組態(tài)軟件及應(yīng)用第一章.ppt

前言,組態(tài)軟件是工業(yè)控制應(yīng)用軟件的開發(fā)平臺，它提供了一個良好開發(fā)環(huán)境，如：提供了許多繪圖元素、控件、報表格式、報警方式等，使開發(fā)人員不必把精力集中在繪制人機界面上，而專心考慮如何實現(xiàn)系統(tǒng)的功能，使開發(fā)工作變得輕松容易、簡單高效。目前我國引進的組態(tài)軟件有：美國的FIX32、Intouch，德國的WinCC等。國產(chǎn)的組態(tài)軟件有組態(tài)王、開物、世紀(jì)星、力控、FameView、MCGS等。 亞控開發(fā)的組態(tài)王是一個非常優(yōu)秀的軟件。,組態(tài)王是集動畫顯示、流程控制、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制與輸出、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、工程報表、數(shù)據(jù)與曲線等諸多功能于一身，能與各種設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換，廣泛應(yīng)用于石油、電力、化工、鋼鐵、礦山、冶金、機械、紡織、航天、建筑、材料、制冷、交通、通訊、食品、制造與加工業(yè)、水處理、環(huán)保、智能樓宇、實驗室等多種工程領(lǐng)域。,主講教材: 工業(yè)控制組態(tài)軟件應(yīng)用技術(shù)（劉文貴）. 參考書籍: 組態(tài)王6.53使用手冊，北京亞控科技有限公司.,Visual Basic. NET 程序設(shè)計,本章主要內(nèi)容,一、 什么是 組態(tài)和組態(tài)軟件 二、 組態(tài)軟件的特點 三、組態(tài)軟件的基本結(jié)構(gòu) 四、組態(tài)軟件的組態(tài)功能 五、組態(tài)軟件在監(jiān)控系統(tǒng)中的地位 六、組態(tài)軟件的發(fā)展趨勢 七、任務(wù)分析,一、組態(tài)與組態(tài)軟件,組態(tài)，英文單詞configuration，含義是使用軟件工具對計算機及軟件的各種資源進行配置，達到使計算機或軟件按照預(yù)先設(shè)置自動執(zhí)行特定任務(wù)，滿足使用者要求的目的。 概括的說，監(jiān)控組態(tài)軟件是完成數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它以計算機為基本工具，為實施數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控、生產(chǎn)控制提供了基礎(chǔ)平臺和開發(fā)環(huán)境。,組態(tài)軟件的發(fā)展,組態(tài)軟件依賴于計算機控制系統(tǒng)、依賴于計算機技術(shù)的發(fā)展。 20世紀(jì)50年代末 計算機開始涉足工業(yè)過程控制領(lǐng)域； 20世紀(jì)70年代 微處理器的出現(xiàn)促進了計算機控制的發(fā)展，DCS(集散控制系統(tǒng)/分布式控制系統(tǒng))計算機控制技術(shù)應(yīng)用日益廣泛。 組態(tài)軟件基于MS-DOS和iRMX86的，各DCS廠商的軟件專用且封閉，不通用。,20世紀(jì)80年代末，個人PC機和Windows操作系統(tǒng)的普及，基于PC機的組態(tài)軟件開發(fā)，且由軟件商專門從事組態(tài)軟件的開發(fā)。 美國的Wonderware公司推出第一個商品化的組態(tài)軟件Intouch，提供了不同廠家、不同設(shè)備的對應(yīng)的I/O驅(qū)動模塊，使組態(tài)軟件趨于通用。目前已有近幾十種組態(tài)軟件。,組態(tài)軟件的發(fā)展2,8,常見的組態(tài)軟件1,國內(nèi)較知名的監(jiān)控組態(tài)軟件,常見的組態(tài)軟件2,從美國Wonderware公司1987年推出的世界上第一個商品化監(jiān)控組態(tài)軟件InTouch開始，由一花獨秀到今天的組態(tài)軟件開發(fā)百家爭鳴，目不暇接，僅僅20年時間工業(yè)控制領(lǐng)域就發(fā)生了巨大的變化，組態(tài)控制技術(shù)誕生標(biāo)志著工業(yè)控制技術(shù)發(fā)展到了一個成熟的階段。 在此期間各家公司之間互相借鑒、互相學(xué)習(xí)、取長補短，使組態(tài)軟件的功能趨于同化，歸納起來各個組態(tài)軟件的共同特點有：,二、組態(tài)軟件的特點,1.實時性與多任務(wù)。例如，數(shù)據(jù)采集與處理、顯示與輸出、存儲與檢索、人機對話與實時通信等多個任務(wù)要在同一臺計算機上進行。 