监控组态软件概述课件

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1、第一章监控组态软件概述,教学目的： 建立组态软件的基本概念，了解组态软件的构成及发展历史，组态软件在监控系统中的地位。 要求： 1、建立组态软件的概念。 2、了解组态软件的构成及发展历史。 3、熟悉组态软件在监控系统中的地位。 4、掌握使用组态软件的一般步骤。 重点： 1、组态软件的概念及组成。 2、组态软件在自动化监控系统中的作用。 3、组态软件使用的的一般步骤。,控制系统体系结构的演化与发展,控制系统经过了 基地式仪表、单元组合式仪表、 直接数字控制（DDC）、集散控制系统（DCS）、 现场总线控制系统（FCS ）,1、气动式/基地式仪表 50年代前，安装在生产设备现场，仅为具备简单测控功

2、能的基地式气动仪表，信号是封闭的，不能传递给别的系统。,2、单元组合式仪表,不同的系统需要交换信息和传递参数，出现集中控制室。 生产现场参数采用统一的模拟信号： 气动：0.02 0.1MPa 电动：型 0 10 Ma ，0 5V 型 4 20 Ma ，1 5V（信号0 与动作0分开）,单点、单控制回路的测控功能。,3、计算机（微处理器）直接数字控制（DDC）,发展：,单板机Z80,单片机MCS-51,工控机（三总线）,AD地址 CD控制 DD数据,STD总线（56条） PC总线(ISA、PCI),如：,4、集散控制系统（DCS）,管理功能集中，控制功能分散-分布式控制系统,PC,PC1,PC2

3、,PC3,PLC,RS232C,5、现场总线控制系统FCS,采用工业控制计算机作为监控计算机，人机交互：键盘、鼠标、触摸屏，打印机、声光报警装置等。与普通计算机不同-都要适合工业生产环境。,现场总线控制系统主要特点是控制功能下放到现场。 现场总线控制系统的软件是现场总线控制系统集成、运行的重要组成部分。它包括： 组态软件通信组态和控制系统组态； 维护软件对现场控制系统的软、硬件的运行状态进行监控、故障诊断等。 仿真软件对系统进行组态、调试、研究的工具 现场设备管理软件对现场设备维护管理的工具 监控软件直接用于生产操作和监视的控制软件包，功能丰富。,工业控制系统层次结构,新型的工业控制系统正以标

4、准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统，它们具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等鲜明优点。 工业控制系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构 。 监控层的硬件以工业级的微型计算机和工作站为主，目前更趋向于工业PC机 。,由于PC监控大大降低了系统成本，使得市场空间得到扩大，从远程监控（如防盗报警、江河汛情监视、环境监控、电信线路监控、交通管制与监控、矿井报警等）、数据采集与计量（如居民水电气表的自动抄表、铁道信号采集与记录等）、数据分析（如汽车/机车自动测试、机组/设备参数测试、医疗化验仪器设备实时数据采集、虚拟仪器、生产线产品质量抽检等）到过程控制

5、。 工业组态软件是指数据采集与过程控制的专用软件。它是在自动控制系统监控层一级的软件平台，容易实现和完成监控层的各项功能。,工业组态软件都运行在Windows98 / NT / 2000 操作系统环境下。 工业组态软件的开发工具以C+为主，也有少数开发商使用Delphi或C+ Builder 。,1.1 组态软件基本概念,“组态”的概念是伴随着DCS的出现才开始被生产过程自动化技术人员所熟悉的。 工业组态(Configuration)模块化任意组合。 概念 组态软件指一些数据采集与过程控制的专用软件，它可以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

6、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。,工业组态软件的主要特点： （1）延续性和可扩充性。当现场（包括硬件设备或系统结构）或用户的需求改变时，可以方便地完成系统的更新与升级。 （2）封装性（易学易用）。所有功能用方便用户使用的方法包装起来，用户不需掌握太多的编程语言技术，就能完成一个复杂工程所要求的功能。 （3）通用性。根据用户实际情况，利用组态软件提供的底层设备驱动、开放式数据库和画面制作工具等，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、甚至具有网络功能的工程

7、。不受行业限制。,组态软件的优点： 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。 运行可靠。 提供数据采集设备的驱动程序。 提供自动化应用系统所需的组件。 强大的图形设计工具。,1.2监控组态软件的发展背景,监控组态软件是伴随着计算机技术的突飞猛进发展起来的。 在20世纪60年代，计算机开始涉足工业过程控制，但在各行业的推广速度较慢。 20世纪70年代初期，微处理器的出现，促进了计算机控制技术走向成熟。这一阶段虽然DCS技术市场发展迅速，但软件仍是专用和封闭的。 20世纪80年代中后期，随着个人计算机的普及和开放系统概念的推广,基于个人计算机的监控系统开始进入市场，并发

