计算机控制技术计算机控制系统的组态软件教学课件PPT

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1、第九章 计算机控制系统的组态软件 “组态”的概念是伴随着集散型控制系统（Distributed Control System，简称DCS）的出现才开始被广大的生产过程 自动化技术人员所熟知的。在工业控制技术的不断发展和应 用过程中，PC（包括工控机）相比以前的专用系统具有的优 势日趋明显。 组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它 们是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。 组态软件应该能支持各种工控设备和常见的通讯协议， 并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。对应于原有的 HMI 的概

2、念，组态软件应该是一个使用户能快速建立自己的 HMI 的软件工具，或开发环境。 9.1 项项目引入 建立一个反应车间的监控中心，监控中心从现场采集生 产数据，并以动画形式直观地显示在监控画面上；监控画 面还将显示工业现场的生产状况，并以动画的形式反映在 屏幕上，画面上的原料罐、反应罐（矩形框对象）的大小 能够随着变量“原料罐1液位”等变量值的大小而改变，那 么，对于操作者来说，他就能够看到一个反应工业现场状 态的监控画面，操作者在计算机前发布的指令也要迅速送 达生产现场。 9.2 知识导识导 航 本章主要介绍组态软件的基本概念，着重介绍国产组态 软件组态王的基本运用方法，随着我国自动化技术的不

3、断 提高，组态软件在自动化领域的应用将越来越广泛，学好 组态软件技术将成为从事计算机控制系统集成的一项很重 要的基本功。9.2.1组态软组态软 件概述 组态软件的发展及主要产品介绍 组态软件产品于20 世纪80 年代初出现，并在80 年代末 期进入我国。但在90 年代中期之前，组态软件在我国的应 用并不普及。究其原因，大致有以下几点： 国内用户还缺乏对组态软件的认识，项目中没有组态 软件的预算，或宁愿投入人力物力针对具体项目做长周期 的繁冗的上位机的编程开发，而不采用组态软件。 在很长时间里，国内用户的软件意识还不强，面对价 格不菲的进口软件（早期的组态软件多为国外厂家开发） ，很少有用户愿意

4、去购买正版。 当时国内的工业自动化和信息技术应用的水平还不高 ，组态软件提供了对大规模应用、大量数据进行采集、监 控、处理并可以将处理的结果生成管理所需的数据，这些 需求并未完全形成。几种组态软件 InTouch：Wonderware 的InTouch 软件是最早进入 我国的组态软件。在20 世纪80 年代末、90 年代初，基于 Windows 3.1 的InTouch 软件曾让我们耳目一新，并且 InTouch 提供了丰富的图库。但是，早期的InTouch 软件采 用DDE 方式与驱动程序通讯，性能较差，最新的InTouch 7.0 版已经完全基于32 位的Windows 平台，并且提供了O

5、PC 支持。 Fix：美国Intellution 公司以Fix 组态软件起家，1995 年被爱默生收购，现在是爱默生集团的全资子公司，Fix6.x 软件提供工控人员熟悉的概念和操作界面，并提供完备的驱 动程序（需单独购买）。Intellution 将自己最新的产品系列 命名为Ifix，在Ifix 中，Intellution 提供了强大的组态功能， 但新版本与以往的6.x 版本并不完全兼容。 Citech：CIT 公司的Citech 也是较早进入中国市场的 产品。Citech 具有简洁的操作方式，但其操作方式更多的 是面向程序员，而不是工控用户。Citech 提供了类似C 语 言的脚本语言进行二

6、次开发，但与Ifix 不同的是，Citech 的脚本语言并非是面向对象的，而是类似于C 语言，这无 疑为用户进行二次开发增加了难度。 WinCC：Simens 的WinCC 也是一套完备的组态开发 环境，Simens 提供类似C 语言的脚本，包括一个调试环 境。WinCC 内嵌OPC 支持，并可对分布式系统进行组态 。但WinCC的结构较复杂，用户最好经过Simens 的培训 以掌握WinCC 的应用。 组态王：组态王是国内第一家较有影响的组态软件开 发公司（更早的品牌多数已经湮灭）。组态王提供了资源 管理器式的操作主界面，并且提供了以汉字作为关键字的 脚本语言支持。组态王也提供多种硬件驱动程

7、序。 力控：大庆三维公司的力控是国内较早就已经出现的 组态软件之一。随着Windows 3.1的流行，又开发出了16 位Windows 版的力控。但直至Windows 95 版本的力控诞 生之前，它主要用于公司内部的一些项目。32 位下的1.0 版的力控，在体系结构上就已经具备了较为明显的先进性 ，其最大的特征之一就是其基于真正意义的分布式实时数 据库的三层结构，而且其实时数据库结构可为可组态的活 结构。在19992000 年期间，力控得到了长足的发展， 最新推出的2.0 版在功能的丰富特性、易用性、开放性和 I/O 驱动数量，都得到了很大的提高。 组态软件的发展方向 目前看到的所有组态软件都

8、能完成类似的功能：比如， 几乎所有运行于32 位Windows平台的组态软件都采用类 似资源浏览器的窗口结构，并且对工业控制系统中的各种 资源（设备、标签量、画面等）进行配置和编辑；都提供 多种数据驱动程序；都使用脚本语言提供二次开发的功能 等等。但是，从技术上说，各种组态软件提供实现这些功 能的方法却各不相同。 从这些不同之处，以及PC 技术发展的趋势，可以看出 组态软件未来发展的方向。数据采集的方式 由OPC 基金组织提出的OPC 规范基于微软的 OLE/DCOM 技术，提供了在分布式系统下，软件组件交 互和共享数据的完整的解决方案。在支持OPC 的系统中 ，数据的提供者作为服务器（Ser

