方法。6）菜单组态；菜单属性；安全机制和权限分配。7）dde动态数据交换；odbc数据源配置和使用；opc技术组成；opc服务器、组、数据项的概念；opc技术应用。8）顺序控制系统的需求分析；控制系统的工作流程；控制系统的组成；系统画面制作要点；系统运行策略设计。9）过程控制系统的需求分析；控制系统的工作流程；系统画面制作要点；系统运行策略分析和设计；pid控制算法的应用。 四、教学难点 1）组态软件的数据流；组态软件各部分之间的关系；2）实时数据库的组成；数据对象的属性；3）用户窗口的属性和方法；动画构件；实时趋势和历史曲线组态；报表组态；4）运行策略的构造方法；运行策略的属性；组态策略的内容；脚本语言编程；5）设备地址和通信方式；设备构件的基本属性和数据处理；6）菜单属性和组态；安全机制；7）dde动态数据交换；odbc数据源使用；opc技术组成；8）顺序控制系统的需求分析、工作流程和系统组成；系统运行策略设计。9）过程控制控制系统的需求分析；制系统的工作流程和系统组成；系统运行策略分析和设计；pid控制算法的应用。大纲监控系统程序设计技术是自动化专业的专业选修课，是一门以应用为主的工程技术类课程。该课程讲述组态软件的系统结构、原理、功能和使用方法。通过该课程的学习，使学生掌握组态软件的应用技术，掌握自控系统中监控程序的设计方法，并能运用所学知识进行工业控制系统过程可视化的设计，对自控系统中的设备资源进行配置、控制策略组态、处理数据报警和系统报警、实现报表输出，利用脚本进行二次开发。为在工业自动化过程以及其它领域的监控/监测过程中的数据采集及监控应用打下良好的基础。一、理论讲授 第一章 组态软件概述（2学时） 1. 教学内容及基本要求 1）工控组态软件简介 2）数据采集的方式 3）组态软件构成 4）脚本的功能 5）组态软件的开放性 6）组态环境的可扩展性 7）对internet的支持程度 8）组态软件的控制功能 9）组态软件的安装 2. 重点、难点 1）监控组态软件的设计思想、特点、性能要求；2）组态软件的数据流；3）理清组态各部件之间的关联。 第二章 实时数据库（3学时） 1. 教学内容及基本要求 1）实时数据库的概念 2）数据对象的概念、分类和属性 3）创建实时数据库 4）数据对象属性设置 5）组对象的建立和应用 6）数据对象的浏览、查询和修改 2. 重点、难点 1）实时数据库的组成；2）数据对象的属性；3）数据对象的作用域；4）内部数据对象和系统函数；5）建立组态控制工程的关键步骤。 第三章 用户窗口组态（4学时） 1. 教学内容及基本要求 1）用户窗口的分类、属性与方法2）建立标准用户窗口 3）图形对象的概念 4）图形构件的建立 5）标签构件的属性及其动画连接形式 6）图形动画的设置和应用 7）多个图形对象的排列及操作方法 8）实时曲线和历史曲线的定义和使用方法 9）自由表格和历史表格的使用方法 10）其他图形构件简介 2. 重点、难点 1）用户窗口的属性和方法；2）创建、编辑图形对象；3）图形对象属性设置；4）动画构件；5）定义动画连接；6）用户窗口的事件；7）曲线数据源定义；8）实时趋势曲线组态；9）历史曲线组态；10）报表组态。 第四章 运行策略组态（3学时） 1. 教学内容及基本要求 1）脚本程序语言概述 2）脚本程序语言的使用 3）运行策略的分类 4）组态策略内容 5）策略功能构件 6）运行策略的建立和应用 7）pid控制算法的使用 8）内部函数简介和应用 2. 重点、难点 1）运行策略的类型；2）运行策略的构造方法；3）运行策略的属性；4）组态策略的内容；5）策略行的条件；6）策略构件；7）脚本程序语言要素；8）脚本的操作对象；9）脚本语言编程；10）内部函数使用。 第五章 设备窗口组态（3学时） 1. 教学内容及基本要求 1）设备组态的作用和意义 2）设备构建组态的要求 3）设备构件的添加及属性设置 4）设备构件的调试 5）plc设备的组态示例 6）仪表设备组态示例 7）模拟设备组态 2. 重点、难点 1）设备窗口的概念和作用；2）设备地址和通信方式；3）设备构件选择和设备工具箱的使用方法；4）设备构件的基本属性、设备连接和设备调试等属性的设置过程；5）设备构件的数据处理；6）i/o设备驱动程序的使用方法。 第六章 主控窗口组态（2学时） 1. 教学内容及基本要求 1）主控窗口属性分类2）主控窗口属性设置 3）菜单组态 4）安全机制组态 5）主控窗口组态举例 6）用户权限和工程权限管理 2. 