系统与技术讲座论文

1、工程机及组态控制技术姓 名： 谭 玉 政 学 号： 1115105047 专 业： 自 动 化 院 系： 信息科学与工程学院 2013年12月工程机及组态软件工业控制组态软件技术及应用谭玉政摘要 工程机（Industrial Personal Computer ，IPC）即工业控制计算机，是一种采用总线结构，对生产过程及机电设备、工艺装备进行检测与控制的工具总称。组态软件，又称组态监控软件系统软件。它是指一些数据采集与过程控制的专用软件。它们处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。组态软件的应用领域很

2、广，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。关键词 工程机 组态软件 自动化 监控系统监控组态软件已经成为工业自动化系统的必要组成部分，即“基本单元”或“基本元件”，因此吸引了大型自动化公司纷纷投资开发自有知识产权的组态软件，以期依靠强大的市场产生大批量的销售，从中获取利润。作为自动化通用型工具软件，组态软件在自动化系统中始终处于“承上启下”的地位。用户在涉及工业信息化的项目中，如果涉及到实时数据采集，首先会考虑试用组态软件。正因如此，组态软件几乎应用于所有的工业信息化项目当中。应用的多样性，给组态软件的性能指标、使用方式、接口方式都提出了很多

3、新的要求，也存在一些挑战。这些需求对组态软件系统结构带来的冲击是巨大的，对组态软件的技术发展起到关键的促进作用。目前在国内外市场占有率较高的监控组态软件分别是GE Fanuc的iFix、Wonderware的Intouch、西门子WinCC、Citect和LabView等。中国大陆厂商以力控、亚控等为主，除此外尚有5-10个厂商从事监控组态软件业务，在国内市场上，高端市场仍被国外产品垄断。国内产品已经开始抢占一些高端市场，并且所占比例在逐渐增长。一、监控组态软件的几个技术热点（1）功能变迁：仍以人机界面为主，数据采集、历史数据库、报警管理、操作日志管理、权限管理、数据通讯转发成为其基础功能;功

4、能组件呈分化、集成化、功能细分的发展趋势，以适应不同行业、不同用户层次的多方面需求。（2）新技术的采用：组态软件的IT化趋势明显，大量的最新计算技术、通讯技术、多媒体技术被用来提高其性能，扩充其功能。（3）注重效率：实际上，有的“组态”工作非常繁琐，用户希望通过模板快速生成自己的项目应用。图形模板、数据库模板、设备模板可以让用户以“复制”方式快速生成目标程序。（4）组态软件注重数据处理能力和数据吞吐能力的提高：组态软件除了常规的实时数据通讯、人机界面功能外，1万点以上的实时数据历史存储与检索、100个以上C/S或B/S客户端对历史数据库系统的并发访问，对组态软件的性能都是严峻的考验。随着应用深

5、度的提高，这种要求会变得越来越普遍。（5）与控制系统硬件捆绑：组态软件与自动控制设备实现无缝集成，为硬件“量身定做”。这表明组态软件的渗透能力逐渐加强，自动化系统从来就离不开软件的支持，而整体解决方案利于硬件产品的销售，也利于厂商控制销售价格。 下面介绍关于国内常用的组态软件之一组态王Kingview 组态王Kingview V6.5 软件完全基于网络的概念，是一个完全意义上的工业级软件平台，现已广泛应用于化工、电力、国属粮库、邮电通信、环保、水处理、冶金和食品等各个行业，并且作为首家国产监控组态软件应用于国防、航空航天等关键领域。组态王Kingview V6.5 软件是运行于Windows

6、2000/NT 4.0(补丁6)/XP 简体中文版的中文界面的人机界面软件，采用了多线程、COM 组件等新技术，实现了实时多任务，软件使用方便，功能强大，性能优异，运行稳定。质量可靠。组态王Kingview V6.5 软件包由以下三部分组成： 工程管理器（ProjManager） 工程浏览器（TouchExplorer） 画面运行系统（TouchView）（1）概述在“组态王”软件中，用户建立的每一个应用程序称为一个工程。每个工程必须在一个独立的目录下，不同的工程不能用一个目录。在每个工程的路径下，生成了一些重要的数据文件，这些数据文件不允许直接修改，必须通过工程管理器或工程浏览器来修改。组态

