工業(yè)組態(tài)結(jié)課論文

1、工業(yè)控制組態(tài)軟件及應(yīng)用學(xué)習(xí)總結(jié)課程名稱_工業(yè)控制組態(tài)軟件及應(yīng)用 學(xué) 院_ 機械與控制工程學(xué)院 專業(yè)班級_ 學(xué) 號 姓 名 _ 指導(dǎo)老師_ _2012 年 11 月 29日工業(yè)控制組態(tài)軟件及應(yīng)用學(xué)習(xí)總結(jié)1、組態(tài)的概念組態(tài)（Configuration）的意思就是多種工具模塊的任意組合，它是從DCS發(fā)展而來的。它的含義是使用工具軟件對計算機及軟件的各種資源進行配置，使計算機或軟件按照預(yù)先設(shè)置的指令，自動執(zhí)行指定任務(wù)，滿足使用者的要求。最初的組態(tài)軟件主要解決人機圖形界面的問題。20世紀80年代時，世界上第一個商品化監(jiān)控組態(tài)軟件是由美國的Wonderware公司研制的Intouch，隨后又出現(xiàn)了Inte

2、llution 公司的FIX系統(tǒng)，通用電氣的Cimplicity, 以及德國西門子的WinCC等；在國內(nèi)主要有亞控公司的KingView組態(tài)王，昆侖公司的MCGS，三維公司的力控，太力公司的Synall等組態(tài)軟件?，F(xiàn)場總線技術(shù)的成熟更加促進了組態(tài)軟件的應(yīng)用。因為現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具備OSI協(xié)議，因此可以認為它與普通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有相同的屬性，這為組態(tài)軟件的發(fā)展提供了更多機遇。組態(tài)軟件的發(fā)展方向之一是能夠兼容多操作系統(tǒng)平臺.隨著UNIX、LINIX操作系統(tǒng)越來越多的被公司采用作為主機操作系統(tǒng)，可移植性成為組態(tài)軟件的主要發(fā)展方向。2、組態(tài)軟件的特點組態(tài)軟件具有實時多任務(wù)、接口開放、使用靈活、運行可靠的

3、特點。其中最突出的特點是它的實時多任務(wù)性，可以在一臺計算機上同時完成數(shù)據(jù)采集，信號數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)圖形顯示，可以實現(xiàn)人機對話，實時數(shù)據(jù)的存儲、歷史數(shù)據(jù)的查詢，實時通訊等多個任務(wù)。 組態(tài)軟件的使用者是自動化工程設(shè)計人員，組態(tài)軟件可以使使用者在生成適合自己需要的應(yīng)用系統(tǒng)時不需要修改軟件程序的源代碼。下面是組態(tài)軟件主要解決的問題： (1)如何與現(xiàn)場設(shè)備之間進行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)交換。(2)將采集到的數(shù)據(jù)與上位機圖形界面的相關(guān)部分連接。(3)實時數(shù)據(jù)的在線監(jiān)測。(4)數(shù)據(jù)報警界限和系統(tǒng)報警。(5)實時數(shù)據(jù)的存儲、歷史數(shù)據(jù)的查詢。(6)各類報表的生成和打印輸出。(7)應(yīng)用系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。(8)擁有良好的與第

4、三方程序的接口，方便數(shù)據(jù)共享。 自動化工程設(shè)計技術(shù)人員在組態(tài)軟件中只需填寫一些事先設(shè)計的表格，再利用圖形功能把被控對象（如反應(yīng)罐、溫度計、鍋爐、趨勢曲線、報表等）形象地畫出來，通過內(nèi)部數(shù)據(jù)連接把被控對象的屬性與I/O設(shè)備的實時數(shù)據(jù)進行邏輯連接。當由組態(tài)軟件生成的應(yīng)用系統(tǒng)投入運行后，與被控對象相連的I/O設(shè)備數(shù)據(jù)發(fā)生變化后直接會帶動被控對象的屬性發(fā)生變化。若要對應(yīng)用系統(tǒng)進行修改，也十分方便，這就是組態(tài)軟件的方便性。從以上可以看出，組態(tài)軟件具有實時多任務(wù)、接口開放、使用靈活、功能多樣、運行可靠的特點。3、組態(tài)軟件的設(shè)計思想在單任務(wù)操作系統(tǒng)環(huán)境下（例如MS-DOS），要想讓組態(tài)軟件具有很強的實時性，

