組態(tài)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法

組態(tài)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法（大慶石油學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)系，黑龍江安達(dá)151400）摘要：介紹了一種工業(yè)組態(tài)軟件（ConfigurationSoftware）的設(shè)計(jì)思想與實(shí)現(xiàn)技術(shù)，論述了該組態(tài)軟件系統(tǒng)的組成部分及基本功能，該軟件采用作為開發(fā)語(yǔ)言，系統(tǒng)具有離線組態(tài)功能，可以根據(jù)組態(tài)結(jié)果直接實(shí)現(xiàn)控制策略，同時(shí)也可根據(jù)監(jiān)控結(jié)果實(shí)現(xiàn)控制策略和組態(tài)參數(shù)的修改。關(guān)鍵詞：組態(tài)；組態(tài)軟件；控制策略；監(jiān)控系統(tǒng)中圖分類號(hào)：tp273文時(shí)標(biāo)識(shí)碼；A0引言隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通訊技術(shù)和圖形顯示技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展．組態(tài)技術(shù)是計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的關(guān)鍵，應(yīng)用組態(tài)技術(shù)可以開發(fā)出工業(yè)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件，從而保證控制系統(tǒng)的可靠性和控制質(zhì)量．組態(tài)軟件是開發(fā)工業(yè)控制系統(tǒng)監(jiān)控軟件的開發(fā)工具，用戶可以利用組態(tài)軟件，根據(jù)構(gòu)建控制策略生成所需要的工業(yè)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件．組態(tài)軟件的功能利用組態(tài)軟件，用戶不需編程就可以方便地創(chuàng)建控制策略，構(gòu)成控制系統(tǒng)，繪制顯示畫面，建立組態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，生成所需的監(jiān)控系統(tǒng)．組態(tài)軟件的功能見圖1．從圖1可以看出：在工業(yè)控制組態(tài)軟件的幫助下，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工程師通過(guò)分析被控對(duì)象及其應(yīng)用環(huán)境，利用組態(tài)軟件進(jìn)行“組態(tài)”，從而將工業(yè)控制組態(tài)軟件“升級(jí)”為一個(gè)專用的、面向具體被控對(duì)象的工業(yè)控制監(jiān)控軟件．在使用過(guò)程中，組態(tài)軟件通過(guò)人機(jī)界面與最終用戶實(shí)時(shí)交互，同時(shí)通過(guò)硬件系統(tǒng)1/O設(shè)備對(duì)工業(yè)對(duì)象實(shí)時(shí)監(jiān)控.組態(tài)軟件由3個(gè)子功能組成：（）控制策略組態(tài)：利用系統(tǒng)提供的功能模塊，結(jié)合控制任務(wù)和控制要求，組態(tài)工程師可以任意組建控制系統(tǒng)的控制策略，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的實(shí)時(shí)監(jiān)控.（2）監(jiān)控畫面組態(tài)：利用系統(tǒng)顯示模塊中提供的顯示組件，可以組態(tài)控制策略運(yùn)行后的監(jiān)控畫面，通過(guò)監(jiān)控畫面，能夠?qū)刂葡到y(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控.同時(shí)，當(dāng)控制系統(tǒng)運(yùn)行狀況發(fā)生異常時(shí)，監(jiān)控畫面可以實(shí)時(shí)報(bào)警.（3）監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行：這一功能由運(yùn)行模塊實(shí)現(xiàn).運(yùn)行模塊利用組態(tài)過(guò)程中生成的組態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，分析控制策略的控制回路，確定功能模塊的運(yùn)行次序；同時(shí)，利用各功能模塊對(duì)應(yīng)的控制子程序，運(yùn)行組態(tài)出的監(jiān)控系統(tǒng).編輯模塊的設(shè)計(jì)與監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)2.1組態(tài)軟件編輯模塊的設(shè)計(jì)組態(tài)軟件的組態(tài)方式為圖形組態(tài)方式.與填表組態(tài)方式相比，圖形組態(tài)方式更加形象方便，更能夠直觀地體現(xiàn)組態(tài)工程師的組態(tài)思想.在圖形組態(tài)方式下，組態(tài)工程師只需按照控制策略，選用功能模塊工具箱中的功能模塊，象搭積木一樣搭接控制策略的控制回路圖，即可自動(dòng)生成該控制回路圖的監(jiān)控程序.組態(tài)軟件的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2.控制系統(tǒng)控制策略的創(chuàng)建是在策略編輯器中實(shí)現(xiàn)的，策略編輯器是一個(gè)基于圖標(biāo)，即功能模塊的設(shè)計(jì)環(huán)境.