9、ver），数据请求者作为 客户（Client），服务器和客户之间通过DCOM 接口进行 通讯，而无需知道对方内部实现的细节。由于COM 技术 是在二进制代码级实现的，所以服务器和客户可以由不同 的厂商提供。 脚本的功能脚本语言是扩充组态系统功能的重要手段。因此，大多 数组态软件提供了脚本语言的支持。具体的实现方式可分 为三种：一是内置的类C/Basic 语言；二是采用微软的 VBA 的编程语言；三是有少数组态软件采用面向对象的 脚本语言。类C/Basic 语言要求用户使用类似高级语言的 语句书写脚本，使用系统提供的函数调用组合完成各种系 统功能。应该指明的是，多数采用这种方式的国内组态软 件，

10、对脚本的支持并不完善，许多组态软件只提供 IFTHENELSE 的语句结构，不提供循环控制语句， 为书写脚本程序带来了一定的困难。 组态环境的可扩展性可扩展性为用户提供了在不改变原有系统的情况下，向 系统内增加新功能的能力，这种增加的功能可能来自于组 态软件开发商、第三方软件提供商或用户自身。增加功能 最常用的手段是ActiveX 组件的应用，目前还只有少数组 态软件能提供完备的ActiveX 组件引入功能及实现引入对 象在脚本语言中的访问。 组态软件的开放性生产现场数据的应用已经不仅仅局限于数据采集和监控 。在生产制造过程中，需要现场的大量数据进行流程分析 和过程控制，以实现对生产流程的调整

11、和优化。现有的组 态软件对大部分这些方面需求还只能以报表的形式提供， 或者通过ODBC 将数据导出到外部数据库，以供其他的业 务系统调用，在绝大多数情况下，仍然需要进行再开发才 能实现。随着生产决策活动对信息需求的增加，可以预见 ，组态软件与管理信息系统或领导信息系统的集成必将更 加紧密，并很可能以实现数据分析与决策功能的模块形式 在组态软件中出现。 对Internet 的支持程度现代企业的生产已经趋向国际化、分布式的生产方式。 Internet 将是实现分布式生产的基础。 组态软件的控制功能 随着以工业PC 为核心的自动控制集成系统技术的日趋 完善和工程技术人员的使用组态软件水平的不断提高，

12、用 户对组态软件的要求已不像过去那样主要侧重于画面，而 是要考虑一些实质性的应用功能，如软件PLC，先进过程 控制策略等。经典控制理论为基础的控制方案已经不能适 应企业提出的高柔性、高效益的要求，以多变量预测控制 为代表的先进控制策略的提出和成功应用之后，先进过程 控制受到了过程工业界的普遍关注。 9.2.2 组态组态 王的版本及软软件的安装 组态王的版本 所有版本都可以运行在Windows 98（第二版）、Windows NT（补 丁6）、Windows 2000和Windows XP 系统下。 开发版：有64 点、128 点、256 点、512 点、1 024 点和不限点共 六种规格。内置

13、编程语言，支持网络功能内置高速历史库，支持运行 环境在线运行8 小时。 运行版：有64 点、128 点、256 点、512 点、1 024 点和不限点共 六种规格。支持网络功能，可选用通讯驱动程序。 NetView：有512 点、不限点共两种规格。支持网络功能，不可 选用通讯驱动程序。 For Internet 应用：有5 用户、10 用户、20 用户、50 用户、无限 用户五种规格，在组态王普通版本上增加Internet 远程浏览功能。 演示版：支持64 点，内置编程语言，在线运行2 小时，可选用通 讯驱动程序。 组态王软件的安装 图91 启动组态王安装程序 9.2.3 组态组态 王软软件的

14、整体结结构 组态王软件的整体结构 “组态王”是运行于Microsoft Windows 98/NT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 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。 组态王和下位机的通讯原理 图9-2 组态王和下位机通讯 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

15、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。数据库变量的变化又如何导致画面的动画效果 呢？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，您 规定了它的偏转角度与这个变量相关，您就会看到指针随 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。 建立应用程序

16、的一般过程建立应用程序大致可分为以下四个步骤： 设计图形界面； 构造数据库； 建立动画连接； 运行和调试。 9.3 项项目实现实现 9.3.1建立一个新项目 项目的含义 在“组态王”中，您开发的每一个应用系统称为一个项目 ，每个项目必须在一个独立的目录中，不同的项目不能共 用一个目录。项目目录也称为工程路径。在每个工程路径 下，组态王为此项目生成了一些重要的数据文件，这些数 据文件一般是不允许修改的。 使用工程浏览器 工程浏览器是组态王的集成开发环境。在这里你可以看 到工程的各个组成部分，包括画面、数据库、外部设备、 系统配置等，它们以树形结构表示。工程浏览器的使用和 Windows95的资源管理器类似。图9-3 工程浏览器 建立新项目 图9-4 工程项目路径 9.3.2设计设计 画面图9-5 建立新画面图9-6 反应车间监控画面 9.3.3定义义外部设备设备 和数据库库组态王把那些需要与之交换数据的设备或程序都作为外 部设备。外部设备包括：下位机（PLC、仪表、板卡等