5、就必須利用中斷技術(shù)，這種環(huán)境下的開發(fā)工具較簡單，軟件編制難度大，目前運行于MS-DOS環(huán)境下的組態(tài)軟件基本上已退出市場。在多任務(wù)環(huán)境下，由于操作系統(tǒng)直接支持多任務(wù)，組態(tài)軟件的性能得到了全面加強。因此組態(tài)軟件一般都由若干組件構(gòu)成，而且組件的數(shù)量在不斷增長，功能不斷加強。各組態(tài)軟件普遍使用了“面向?qū)ο蟆保?Object Oriental) 的編程和設(shè)計方法，使軟件更加易于學(xué)習(xí)和掌握，功能也更強大。一般的組態(tài)軟件都由下列組件組成：圖形界面系統(tǒng)、實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、第三方程序接口組件、控制功能組件。下面將分別討論每一類組件的設(shè)計思想。在圖形畫面生成方面，構(gòu)成現(xiàn)場各過程圖形的畫面被劃分成幾類簡單的對象：線、

6、填充形狀和文本。每個簡單的對象均有影響其外觀的屬性。對象的基本屬性包括：線的顏色、填充顏色、高度、寬度、取向、位置移動等。這些屬性可以是靜態(tài)的，也可以是動態(tài)的。靜態(tài)屬性在系統(tǒng)投入運行后保持不變，與原來組態(tài)時一致。而動態(tài)屬性則與表達式的值有關(guān)，表達式可以是來自I/O設(shè)備的變量，也可以是由變量和運算符組成的數(shù)學(xué)表達式。這種對象的動態(tài)屬性隨表達式值的變化而實時改變。例如，用一個矩形填充體模擬現(xiàn)場的液位，在組態(tài)這個矩形的填充屬性時，指定代表液位的工位號名稱、液位的上、下限及對應(yīng)的填充高度，就完成了液位的圖形組態(tài)。這個組態(tài)過程通常叫做動畫連接。在圖形界面上還具備報警通知及確認、報表組態(tài)及打印、歷史數(shù)據(jù)查

7、詢與顯示等功能，各種報警、報表、趨勢都是動畫連接的對象，其數(shù)據(jù)源都可以通過組態(tài)來指定，這樣每個畫面的內(nèi)容就可以根據(jù)實際情況由工程技術(shù)人員靈活設(shè)計，每幅畫面中的對象數(shù)量均不受限制。在圖形界面中，各類組態(tài)軟件普遍提供了一種類Basic語言的編程工具腳本語言來擴充其功能。用腳本語言編寫的程序段可由事件驅(qū)動或周期性地執(zhí)行，是與對象密切相關(guān)的，例如，當按下某個按鈕時可指定執(zhí)行一段腳本語言程序，完成特定的控制功能，也可以指定當某一變量的值變化到關(guān)鍵值以下時，馬上起動一段腳本語言程序完成特定的控制功能?？刂乒δ芙M件以基于PC的策略編輯/生成組件（也有人稱之為軟邏輯或軟PLC）為代表，是組態(tài)軟件的主要組成部分

8、，雖然腳本語言程序可以完成一些控制功能，但還是不很直觀，對于用慣了梯形圖或其它標準編程語言的自動化工程師來說簡直是太不方便了，因此目前的多數(shù)組態(tài)軟件都提供了基于IEC1131-3標準的策略編輯/生成控制組件，它也是面向?qū)ο蟮?，但不唯一地由事件觸發(fā)，它象PLC中的梯形圖一樣按照順序周期地執(zhí)行。策略編輯/生成組件在基于PC和現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)中是大有可為的，可以大幅度地降低成本。實時數(shù)據(jù)庫是更為重要的一個組件，因為 PC的處理能力太強了，因此實數(shù)據(jù)庫更加充分地表現(xiàn)出了組態(tài)軟件的長處。實時數(shù)據(jù)庫可以存儲每個工藝點的多年數(shù)據(jù)，用戶既可瀏覽工廠當前的生產(chǎn)情況，也可回顧過去的生產(chǎn)情況，可以說，實時數(shù)據(jù)庫對