7、王kingview6.55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。该产品以搭建战略性工业应用服务平台为目标，集成了对亚控科技自主研发的工业实时数据库（KingHistorian）的支持，可以为企业提供一个对整个生产流程进行数据汇总、分析及管理的有效平台，使企业能够及时有效地获取信息，及时地做出反应，以获得最优化的结果。组态王kingview6.55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

8、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；该款产品的历史曲线、报表及web发布功能进行了大幅提升与改进，软件的功能性和可用性有了很大的提高。组态王6.55在保留了原报表所有功能的基础上新增了报表向导功能，能够以组态王的历史库或KingHistorian为数据源，快速建立所需的班报表、日报表、周报表、月报表、季报表和年报表。此外，还可以实现值的行列统计功能。组态王6.55在web发布方面取得新的突破，全新版的Web发布可以实现画面发布，数据发布和OCX控件发布，同时保留了组态王Web的所有功能：IE浏览客户端可以获得与组态王运行系统相同的监控画面，IE客户端与Web服

9、务器保持高效的数据同步，通过网络您可以在任何地方获得与Web服务器上相同的画面和数据显示、报表显示、报警显示等，同时可以方便快捷的向工业现场发布控制命令，实现实时控制的功能。组态王kingview6.55集成了对KingHistorian的支持，且支持数据同时存储到组态王历史库和工业库，极大地提高了组态王的数据存储能力，能够更好地满足大点数用户对存储容量和存储速度的要求。KingHistorian是亚控新近推出的独立开发的工业数据库。具有单个服务器支持高达100万点、256个并发客户同时存储和检索数据、每秒检索单个变量超过20,000 条记录的强大功能。能够更好地满足高端客户对存储速度和存储容

10、量的要求，完全满足了客户实时查看和检索历史运行数据的要求。（2）产品功能全新的支持ocx控件发布的web功能，保证了浏览器客户端和发布端工程的高度一致。新增向导式报表功能，实现快速建立班报、日报、周报、月报、季报和年报表。可视化操作界面，真彩显示图形，支持渐进色，并有丰富的图库以及动画连接。无与伦比的动画和灵活性，拥有全面的脚本与图形动画功能。可以对画面中的一部分进行保存，以便以后进行分析或打印。变量导入导出功能，变量可以导出到Excel表格中，方便的对变量名称等属性进行修改，然后再导入新工程中，实现了变量的二次利用，节省了开发时间。强大的分布式报警、事件处理，支持实时、历史数据的分布式保存。

11、强大的脚本语言处理，能够帮助您实现复杂的逻辑操作和与决策处理。全新的WebServer架构，全面支持画面发布、实时数据发布、历史数据发布以及数据库数据的发布，方便的配方处理功能丰富的设备支持库，支持常见的PLC设备、智能仪表、智能模块提供硬加密及软授权两种授权方式。（3）产品特性1.灵活易用的向导式报表2.支持OCX控件的全新web发布3.兼容公司其它产品的全新加密方式4.在组态王kingview6.55通用版基础上，亚控公司将为用户提供组态王kingview6.55英文版、韩语版、繁体版、OEM等版本，方便各语言的用户使用本地化的组态王产品。1-1混合油墨自动化生产线监控系统 1-2纯水系统

12、二、监控组态软件与未来控制系统发展的相互影响随着软件、硬件标准化的发展，PLC、DCS等控制系统间界限愈加模糊，在设计人员的脑海里只有“控制器”的概念，用户在选型、设计时不必关心所使用的究竟是DCS还是PLC。PAC(programmable automation controller)就是在此情况下应运而生的。很多PAC控制器内置Web Server，带有XML编程接口，或者直接内置OPC UA Server ，带有鲜明的开放系统特点，同时也带有明显的IT特征。PAC与组态软件有什么关系呢?或者说对监控组态软件的发展会产生什么样的影响呢?由于PAC诞生较晚，无论从硬件还是软件方面，都表现出“

13、集成化”的特征。PAC控制器大量地使用已有的成熟技术，这些成熟技术既包括硬件，也包括软件。PAC对这些已有技术进行必要的改造后纳入控制器的内部，使之成为有竞争力的产品。与其他控制系统相比，很少有PAC控制器厂家同时拥有自己专用的操作站软件，大多与成熟的监控组态软件配套使用，构成完整的监控系统。因此PAC与监控组态软件保持着一种天然的近亲关系， 这也体现了社会分工的细化。PAC控制器对组态软件的发展产生的影响可以概括为：PAC控制器为基于嵌入式实时内核的嵌入式分布式实时数据库提供了组态软件向下扩展的机遇，嵌入式分布式实时数据库同时也大大提升了PAC控制器的处理能力。PAC控制器为基于嵌入式实时内