重点、难点 1）菜单组态；2）菜单属性；3）安全机制和权限分配。 第七章 外部接口及通信（3学时） 1. 教学内容及基本要求 1）监控系统常用通信方式和通信协议 2）dde的概念和应用 3）使用odbc访问功能 4）opc技术概述 5）opc服务器设置 6）opc客户端设置 7）opc技术的应用 8）分布式测控系统概述 2. 重点、难点 1）dde动态数据交换；2）odbc数据源配置；3）odbc数据源使用；4）opc技术组成；5）opc服务器、组、数据项的概念；6）opc技术应用；7）远程监控和分布式监控的组成方法。 第八章 顺序控制系统示例：机械手自动分拣系统（2学时） 1. 教学内容及基本要求 1）工作流程及控制要求 2）控制系统的组成 3）实时数据库的创建 4）系统的画面制作与动画连接 5）运行策略设计 6）设备窗口组态 7）自动分拣系统运行 2. 重点、难点 1）顺序控制系统的需求分析；2）控制系统的工作流程；3）控制系统的组成；4）系统画面制作要点；5）系统运行策略设计。 第九章 过程控制系统示例：单容水箱液位系统的自动控制（2学时） 1. 教学内容及基本要求 1）系统的工艺流程和控制系统流程 2）系统的控制要求和实现功能 3）实时数据库的创建 4）画面设计制作与动画连接 5）液位历史曲线和历史数据以及报警设置 6）控制策略和控制程序的编写 7）设备组态 8）主控窗口设计 2. 重点、难点1）过程控制系统的需求分析；2）控制系统的工作流程；3）控制系统的组成；4）系统画面制作要点；5）系统运行策略分析和设计；6）pid控制算法的应用。 二、实验（8学时） 实验一 组态软件实时数据库和设备组态实验（2） 实验二 组态软件的图形开发环境与动画连接实验（2） 实验三 组态软件控制策略组态和脚本语言编程（2） 实验四 组态软件与第三方软件通信实验（2） 三、教材及教学参考书 教 材：曹辉组态软件技术及应用电子工业出版社，2009.1 教学参考书：龚运新工业组态软件实用技术清华大学出版社，2005.9参考网站/article/list.asp?classid=4&subid=34&thid=322/ 组态网//cn/pages/home.aspx/北京昆仑通态自动化软件公司/如何学好本课程1 实践练习2 融会贯通，不同的组态软件在操作上虽有不同，但实际上操作内容是一样的，我们通过学习一种组态软件，在掌握了其核心内容以后，就要能够对其他的组态软件花上少许熟悉的时间后就能进行操作和使用。第1章 组态软件概述（2学时）1.1组态软件概述1.1.1组态软件的概念组态软件，又称监控组态软件，译自英文scada,即 supervisory control and data acquisition(数据采集与监视控制),组态软件的应用领域很广，它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。组态软件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，其预设置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设备，与高可靠的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。在使用工控软件中，我们经常提到组态一词，组态英文是“configuration”,其意义究竟是什么呢？简单的讲，组态就是用应用软件中提供的工具、方法、完成工程中某一具体任务的过程。通过专用的软件定义系统的过程就是组态（configuration）。组态就是用应用软件中提供的工具、方法，实现工程中某一具体任务的过程。定义过程站各模块的排列位置和类型的过程叫过程站硬件组态；定义过程站控制策略和控制程序的过程叫控制策略组态；定义操作员站监控程序的过程叫操作员站组态；定义系统网络连接方式和各站地址的过程叫网络组态。利用一系列的标准功能组件，通过模块化任意组合来构造系统，在这里系统可以是硬件、软件。具体到监控程序组态而言，就是采用一系列的标准软件组件，通过配置、连接等操作形成一个软件应用系统。标准组件体现在：控件、接口、驱动程序等（均由组态软件开发商开发提供给用户）与硬件生产相对照，组态与组装类似。如要组装一台电脑，事先提供了各种型号的主板、机箱、电源、cpu、显示器、硬盘、光驱等，我们的工作就是用这些部件拼凑成自己需要的电脑。