9、于工廠來說就如同飛機上的“黑匣子”。工廠的歷史數(shù)據(jù)是很有價值的，實時數(shù)據(jù)庫具備數(shù)據(jù)檔案管理功能，工廠的實踐告訴我們：現(xiàn)在很難知道將來進行分析時哪些數(shù)據(jù)是必須的，因此，保存所有的數(shù)據(jù)是防止丟失信息的最好的方法。通訊及第三方程序接口組件是開放系統(tǒng)的標志，是組態(tài)軟件與第三方程序交互及實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)訪問的重要手段之一，它有下面幾個主要作用：1.用于雙機冗余系統(tǒng)中，主機從機間的通訊。2.用于構(gòu)建分布式HMI/SCADA應(yīng)用時多機間的通訊。3.在基于Internet或Browser/Server(B/S)應(yīng)用中實現(xiàn)通訊功能。通訊組件中有的功能是一個獨立的程序，可單獨使用，有的被“綁定”在其它程序當中，不被“

10、顯式”地使用。4、使用組態(tài)軟件的一般步驟1. 將所有I/O點的參數(shù)收集齊全，并填寫表格，以備在監(jiān)控組態(tài)軟件和PLC上組態(tài)時使用。2. 搞清楚所使用的I/O設(shè)備的生產(chǎn)商、種類、型號，使用的通訊接口類型、采用的通訊協(xié)議，以便在定義I/O設(shè)備時做出準確選擇。3. 將所有I/O點的I/O標識收集齊全，并填寫表格，I/O標識是唯一地確定一個I/O點的關(guān)鍵字，組態(tài)軟件通過向I/O設(shè)備發(fā)出I/O標識來請求其對應(yīng)的數(shù)據(jù)。在大多數(shù)情況下I/O標識是I/O點的地址或位號名稱。4. 根據(jù)工藝或P&I圖，繪制設(shè)計畫面結(jié)構(gòu)和畫面草圖。5. 按照第一步統(tǒng)計出的表格，建立實時數(shù)據(jù)庫，正確組態(tài)各種變量參數(shù)。6. 根據(jù)第一步和

11、第三步的統(tǒng)計結(jié)果，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(yīng)關(guān)系，即定義數(shù)據(jù)連接。7. 根據(jù)第四步的畫面結(jié)構(gòu)和畫面草圖，組態(tài)每一幅靜態(tài)的操作畫面（主要是繪圖）。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(guān)系，規(guī)定動畫屬性和幅度。9. 對組態(tài)內(nèi)容進行分段和總體調(diào)試。10.系統(tǒng)投入運行。5、組態(tài)軟件的前景1、監(jiān)控組態(tài)軟件是工業(yè)應(yīng)用軟件的一個組成部分，其發(fā)展受到很多因素的制約，歸根結(jié)底，用戶的需求對其發(fā)展起著最為關(guān)鍵的推動作用。 需求是推動其發(fā)展的源動力，觸摸屏人機界面的快速發(fā)展有力地證明了這一點。組態(tài)軟件市場的崛起不僅為最終用戶節(jié)省了系統(tǒng)投資，同時也為用戶解決了實際問題?，F(xiàn)

12、在用戶購買組態(tài)軟件雖然也需要一定的投資，但是和以前相比，投資額卻大大降低了。使用組態(tài)軟件，用戶可以做到花少量的錢，做成大事情。 中國的現(xiàn)代化建設(shè)正處于上升期，新項目的上馬、基礎(chǔ)設(shè)施的改造大量需要組態(tài)軟件；另一方面，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造、原有系統(tǒng)的升級和擴容也需要組態(tài)軟件的支撐。 社會信息化的加速是組態(tài)軟件市場增長的強大推動力，隨著經(jīng)濟發(fā)展水平的提升，信息化社會將為組態(tài)軟件帶來更多的市場機會。 未來的傳感器、數(shù)據(jù)采集裝置、控制器的智能化程度越來越高，實時數(shù)據(jù)瀏覽和管理的需求日益高漲，有的用戶甚至要求在自己的辦公室里監(jiān)督定貨的加工制造過程。有的裝置直接內(nèi)嵌Web Server，通過以太網(wǎng)就可以直接訪問過