2.可靠性與系統(tǒng)冗余。各組態(tài)軟件都提供了一套比較完善的安全機制，如界面上所有可操作的東西都具有安全級別和操作權(quán)限，防止誤操作和非法操作。具有故障診斷和處理功能，一些組態(tài)軟件還具有熱備體系支持網(wǎng)絡(luò)冗余。 3.通用化與行業(yè)化。在開發(fā)通用版本的同時，各家公司也十分注重根據(jù)不同行業(yè)的特點開發(fā)不同領(lǐng)域的專業(yè)版本，如石油版、電力版、嵌入式系統(tǒng)版等。,4.標(biāo)準(zhǔn)通信與接口開放。采用標(biāo)準(zhǔn)通信技術(shù)與外部設(shè)備接口，如ODBC、OPC、DDE數(shù)據(jù)交換技術(shù)。 5.可擴展性與二次開發(fā)。當(dāng)用戶的企業(yè)發(fā)展壯大，原有的計算機控制規(guī)模需要擴大時，組態(tài)軟件具有方便的、像搭接積木一樣靈活的擴展能力。 6.網(wǎng)絡(luò)控制與遠程控制。目前組態(tài)軟件已不局限于早期的單機版，具有網(wǎng)絡(luò)控制功能的組態(tài)軟件可以連接成對等網(wǎng)，也可以連接成服務(wù)器/客戶機的結(jié)構(gòu)。計算機網(wǎng)絡(luò)控制的發(fā)展正在向以太網(wǎng)靠攏，通過網(wǎng)卡將各種控制設(shè)備掛接在Internet網(wǎng)上，實施遠程控制，打破了由Ethernet/Controlnet/Devicenet三層網(wǎng)絡(luò)組成的控制結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)了“一網(wǎng)拉平”的概念，即每個工控設(shè)備都具有獨立的IP地址，通過Internet網(wǎng)直接進行通信和遠程控制。,7.內(nèi)部數(shù)據(jù)庫與外部數(shù)據(jù)庫。組態(tài)軟件都具有內(nèi)嵌的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和報表格式，但一些用戶往往需要使用第三方軟件來處理采集的數(shù)據(jù)，即要求使用通用數(shù)據(jù)庫來存放采集的數(shù)據(jù)，如Oracle、Sybase、Microsoft Access、Microsoft SQL Server等。所以組態(tài)軟件還具有和通用外部數(shù)據(jù)庫的接口。 8.復(fù)雜運算與軟邏輯控制。隨著計算機控制技術(shù)的深入發(fā)展，組態(tài)軟件功能早已突破了單純的數(shù)據(jù)采集和人機界面設(shè)計，目前已將可編程控制器PLC具有的一些復(fù)雜運算（如PID運算）功能植入到組態(tài)軟件中，稱為軟PLC或軟邏輯控制。,目前大部分組態(tài)軟件都是在Windows環(huán)境下運行的，一般是用面向?qū)ο笤O(shè)計語言開發(fā)的，開發(fā)過程中主要解決了以下幾個問題： 如何與采集、控制設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換； 如何將采集到的數(shù)據(jù)與計算機圖形畫面上的各元素關(guān)聯(lián)起來； 處理數(shù)據(jù)越限報警和系統(tǒng)報警； 存儲歷史數(shù)據(jù)和支持歷史數(shù)據(jù)查詢； 以各種報表的形式將數(shù)據(jù)打印輸出； 為使用者提供靈活多變的組態(tài)工具，以適用于不同控制領(lǐng)域的需求； 最終生成的應(yīng)用系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠； 具有與第三方程序的接口，方便數(shù)據(jù)共享。,組態(tài)軟件可總體分為系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境和系統(tǒng)運行環(huán)境兩大部分。 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境是工程設(shè)計人員為實現(xiàn)自己的控制方案，在組態(tài)軟件支持下進行系統(tǒng)生成所必須依賴的工作環(huán)境。 系統(tǒng)運行環(huán)境的功能是將上面開發(fā)出的圖形目標(biāo)應(yīng)用系統(tǒng)，裝入內(nèi)存并投入運行。,三、組態(tài)軟件的基本結(jié)構(gòu),組態(tài)軟件按照功能成員分為六個部分 1.工程管理器 工程管理器也稱為項目管理器，有了工程管理器后，這些工作變得簡單易行。