用戶可以使用鼠標(biāo)，結(jié)合策略工具箱中的功能模塊及其相應(yīng)的參數(shù)配置對(duì)話框開發(fā)策略與配置工作.策略工具箱中包含模擬量輸入模塊（AI）,模擬量輸出模塊（AO）,數(shù)字量輸人模塊（DI）,數(shù)字量輸出模塊（DO）, PID控制模塊（PID）,運(yùn)算模塊（SOC）,報(bào)警模塊（Alarm）,連線模塊（LINE）,顯示模塊（DISP）等各功能模塊，每個(gè)功能模塊由四部分組成：輸人參數(shù)、輸出參數(shù)、控制參數(shù)和控制算法，提供了構(gòu)建控制策略的基本功能單元.功能模塊也稱為軟儀表，其功能與人們熟悉的模擬儀表相同，能完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示、報(bào)警和控制等.構(gòu)建控制策略時(shí)，用連線將策略所需的功能模塊連接起來(lái)即可.控制系統(tǒng)的監(jiān)控畫面是由顯示編輯器創(chuàng)建的.使用顯示編輯器可以迅速地創(chuàng)建直觀的顯示操作面板，以便在策略運(yùn)行時(shí)能夠?qū)崟r(shí)提供動(dòng)態(tài)顯示畫面．顯示編輯器提供了用于創(chuàng)建顯示畫面的工具箱，該工具箱中含有條形圖顯示、Y-T圖顯示、數(shù)字/字符串顯示等可以動(dòng)態(tài)連接的顯示組件，使用顯示組件可以創(chuàng)建工業(yè)過(guò)程的條形圖、趨勢(shì)圖等圖形的顯示界面．2．2監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行在組態(tài)過(guò)程中，通過(guò)創(chuàng)建控制策略，配置構(gòu)成控制策略及顯示面板的功能模塊的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制策略的保存，得到監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)所需的組態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)．運(yùn)行模塊程序，對(duì)組態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)行讀操作后，能夠動(dòng)態(tài)地創(chuàng)建監(jiān)控畫面．用戶可以利用監(jiān)控畫面實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)工況．如果用戶在監(jiān)控過(guò)程中發(fā)現(xiàn)組態(tài)結(jié)果不理想，可以重新進(jìn)人組態(tài)軟件，修改控制策略和模塊配置參數(shù)，生成新的監(jiān)控系統(tǒng)，直到滿意為止．在組態(tài)完成后，如果組態(tài)結(jié)果令人滿意，為了節(jié)省系統(tǒng)開銷，可以刪除組態(tài)軟件，只留下組態(tài)結(jié)果——組態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)和運(yùn)行程序，同樣能夠直接生成監(jiān)控系統(tǒng)．組態(tài)軟件支撐環(huán)境特點(diǎn)該組態(tài)軟件采用Delphi4.0作為開發(fā)語(yǔ)言.Delphi以其面向?qū)ο蟮拈_發(fā)方法、可視化的開發(fā)環(huán)境、強(qiáng)大數(shù)據(jù)庫(kù)的支持及與Windows緊密結(jié)合的特點(diǎn)，使用戶能夠方便地開發(fā)基于WindOW平臺(tái)的應(yīng)用程序.Delphi提供了許多面向?qū)ο蟮慕Y(jié)構(gòu)化組件，用戶能夠方便快捷地生成應(yīng)用程序.用Delphi還內(nèi)置了數(shù)據(jù)庫(kù)引擎(BDE),用戶能夠?qū)Ω鞣NBDE支持的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存取.關(guān)鍵技術(shù)4.1功能模塊的參數(shù)配置代表功能模塊的圖標(biāo)和圖標(biāo)間的連線構(gòu)成了控制系統(tǒng)的控制策略.當(dāng)運(yùn)行控制策略進(jìn)行監(jiān)控時(shí)，首先分析組態(tài)庫(kù)連線信息，確定出各模塊的運(yùn)行次序；然后根據(jù)模塊的運(yùn)行次序運(yùn)行處理程序，依次調(diào)用與其對(duì)應(yīng)的控制算法，同時(shí)結(jié)合其參數(shù)配置信息實(shí)現(xiàn)控制策略的運(yùn)行.因此，功能模塊的參數(shù)配置是控制策略運(yùn)行的關(guān)鍵.以PID控制模塊為例，說(shuō)明其參數(shù)配置對(duì)控制的影響.PID控制即為比例(P),積分(I),微分(D)控制，它對(duì)被控量與設(shè)定值的偏差進(jìn)行控制，目的是使偏差逐漸趨向于零，從而實(shí)現(xiàn)較好的控制效果.用戶通過(guò)對(duì)PID參數(shù)的配置，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)反饋模塊的比例、積分、微分控制，其中算法參數(shù)指PID控制模塊對(duì)應(yīng)的算法，該算法根據(jù)參數(shù)P,互，D的值實(shí)現(xiàn)控制.在該組態(tài)軟件中各功能模塊均對(duì)應(yīng)一個(gè)參數(shù)對(duì)話框，功能模塊利用對(duì)話框中配置的參數(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、處理、控制和輸出等功能.4.2控制策略的建立、保存與打開控制系統(tǒng)的控制策略決定了系統(tǒng)的控制性能和質(zhì)量，組態(tài)工程師根據(jù)控制的要求，利用策略編輯器構(gòu)建控制策略.控制策略運(yùn)行后，利用監(jiān)控畫面實(shí)時(shí)監(jiān)控.