第十三章计算机控制技术及其应用

第十三章监控组态软件

本章要点:1.组态软件的基本含义、发展趋势与特点。2.组态软件的图形开发界面。3.工艺控制流程图的组态设计步骤。4.复杂图形对象的组态及应用。

返回总目录本章主要内容

13.1组态软件及其发展

13.2组态软件的图形开发环境

13.3工艺控制流程图的组态

13.4复杂图形对象的组态及应用

引言

13.5程序的运行与调试引言计算机控制系统的监控组态软件它是指一些包括数据采集与过程控制的专用软件，它是属于控制系统中监控层一级的软件平台和开发环境，以灵活多样的组态方式提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法，可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能。基于组态技术的计算机控制系统构成 工控机并选择通用的接口模板＋组态软件特点：硬件－－不用进行具体电路设计，节约开发时间、提高系 统的可靠性；软件－－利用图形进行编程，不用具体编程语言技术，缩短 软件开发周期。13.1组态软件及其发展

组态（Configuration）－－多种工具模块的任意组合，它是从DCS发展而来的。它的含义是使用工具软件对计算机及软件的各种资源进行配置，使计算机或软件按照预先设置的指令，自动执行指定任务，满足使用者的要求。组态软件内容－实时数据显示,实时控制,开放数据接口,对I/O 设备的广泛支持等主要知识点:13.1.1组态软件的发展趋势

13.1.2组态软件的特点

13.1.3使用组态软件的一般步骤

13.1.1组态软件的发展趋势发展初期－－20世纪80年代时，世界上第一个商品化监控组 态软件是由美国的Wonderware公司研制的Intouch。发展期间 国外软件：Intellution

公司的FIX系统通用电气的Cimplicity

德国西门子的WinCC等；国内软件：亚控公司的KingView组态王 昆仑公司的MCGS

三维公司的力控太力公司的Synall发展趋势－－可移植性成为组态软件13.1.2组态软件的特点

组态软件特点--实时多任务(主要特点)、接口开放、使用灵活、 运行可靠；组态软件的使用者－－自动化工程设计人员组态软件主要解决的问题：如何与现场设备之间进行数据采集和数据交换。将采集到的数据与上位机图形界面的相关部分连接。实时数据的在线监测。数据报警界限和系统报警。实时数据的存储、历史数据的查询。各类报表的生成和打印输出。应用系统运行稳定可靠。拥有良好的与第三方程序的接口，方便数据共享。

13.1.3使用组态软件的一般步骤

(1)建模---根据实际需要，为控制系统建立数学模型。(2)设计图形界面--利用组态软件的图库，使用相应的图形对 象模拟实际的控制系统和控制设备。(3)构造数据库变量--创建实时数据库，用数据库中的变量反 映控制对象的各种属性，变量描述控制 对象的各种属性。(4)建立动画连接--建立变量和图形画面中的图形对象的连接 关系，画面上的图形对象通过动画的形式 模拟实际控制系统的运行。(5)运行、调试。*五个步骤并不是完全独立的,常常是交错进行的13.2组态软件的图形开发环境

图形开发环境—是自动化工程的所有操作画面制作、生成的主要生 成工具。特点－－采用面向对象的图形技术、提供丰富强大的绘图编辑、动 画连接和脚本工具、提供右键菜单功能等。主要内容：

13.2.1基本概念13.2.2图形开发环境的工作界面

13.2.1基本概念

1．命令语言--是一段类似于C语言的程序，工程人员可以利用这段 程序增强应用工程的灵活性.命令语言通过“命令语 言”对话框编辑输入，在运行系统中被编译执行。2．窗口--是组态软件的目的操作界面3.图素--也称图形对象，是组态软件中的基本元素之一。窗口中的 绝大部分内容都是由一些简单的或复杂的图形对象构成的.4.外部对象--指由其它Windows应用程序生成的图形或数据对象， 如Active控件、Excel表格、Word文档等OLE对象。13.2.2图形开发环境的工作界面

1．工程管理器主要作用-集中管理本机上的组态王工程。功能-新建、删除工程，搜索组态王工程，修改工程属性，工程备份、恢复，数据词典的导入导出，切换到组态王开发或运行环境等。组成--菜单条、工具栏、工程信息显示区及状态栏。

