第6章 工控组态软件

第六章工控组态软件

在计算机控制系统中，硬件是基础，而过程控制应用软件是整个系统的关键。目前市场上可直接购买到大多数成型硬件，软件水平的高低就决定整个系统的性能。所谓应用软件就是面向控制系统本身的程序，它是根据系统的具体要求，由用户自己设计的。它往往涉及应用领域的专业知识，采用工具软件编制，在系统软件的支持下运行。计算机控制系统的应用软件要实现对生产过程的实时控制和管理，通常由以下四部分组成：数据收集部分：及时从外部环境收集实时数据并进行格式化数据分析部分：按照应用的需求对数据进行分析处理输出控制部分：根据实时数据信息分析结果及时作出响应监督部分：用来协调上述各部分的工作工控软件的主要特性开放性实时性网络集成化智能化人机界面友好多任务多线程性衡量应用软件性能优劣的主要指标是：系统功能是否完善：能否完成各种需要的应用功能各种功能能否良好地协调运行：如进行实时采样和控制输出的同时可以显示实时画面、打印报表和进行数据通信等操作人机接口是否友好：要有丰富的画面和报表显示，操作方便灵活系统的可扩展性能如何8.1程序设计技术在进行计算机控制系统设计时，大量的工作就是如何根据各个生产过程的实际需要设计应用程序。程序设计过程见右图：分析用户需求10％编写程序说明10％设计编写程序代码30％测试调试>40％8.1.1模块化与结构化程序设计

模块化程序设计把一个复杂的大系统分解为若干个功能子模块，简化了设计但会造成大量过程间的连接困难自底向上模块化设计自顶向下模块化设计2.结构化程序设计从整个程序的层次结构出发，突出程序模块之间的关系，用结构图表达自顶向下逐步求精，单入口单出口三种基本控制结构：顺序、选择、循环8.1.2高级语言与汇编语言混合编程

1.汇编语言编程程序执行速度快，实时功能强，要求的硬件少。2.高级语言编程运算能力强，编写方便。3.高级语言和汇编语言混合编程用高级语言编写计算，图形绘制，显示，打印程序，用汇编语言编写时钟管理，中断管理和输入输出程序等。充分发挥汇编实时功能强和高级语言运算能力强的优点随着计算机控制系统的深入发展，小规模的、解决单一问题的应用程序已不能满足要求，可靠性和其他性能指标也无法保证，于是由专业化公司研制开发的工业控制组态软件开始出现。工业控制组态软件是标准化、规模化、商品化的通用过程控制软件。“组态”configuration的概念是使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置，用户在不需要编代码程序的情况下，便可生成适合自己需求的应用系统。工程师可以不必非常熟悉计算机硬件和程序设计的情况下进行控制系统填表绘图式组态设计，大大减少了应用软件的重复性、低层次、低水平的开发，提高软件的开发效率和控制的可靠性。8.2工业控制组态软件组态软件主要解决的问题：①如何与采集、控制设备间进行数据交换；②使来自设备的数据与计算机图形画面上的各元素关联起来；③处理数据报警及系统报警；④存储历史数据并支持历史数据的查询；⑤各类报表的生成和打印输出；⑥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；⑦最终生成的应用系统运行稳定可靠；⑧具有与第三方程序的接口，方便数据共享。组态软件的功能主要包括：控制组态图形组态显示组态I/O通道登记单位通道登记趋势曲线登记报警系统登记报表生成系统延续性和可扩展性封装性（易学易用）通用性（不受行业限制）实时多任务8.2.1组态软件的特点8.2.2组态软件的设计思想组态软件都由组件组成：图形界面系统组件实时数据库系统组件第三方程序接口组件

控制功能组件图形界面系统组件的设计思想：在图形画面生成方面，构成现场各过程图形的画面被划分成3类简单的对象：

线

填充形状

文本。每个简单的对象均有影响其外观的属性。对象的基本属性包括：

线的颜色

高度

填充颜色

宽度

位置移动等

取向这些属性可以是静态的，也可以是动态的。静态属性在系统投入运行后保持不变，与原来组态时一致。动态属性则与表达式的值有关，表达式可以是来自I/O设备的变量，也可以是由变量和运算符组成的数学表达式。这种对象的动态属性随表达式值的变化而实时改变。在图形界面上具备下列功能：

报警通知及确认

报表组态及打印

历史数据查询与显示等功能各种报警、报表、趋势都是动画连接的对象，其数据源都可以通过组态来指定。在图形界面中，各类组态软件普遍提供了一种类C/Basic语言的编程工具——脚本语言来扩充其功能。