14、核、符合IEC61131-3标准的软PLC技术提供了更广阔的发展空间，同样地，这种符合IEC61131-3标准的软PLC技术一方面提升了PAC控制器的处理能力，另一方面加速了其控制软件的成熟速度。控制器与上位监控组态软件的无缝集成技术控制器与上位监控组态软件的无缝集成，最早见于DCS系统。PAC控制器与监控组态软件实现无缝集成后，便可在功能上缩小与DCS的差别，也是提高控制系统实施效率的有效手段。这种无缝集成能够达到以下目的：控制策略一经生成，以监控组态软件为核心的操作站系统便自动生成实时数据库(同时包括过程变量和控制站状态变量)，省去了手工建立数据字典的工作量及可能出现的错误和排错工作;另外

15、，基于过程控制的专用模板能够快速构建PID回路图、小组画面等过程操作画面，就像在组态软件中组态历史趋势图一样，在可复用的模板上填上对应的变量名称即可。三、国内组态软件的未来及发展趋势随着网络技术的发展，下一代的组态软件必将在网络技术上面有着突破性的进展。未来组态软件基于网络平台的运行如同目前基于单机平台的运行效果一样，能更好地适应大规模的重量级场合的应用。未来的组态软件仍将着力于目前的生产过程控制和管理，但具有丰富的接口，可以与目前丰富的PLC设备、PAC设备、智能仪表等各种设备链接，同时具有与上位MIS系统、ERP系统交互数据的能力，在图像动画的表现上更加出色。支持工程多人开发未来的大型工程

16、开发必将是网络式开发，不同的工程人员为了同一个系统工程进行配置。系统架构师构建系统对象、搭建系统；负责IO设备的工程人员配置通信设备和IO点；负责画面的界面人员搭建优美的界面等等。支持工程远程部署和调整未来的工程人员无需亲自到现场机器处调试和配置工程，可以在系统维护工程师站搞定一切，并可以根据网络流量等情况灵活动态调整部署，调整时无需停止整个系统，只需暂停相关模块重新部署即可。即：整个系统是运行时动态调整的。支持远程调试功能系统维护工程师可以在工程站监视整个系统的运行状况，可以远程更改运行参数并进行远程调试。系统灵活性和可扩展性大为增强未来的组态软件可能仅仅是一个架构，开发商提供一些底层必须的

17、组件和模块，工程开发人员可以根据自己的行业特点并利用开发商提供的公开接口开发自己的模板。如开发自己的系统模板；利用描述语言开发自己的设备通信程序；开发自己的画面模板和组件、专业图库等等。C/S应用和B/S应用合二为一两大开发阵营的界限将消失，系统架构师根据最终用户的特点选择不同的展现方式。无论程序是以桌面程序的方式运行还是在WEB浏览器中运行，其背后的界面描述均是一致的，有关系统安全和用户验证等等也是一致的，并且可以很方便地从一种方式转换成另一种方式。对XAML和XML语言的支持近年来XML和XAML语言极为火热，其强大的描述行功能以及便于网络传输的特点决定了其本身必将在未来的组态软件中占有一

18、席之地。利用XAML语言和WPF技术，我们可以方便地开发可以同时运行在桌面程序和WEB浏览器中的界面程序。将是面向对象的未来的组态软件将抛弃目前的TagServer中心，虽然未来的数据流仍然是标准的变量，但它不再是无生命的孤立的Tag，而是与具体的对象有机的组合在一起。包括系统的描述、系统组成、状态变化存储等等均将以对象为基础，网络上传输的数据无非是对象状态的变化、对象方法的调用、对象事件传输等等。将是面向服务的未来的组态软件将是由无数个相对独立的服务提供者所构成的有机整体，常见服务包括：IO数据采集服务、报警服务、数据记录服务、用户安全和验证服务等等。各种服务之间相互交换信息以提供系统所需的功能。未来的开发环境也是以服务的方式提供的。将是事件驱动的对象状态的变化产生事件，对其他对象的事件变化感