組態(tài)軟件控制技術：組態(tài)軟件概述 第一講

組態(tài)控制技術學習要求上機上課時間堅決杜絕做其他事情按照要求完成每節(jié)的內(nèi)容，并作為平時成績考核方式1.采用抽考方式，上機實踐考試；2.抽考方式（每班10個左右）；3.成績=平時+考試成績教學方法1.講授（30%）+實踐（70%）組態(tài)軟件是集動畫顯示、流程控制、數(shù)據(jù)采集、設備控制與輸出、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸、雙機熱備、工程報表、數(shù)據(jù)與曲線等諸多功能于一身，能與各種設備進行數(shù)據(jù)交換的一種軟件。廣泛應用于石油、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域。什么是組態(tài)軟件？組態(tài)軟件的應用參數(shù)曲線實時監(jiān)控各種儀表數(shù)值狀態(tài)指示組態(tài)軟件干什么用？1.2監(jiān)控組態(tài)軟件概述1.3組態(tài)軟件性能指標1.1組態(tài)技術概述第一章組態(tài)軟件概述及組態(tài)王軟件安裝和運行

1計算機控制系統(tǒng)的分類按照設計方法的不同分類1）單片機為核心的計算機測控系統(tǒng)2）以PLC(可編程控制器)為核心的計算機測控系統(tǒng)3）以IPC(工業(yè)PC機或稱工業(yè)控制計算機)為核心的計算機測控系統(tǒng)

4）利用組態(tài)技術構成的計算機控制系統(tǒng)是在以上三者特別是以IPC為核心的系統(tǒng)的基礎上發(fā)展起來的1.1概述2各種控制系統(tǒng)的特點以單片機為核心的計算機測控系統(tǒng)的突出優(yōu)點是結構小型、價格低廉，因此廣泛應用于智能儀器、儀表和小規(guī)模測控系統(tǒng)上。

其缺點是硬件電路和軟件都要單獨設計，不能充分利用通用PC機提供的各種軟硬件資源，對設計人員的要求較高，產(chǎn)品常不具有通用性。目前在工控(即工業(yè)控制)領域應用最多的是各種智能顯示調(diào)節(jié)儀表和智能變送器。

PLC是由繼電器控制系統(tǒng)發(fā)展而來的?，F(xiàn)已廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領域，特別在以開關量為主的系統(tǒng)中，已成為控制的主要手段。隨著技術的發(fā)展，現(xiàn)在的PLC也具有了模擬量控制功能。以IPC為核心的計算機測控系統(tǒng)，最大的優(yōu)點是可充分利用一般計算機提供的各種軟件和硬件資源，不僅開發(fā)方便，更可利用Windows或其他操作系統(tǒng)，方便地進行生產(chǎn)的監(jiān)控管理。

PC機用于測控的缺點：

（1）普通PC機不適應工業(yè)現(xiàn)場電磁干擾嚴重、高粉塵、震動等惡劣環(huán)境，也不針對那么多的工業(yè)I／0設計。（2）需要單獨設計I／0接口電路，獨立開發(fā)系統(tǒng)軟件解決傳統(tǒng)測控方法的缺點工業(yè)PC機(IPC)、專門的各種通用接口電路如A/D、D／A板卡及模塊、專門用于工控的簡單易學的開發(fā)工具——組態(tài)軟件

更重要的是，為了使三種控制技術發(fā)揮各自所長，許多智能儀表和PLC都開發(fā)了與IPC的通信功能這樣，IPC、基于單片機的智能儀表和PLC可共存于一個系統(tǒng)中，構成集散式計算機控制系統(tǒng)