实时数据库组件的设计思想：实时数据库可以存储每个工艺点的多年数据，用户既可浏览工厂当前的生产情况，又可回顾过去的生产情况。通信及第三方程序接口组件的设计思想：①用于双机冗余系统中，主机与从机间的通信。②用于构建分布式HMI（HumanMachineInterface人机界面）／SCADA应用时多机间的通信。③在基于Internet或Browser／Server(B／S)应用中实现通信功能。组态软件分类介绍组态软件能方便地用组态的方式实现实时数据的显示、历史趋势的显示、棒图显示、动态数据流程的显示等，形成各种打印报表、并具有与各种DCS和PLC的数据通信功能。其开放式结构可以允许将先进控制软件及在线优化软件嵌入其主控程序中；同时可以方便地实现先进控制系统及在线操作优化算法的投运和切断。目前比较有名的这类软件有：美国INTELLUTION公司的FIX、WONDERWARE公司的Intouch、德国SIEMENS公司的WinCC、我国的组态王等（1）FIX美国INTLLUTION公司开发的FIX软件是一个基于WINDOWS环境下，32位元数据采集和控制软件包，思想体系结构先进，具有功能强大的微软标准描述语言，具有标准的SQL/ODBC接口，具有分布式客户机/服务器结构，允许最大规模可扩展性，使用户可以在企业的不同层次都很方便地获得现场实时信息，并通过硬件加密锁使系统运行更为可靠。但价格较高。使用FIX时首先建立数据库文件，绘制静态工艺画面，然后再通过LINK命令建立动态连接，使数据库数据与静态工艺画面动态地连接起来，最后通过应用程序运行显示。通过FIX画面编辑指令处理后，画面简洁明快，立体效果明显。

(2)InTouchWonderware的InTouch软件，有最好的图形化人机用户界面，可用于可视化和工业生产过程控制，它提供了无比的易用性和易于配置的图形。通过使用其强大的功能，用户可以快速创建并部署自定义的应用程序，连接并传递实时信息。其灵活的架构可以确保InTouch应用程序满足目前的需求，并可根据将来的需求进行扩展，同时还能保留原来的工作成果。它还具备强大的灵活性，InTouch应用程序可以从移动设备、瘦客户端、计算机节点、甚至通过Internet进行访问。此外，InTouch具备相当的开放性和可扩展形，提供了无与伦比的连接功能，可以同行业内的各种自动化设备相连接，适用范围最为广泛。作为Wonderware的总体工业软件平台的历史数据库的IndustrialSQLServer为各种工业企业的决策制定者提供建立商业智能的途径。

可以从客户机应用中调用InSQL的强大的查询引擎。InSQL扮演着一个信息系统服务器的角色，它利用并扩展了开放的、灵活的微软SQLServer，实现了办公与生产环境的集成。（3）WinCC功能强大，但使用较复杂WinCC项目管理器构成组态核心子系统包括：图形系统报警系统归档系统报表系统用户管理器通信系统（4）组态王组态王由北京亚控自动化软件公司开发，是目前最优秀的国产组态软件（此外还有世纪星、MCGS、力控等），居全国同类软件产销量第一。“组态王”是运行于MicrosoftWindows中文平台的全中文界面的组态软件，采用了多线程、COM组件等新技术，实现了实时多任务，软件运行稳定可靠。“组态王”电力版是北京亚控公司为电力系统用户推出的第一个专用版，该产品紧密把握电力系统用户的需求，采用组态王6.0的成熟技术，同时遵循电力系统的标准规范，"组态王"电力版为电力系统用户开发了专用的驱动程序、专用的数据库、图库控件和报警机制等。该系统具有专业性强、自动化程度高、易使用、高性能、高可靠等特点。系统可广泛适用于变电站管理系统、各级电力调度系统等电力自动化系统。