2．工程浏览器功能－－集成开发环境，集所建工程的画面，数据库，外部设备，配方等为一体。组成－－菜单栏、工具栏、工程目录显示区、目录内容显示区、状态条3．图形工具箱功能－－放置绘制图素使用－－当画面打开时，工具箱自动加载。如果没有显示，选择菜单“工具/显示工具箱”或按F10快捷键。4．图库管理器功能－－存放组态软件的各种图素，用户可以选择需要的对象就可以设计自己需要的界面。特点－－它的使用降低了设计界面的难度，缩短开发周期。同时工程人员可以生成自己的图库对象。13.3工艺控制流程图的组态

工艺控制流程图是实现控制系统实时监控的最重要的部分之一。本节以水位控制系统为例，介绍如何使用组态软件实现工艺控制流程图的步骤。主要内容：

13.3.1建模

13.3.2变量的定义 13.3.3画面的编辑与动画连接

13.3.1建模

建模－－就是在对系统要求进行分析后，建立数学模型。举例－－以水位控制系统为例，水泵将水源中的水通过进水管道抽到水箱中，水箱出水管道连接用户，为用户提供水源。为了保护水压的相对稳定，对水箱中水位要有两个报警限，分别为上限和下限，当水位上升到上限，关闭水泵；水位低于下限，水泵工作，给水箱供水；在上下限之间，水泵不工作。13.3.2变量的定义

在控制系统中，上位机的组态画面通过通信接口与检测信号进行数据交换，因而操作界面需要首先建立工程，然后进行设备配置，再建立相应的变量。1．建立工程（以组态王软件为例）启动工程管理器，选择菜单“文件”中的“新建工程”，或者单击工具栏的“新建”按钮。出现“新建工程向导之一”对话框，单击“下一步”按钮，弹出“新建工程向导之二”对话框，选择工程所在目录，单击“下一步”，弹出“新建工程向导之三”对话框，输入新建组态王工程名称：水位控制系统；工程描述：水位控制系统。单击“完成”按钮，在是否将所建的工程设为组态王当前工程的对话框中选择“是”。2．建立画面进入工程浏览器，打开图形工具箱和图库管理器。（1）在工具箱中的立体管道工具中选择“”，在画面上，鼠标图形为“+”模式，在适当位置单击鼠标左键，然后移动鼠标到结束位置，双击。（2）打开图库管理器，在反应器图库中选择泵图素，双击后在水位控制画面上单击鼠标，该图素出现在相应的位置。3．定义外部设备和数据变量

以水位控制系统为例，在定义了相关的外部设备之后，需要定义一个模拟量和一个数字量。(1)模拟量“水位”变量的定义:（2）数字量“水泵运行”变量的定义:（3）实数变量的定义:实数变量是用来存储历史数据的。本例根据控制要求存储24个小时整点的水位数值，需要24个内存实数变量如：水位1……，水位24。变量的建立同上，所不同的是变量类型设置为“内存实数”，最大值设置为3.5。选中“保存数值”复选框。（4）内存离散变量的定义:如右图所示内存离散变量是用来控制系统的启、停的。13.3.3画面的编辑与动画连接1．画面的编辑

图13-9水位控制系统主画面

（1）文本输入

利用“工具箱”中的“文本”工具按钮，对文本进行输入、修改。图13-10字符串替换

图库中选取水泵图素

（2）图素输入单击“图库”中的“打开图库”菜单项（或使用快捷键F2），出现“图库管理器”窗口。利用“图库管理器”窗口添加、修改图素。2．动画连接作用－－将图素和数据库中对应变量建立联系起来，使图形随数 据的变化而变化。过程－－以水位控制系统为例

（1）启动按钮的动画连接设置：双击“启动”按钮，出现“动画连接”对话框，单击命令语言连接中的“弹起时”按钮，出现“命令语言”窗口。同样的方法可以设置“停止”按钮。只要将输入命令改为：“\\本站点\启动=0；”即可。（2）指示灯的动画连接设置：双击“指示灯”，出现“指示灯向导”对话框。图13-13指示灯的动画连接设置