在這樣的系統(tǒng)中，智能儀表和PLC完成信號的前沿檢測與控制功能，IPC和組態(tài)軟件則用于系統(tǒng)的監(jiān)控?？梢哉f，基于組態(tài)控制技術的計算機測控系統(tǒng)是計算機控制技術發(fā)展的結果，其基本內(nèi)涵在于其硬件設計和軟件開發(fā)都具有“組態(tài)”性。組態(tài)控制技術相對于傳統(tǒng)計算機控制技術的優(yōu)點硬件設計上：除采用工業(yè)PC機外，系統(tǒng)大量采用各種成熟通用的I／0接口設備和現(xiàn)場設備，基本不再需要單獨進行具體電路設計。這不僅節(jié)約了硬件開發(fā)時間，更提高了工控系統(tǒng)的可靠性軟件設計上：采用成熟的工控專用組態(tài)軟件進行系統(tǒng)設計，軟件開發(fā)周期大大縮短了由于PC監(jiān)控大大降低了系統(tǒng)成本，使得市場空間得到擴大，從遠程監(jiān)控（如防盜報警、江河汛情監(jiān)視、環(huán)境監(jiān)控、電信線路監(jiān)控、交通管制與監(jiān)控、礦井報警等）、數(shù)據(jù)采集與計量（如居民水電氣表的自動抄表、鐵道信號采集與記錄等）、數(shù)據(jù)分析（如汽車/機車自動測試、機組/設備參數(shù)測試、醫(yī)療化驗儀器設備實時數(shù)據(jù)采集、虛擬儀器、生產(chǎn)線產(chǎn)品質(zhì)量抽檢等）到過程控制。

工業(yè)組態(tài)軟件是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺，容易實現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項功能。組態(tài)軟件定義使用應用軟件設計生成目標應用系統(tǒng)過程也就是組態(tài)的過程，稱為“做組態(tài)”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先設置,自動執(zhí)行特定任務,滿足使用者要求的目的。組態(tài)軟件，也稱人機界面HMI/MMI(HumanMachineInterface/manmachineinterface)，或監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集SCADA(supervisorycontrolanddataacquisition)。1.2組態(tài)軟件概述

1.發(fā)展歷史組態(tài)軟件依賴于計算機控制系統(tǒng)、依賴于計算機技術的發(fā)展。20世紀60年代計算機開始涉足工業(yè)過程控制領域；20世紀70年代微機的出現(xiàn)促進了計算機控制的發(fā)展，

DCS、計算機控制技術應用日益廣泛。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Wonderwere公司推出第一個商品化的組態(tài)軟件Intouch，提供了不同廠家、不同設備的對應的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。

2.發(fā)展空間目前，組態(tài)軟件仍由較大的發(fā)展空間：（1）大多DCS和PLC廠家主動公開通信協(xié)議，使用PC

機作為操作站；（2）PC監(jiān)控的系統(tǒng)成本大幅降低，應用范圍擴大；（3）各類的智能儀表、調(diào)節(jié)器等增加了公開協(xié)議的通信接口。

3.發(fā)展趨勢（1）組態(tài)軟件作為單獨行業(yè)的出現(xiàn)是歷史的必然；（2）現(xiàn)場總線技術的成熟將促進組態(tài)軟件的應用；（3）能夠同時兼容多種操作系統(tǒng)平臺是組態(tài)軟件的發(fā)展方向之一；（4）嵌入式系統(tǒng)的迅猛發(fā)展給組態(tài)軟件帶來了更大的發(fā)展空間；（5）信息化社會的到來為組態(tài)軟件拓展了更多的應用領域。4、組態(tài)軟件特點及功能特點：（1）實時多任務——最顯著的特點。在同一臺計算機上同時執(zhí)行多個任務，如數(shù)據(jù)采集與輸出、數(shù)據(jù)處理與算法實現(xiàn)、圖形顯示及人機對話。存儲、搜索管理、實時通信等。（2）接口開放——采用“標準化技術”。方便用戶根據(jù)自己的需求進行二次開發(fā)。如用VB自行編制設備構件裝入設備工具箱。允許用戶自行編寫動態(tài)鏈接庫，掛接自己的應用程序模塊。（3）強大的數(shù)據(jù)庫——一般帶有實時數(shù)據(jù)庫。可存儲各種數(shù)據(jù)，完成和外圍設備的數(shù)據(jù)交換。（4）高可靠性——組態(tài)軟件是工控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心，高可靠性是必要的。（5）安全性高——提供較完善的安全機制，允許有操作權限的操作員對某些功能進行操作。