13、程實時數(shù)據(jù)。即使這樣，也不能認為不再需要組態(tài)軟件了。 用戶要求的多樣化，決定了不可能有哪一種產(chǎn)品能囊括全部用戶的所有要求，直接用戶對監(jiān)控系統(tǒng)人機界面的需求不可能固定為單一的模式，因此直接用戶的監(jiān)控系統(tǒng)是始終需要“組態(tài)”和“定制”的。這就導(dǎo)致監(jiān)控組態(tài)軟件不可能退出市場。 由于類似OPC這樣的組織的出現(xiàn)，以及現(xiàn)場總線、尤其是工業(yè)以太網(wǎng)的快速發(fā)展，大大簡化了異種設(shè)備間互連、開發(fā)I/O設(shè)備驅(qū)動軟件的工作量。I/O驅(qū)動軟件也逐漸會朝標準化的方向發(fā)展。2、監(jiān)控組態(tài)軟件功能的變遷。監(jiān)控組態(tài)軟件正在由單一的人機界面朝數(shù)據(jù)處理機方向發(fā)展。管理的數(shù)據(jù)量越來越大。最早的組態(tài)軟件用來支撐自動化系統(tǒng)的硬件，硬件系統(tǒng)如果

14、沒有組態(tài)軟件的支撐就很難發(fā)揮作用，甚至不能正常工作?，F(xiàn)在的情況有了很大改觀，一方面軟件部分地與硬件發(fā)生分離，大部分自動化系統(tǒng)的硬件和軟件不是由同一個廠商供應(yīng)，這樣就為自動化軟件的發(fā)展提供了可以充分發(fā)揮作用的舞臺。 實時數(shù)據(jù)庫的作用將進一步加強，實時數(shù)據(jù)庫存儲和檢索的是連續(xù)變化的過程數(shù)據(jù)，在計算機處理能力日益提高的今天，實時數(shù)據(jù)庫的性能和處理能力有了明顯提高，也日益受到用戶的重視?，F(xiàn)在越來越多的用戶通過實時數(shù)據(jù)庫來分析生產(chǎn)情況、匯總和統(tǒng)計生產(chǎn)數(shù)據(jù)，作為指揮、決策的依據(jù)。在很多組態(tài)軟件中，實時數(shù)據(jù)庫已經(jīng)作為獨立的商品單獨出售，三維力控、Intellution、Wonderware都在宣傳各自的實時

15、數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品。在數(shù)據(jù)處理量大、歷史數(shù)據(jù)存儲時間較長(超過半年)的應(yīng)用中，實時數(shù)據(jù)庫具有不可比擬的優(yōu)勢。以存儲200個過程歷史數(shù)據(jù)的應(yīng)用為例，如果使用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，假設(shè)采樣時間是1s，半年的歷史數(shù)據(jù)將占用31.54億個記錄，其數(shù)據(jù)檢索速度顯然是實時應(yīng)用所無法忍受的。 在最終用戶的眼里，組態(tài)軟件在一個自動化系統(tǒng)中發(fā)揮的作用逐漸增大，有的系統(tǒng)甚至根本就不能缺少組態(tài)軟件，尤其是遠程監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集應(yīng)用。其中的主要原因是軟件的功能強大，用戶也存在普遍的需求，廣大用戶在廠家強大的宣傳攻勢面前逐漸認清了軟件的價值所在。 3、關(guān)于嵌入式應(yīng)用。嵌入式應(yīng)用是組態(tài)軟件的一個重要發(fā)展方向，但是我們應(yīng)該學(xué)習(xí)以商務(wù)通為代表的

16、掌上電腦的發(fā)展模式，也就是說產(chǎn)品應(yīng)該以用戶為中心，要滿足用戶的某種需要，沒有必要非讓用戶知道該產(chǎn)品是否嵌入了軟件。 嵌入式組態(tài)軟件以一定形式的硬件為載體是十分必要的，使用者是不會特意去了解其中嵌入的是何種操作系統(tǒng)的。目前有很多工控產(chǎn)品在采用嵌入式模式，例如帶圖形顯示界面的控制器、無紙記錄儀、觸摸屏等。嵌入式組態(tài)軟件的發(fā)展一定要以PC 機的CPU(尤其是Intel CPU)為對象，如果能夠彌補老式嵌入式產(chǎn)品在性能上的不足，將會有很大的成長空間。 在過去的10年間，工業(yè)PC及其相關(guān)的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控系統(tǒng)硬件的銷售額一直保持高速增長。工業(yè)PC的成長是因為軟件開發(fā)工具豐富，比較容易上手，而用戶接受工業(yè)P

