第一章3节1组态软件概述剖析讲解课件

第3节监控组态软件的功能和使用7/13/202413.1 计算机监控系统的组成 3.2 监控组态软件原理3.3 主要组态软件使用7/13/202423.1 计算机监控系统的组成3.1.1 计算机监控系统的概念 3.1.2 计算机监控系统的组成3.1.3 计算机监控系统的运行环境7/13/202433.1.1 计算机监控系统的概念1定义定义计算机监控是利用传感装置将被控对象中的物理参量转换为电量，再将这些代表实际物理参量的电量送入输入装置中转换为计算机可识别的数字量，并且在计算机的显示装置中以数字、图形或曲线的方式显示出来，从而使得操作人员能够直观地而迅速地了解被监控对象的变化过程。7/13/202442 2计算机监控技术是一门综合技术计算机监控技术是一门综合技术 计算机技术（软件技术、接口技术、通信技术、网络技术、显示技术）自动控制技术 自动检测和传感技术3 3效益效益经济效益：稳定和优化生产工艺、提高产品质量、降低能源和原材料消耗、降低成本；社会效益：降低劳动者的生产强度、提高管理水平。7/13/202453.1.2 计算机监控系统的组成包括：计算机，输入输出接口、检测变送装置、执行设备、监控对象7/13/202461.计计 算算 机机7/13/202472.7/13/202483.7/13/202494.7/13/202410自动化科学与技术学科的整个知识结构框架自动化科学与技术学科的整个知识结构框架7/13/202411控制系统各部分与相应的知识领域的对应关系控制系统各部分与相应的知识领域的对应关系7/13/2024123.1.3 计算机监控系统的运行环境1 1计算机操作系统计算机操作系统 管理和控制计算机软硬件资源，并且能为用户创造便利的工作环境的一组计算机程序的集合。（1）按照程序运行的调度方法，可以将操作系统分为以下三种类型：顺序执行系统 分时操作系统 实时操作系统7/13/202413（2）计算机操作系统的功能 进程管理 进程是关于某个数据集合的可并发的一次运行活动。操作系统对进程的管理：进程的建立、终止、挂起、激活、阻塞和唤醒。同时，操作系统还要为运行的程序以及相关的数据分配内存空间，并为各进程间的通信进行管理。7/13/202414作业管理作业就是用户为完成一次事务处理而交给计算机的一项任务。作业管理的任务就是为方便用户建立作业、组织调度系统内部资源执行，并在完成任务后将其撤消。存储器管理内存分配、地址映射、内存保护、内存扩充。7/13/202415设备管理按照一定的算法分配设备；控制和实现输入输出操作，如通道程序控制、启动设备、及时响应及处理中断信号；对输入输出缓冲区进行管理；实现虚拟设备技术。文件管理文件目录管理、文件存储空间管理、文件的保护与机密、文件的使用和运行。7/13/2024161.操作系统2.组态软件3.数据库4.应用软件7/13/2024173.2 监控组态软件原理监控组态软件概述监控组态软件概述现代计算机监控系统的功能越来越强，除了完成基本的数据采集和控制功能外，还要完成故障诊断、数据分析、报表的故障诊断、数据分析、报表的形成和打印，与管理层交换数据形成和打印，与管理层交换数据，为操作人员提供灵活方便的人机界面。另外，随着生产规模的变化，计算机接口的部件和控制部件也随着系统规模的变化进行增减。计算机监控系统的组态软件技术计算机监控系统的组态软件技术：图形界面技术面向对象编程技术（Object 服务器Oriented Program，OOP）组件技术（Component Object Model，COM）7/13/2024181组态及组态软件的概念组态及组态软件的概念“组态”的概念最早来自英文configuration，含义是使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置，达到使计算机或软件按照预先设置，自动执行待定任务，满足使用者要求的目的。也就是通过对软件采用非编程的操作方式非编程的操作方式，进行参数填写、图形连接和文件生成等，使得软件乃至整个系统具有某种指定的功能。7/13/2024192 2组态组态二次开发二次开发监控组态软件监控组态软件 开发商事先开发好一套具有一定通用性的软件开发平台，生产若干种规格的硬件模块（如I/O模块、通信模块、控制模块），然后，再根据用户的要求在软件平台上进行二次开发以及硬件模块的连接。这种软件的二次开发工作就称为“组态”，相应的软件开发平台就称为“监控组态软件”，简称“组态软件”。“组态”一词既可以用做名词也可以用做动词。