功能組態(tài)軟件實際上是一個針對計算機控制系統(tǒng)開放的工具軟件，應為用戶提供多種通用工具模塊。應解決這樣一些問題：如何與采集、控制設備間進行數(shù)據(jù)交換；使I/O設備的數(shù)據(jù)與計算機圖形畫面上的各元素關聯(lián)起來；處理數(shù)據(jù)報警及系統(tǒng)報警；存儲歷史數(shù)據(jù)并支持歷史數(shù)據(jù)的查詢；各類報表的生成和打印輸出；為使用者提供靈活、多變的組態(tài)工具，可以適應不同應用領域的需求；最終生成的應用系統(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。1.3組態(tài)軟件的性能要求（1）實時多任務——工業(yè)控制系統(tǒng)中重要指標之一。實時性是指系統(tǒng)應該具有能在限定的時間內(nèi)對外來事件作出反映的特性。對組態(tài)軟件的要求：在按一定的周期時間對所有事件進行巡檢的同時，可以隨時響應事件的中斷請求。實時性一般都要求計算機具有多任務處理能力。（2）高可靠性計算機控制系統(tǒng)中，可靠性應該包含兩方面：系統(tǒng)硬件設備的可靠性；軟件運行的可靠性。比較先進的組態(tài)軟件提供利用冗余技術構成雙機備用系統(tǒng)，即利用冗余資源克服故障影響從而增加系統(tǒng)可靠性。（3）標準化

——暫時還沒有明確的國際、國內(nèi)標準規(guī)范但網(wǎng)絡通信的標準協(xié)議、OLE(目標的連接和嵌入)、OPC(過程控制用OLE)標準等也都被廣泛使用。

三、組態(tài)軟件的基本結構組態(tài)軟件基本組成：

應用程序管理器

圖形界面系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫

I/O驅(qū)動第三方程序接口組件控制功能組件

1.應用程序管理器應用程序管理器屬于一種專用工具，提供應用程序的創(chuàng)建，項目數(shù)據(jù)的管理及歸檔，打開各種編輯器（如圖形編輯器），運行調(diào)試，搜索（變量、客戶機計算機、服務器計算機、驅(qū)動程序連接等）返回

2.圖形界面系統(tǒng)基本功能——供用戶設計生成現(xiàn)場各過程圖形界面(查看)

圖形界面設計；動畫鏈接設計及顯示；報警通知及確認；報表組態(tài)及打??；歷史數(shù)據(jù)查詢及顯示。返回擴充功能——提供腳本語言供用戶擴充其功能，用腳本語言編寫的程序可以周期性地執(zhí)行也可由事件觸發(fā)執(zhí)行。如按下某按鈕則執(zhí)行某一段腳本程序，完成某一功能。圖例——文本、線條、填充形狀上一頁

3.實時數(shù)據(jù)庫實時數(shù)據(jù)庫存儲被控對象的歷史數(shù)據(jù)，具備數(shù)據(jù)檔案管理功能。

4.I/O驅(qū)動用于和I/O設備通信交換數(shù)據(jù)，是必不可少的組成部分。是組態(tài)軟件與第三方程序交互以及實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)訪問的重要手段之一，也是組態(tài)軟件開放系統(tǒng)的標志。

5.第三方程序接口組件為熟悉梯形圖或者其他標準編程語言的設計人員用于和I/O設備通信交換數(shù)據(jù)，是必不可少的組成部分。

6.控制功能組件四、組態(tài)軟件的數(shù)據(jù)處理流程組態(tài)軟件的主要功能：以圖形方式直觀地顯示現(xiàn)場I/O設備的數(shù)據(jù)將控制數(shù)據(jù)送I/O設備，對執(zhí)行機構實施控制或調(diào)整參數(shù)數(shù)據(jù)的存儲——供查詢歷史數(shù)據(jù)使用數(shù)據(jù)流程