当然软件中的组态要比硬件的组装有更大的发挥空间，因为它一般要比硬件中的“部件”更多，而且每个“部件”都很灵活，因为软部件都有内部属性，通过改变属性可以改变其规格（如大小、性状、颜色等）。在组态概念出现之前，要实现某一任务，都是通过编写程序（如使用basic, c, fortran等）来实现的。编写程序不但工作量大、周期长，而且容易犯错误，不能保证工期。组态软件的出现，解决了这个问题。对于过去需要几个月的工作，通过组态几天就可以完成。组态软件是有专业性的。一种组态软件只能适合某种领域的应用。组态的概念最早出现在工业计算机控制中。如dcs(集散控制系统)组态，plc（可编程控制器）梯形图组态。人机界面生成软件就叫工控组态软件。其实在其他行业也有组态的概念，人们只是不这么叫而已。如autocad，photoshop，办公软件(powerpoint)都存在相似的操作，即用软件提供的工具来形成自己的作品，并以数据文件保存作品，而不是执行程序。组态形成的数据只有其制造工具或其他专用工具才能识别。但是不同之处在于，工业控制中形成的组态结果是用在实时监控的。组态工具的解释引擎，要根据这些组态结果实时运行。从表面上看，组态工具的运行程序就是执行自己特定的任务。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。对应于原有的hmi（人机接口软件，human machine interface）的概念，组态软件应该是一个使用户能快速建立自己的hmi的软件工具或开发环境。需要注意的是在本课程中组态更倾向于“监控程序”的组态，即人机界面的组态。尤其是监视和操作功能。而控制组态指涉及到一少部分。这与dcs控制系统的组态有着明显的区别。dcs控制系统组态包括硬件组态、监控组态、控制策略（控制算法）组态，内容要比单纯的监控组态多。hmi是human machine interface的英文缩写，“人机接口”，也叫人机界面。举个例子来说，在一座工厂里头，我们要搜集工厂各个区域的温度、湿度以及工厂中机器的状态等等的信息透过一台主控器监视并记录这些参数，并在一些意外状况发生的时候能够加以处理。这便是一个很典型的scada/hmi的运用，一般而言，hmi系统必须有几项基本的能力： 实时的资料趋势显示把撷取的资料立即显示在屏幕上。 自动记录资料自动将资料储存至数据库中，以便日后查看。 历史资料趋势显示把数据库中的资料作可视化的呈现。 报表的产生与打印能把资料转换成报表的格式，并能够打印出来。 图形接口控制操作者能够透过图形接口直接控制机台等装置。 警报的产生与记录使用者可以定义一些警报产生的条件， 比方说温度过度或压力超过临界值，在这样的条件下系统会产生警报，通知作业员处理。1.1.2组态软件产生和发展的背景随着工业自动化水平的迅速提高，计算机在工业领域的广泛应用，人们对工业自动化的要求越来越高，种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用，使得传统的工业控制软件已无法满足用户的各种需求。在开发传统的工业控制软件时，当工业被控对象一旦有变动，就必须修改其控制系统的源程序，导致其开发周期长；已开发成功的工控软件又由于每个控制项目的不同而使其重复使用率很低，导致它的价格非常昂贵；在修改工控软件的源程序时，倘若原来的编程人员因工作变动而离去时，则必须同其他人员或新手进行源程序的修改，因而更是相当困难。通用工业自动化组态软件的出现为解决上述实际工程问题提供了一种崭新的方法，因为它能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用户能根据自己的控制对象和控制目的的任意组态，完成最终的自动化控制工程。 “组态”的概念是伴随着集散型控制系统（distributedcontrolsystem简称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。霍尼韦尔公司在1975年推出世界上第一套dcs系统tdc2000在组态软件出现之前，工控领域的用户通过手工或委托第三方编写hmi应用，开发时间长，效率低，可靠性差；或者购买专用的工控系统，通常是封闭的系统，选择余地小，往往不能满足需求，很难与外界进行数据交互，升级和增加功能都受到严重的限制。组态软件的出现，把用户从这些困境中解脱出来，可以利用组态软件的功能，构建一套最适合自己的应用系统。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、scada、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。