當(dāng)對(duì)組態(tài)結(jié)果不滿意時(shí)，組態(tài)工程師可以重新進(jìn)人策略編輯模塊，修改控制策略，并重新配置其參數(shù)，直至得到滿意的結(jié)果.在該組態(tài)軟件中，控制策略是通過(guò)動(dòng)態(tài)創(chuàng)建功能模塊類的對(duì)象實(shí)現(xiàn)的.組態(tài)軟件中的每個(gè)功能模塊都與一具體的圖標(biāo)相對(duì)應(yīng)，動(dòng)態(tài)創(chuàng)建功能模塊時(shí)，在策略編輯面板上，是用與之對(duì)應(yīng)的圖標(biāo)表示的.因此，可以說(shuō)控制策略實(shí)際上就是圖標(biāo)和連線的集合.在動(dòng)態(tài)創(chuàng)建功能模塊時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)地將模塊的信息寫人緩沖區(qū)中，依次下去，直至整個(gè)策略創(chuàng)建完畢.當(dāng)用戶單擊系統(tǒng)菜單的“保存”項(xiàng)時(shí)，處理程序?qū)⒕彌_區(qū)中的內(nèi)容和策略的其他信息寫入組態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，從而實(shí)現(xiàn)了控制策略的建立與保存.如果用戶想調(diào)出某個(gè)策略進(jìn)行修改，可以通過(guò)單擊系統(tǒng)菜單的“打開”項(xiàng)實(shí)現(xiàn).該菜單項(xiàng)的處理程序根據(jù)要打開策略的策略名，對(duì)組態(tài)庫(kù)的相應(yīng)記錄進(jìn)行操作，利用組態(tài)庫(kù)動(dòng)態(tài)生成控制策略.4.3組態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)為了便于保存和打開控制策略，引人了組態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)這一概念.通過(guò)對(duì)組態(tài)信息的分析，對(duì)組態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行了功能上的劃分，分為模塊屬性庫(kù)(Object_info.db)，模塊參數(shù)庫(kù)(ai_parameter.db,ao_parameter.db和pid_parameter.db等)，連線信息庫(kù)(line_info.db),顯示信息庫(kù)(display_info.db),策略信息庫(kù)(strategy_info.db)和策略索引庫(kù)(straegy_index.db)等.每個(gè)功能模塊對(duì)應(yīng)一個(gè)模塊屬性庫(kù)，存儲(chǔ)功能模塊自身的一些屬性,如height,width,clickeven等屬性,這些信息可以用于打開策略時(shí)功能模塊的動(dòng)態(tài)創(chuàng)建.模塊參數(shù)庫(kù)存儲(chǔ)每個(gè)控制策略功能模塊的參數(shù)配置信息，包括輸人參數(shù)，輸出參數(shù)，控制參數(shù)和控制算法等.連線信息庫(kù)存儲(chǔ)每個(gè)控制策略中各模塊之間的連線關(guān)系，當(dāng)策略運(yùn)行時(shí)用于確定各模塊之間的執(zhí)行順序.顯示信息庫(kù)存儲(chǔ)顯示組件的信息，用于生成控制系統(tǒng)的監(jiān)控畫面.策略信息庫(kù)和策略索引庫(kù)用于策略信息的存儲(chǔ)和查找.當(dāng)保存控制策略時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)將控制策略各模塊和連線的信息存人組態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)動(dòng)態(tài)生成索引庫(kù).當(dāng)打開控制策略時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)對(duì)組態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)的調(diào)用，動(dòng)態(tài)地創(chuàng)建控制策略的各個(gè)功能模塊，同時(shí)填寫每個(gè)模塊的參數(shù)配置信息，從而實(shí)現(xiàn)控制策略的打開功能.參考文獻(xiàn)：余人杰?計(jì)算機(jī)控制技術(shù)［M］.西安：西安交通大學(xué)出版社，1989,20—100.肖攸安，田忠和.工業(yè)控制組態(tài)集成軟件的開發(fā)［J］.武漢交通科技大學(xué)學(xué)報(bào)，1992,21(2)：226—229.引楊晨，鐘晶亮，常濤.分布式控制系統(tǒng)可視化組態(tài)仿真軟件開發(fā)［J］系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，1999,11(4)：261—264.DesignandrealizationmethodOftheconfigurationsoftware(,DaqingPetroleumInstitute,Anha,Heilongjianganda,China)Mt:Thedesignideaandrealizationtechnologyoftheindustrialconfigurationsoftwareisintroduced,thecomposingpartsandbasicfunctionoftheconfigurationsoftwaresystemarediscussed.ThesoftwareusesDelphi4.0asdevelopinglanguageandthesystemhastheleave-lineconfigurationfunction,itcanrealizedirectcontrolstrategyaccordingtoconfig