7/13/202420二次开发人员根据具体的系统要求，建立模块（创建对象）然后定义参数（对象属性），最后生成可供运行的应用程序。组态实际上是生成一系列可以直接运行的程序代码生成一系列可以直接运行的程序代码，这些程序代码可以在用于组态的计算机上直接运行，也可以下装到其他的计算机上。组态可以分为离线组态和在线组态两种。7/13/2024213 3HMI/SCADAHMI/SCADA软件软件组态软件的更确切称呼应该是人机界面HMI（Human Machine Interface）/监 控 与 数 据 采 集 SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）软件。实现HMI或MMI（Man Machine Interface）和控制功能；实时数据库、实时控制、SCADA、通信及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持。7/13/202422组态软件的突出特点是实时多任务实时多任务：1.实时性与多任务。例如，数据采集与处理、显示与输出、存储与检索、人机对话与实时通信等多个任务要在同一台计算机上进行。2.可靠性与系统冗余。各组态软件都提供了一套比较完善的安全机制，如界面上所有可操作的东西都具有安全级别和操作权限，防止误操作和非法操作。具有故障诊断和处理功能，一些组态软件还具有热备体系支持网络冗余。3.通用化与行业化。在开发通用版本的同时，各家公司也十分注重根据不同行业的特点开发不同领域的专业版本，如石油版、电力版、嵌入式系统版等。4组态软件的特点组态软件的特点7/13/202423 4.标准通信与接口开放。采用标准通信技术与外部设备接口，如ODBC、OPC、DDE数据交换技术。5.可扩展性与二次开发。当用户的企业发展壮大，原有的计算机控制规模需要扩大时，组态软件具有方便的、像搭接积木一样灵活的扩展能力。6.网络控制与远程控制。具有网络控制功能的组态软件可以连接成对等网，也可以连接成服务器/客户机的结构。计算机网络控制的发展正在向以太网靠拢，通过网卡将各种控制设备挂接在Internet网上，实施远程控制，打破了由Ethernet/Controlnet/Devicenet三层网络组成的控制结构，出现了“一网拉平”的概念，即每个工控设备都具有独立的IP地址，通过Internet网直接进行通信和远程控制。7/13/202424 7.内部数据库与外部数据库。组态软件都具有内嵌的数据库系统和报表格式，但一些用户往往需要使用第三方软件来处理采集的数据，即要求使用通用数据库来存放采集的数据，如Oracle、Sybase、Microsoft Access、Microsoft SQL Server等。所以组态软件还具有和通用外部数据库的接口。8.复杂运算与软逻辑控制。随着计算机控制技术的深入发展，组态软件功能早已突破了单纯的数据采集和人机界面设计，目前已将可编程控制器PLC具有的一些复杂运算（如PID运算）功能植入到组态软件中，称为软PLC或软逻辑控制。7/13/202425DDEOLECOM/DCOMActive X技术；ODBCOPCAPI接口；7/13/202426 5.组态软件主要解决的问题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。7/13/202427 6组态软件的系统构成组态软件的系统构成必备的典型组件包括：必备的典型组件包括：（1）应用程序管理器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）图形界面开发程序自动化工程设计工程师为实施其控制方案，在图形编辑工具的支持下进行图形系统生成工作所依赖的开发环境。7/13/202428（3）图形界面运行程序在系统运行环境下，图形目标应用系统被图形界面运行程序装入计算机内存并投入实时运行。（4）实时数据库系统组态程序建立实时数据库的组态工具，可以定义实时数据库的结构、数据来源、数据连接、数据类型及相关的各种参数。提高系统的实时性，增强处理能力。7/13/202429（5）实时数据库系统运行程序在系统运行环境下，目标实时数据库及其应用系统被实时数据库系统运行程序装入计算机内存并执行预定的各种数据计算、数据处理任务。历史数据的查询、检索、报警的管理都是在实时数据库系统运行程序中完成的。（6）I/O驱动程序组态软件中必不可少的组成部分，用于和I/O设备通讯，互相交换数据，DDE和OPC Client是两个通用的标准I/O驱动程序，用来和支持DDE标准和OPC标准的I/O设备通讯。