现场总线技术促进了组态软件的发展。现场总线和开放系统是组态软件成长所依赖的外部环境，现在开放系统已成为操作系统的主流，而现场总线直接与组态软件驱动的设备密切相关，使得组态软件更加易于连接更多的i/o设备，促进监控组态软件的应用。现场总线的核心是实现现场一次仪表和执行机构的数字化，以往传统的仪表多使用420madc模拟信号，这种仪表具有明显的缺陷：（1）每台仪表都占用单独的信号传输线路，电缆用量很大。（2）现场一次仪表（内嵌微处理器）将信号进行d/a转换，中控室二次仪表又对信号a/d转换，两次转换造成两次精度损失。（3）仪表系统的安装、维护、校正费用和难度都大，费时费力。（4）仪表信号易受到干扰，可靠性差。（5）仪表型号的互换性差。现场总线仪表利用微处理器实现仪表的智能化，可以实现仪表和自动化系统间的数字化、多边双向通讯。实际上现场总线是一种工厂设备级的通讯网络系统。1.1.3 组态软件的特点和特性组态（configuration）为模块化任意组合。通用组态软件主要特点： 1简便性：使用简单，用户只需编写少量自己所需的控制算法代码，甚至可以不写代码。2可靠性：运行可靠，维护量小。3强大的图形设计工具。可以设计图文并茂的人机交互界面。4提供数据采集设备的驱动程序。无需用户在编制设备驱动程序5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。6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； 7组态软件的开放性 在生产制造过程中，需要对现场的大量数据进行流程分析和过程控制，以实现对生产流程的调整和优化。 目前现有的组态软件对大部分这些方面需求还只能以报表的形式提供，或者通过odbc将数据导出到外部数据库，以供其他的业务系统进行调用。 随着生产决策活动对信息需求的增加，可以预见，组态软件与mis或领导信息系统（eisexecutive information system）的集成必将更加紧密，实现数据分析与决策功能的模块形式很可能在组态软件中相继出现。作为通用的组态软件，mcgs的开放性表现为：系统可以与广泛的数据源交换数据；mcgs提供多种高性能的i/o驱动；支持microsoft开放数据库互连（odbc）接口，有强大的数据库链接能力；mcgs全面支持opc标准，既可作为opc客户端，也可以作为opc服务器，可以和更多的自动化设备相连接；mcgs通过dde（dynamic data exchange，动态数据交换）与其它应用程序交换数据，充分利用计算机丰富的软件资源；mcgs全面支持activex控件，提供极其灵活的面向对象的动态图形功能，并且包含丰富的图形库。7组态环境的可扩展性 为用户提供在不改变原有系统的情况下，向系统内增加新功能的能力，这种新增的功能可能来自于组态软件开发商、第三方软件提供商或用户自身。 增加功能最常用的手段是activex组件的应用，目前还只有少数组态软件能提供完备的activex组件引入功能及实现引入对象在脚本语言中的访问。 8对internet的支持程度现代企业的生产已经趋向国际化、分布式的生产方式。随着互联网的进一步普及和使用internet将是实现分布式生产的基础。 限于国内目前的网络基础设施和工业控制应用的程度，在较长时间内，以浏览器方式通过internet对工业现场进行监控，将会在大部分应用中停留于监视阶段。 所有组态软件开发商面临的一个重要课题是组态软件能否从原有的局域网运行方式跨越到支持internet。 实际控制功能的完成应该通过更稳定的技术，如专用的远程客户端、由专业开发商提供的activex控件或java技术实现。 9组态软件的控制功能 随着以工业pc为核心的自动控制系统技术的日趋完善和工程技术人员使用组态软件水平的不断提高，用户对组态软件的要求已不像过去那样主要侧重于画面，而是要考虑一些实质性的应用功能，如软plc，先进过程控制策略等。 1.1.4 组态软件发展现状 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。此后组态软件得到了迅猛的发展。目前世界上的组态软件有几十种之多，国际上较知名的监控组态软件有：fix，intouch，wincc，labview，citech等。