17、C的主要原因是一次性硬件成本的降低，但是后續(xù)的維護和升級費用明顯高昂，經(jīng)常帶來一些間接損失?；谇度胧浇M態(tài)軟件的工控產(chǎn)品可以有效地解決工業(yè)PC監(jiān)控系統(tǒng)的工作效率低、維護和升級難等問題，使工業(yè)PC監(jiān)控系統(tǒng)大踏步地走入自動化系統(tǒng)的高端市場。 4、用戶對監(jiān)控組態(tài)軟件的需求變化分析。專用系統(tǒng)所占比例日益提高。組態(tài)軟件的靈活程度和使用效率是一對矛盾，雖然組態(tài)軟件提供了很多靈活的技術(shù)手段，但是在多數(shù)情況下，用戶只使用其中的一小部分，而使用方法的復(fù)雜化又給用戶熟悉和掌握軟件帶來了很多不必要的麻煩。這也是目前仍然有很多用戶還在自己用VB編寫自動化監(jiān)控系統(tǒng)程序的主要原因。在某些應(yīng)用領(lǐng)域，自動監(jiān)控系統(tǒng)的目標及其特

18、性比較單一(或可枚舉，或可通過某種模板自主定義、添加、刪除與編輯)且用量較多，用戶希望能自動生成大部分自動監(jiān)控系統(tǒng)，如電梯自動監(jiān)控、動力設(shè)備監(jiān)控、鐵路信號監(jiān)控等應(yīng)用系統(tǒng)。這類應(yīng)用系統(tǒng)具有一些“傻瓜”型軟件的特征，用戶只需利用組態(tài)軟件進行一些系統(tǒng)硬件及其參數(shù)的配置，就可以自動生成某種特定模式的自動監(jiān)控系統(tǒng)；如果用戶對自動生成的監(jiān)控系統(tǒng)的圖形界面不滿意，還可以進行任意修改和編輯，這樣既滿足了用戶對簡便性的要求，又同時配備比較完善的編輯工具。 組態(tài)軟件應(yīng)向更多的應(yīng)用領(lǐng)域拓展和滲透。目前的組態(tài)軟件均產(chǎn)生于過程工業(yè)自動化，很多功能沒有考慮其他應(yīng)用領(lǐng)域的需求，例如化驗分析(色譜儀、紅外儀等，包括在線分析)

19、、虛擬儀器(例如LabVIEW的口號是The Software is the Instrument)、測試(如測井、機械性能試驗、碰撞試驗等的數(shù)據(jù)記錄與回放等)、信號處理(如記錄和顯示輪船的航行數(shù)據(jù)：雷達信號、GPS數(shù)據(jù)、舵角、風(fēng)速等)等。這些領(lǐng)域大量地使用實時數(shù)據(jù)處理軟件，而且需要人機界面，但是由于現(xiàn)有組態(tài)軟件為這些應(yīng)用領(lǐng)域考慮得太少，不能充分滿足系統(tǒng)的要求，因而目前這些領(lǐng)域仍然是專用軟件占統(tǒng)治地位。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，組態(tài)軟件應(yīng)該更多地總結(jié)這些領(lǐng)域的需求，設(shè)計出符合應(yīng)用要求的開發(fā)工具，更好地滿足其對軟件的需求，進一步減少自動測試、數(shù)據(jù)分析方面的軟件成本，提高系統(tǒng)的開放程度。5、關(guān)于我

20、國監(jiān)控組態(tài)軟件及影響其發(fā)展的因素。我國以組態(tài)王、力控為代表的監(jiān)控組態(tài)軟件已取得了優(yōu)良的業(yè)績，但是由于不斷有新的企業(yè)進入，行業(yè)缺乏領(lǐng)導(dǎo)者，導(dǎo)致競爭不斷加劇，甚至?xí)霈F(xiàn)過度競爭。在這種情況下，企業(yè)內(nèi)在機制、規(guī)模、服務(wù)體系建設(shè)、科研開發(fā)的資金投入量、軟件質(zhì)量保證體系的建設(shè)等都將直接決定企業(yè)未來的命運。 軟件質(zhì)量是影響產(chǎn)品發(fā)展的主要因素，受多方面因素的制約。建立完善的軟件開發(fā)質(zhì)量保證體系，同時讓開發(fā)人員參與利益分配以穩(wěn)定開發(fā)隊伍，是當前每個企業(yè)都必須正視的最大質(zhì)量問題。 組態(tài)軟件進入控制領(lǐng)域之初是頗受懷疑的，在其發(fā)展過程中也經(jīng)歷過坎坷，現(xiàn)在用戶已能接受它。國內(nèi)組態(tài)軟件是在借鑒國際同類產(chǎn)品的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，起點明顯比國外高，