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OPC Client则多数单独存在。7/13/202430扩展可选组件包括：扩展可选组件包括：（1）通用数据库接口（ODBC接口）组态程序通用数据库接口组件用来完成组态软件的实时数据库与通用数据库的互联，实现双向数据交换，通用数据库既可以读取实时数据，也可以读取历史数据；实时数据库也可以从通用数据库实时地读入数据。（2）通用数据库接口（ODBC接口）运行程序已组态的通用数据库连接被装入计算机内存，按照预先指定的采样周期，对规定时间区段按照组态的数据库结构建立起通用数据库和实时数据库间的数据连接。7/13/202431（3）策略（控制方案）编辑组态程序策略编辑/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。（4）策略运行程序组态的策略目标系统被装入计算机内存并执行预定的各种数据计算、数据处理任务，同时完成与实时数据库的数据交换。7/13/202432（5）实用通讯程序组件实用通讯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，是组态软件价值的主要表现之一。通讯实用程序具有以下功能：可以实现操作站的双机冗余热备用；实现数据的远程访问和传送；通讯实用程序可以使用以太网、RS485、RS232、PSTN等多种通讯介质或网络实现其功能。7/13/2024337组态软件的设计思想组态软件的设计思想 组态软件普遍使用“面向对象”（Object Oriented，OO）的编程和设计方法。组成：图形界面系统 实时数据库系统 第三方程序接口组件 控制功能组件7/13/202434（1）图形界面系统构成现场各过程的图形的画面被划分成三类简单的对象：线、填充图形和文本。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的值的变化而实时改变，这种组态过程通常叫做动画链接。在图形界面上还具备报警通知和确认、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、趋势都是动画链接的对象，其数据源都可以通过组态来指定。7/13/202435（3）实时数据库实时数据库可以存储每个工艺点的多年数据，用户既可以浏览工厂当前的生产情况，又可以过去的生产情况。（4）通信及第三方程序接口组件开放系统的标志，是组态软件与第三方程序交互及实现远程数据访问的重要手段之一。它的主要作用：（a）用于双机冗余系统中，主机与从机间的通信。（b）用于构建分布式HMI/SCADA应用时多机间的通信。（c）在基于Internet或Browser/Server（B/S）应用中实现通信功能。（2）控制功能组件以基于PC的策略编辑/生成组件（也称之为软逻辑或软PLC）为代表，是组态软件的重要组成部分。7/13/202436 8组态软件的数据流组态软件的数据流7/13/202437 20世世纪纪80年年代代时时，世世界界上上第第一一个个商商品品化化监监控控组组态态软软件件是是由由美美国国的的Wonderware公公司司研研制制的的Intouch，随随后后又又出出现现了了Intellution 公公司司的的FIX系系统统，通通用用电电气气的的Cimplicity,以以及及德德国国西西门门子子的的WinCC等等；在在国国内内主主要要有有亚亚控控公公司司的的KingViewKingView组组态态王，王，昆仑公司的昆仑公司的MCGS，三维公司的力控等组态软件三维公司的力控等组态软件。现现场场总总线线技技术术的的成成熟熟促促进进了了组组态态软软件件的的应应用用。现现场场总总线线的的网网络络系系统统具具备备OSI协协议议，它它与与普普通通网网络络系系统统具具有有相相同同的的属属性性，这这为为组组态态软软件件的的发发展展提提供供了了更更多多机机遇遇。组组态态软软件件的的发发展展方方向向之之一一是能够兼容多操作系统平台是能够兼容多操作系统平台。