1国外的组态软件(1)intouchwonderware的intouch软件是最早进入我国的组态软件。在80年代末、90年代初，基于windows3.1的intouch软件曾让我们耳目一新，并且intouch提供了丰富的图库。但是，早期的intouch软件采用dde方式与驱动程序通信，性能较差， intouch7.0版已经完全基于32位的windows平台，并且提供了opc支持。目前最新的版本是9.5intouch hmi为用户提供了今天的hmi和监控应用所需的能力和通用性。wonderware在研究与开发中进行了大量投入，保证为用户提供新型的、强大的、创新的产品。其结果是：各种公司可以把他们的精力集中于业务的运转方面，而工程师可以利用最新的软件技术。intouch还是实现了微软公司的支持windowsxp认证的第一个hmi产品，可以从工作站、个人数字助理(pda)和浏览器观看显示内容。(2) ifix：ge fanuc 智能设备公司由美国通用电气公司（ge）和日本fanuc公司合资组建，提供自动化硬件和软件解决方案。intellution公司以fix组态软件起家，1995年被爱默生收购，现在是爱默生集团的全资子公司，fix6.x软件提供工控人员熟悉的概念和操作界面，并提供完备的驱动程序（需单独购买）。intellution将自己最新的产品系列命名为ifix，在ifix中，intellution提供了强大的组态功能，但新版本与以往的6.版本并不完全兼容。原有的script语言改为vba（visual basic for application），并且在内部集成了微软的vba开发环境。遗憾的是，intellution并没有提供6.1版脚本语言到vba的转换工具。在ifix中，intellution的产品与microsoft的操作系统、网络进行了紧密的集成。intellution也是opc（ole for process control）组织的发起成员之一。ifix的opc组件和驱动程序同样需要单独购买。(3) citech：悉雅特集团（citect）是世界领先的提供工业自动化系统、设施自动化系统、实时智能信息和新一代 mes 的独立供应商。cit公司的citech也是较早进入中国市场的产品。citech具有简洁的操作方式，但其操作方式更多的是面向程序员，而不是工控用户。citech提供了类似语言的脚本语言进行二次开发，但与ifix不同的是，citech的脚本语言并非是面向对象的，而是类似于语言，这无疑为用户进行二次开发增加了难度。(4) wincc：西门子自动化与驱动集团(a&d)是西门子股份公司中最大的集团之一，是西门子工业领域的重要组成部分。网址： simens的wincc也是一套完备的组态开发环境，simens提供类语言的脚本，包括一个调试环境。wincc内嵌opc支持，并可对分布式系统进行组态。但wincc的结构较复杂，用户最好经过simens的培训以掌握wincc的应用。(5)movicon：monitor vision and control,由意大利著名自动化软件供应商progea公司开发.是全新的第三代(scada/hmi)工业监控软件. 始终坚持简单、开放、可扩充性的标准，并且一直以简单易用,稳定可靠著称.movicon可在同一个开发平台来满足不同应用的开发需要, 应用程序可运行在几乎所有的工业平台:通过直接和间接的驱动, 可以支持几乎所有的工业设备, plc, 现场总线和网络.很多革命性的特点是movicon x 成为当今世界上最现代的scada/hmi 软件平台. (6) aspen-tech：在流程工业先进控制与优化这一行业，艾斯本技术（aspentech）公司是全球领先的解决方案与产品供应商。90年代中期aspentech宣布全面进入中国大陆市场。(7) trace mode：trace mode® 由俄罗斯adastra research group, ltd公司于1992年开发成功。adastra 科技集团（adastra research group，ltd）是独联体和东欧各国工业自动化实时控制软件开发方面的领先者。基本产品是将scada/hmi和softlogic集成为一体的新一代32位工控组态软件 -tracemode，主要用于各个行业的大型分布式控制系统的开发。在俄罗斯，trace mode的实际装机量远远超过了国外同类产品。trace mode®适用于分布式控制系统的开发，是俄罗斯最畅销的工业控制组态软件，在市场上占有绝对垄断地位。2国内的组态软件(1).