工程管理器具有新建、刪除、搜索、備份、恢復(fù)、重命名工程等多項功能，并可以通過菜單或按鈕切換到系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境。,四、組態(tài)軟件的基本功能,2.畫面開發(fā)與運行管理程序 畫面開發(fā)環(huán)境還提供了圖庫，庫里面有大量的自動控制元件的圖形供畫圖時選用，如各種形狀的電機、管道、容器、閥門、儀表、信號燈等。在畫面開發(fā)環(huán)境中可以建立動畫連接，即將圖形對象的某一屬性與數(shù)據(jù)庫中的某一I/O變量值聯(lián)系起來，使得應(yīng)用系統(tǒng)運行時，畫面上的圖形隨著I/O變量值而變化。畫面運行環(huán)境負責(zé)將開發(fā)出的應(yīng)用系統(tǒng)裝入計算機內(nèi)存并投入運行。,3.實時數(shù)據(jù)庫運行管理程序 組態(tài)軟件內(nèi)部含有實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，用戶定義的全局變量都存放在實時數(shù)據(jù)庫中，這些變量的集合被形象稱為數(shù)據(jù)詞典。實時數(shù)據(jù)庫中的I/O變量是隨著生產(chǎn)現(xiàn)場變送器的輸出值而變化的，而實時數(shù)據(jù)庫中的I/O變量一變化就會引起畫面上的圖形變化。實時數(shù)據(jù)庫的管理功能包括定義變量名稱、數(shù)據(jù)類型、與外部設(shè)備的連接等各種參數(shù)。,4. I/O驅(qū)動管理程序 I/O驅(qū)動管理是組態(tài)軟件中不可缺少的組成部分，一個通用的組態(tài)軟件應(yīng)包含世界上各大工控設(shè)備廠商生產(chǎn)的所有常用工控設(shè)備的驅(qū)動程序，供應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計人員選用。當(dāng)設(shè)計人員使用了I/O驅(qū)動程序庫中沒有的設(shè)備時，應(yīng)找到組態(tài)軟件開發(fā)商，由他們負責(zé)根據(jù)該設(shè)備的具體通信協(xié)議開發(fā)驅(qū)動程序，一般要收取一定的費用。,5.SQL訪問管理器 SQL訪問管理器是組態(tài)軟件和通用數(shù)據(jù)庫的接口，通過Windows提供的ODBC數(shù)據(jù)源設(shè)置功能，將組態(tài)軟件和通用數(shù)據(jù)庫連接起來，實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)文換。實時數(shù)據(jù)庫可以從通用數(shù)據(jù)庫中獲取數(shù)據(jù)，通用數(shù)據(jù)庫也可以從實時數(shù)據(jù)庫或歷史數(shù)據(jù)庫中獲取數(shù)據(jù)。SQL訪問管理器負責(zé)建立通用數(shù)據(jù)庫中的表格模板、邦定記錄，即指定表格中包含的各字段名稱、屬性及與組態(tài)軟件數(shù)據(jù)詞典中變量的對應(yīng)關(guān)系。,6.控制策略管理程序 組態(tài)軟件具有很強的算術(shù)運算、邏輯運算功能，并能夠用軟件來實現(xiàn)可編程控制器PLC的復(fù)雜運算功能，稱之為軟邏輯?？刂撇呗怨芾沓绦蛞訧EC-61131-3標(biāo)準(zhǔn)為使用者提供了5種標(biāo)準(zhǔn)的編程環(huán)境，有三種圖形化語言、兩種文本化語言。圖形化語言有梯形圖、順序功能圖、功能塊圖，文本化編程語言有指令表和結(jié)構(gòu)化編程語言。編譯生成的目標(biāo)代碼可以和組態(tài)軟件在同一臺計算機上運行，也可以下載到下位機中運行。,組態(tài)軟件的組態(tài)功能 組態(tài)軟件功能主要包括硬件配置功能和軟件配置功能，程序員在組態(tài)軟件提供的開發(fā)環(huán)境下以人機對話方式完成組態(tài)操作，調(diào)試運行正確后將系統(tǒng)組態(tài)結(jié)果存入硬盤中，供運行時使用。 下面對組態(tài)軟件的各種組態(tài)功能做一介紹。,1.硬件配置組態(tài)功能 硬件配置組態(tài)是整個組態(tài)過程的第一步，也是最重要的一步，一個具體的計算機控制系統(tǒng)使用了哪些需要和組態(tài)軟件進行通信的硬件設(shè)備，如某一類型的輸入/輸出板卡、智能模塊、智能儀表、PLC等，需要將各個輸入和輸出點按其名稱和意義預(yù)先定義，然后才能使用，包括定義各現(xiàn)場I/O控制站的站號，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點號等網(wǎng)絡(luò)參數(shù)及站內(nèi)的I/O配置等。