（3）水泵的动画连接设置：双击“水泵”，出现“泵”对话框，将其中的变量名设置为\\本站点\水泵运行。（4）水箱的动画连接设置：双击“水箱”，出现“反应器”对话框。变量名设置为“\\本站点\水位”，填充颜色设置为蓝绿色，并把最大值设置为3.5。（5）显示文本的动画连接设置：双击“水位显示”文本，出现“动画连接”对话框，单击“模拟值输出”按钮，则弹出“模拟值输出连接”对话框。在所有的动画连接完成之后，将画面保存好。没有保存的画面，在运行时均不会起作用。3．命令语言及控制程序编写

水泵的模拟运行必须通过命令输入控制水泵的运行。比如当水位低于下限0.5m时，水泵工作，为水箱送水；水位高于上限3.1m，水泵停止工作；在上下限之间，水泵不工作。在工程浏览器中的工程目录进入<应用程序命令语言>对话框”图标，则进入“应用程序命令语言”对话框。编程语言如下：

13.4复杂图形对象的组态及应用

组态软件为使用者提供了开发复杂图形对象的工具，使用者可以利用这些工具开发出自己需要的图形界面。主要内容：

13.4.1趋势曲线 13.4.2报表生成 13.4.3报警和事件 13.4.4配方管理13.4.1趋势曲线

作为实时监控的组态软件，趋势分析是必不可缺的。包括用于实时显示数据的实时曲线和能够对数据库中的数据进行指定趋势分析的历史曲线两种。1．实时曲线建立－－单击“文件”中的“新画面”，在弹出的对话框中“画面名称”中输入“水位控制系统实时曲线”，窗口高度和宽度可以自己设定，单击“确定”按钮，则实时曲线画面完成。设置如右图2．历史曲线建立－－选择菜单“图库”中的“打开图库”或按快捷键F2，双击“历史曲线”库的“历史趋势曲线”图素，在画面上单击鼠标，并拖动调整到适当的大小。设置如下图：13.4.2报表生成

组态王提供内嵌式报表系统，用户可以任意设置报表样式，对报表进行组态。实际应用中通常设置实时数据报表和历史数据报表两种。1．实时数据报表建立－－在工具箱中选择“报表窗口”，然后在画面上拖拉出一个矩形，出现报表窗口。如右图所示。设计－－双击报表窗口的灰色部分，弹出“报表设计”对话框，对报表进行设计。表头设计－－与Word的表格使用方法相同。报表日期设计－－双击要显示的位置，即单元格，然后输入 “=Date($年，$月，$日)”，若要显示当前时间，输入“=Time （$时,$分,$秒）”。报表格式设计－若要在第四个单元格显示“水位”值，则在A4中输入“水位显示值：”，然后选中B4单元格，在组态王的数据改变命令语言中输入：ReportSetCellValue(“实时数据报表”，4，2，水位);程序如下页实时数据报表－报表的名称；4，2－第四行第二列；水位－显示的变量值。单击“保存”按钮，选择保存路径，输入要保存的文件名。即实时数据报表就生成。图13-23数据改变命令语言窗口

打印报表－在画面上画一个打印按钮，在弹起时命令语言对话框中输入：ReportPrint2(“实时数据报表”);单击“确定”即可。2．历史数据报表

历史报表的制作和实时报表方法是一样的，并可以通过调用历史报表查询函数加以实现。13.4.3报警和事件

组态王中的报警和事件主要包括变量报警事件、操作事件、用户登录事件和工作站事件。通过报警和事件，用户可以方便地记录和查看系统的报警、操作和各个工作站的运行情况。其设置如下：1．定义报警组

打开工程浏览器，在左侧选择“报警组”，然后双击右侧的图标进入“报警定义”对话框。修改、增加报警画面。2．设置变量的报警属性

在工程浏览器的左侧选择“数据词典”，在右侧双击变量名“水位”，弹出“定义变量”对话框（水位变量的定义在13.3.2中已经介绍）。然后单击“报警定义”选项卡，根据水位控制系统对水位的要求，设置报警上限为3.1m，下限为0.5m。单击“确定”按钮。变量水位的报警属性就建立了。

只有在“报警定义”对话框定义了变量所属的报