组态王kingview（北京亚控科技发展有限公司）北京亚控科技发展有限公司正式成立于1997年，公司着眼自动化软件领域的尖端技术，基于工业网络平台，为用户提供专业客制化应用解决方案和自动化软件产品和服务。作为国产scada软件，其创始人早在1993年就开始研发组态王产品，并迅速应用到了国内用户的系统中。当时的目标是为用户建立具有易用性强，动画功能丰富、技术性能卓越、稳定可靠且价格低廉于一身的工业自动化软件平台。组态王软件经过七年开发，五年的各种突发环境的真实考验，九千例工程（钢铁，化工，电力，国属粮库，邮电通讯，环保，水处理，冶金等各行业）的现场运行（包括中华世纪坛国家标志性工程），现已成为国内组态软件的客户首选，并且作为首家国内组态软件应用于国防，航空航天等重大领。(2).三维力控forcecontrol （北京三维力控科技有限公司）北京三维力控科技有限公司是专业从事监控组态软件研发与服务的高新技术企业，核心软件产品初创于1992年，公司以自主创新为动力，逐渐奠定了在国内市场的领先地位。(3).mcgs(北京昆仑通态自动化软件科技有限公司): 昆仑工控-为大型专业工控企业联盟集团，以雄厚的资金为后盾，高、新、尖技术力量为核心，专门从事设计、生产、销售各种类型传感器、变送器、热工仪表、现场控制器、计算机控制系统、数据采集系统、组态软件、专用现场控制软件等mcgs(monitor and control generated system)是由北京昆仑通态自动化软件公司开发的一套基于windows平台，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统。mcgs通用版是北京昆仑通态数十位软件开发精英，历时整整一年时间，辛勤耕耘的结晶，mcgs通用版无论在界面的友好性、内部功能的强大性、系统的可扩充性、用户的使用性以及设计理念上都有一个质的飞跃，是国内组态软件行业划时代的产品，必将带领国内的组态软件上一个新的台阶。mcgs能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。(4).世纪星组态软件（北京世纪长秋科技有限公司）北京世纪长秋科技有限公司是专业从事工业自动化软件开发、销售、服务及工业自动化系统集成的高新技术企业。公司拥有自主产权的软件产品世纪星通用工业自动化监控组态软件，本产品自1999年开始销售，10年内已有二万多套软件应用于相关行业，如：电力变电配电自动化、电厂监控、石油、化工、冶金、矿山、工业民用水处理、环保污水处理、储备粮库、铁路隧道信号监控、交通信号监控、食品及饮料自动化监控等。(5).紫金桥realinfo(紫金桥软件技术有限公司)紫金桥软件技术有限公司是由中石油大庆石化总厂出资成立的专门从事计算机软件产品开发的高新技术企业，是中国石油天然气集团的软件开发基地。公司专注于自主知识产权软件产品“实时数据库系统”和“监控组态软件”的开发与推广工作。(6) echmiechmi(easy control human-machine interaction)是一个通用的工控软件人机介面组态软件。作者十多年从事工控行业软件的开发。echmi从hmi入手，从2001年的1.0版开始，到目前的9.65版，历经6年时间，通过不断的应用、改进，逐渐完善为一个全功能的工控组态软件，和国内外的同类软件相比有着独有的特点，比如动态模板，子图同步更新。echmi包含：ecmake开发环境、ecview运行系统、实时库、历史库、web系统5部分。还有controx（开物）,易控/等1.2组态软件的组成1.2.1组态软件的组成结构组态软件的结构划分有多种标准，这里以使用软件的工作阶段和软件体系的成员构成两种标准讨论其体系结构。1以使用软件的工作阶段划分也可以说是按照系统环境划分，从总体上讲，组态软件是由两大部分构成的：(1)系统开发环境：是自动化工程设计工程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。系统开发环境由若干个组态程序组成，如图形界面组态程序、实时数据库组态程序等。(2)系统运行环境：在系统运行环境下，目标应用程序被装入计算机内存并投入实时运行。系统运行环境由若干个运行程序组成，如图形界面运行程序、实时数据库运行程序等。组态软件支持在线组态技术，即在不退出系统运行环境的情况下可以直接进入组态环境并修改组态，使修改后的组态直接生效。