,2.數(shù)據(jù)庫組態(tài)功能 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫包括實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫。實時數(shù)據(jù)庫組態(tài)主要是確定數(shù)據(jù)庫中保存的各個變量名稱、工程量標(biāo)度變換、上下限值、線性化處理、報警特性、報警條件等；歷史數(shù)據(jù)庫組態(tài)除了確定上述內(nèi)容外，還需要確定循環(huán)清盤的周期，即數(shù)據(jù)的保存周期。,3.控制回路組態(tài)功能 控制回路組態(tài)同樣是一種非常重要的組態(tài)，為了確保生產(chǎn)工藝的實現(xiàn)，計算機監(jiān)控系統(tǒng)常常要完成一些復(fù)雜的控制運算，如PID運算、前饋、串級、解耦等控制運算，控制回路的組態(tài)就是將一些標(biāo)準(zhǔn)模塊的輸入/輸出與具體的變量聯(lián)系起來，即定義各個控制回路的控制算法、調(diào)節(jié)周期及調(diào)節(jié)參數(shù)，某些系數(shù)等。,4.控制流程組態(tài)功能 這種組態(tài)定義類似于控制回路組態(tài)，處理對象是被監(jiān)測的開關(guān)量，信號采集后經(jīng)過一定的邏輯控制關(guān)系處理，再送到執(zhí)行機構(gòu)。流程組態(tài)功能是確定哪些變量之間有關(guān)聯(lián)，如“與、或、聯(lián)鎖”關(guān)系等。,5.畫面組態(tài)功能 畫面組態(tài)有時也稱為制作車間畫面，主要是模仿一個個生產(chǎn)現(xiàn)場，用來監(jiān)視生產(chǎn)過程的狀況，并可通過對畫面上對象的操作，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制。畫面是由兩部分組成的：一部分是靜態(tài)畫面（或背景畫面），一般用來反映監(jiān)視對象的環(huán)境和相互關(guān)系；另一部分是動態(tài)點和操作按鈕、設(shè)定值用的滑動桿或滾動條等。動態(tài)點的功能是當(dāng)現(xiàn)場傳來的數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，及時在屏幕上顯示出來，有圖形的變化、顏色的變化、數(shù)字的變化等形式。,6.數(shù)據(jù)報表組態(tài)功能 報表組態(tài)功能包括實時數(shù)據(jù)報表和歷史數(shù)據(jù)報表兩大類，實時數(shù)據(jù)報表是將計算機采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，分類進行報表顯示，使值班人員隨時掌握生產(chǎn)現(xiàn)場的動態(tài)，報表組態(tài)就是制作一張張不同樣式的報表頁面，包括制作表格的樣式、表頭標(biāo)題、報表時間、每個具體的單元格都放哪些變量等。歷史數(shù)據(jù)報表還具有分時間段的查詢和打印功能。,7.報警處理組態(tài)功能 報警功能是計算機監(jiān)控系統(tǒng)一項很重要的功能，提醒操作人員及時處理生產(chǎn)現(xiàn)場的非正常情況。報警組態(tài)功能是通過回答對話框的形式確定參加報警的變量名稱、報警級別、模擬量報警的上下限值、報警方式（聲、光、閃爍、打印記錄等）確定、報警處理方式的定義和制作報警畫面、顯示報警原因等。,8.趨勢曲線組態(tài)功能 趨勢曲線是以時間為橫坐標(biāo)的變量波形圖，包括實時數(shù)據(jù)曲線和歷史數(shù)據(jù)曲線兩種。趨勢曲線具有顯示直觀的特點，在控制系統(tǒng)中是必不可少的，為了完成這種功能，需要對趨勢曲線畫面進行組態(tài)，包括制作趨勢曲線顯示頁面、確定每個頁面中趨勢曲線條數(shù)、名稱、顏色、時間坐標(biāo)刻度的單位、顯示精度。歷史趨勢曲線具有時間向回卷動的功能，可以查詢歷史上某一時刻某一變量的值。,在計算機監(jiān)控系統(tǒng)中，組態(tài)軟件有著十分重要的地位作用，除了能夠查看生產(chǎn)現(xiàn)場的實時動態(tài)畫面、歷史記錄畫面和進行控制基本功能外，還要有系統(tǒng)安全措施、故障診斷、報警處理、數(shù)據(jù)運算、曲線顯示、報表和打印輸出功能，還要能和通用數(shù)據(jù)庫接口，為操作人員和管理人員提供方便。組態(tài)軟件是數(shù)據(jù)采集與處理的中心、遠程監(jiān)視中心和控制調(diào)度中心的集合。