8、展壮大。,组态软件具有广阔的发展空间：,很多DCS和PLC厂家主动公开通信协议，加入“PC监控”的阵营。 PC监控大大降低了系统成本，使得市场空间得以扩大 。 各类智能仪表、调节器和PC-based设备由于增加了公开协议的通信接口，可与组态软件构筑完整的低成本自动化系统 。 各类嵌入式系统和现场总线的异军突起，把组态软件推到了自动化系统主力军的位置 。,1.3 组态软件的发展趋势,1、监控组态软件标准化是一个发展趋势；组态软件作为单独行业的出现是历史的必然。 2、现场总线技术的成熟促进了组态软件的应用；适应“e”时代的要求，能够借鉴更多新的计算机理论支持，将新的技术随时融合进来； 3、能够兼容

9、多种操作系统平台是组态软件的发展方向之一。 4、组态软件在嵌入式整体方案中将发挥更大作用。 DCS系统软件中会更加深入的借鉴通用组态软件设计思想 5、网络化的普及会进一步增加对分布式应用的需求数量，为组态软件拓展了更多的应用领域。为了适应各种行业的定制化需求，要求软件的构架在设计上要考虑多种行业的需求，软件的可“伸缩性”非常强。 6、组态软件在CIMS应用中将起到重要作用。,1.4 组态软件的设计思想及基本结构,一、组态软件的设计思想 组态软件最突出的特点：实时多任务、接口开放、使用灵活、功能多样、运行可靠。 例如，数据采集与输出、数据处理与算法实现、图形显示及人机对话、实时数据的存储、检索管

10、理、实时通信等多个任务要在同一台计算机上同时运行。 组态软件的主要目的：使使用者在生成适合自己需要的应用系统时不需要修改软件程序的源代码。,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。,二、组态软件的基本结构,工程应用中，组态软件一般由两大部分构成：

11、1、系统开发环境 它由若干个组态程序组成，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。 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。,注意： （1）组态软件支持在线组态技术，可在不退出系统运行环境的情况下直接进入组态环境并使修改后的组态直接生效。 （2）进行自动化工程设计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

12、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。 （3）一般工程应用必须有一套开发环境，可以有多套运行环境。 （4）组态软件的组成形式是一个集成软件平台，由若干程序组件构成。,组态软件必备的功能组件： （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。 （2）图形界面开发运行程序 它是一个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。生成的图形目标应用系统可在图形运行环境中运行。 构成现场各过程图形的画面被划分成三类简单的对象：线、填充形状和文本。,（3）实时数据库系统组态运行程序 实时

13、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结构、数据来源、数据连接、数据类型及相关的各种参数，生成目标实时数据库。生成的目标实时数据库可在实时数据库运行环境中运行。 （4）I/O驱动程序 它是组态软件中必不可少的组成部分，用于组态软件和I/O设备通信，互相交换数据。DDE和OPC Client是两个通用的标准I/O驱动程序，用来支持DDE标准和OPC标准的I/O设备通信。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，而多数OPC Client则单独存在。,典型的组态软件还应包括下列功能组件:,(1)通用数据库接口(ODBC接口)组态运行程序。通用数据库接

14、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、Informix、SQLServer等)的互联，实现双向数据交换。 (2)策略(控制方案)编辑生成组件。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。 (3)实用通信程序组件。实用通信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，是组态软件成为开放系统的标志。,1.5 组态软件的数据处理流程,组态软件通过I/O驱动程序从现场I/O设备获得实时数据,对数据进行必要的加工后，一方面以图形方式直观地显示在计算机屏幕上；另一方面按

15、照组态要求和操作人员的指令将控制数据送给I/O设备，对执行机构实施控制或调整控制参数。 实时数据库是组态软件的核心和引擎。历史数据的存储与检索、报警处理与存储、数据的运算处理、数据库冗余控制、I/O数据连接都是由实时数据库系统完成的。图形界面系统、I/O驱动程序等组件以实时数据库为核心，通过高效的内部协议相互通信，共享数据。,1.6 组态软件在监控系统中的地位 在一个自动监控系统中，投入运行的监控组态软件是系统的数据收集处理中心、远程监视中心和数据转发中心，处于运行状态的监控组态软件与各种控制、检测设备(如PLC、智能仪表、DCS等)共同构成快速响应控制中心(也称为调度中心)。,监控组态软件投

16、入运行后，操作人员可以在它的支持下完成以下任务： 查看生产现场的实时数据及流程画面。 自动打印各种实时历史生产报表。 自由浏览各个实时历史趋势画面。 及时得到并处理各种过程报警和系统报警。 在需要时，人为干预生产过程，修改生产过程参数和状态。 与管理部门的计算机联网，为管理部门提供生产实时数据。,1.7 组态软件的一般使用步骤,根据组态软件的数据流程，需要就具体的工程应用在组态软件中进行完整、严密的组态，组态软件才能够正常工作。 典型的组态步骤： (1)将所有I/O点的参数收集齐全，并填写表格，以备在监控组态软件和PLC上组态时使用。参数一般包括模拟量和开关量信号。 (2)搞清楚所使用的I/O设备的生产商、种类、型号，使用的通信接口类型，采用的通信协议，以便在定义I/O设备时做出准确选择。 (3)将所有I/O点的I/O标识收集齐全，并填写表格。 (4)根据工艺过程绘制、设计画面结构和画面草图。,(5)按照第(1)步统计出的表格，建立实时数据库，正确组态各种变量参数。 (6)根据第(1)步