自动化工程设计工程师最先接触的一定是系统开发环境，通过一定工作量的系统组态和调试，最终将目标应用程序在系统运行环境投入实时运行，完成一个工程项目。2按照成员构成划分组态软件因为其功能强大，而每个功能相对来说又具有一定的独立性，因此其组成形式是一个集成软件平台，由若干程序组件构成。其中必备的典型组件包括：（1）应用程序管理器应用程序管理器是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。在自动化工程设计工程师应用组态软件进行工程设计时，经常会遇到下面一些烦恼：经常要进行组态数据的备份；经常需要引用以往成功应用项目中的部分组态成果（如画面）；经常需要迅速了解计算机中保存了哪些应用项目。虽然这些要求可以用手工方式实现，但效率低下，极易出错。有了应用程序管理器的支持，这些操作将变得非常简单。（2）图形界面开发程序是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。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,供图形运行环境运行时使用。（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有的组态软件只在图形开发环境中增加了简单的数据管理功能，因而不具备完整的实时数据库系统。目前比较先进的组态软件（如力控等）都有独立的实时数据库组件，以提高系统的实时性，增强处理能力。实时数据库系统组态程序是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。（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驱动程序是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的实时数据库与通用数据库（如oracle、sybase、foxpro、db2、infomix、sql server等）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。通用数据库接口（odbc接口）组态环境用于指定要交换的通用数据库的数据库结构、字段名称及属性、时间区段、采样周期、字段与实时数据库数据的对应关系等。（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。策略编辑/生成组件以iec-1131-3标准为使用者提供标准的编程环境，共有4种编程方式：梯形图、结构化编程语言、指令助记符、模块化功能块。使用者一般都习惯于使用模块化功能块，根据控制方案进行组态，结束后系统将保存组态内容并对组态内容进行语法检查、编译。编译生成的目标策略代码即可以与图形界面同在一台计算机上运行，也可以下装（download）到目标设备（如pc/104、windows ce系统等pc-based设备）上运行。（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。实用通讯程序组件可以划分为server和client两种类型，server是数据提供方，client是数据访问方，一旦server和client建立起了连接，二者间就可以实现数据的双向传送。 3组态软件的基本功能模块（1）io模块提供多种通信协议，如modbus_rtu、modbus_plus等，可与世界上多家厂商的plc、dcs和总线设备通信。（2）图形界面生成模块提供多种工业设备图素、可方便的对各种流程画面底图进行编辑，可编辑多种动态显示点，可方便的连接动态点与实时点火历史点（3）报警模块（4）数据库生成模块（实时数据库和历史数据库）可编辑数据库记录，打印数据库记录，对数据库记录进行转换和连接，生成实时趋势图和历史趋势图，通过odbc与第三方程序进行连接。（5）策略模块提供多种逻辑运算模块、算术运算模块和控制模块，并支持自定义模块封装，可利用程序开发语言（c，c+，vb）等开发自己的运算模块，嵌入到组态软件中。（6）数据存档与交换模块提供多种数据存档的文件格式，如纯文本格式、rtf格式、dbase文件等，同时提供如dde、opc等多种与第三方软件进行通信的数据交换方式。（7）报表生成模块，对报表进行编辑，生成数据库点记录值（8）网络配置模块图 11 组态软件各部分关系图从图 11中也可看出开发环境、实时数据库与运行环境之间的关系。