,五、組態(tài)軟件在監(jiān)控系統(tǒng)中的地位,組態(tài)軟件最早出現(xiàn)的主要目的是為了設(shè)計人機界面，它可以使設(shè)計人員集中精力進行控制算法的設(shè)計，而不必把大量的時間花費在人機界面的設(shè)計上。所以組態(tài)軟件早期的稱呼是MMI（Man Machine Interface）、HMI（Human Machine Interface）和數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）。,六、組態(tài)軟件的發(fā)展趨勢,隨著計算機控制技術(shù)的飛快發(fā)展，人們對組態(tài)軟件功能的要求不但擴大，目前組態(tài)軟件的功能早已突破了這個內(nèi)涵，實時數(shù)據(jù)庫、實時控制、開放的數(shù)據(jù)接口、對I/O設(shè)備的廣泛支持已經(jīng)變?yōu)榻M態(tài)軟件的主要內(nèi)容，并且隨著計算機監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，還在不斷的賦予新的內(nèi)涵。 如：WEB，嵌入式開發(fā)、移動系統(tǒng)和便攜式系統(tǒng)等等。,七、任務(wù)分析,1、數(shù)據(jù)流程 2、使用組態(tài)軟件的一般步驟 3、開發(fā)人員的任務(wù) 4、組態(tài)王安裝(省略)，組態(tài)王的結(jié)構(gòu) 5、組態(tài)王的開發(fā)步驟 6、任務(wù)實施,1、數(shù)據(jù)流程,2、使用組態(tài)軟件的一般步驟,1、收集所有I/O點的參數(shù)，填寫表格-表1 ，以便在監(jiān)控組態(tài)軟件和PLC上組態(tài)時使用。,3、收集所有I/O點的I/O標(biāo)識，填寫表格-表2 。 I/O標(biāo)識是唯一地確定一個I/O點的關(guān)鍵字，在大多數(shù)情況下I/O標(biāo)識是I/O點的地址或位號名稱。,2、使用組態(tài)軟件的一般步驟（續(xù)）,5、根據(jù)表1，建立實時數(shù)據(jù)庫，正確組態(tài)各種變量參數(shù)。,10、系統(tǒng)投入運行。,3、開發(fā)人員的任務(wù),在組態(tài)軟件的支持下，操作人員可完成： 1、查看生產(chǎn)現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)及流程畫面； 2、自動打印各種實時歷史生產(chǎn)報表； 3、自由瀏覽各個實時歷史趨勢畫面； 4、及時得到并處理各種過程報警和系統(tǒng)報警； 5、需要時，人為干預(yù)生產(chǎn)過程，修改生產(chǎn)過程參數(shù)和狀態(tài)； 6、與管理部門的計算機聯(lián)網(wǎng)，為其提供生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)。,在一個自動控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)投入運行后，組態(tài)軟件就是自動監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)收集處理中心、遠程監(jiān)視中心和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)中心。,4、組態(tài)王的結(jié)構(gòu),“組態(tài)王6.5”軟件由工程瀏覽器（TouchExplorer）、工程管理器（ProjManager）和畫面運行系統(tǒng)（TouchView）三部分組成。 工程管理器內(nèi)嵌畫面管理系統(tǒng)，用于新工程的創(chuàng)建和已有工程的管理，對已有工程進行搜索、添加、備份、恢復(fù)以及實現(xiàn)數(shù)據(jù)詞典的導(dǎo)入和導(dǎo)出等功能。 工程瀏覽器是一個工程開發(fā)設(shè)計工具，用于創(chuàng)建監(jiān)控畫面、監(jiān)控的設(shè)備及相關(guān)變量、動畫鏈接、命令語言以及設(shè)定運行系統(tǒng)配置等的系統(tǒng)組態(tài)工具。 運行系統(tǒng)是工程運行畫面，從采集設(shè)備中獲得通訊數(shù)據(jù)，并依據(jù)工程瀏覽器的動畫設(shè)計顯示動態(tài)畫面，實現(xiàn)人與控制設(shè)備的相互交互。,組態(tài)王開發(fā)工程大致可分為以下六個步驟： 1、創(chuàng)建新工程 2、定義設(shè)備驅(qū)動 3、構(gòu)造數(shù)據(jù)庫變量 4、建立動畫連接 5、設(shè)計圖形界面 6、運行和調(diào)試 完成以上步驟后，一