數(shù)據(jù)流1

現(xiàn)場數(shù)據(jù)

I/O設備

I/OServer

實時數(shù)據(jù)庫存儲

數(shù)據(jù)流2

實時數(shù)據(jù)庫

畫面顯示

工作過程畫面報警畫面歷史數(shù)據(jù)畫面……

數(shù)據(jù)流3

控制數(shù)據(jù)

I/OServerI/O設備

執(zhí)行機構

數(shù)據(jù)流程處理示意圖核心共享數(shù)據(jù)五、使用組態(tài)軟件的一般步驟3、收集所有I/O點的I/O標識，填寫表格（表2）。I/O標識是唯一地確定一個I/O點的關鍵字，在大多數(shù)情況下I/O標識是I/O點的地址或位號名稱。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。2、確定所使用的I/O設備的生產(chǎn)商、種類、型號，使用的通信接口類型，采用的通信協(xié)議。

4、根據(jù)工藝過程繪制、設計畫面結構和畫面草圖。6、根據(jù)表1和表2，在實時數(shù)據(jù)庫中建立實時數(shù)據(jù)庫變量與I/O點的一一對應關系，即定義數(shù)據(jù)連接。7、根據(jù)前面設計的畫面結構和畫面草圖，組態(tài)每一幅靜態(tài)的操作畫面（主要是繪圖）。

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)。

8、將操作畫面中的圖形對象與實時數(shù)據(jù)庫變量建立動畫連接關系。9、對組態(tài)的內(nèi)容進行分段和總體調(diào)試。

10、系統(tǒng)投入運行。

組態(tài)軟件任務在組態(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)。

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)轉發(fā)中心。

組態(tài)軟件在自動監(jiān)控系統(tǒng)中的作用六、常用組態(tài)軟件目前中國市場上的組態(tài)軟件產(chǎn)品按廠商劃分大致可以分為三類：國外專業(yè)軟件廠商提供的產(chǎn)品；國內(nèi)外硬件或系統(tǒng)廠商提供的產(chǎn)品；國內(nèi)自行開發(fā)的國產(chǎn)化產(chǎn)品。

不同的產(chǎn)品，有相同和不相同的特性。相同特性（1）強大的圖形組態(tài)功能——組態(tài)軟件大都以MicrosoftWindows平臺作為操作平臺,充分利用了Windows圖形功能完備，界面一致性好，易學易用的特點。設計人員可高效快捷地繪制出各種工藝畫面，并可方便進行編輯。

（2）腳本語言——組態(tài)軟件均使用腳本語言提供二次開發(fā)，用戶可根據(jù)自己需要編寫程序。（4）提供多種數(shù)據(jù)驅(qū)動程序

——組態(tài)軟件應與I/O設備通訊，互相交換數(shù)據(jù)。一般提供DDE和OPCClient是兩個通用的標準I/O驅(qū)動程序，以支持DDE標準和OPC標準的I/O設備通訊。

（3）開放式結構——組態(tài)軟件能與多種通訊協(xié)議互聯(lián)，支持多種硬件設備。既能與低層數(shù)據(jù)采集設備通訊，也能與管理層通訊。

（6）豐富的功能模塊——組態(tài)軟件以模塊形式掛接在基本模塊上，互相獨立提高了系統(tǒng)可靠性和可擴展性。利用各種功能模塊，完成實時監(jiān)控、報表生成、實時曲線、歷史曲線、提供報警等功能。

（7）提供系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境和系統(tǒng)運行環(huán)境——系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境是應用程序的集成開發(fā)環(huán)境；系統(tǒng)運行環(huán)境下目標應用程序投入實時運行。（5）強大的數(shù)據(jù)庫——組態(tài)軟件一般都有一個實時數(shù)據(jù)庫作為整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)組織和管理的核心。不同特性（1）腳本語言不同

——目前組態(tài)軟件提供腳本語言分為三種:類C/Basic語言、微軟的VBA(vis