1.2.2组态软件的数据处理流程1组态软件的数据采集方式大多数组态软件提供多种数据采集程序，用户可以根据需要进行相应的配置。这样驱动程序只能由组态软件开发商提供，或者由用户按照某种组态软件的接口规范编写，这为用户提出了过高的要求。 设备驱动程序（i/o server）是组态软件与plc、智能仪表等设备交互通讯的桥梁，由于组态软件面向的就是开放式测控设备，因此建立pc与设备间的通讯链路不存在理论上的障碍。各种测控设备也越来越多地采用标准通讯接口，使设备与pc间及设备间的互联通讯越来越简便。一、设备驱动程序在组态软件中所处地位及数据流图图 12 组态软件设备驱动程序如图 12所示, i/o server直接负责从设备采集实时数据并将操作命令下达给设备, i/o server的可靠性将直接影响组态软件的性能。在大多数情况下，i/o server是与设备相关的，即针对某种设备的驱动程序不能驱动其它种类的设备。一般，设备制造商会提供pc与设备间进行数字通讯的接口协议和物理接口标准。物理接口标准规定使用何种通讯介质、链路层的接口标准，如rs232、rs485、以太网等；接口协议规定通讯双方约定的命令及数据响应格式、数据校验方式等。i/o server主要是按照接口协议的规定向设备发送数据请求命令，对返回收据进行拆包，从中分离出所需数据（即组态的数据连接项和设备状态数据）。多数设备的通讯接口协议都有若干条读写命令，分别用来读写设备上不同类别的数据，而每一条命令又可以读写同类别的多条数据，具体能读写几条是由接口协议规定的。使用组态软件做i/o数据连接的工程技术人员不必了解这些细节，只需按照i/o server的说明书组态数据库变量与设备数据项的对应关系即可。i/o server首先要将组态的数据连接项按照接口协议的要求按照类别分好，把通过一次读写操作能够处理的数据连接项存放在一起，称做一个数据包。i/o server主要以数据包为单位进行数据处理，这样会大大提高通讯效率。一般设备的接口协议都会提供设备状态信息的访问方法，即组态软件可以直接读取设备的状态信息；如果接口协议不含有设备状态信息的访问方法，i/o server只能将通讯的状态信息送给实时数据库和界面系统，如通讯超时、设置数据成功等。i/o server的通讯状态信息将作为系统报警显示在界面系统的系统报警窗中。二、设备驱动程序完成的主要功能1、从i/o设备采集所需数据进行链路维护i/o server要将来自设备的数据转换成实时数据库需要的数据类型（实数、整型数、字符或字符串型等），同时要对越界数据做合理解释，以避免操作人员得到错误的数据。例如，有的设备以“0xffff”（十六进制）表示回路断开，有的设备以“-”（ascii）表示数据超过上限等等。为提高数据的采集效率和数据安全，要将所有数据连接项划分成只读、只写、可读写三种类型，以防止误写、误读的发生。一个i/o server可以同时处理多个同类设备，如果其中某个设备出现故障不能响应通讯，则i/o server要花费多余的时间等待其响应，从而减慢了整个系统的响应周期。因此对于故障设备，i/o server要减少访问频次，以免影响整个系统的数据刷新周期，当故障设备恢复正常后再将设备的采集周期恢复原值。2、执行来自操作员的i/o命令管理输出队列界面系统要对送给i/o设备的命令数据进行第一步检查，检查数据类型是否正确，数据是否越界。实时数据库对数据进行第二阶段检查，主要检查越界情况。i/o server对来自操作员的i/o命令要针对设备的特殊要求逐级做合法性检查，也是最严格的检查，如首先检查是否只读数据，再检查数值是否越界（如串级回路的回路方式：0表示自动，1表示手动，2表示串级，其它数据则为非法的越界数据）等。3、与实时数据库系统进行无缝连接i/o server与实时数据库间应采用进程间通讯、直接内存映射、ole方式或其它更为有效的内部通讯方式，较采用第三方的dde设备驱动程序或opc server具有更高的通讯效率，同时可以迅速报告设备的故障信息，产生系统报警。i/o server对来自设备的数据可以进行初步预处理，在一段时间内数值没有发生变化的数据可以不向实时数据库传送或减少传送次数，以进一步提高数据通讯的效率。4、设备驱动程序能够连接的设备种类（1） dcs、plc等控制设备。（2）带数字通讯接口（rs232/rs422/rs485、以太网、现场总线等）的智能仪表，如流量计等计量设备、报警器等安防设备、遥测传感设备。（3）pc总线工业计算机设备。（4）带开放接口的基于pc的数据