组态王具有一个集成开发环境“组态王工程浏览器”，在工程浏览器中您可以查看工程的各个组成部分，也可以完成构造数据库、定义外部设备等工作。画面的开发和运行由工程浏览器调用画面制作系统TOUCHMAK和画面运行系统TOUCHVEW来完成的。TOUCHMAK是应用程序的开发环境。您需要在这个环境中完成设计画面、动画连接等工作。TOUCHMAK具有先进完善的图形生成功能；数据库中有多种数据类型，能合理地抽象控制对象的特性；对变量报警、趋势曲线、过程记录、安全防范等重要功能都有简单的操作办法。TOUCHVEW是“组态王”软件的实时运行环境，在TOUCHMAK中建立的图形画面只有在TOUCHVEW中才能运行。TOUCHVEW从工业控制对象中采集数据，并记录在实时数据库中。它还负责把数据的变化用动画的方式形象地表示出来，同时完成变量报警、操作记录、趋势曲线等监视功能，并生成历史数据文件。组态王通过驱动程序和外部设备交换数据，包括采集数据和发送数据/指令。每一个驱动程序都是一个COM对象，这种方式使通讯程序和组态王构成一个完整的系统，既保证了运行系统的高效率，也使系统能达到很大的规模。组态开发组态软件一般具有一个集成开发环境，可以查看工程的各个组成部分，也可以完成构造数据库、定义外部设备等工作。具有先进完善的图形生成功能；数据库中有多种数据类型，能合理地抽象控制对象的特性；对变量报警、趋势曲线、过程记录、安全防范等重要功能都有简单的操作办法。从工业控制对象中采集数据，并记录在实时数据库中。还负责把数据的变化用动画的方式形象地表示出来，同时完成变量报警、操作记录、趋势曲线等监视功能，并生成历史数据文件。组态软件建立应用程序大致可分为以下四个步骤：

1.设计图形界面

2.构造数据库

3.建立动画连接

4.运行和调试

这四个步骤并不是完全独立的，事实上这四个部分常常是交错进行的构造应用程序之前，要仔细规划项目，主要考虑三方面问题：图形：希望用怎样的图形画面来模拟实际的工业现场的相应的工控设备？用组态王系统开发的应用程序是以“画面”为程序单位的，每一个“画面”对应于程序实际运行时的一个Windows窗口。数据：怎样用数据描述工控对象的各种属性？也就是创建一个实时数据库，用此数据库中的变量来反映工控对象的各种属性，比如“电源开关”。您的规划中可能还要为临时变量预留空间。动画：数据和图形画面中的图素的连接关系是什么？也就是画面上的图素以怎样的动画来模拟现场设备的运行，以及怎样让操作者输入控制设备的指令。怎样产生动画效果开发者在TOUCHMAK中制作的画面都是静态的，那么它们如何以动画方式反映工业现场的状况呢？这需要通过实时数据库，因为只有数据库中的变量才是与现场状况同步变化的。通过“动画连接”就是建立画面的图素与数据库变量的对应关系。这样，工业现场的数据，比如温度、液面高度等，当它们发生变化时，通过驱动程序，将引起实时数据库中变量的变化，如果画面上有一个图素，比如指针，规定了它的偏转角度与这个变量相关，就会看到指针随工业现场数据的变化而同步偏转。动画连接的引入是设计人机接口的一次突破它把程序员从重复的图形编程中解放出来，为程序员提供了标准的工业控制图形界面，并且有可编程的命令语言连接来增强图形界面的功能。组态设计实例将建立一个反应车间的监控中心。监控中心从车间现场采集生产数据，并以动画方式直观地显示在监控画面上。监控画面还将显示实时趋势曲线和报警信息并提供查询历史数据的功能。最后完成一个数据统计的报表。为了不局限于是具体的下位机系统，本教程建立的项目采用了仿真驱动程序。仿真驱动程序类似于实际的驱动程序，但能够模拟下位机自动产生数据并提供给组态王。对于实际的下位机系统，可参考驱动程序联机帮助来设置驱动程序。完成后的组态将具有操作按钮、趋势曲线和报警功能。下图是组态画面：新建工程新建画面定义外部设备和数据库（外部设备包括：下位机（PLC、仪表、板卡等），它们一般通过串行口和上位机交流数据；只有在定义了外部设备之后，组态王才能通过I/O变量和它们交换数据。在此使用仿真PLC和组态王通信，仿真PLC可以模拟PLC为组态王提供数据。）

设置动画、添加控件设置权限1。开始一个新项目建立新项目

首先启动组态王工程浏览器。工程浏览器运行后，为建立一个新项目，请执行以下操作：在工程浏览器中选择菜单“工程/新建”，出现“新建工程”对话框。在对话框中输入工程名称：myproj在工程描述中输入：工程路径自动指定为当前目录下以工程名称命名的子目录。如果你需要更改工程路径，请单击“浏览”按钮。单击“确定”。组态王将在工程路径下生成初始数据文件。至此，新项目已经可以开始建立了。你可以在每一个项目下建立数目不限的画面，在下一节，我们将开始绘制第一幅画面。

2。设计画面建立新画面

在工程浏览器中左侧的树形视图中选择选择“画面”，在右侧视图中双击“新建”。工程浏览器将运行组态王开发环