3.3组态软件介绍7/13/202438当今流行的组态软件一、力控 （最新版本V7.0)二、组态王 (最新版本V6.5.5)三、MCGS (最新版本V6.2)四、Wincc (最新版本V11.0)五、InTouch7.0版六、Fix6.x软件七、高级编程语言高级编程语言VBVC7/13/2024393.3.1力控组态软件北京三维力控科技公司的监控组态软件唯一的完整的冗余与热备体系设计，完整的分布式网络结构；支持控制设备冗余、多重网络冗余，多客户端冗余、冗余的主从站都可以操作；人机监控图形界面与过程数据处理分离，内置独立的实时历史数据库；实时历史数据库支持Windows/Unix/Linux操作系统，数据库开放接口支持远程访问；软件具备独立的WebServer，支持WebService接口，支持PDA终端访问方式；支持多种通讯方式，上千种的驱动程序，支持多协议设备共用一条通讯总线，支持不同通讯链路切换7/13/202440 力控监控组态软件基本的程序及组件包括：工程管理力控监控组态软件基本的程序及组件包括：工程管理器、人机界面器、人机界面VIEW、实时数据库、实时数据库DB、I/O驱动程序、控驱动程序、控制策略生成器以及各种数据服务及扩展组件，其中实时数制策略生成器以及各种数据服务及扩展组件，其中实时数据库是系统的核心，图为组态软件结构图：据库是系统的核心，图为组态软件结构图：7/13/202441选型说明选型说明力控组态软件的企业版分为开发版和运行版力控组态软件的企业版分为开发版和运行版软件是根据点数进行计价的，点数是指实际监控的外部软件是根据点数进行计价的，点数是指实际监控的外部I/O设备参数的个数，即软件内部的实时数据库设备参数的个数，即软件内部的实时数据库DB中中I/O连连接项的个数，软件内部的中间变量、间接变量等不计点。接项的个数，软件内部的中间变量、间接变量等不计点。力控演示版的开发版和运行版分别有力控演示版的开发版和运行版分别有64点的限制点的限制力控正式发行的开发版没有点数和时间的限制，力控正式发行的开发版没有点数和时间的限制，7/13/2024427/13/2024431.力控的运行版本力控的运行版本1)通用监控版通用监控版运行在单台运行在单台PC上完成监控，该版本不包括扩展组件。上完成监控，该版本不包括扩展组件。2)标准网络版标准网络版由由2套通用监控版软件通过以太网可以构成标准的服务器套通用监控版软件通过以太网可以构成标准的服务器/客户客户端应用模式，标准服务器端只授权端应用模式，标准服务器端只授权5客户使用，客户端在客户使用，客户端在5个客个客户端的基础上可增加户端的基础上可增加10、20、50、无限客户端。、无限客户端。3)WWW网络版网络版用标准的用标准的IE浏览器作为浏览器作为“瘦瘦”客户端，在客户端，在Internet/Intranet上来上来监控监控WWW服务器的上的数据，瘦客户端在服务器的上的数据，瘦客户端在5个客户端的基础上个客户端的基础上可增加可增加10、20、50、无限客户端。、无限客户端。2.扩展组件扩展组件包括包括PC控制策略程序、控制策略程序、GPRS组件、数据库组件、数据库ODBC通讯组件、通讯组件、CommServer通讯组件、通讯组件、DataServer数据转发组件、远程数据数据转发组件、远程数据库历史备份程序等组件。库历史备份程序等组件。7/13/2024443.3.2组态王篇组态王开发监控系统软件。组态王kingview6.55是亚控科技根据当前的自动化技术的发展趋势，面向低端自动化市场及应用，以实现企业一体化为目标开发的一套产品。组态王保持了其早期版本功能强大、运行稳定且使用方便的特点，并根据国内众多用户的反馈及意见，对一些功能进行了完善和扩充。组态王kingview6.55提供了丰富的、简捷易用的配置界面，提供了大量的图形元素和图库精灵，同时也为用户创建图库精灵提供了简单易用的接口7/13/202445工程浏览器工程浏览器：内嵌组态王画面开发系统（TouchExplorer），即组态王开发系统即组态王开发系统；运行系统运行系统:组态王运行系统程序（TouchVew）。工程浏览器（TouchExplorer）和运行系统（TouchVew）是独立的Windows应用程序，可单独使用；工程浏览器的设计开发的画面应用程序必须在画面运行系统（TouchVew）运行环境中才能运行；7/13/2024463.3.3 WinCC的功能介绍1.WinCC系统综述 2.WinCC的SCADA基本功能7/13/2024471.1.WinCCWinCC系统综述系统综述什么是什么是WinCCWinCC？WinCC是在Microsoft Windows NT和Windows 2000/XP环境下的一种高效HMI系统，用于实现过程的可视化，并为操作员开发图形用户界面。WinCC是“Windows Control Center”（视窗自动化中心）的缩写。7/13/202448通信通信7/13/2024492.2.WinCCWinCC的系统结构的系统结构WinCC具有模块化的结构基本组件 组态软件（CS）运行软件（RT)WinCC选项WinCC附加软件7/13/202450组态软件组态软件(CS)(CS)（1）图形系统用于创建画面的编辑器。（2）报警系统对报警信号进行组态的过程（3）归档系统变量记录编辑器（4）报表系统创建报表布局的编辑器（5）用户管理器对用户进行管理的编辑器。（6）通讯提供WinCC与SIMATIC各系列可编程控制器的连接。7/13/202451运行软件运行软件(RT)用户通过运行软件对过程进行操作和监控，主要执行下列任务：（1）读出已经保存在CS数据库中的数据；（2）显示屏幕中的画面；（3）与自动化系统通讯；（4）对当前的运行系统数据进行归档；（5）对过程进行控制。7/13/2024522.2.WinCCWinCC的的SCADASCADA基本功能基本功能1.1.用户接口和操作用户接口和操作2.2.图形系统图形系统 3.3.报警记录报警记录 4.4.归档系统归档系统5.5.报表系统报表系统6.6.通讯通讯7/13/2024532.图形系统图形系统(1)图形系统的任务图形系统的任务(2)图形系统组件构成图形系统组件构成（a）图形编辑器。（b）图形运行软件(3)模块库模块库1.用户接口和操作用户接口和操作(1)可组态的用户接口可组态的用户接口(2)访问授权和用户管理访问授权和用户管理(3)语言切换语言切换7/13/2024543.3.报警记录报警记录(1)(1)报警记录的任务报警记录的任务(2)(2)报警记录的组件构成报警记录的组件构成(3)(3)报警的消息块报警的消息块(4)(4)报警的基本状态报警的基本状态(5)(5)组消息组消息(6)(6)消息类型和等级消息类型和等级(7)(7)报警的归档报警的归档7/13/2024554.4.归档系统归档系统(1)(1)归档系统的任务归档系统的任务(2)(2)归档系统的组件归档系统的组件(3)(3)归档的设置归档的设置5.5.报表系统报表系统 (1)(1)报表系统的任务报表系统的任务（a）报警消息顺序报表（b）报警归档报表（c）变量记录运行报表(2)(2)报表系统的组件报表系统的组件(3)(3)打印作业打印作业7/13/2024566.通讯通讯7/13/2024573.3.4 MCGS简介MCGS(MonitorandControlGeneratedSystem，监视与控制通用系统)北京昆仑通态自动化软件科技有限公司研发的一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制，可运行于MicrosoftWindows/NT/2000/xp等操作系统。MCGS组态软件包括三个版本，分别是网络版、通用版、嵌入版。7/13/202458MCGS简介 MCGS组态软件（以下简称MCGS）由“MCGSMCGS组态环境组态环境”和“MCGSMCGS运行环境运行环境”两个系统组成。两部分互相独立，又紧密相关。7/13/202459MCGS组态环境组态环境7/13/202460MCGS组态环境组态环境的五大部分7/13/202461主控窗口：主控窗口：是工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一个设备窗口和多个用户窗口，负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。主要的组态操作包括：定义工程的名称，编制工程菜单，设计封面图形，确定自动启动的窗口，设定动画刷新周期，指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。设备窗口：设备窗口：是连接和驱动外部设备的工作环境。在本窗口内配置数据采集与控制输出设备，注册设备驱动程序，定义连接与驱动设备用的数据变量。用户窗口：用户窗口：本窗口主要用于设置工程中人机交互的界面，诸如：生成各种动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表等。实时数据库：实时数据库：是工程各个部分的数据交换与处理中心，它将MCGS工程的各个部分连接成有机的整体。在本窗口内定义不同类型和名称的变量，作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。运行策略：运行策略：本窗口主要完成工程运行流程的控制。包括编写控制程序（ifthen脚本程序），选用各种功能构件，如：数据提取、历史曲线、定时器、配方操作、多媒体输出等。7/13/202462完7/13/202463