第一部分 組態(tài)監(jiān)控軟件概論

1、郵箱：郵箱：電話：電話：137 280 18 580第一部分組態(tài)監(jiān)控軟件技術(shù)概論內(nèi)容提要本部分介紹計算機控制系統(tǒng)的基本組成和分類，采用組態(tài)控制技術(shù)的計算機控制系統(tǒng)和一般計算機控制系統(tǒng)的異同以及常用組態(tài)控制產(chǎn)品。0.1 計算機控制系統(tǒng)計算機控制就是用計算機控制某種設(shè)備使其按照要求工作。人們熟知的機器人就是在計算機的控制下工作的，工廠自動化生產(chǎn)線、家用電器中也普遍使用計算機控制。利用計算機控制各種設(shè)備，是電氣工程師和技術(shù)人員的一項基本工作。 計算機在實現(xiàn)其控制功能的時候往往還需要一些設(shè)備的配合，這些設(shè)備與計算機、被控設(shè)備一起統(tǒng)稱為計算機控制系統(tǒng)。先導(dǎo)知識學(xué)習(xí)0.1.1 人是如何對設(shè)備進行控制的？

2、現(xiàn)在通過水罐水位控制實例說明人工控制的方法與過程。對于圖0.1水罐，通常采用以下方法：先導(dǎo)知識學(xué)習(xí)圖0.1 水罐對象（1）觀察水位用眼睛。（2）判斷與計算：將實際水位和期望的水位進行比較，根據(jù)差值先判斷需要開大還是關(guān)小進水閥門，再根據(jù)差值估計進水閥開度的改變量用大腦。（3）行動：改變閥門開度用手。（4）重復(fù)步驟（1）（3），直到水位達到期望范圍。0.1.2 自動控制系統(tǒng)的組成如果用水位變送器代替人眼，用電動調(diào)節(jié)器代替人腦、用電動調(diào)節(jié)閥代替人手，用給定器輸入水位給定值，就構(gòu)成了一個水位自動控制系統(tǒng)，如圖0.2所示。圖0.2 水位自動控制系統(tǒng)先導(dǎo)知識學(xué)習(xí)在該系統(tǒng)中，水位變送器不斷地檢測水位，并將其

3、轉(zhuǎn)換成電流信號送給電動調(diào)節(jié)器，電動調(diào)節(jié)器像人腦一樣接收水位信號和水位給定信號，將兩者進行比較，根據(jù)偏差計算出給水調(diào)節(jié)閥門的開度，并將開度信號以電流形式送給電動調(diào)節(jié)閥門，電動調(diào)節(jié)閥門根據(jù)電流大小改變給水閥門開度，調(diào)節(jié)給水流量，從而達到控制水位的目的。由水位自動控制系統(tǒng)，我們引出了一般自動控制系統(tǒng)的典型組成結(jié)構(gòu)，如圖0.3所示。圖0.3 一般自動控制系統(tǒng)方框圖1先導(dǎo)知識學(xué)習(xí)有時候，也將一般自動控制系統(tǒng)的方框圖畫成圖0.4，其中 符號代表偏差計算。偏差給定值-測量值圖0.4 一般自動控制系統(tǒng)方框圖2先導(dǎo)知識學(xué)習(xí)圖0.3或圖0.4所示構(gòu)成的自動控制系統(tǒng)也稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本工作過程是：

4、當(dāng)發(fā)生干擾時，被控參數(shù)偏離給定值，通過檢測器，控制器能“感知”生產(chǎn)進行的情況，并根據(jù)參數(shù)實際值與設(shè)定值的偏差，按照一定的控制算法發(fā)出控制信號。 通過執(zhí)行器，控制器的控制信號被轉(zhuǎn)換成物料量或能量的變化，抵消了干擾對被控參數(shù)造成的影響，從而使被控參數(shù)穩(wěn)定在規(guī)定范圍。先導(dǎo)知識學(xué)習(xí)有時候，一個自動控制系統(tǒng)也可以不要檢測器，這樣的系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)的組成框圖如圖0.5所示。圖0.5 開環(huán)控制系統(tǒng)方框圖 開環(huán)控制用在不需要精確控制被控參數(shù)，或被控對象受到的干擾較少，被控參數(shù)不經(jīng)常波動等情況下。先導(dǎo)知識學(xué)習(xí)0.1.3 計算機控制系統(tǒng)的組成計算機控制系統(tǒng)的控制器全部采用計算機。而一般自動控制系

5、統(tǒng)的控制器則形式多樣，可能是由繼電器、接觸器構(gòu)成的一個電路，可能是一塊獨立的儀表，也可能是某種機械裝置。先導(dǎo)知識學(xué)習(xí)計算機控制系統(tǒng)的組成框圖如圖0.7所示。與一般自動控制系統(tǒng)相比，還有一個主要的不同，它增加了輸入接口（the Input Interface）和輸出接口（the Output Interface）。輸入接口的主要作用是將檢測環(huán)節(jié)的輸入信號（通常為電信號）轉(zhuǎn)換為計算機能夠接收的數(shù)字信號；輸出接口的主要作用是將計算機輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為電信號輸出給執(zhí)行器。先導(dǎo)知識學(xué)習(xí)圖0.7 一般計算機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成0.2 計算機控制系統(tǒng)中使用的計算機0.2.1 0.2.1 計算機控制系統(tǒng)中使用

6、計算機的種類經(jīng)常使用的計算機主要有三種：IPC、PLC、MCU。IPC稱為工業(yè)控制計算機或工業(yè)PC機。它與普通的PC 相比，具有抗干擾性強，穩(wěn)定性和可靠性好，防護性能好，運行速度快，存儲容量可高可低，裝備應(yīng)用軟件少，可組合性好等優(yōu)點。PLC是一種專門用于工業(yè)控制的計算機，在外觀上和使用方法上與PC機完全不同。圖0.9所示是兩種PLC的外觀。圖0.9 PLC外觀先導(dǎo)知識學(xué)習(xí) MCU是微控制器，也稱為單片機。它是一種可用于工業(yè)控制也可用于家用電器、辦公設(shè)備、實驗室測量等多領(lǐng)域的微型計算機芯片。圖0.10所示是兩種單片機芯片的外觀。圖0.10 兩種單片機芯片先導(dǎo)知識學(xué)習(xí)0.2.2 IPC、PLC、M

7、CU系統(tǒng)性能特點比較先導(dǎo)知識學(xué)習(xí)0.3 組態(tài)控制技術(shù)0.3.1 計算機控制系統(tǒng)中組態(tài)技術(shù)的兩個層面1組態(tài)的本來含義組態(tài)（Configuration）的意思就是模塊的任意組合。2計算機控制系統(tǒng)中組態(tài)的兩個層面-硬件組態(tài)和軟件組態(tài) 所謂硬件組態(tài)，是指系統(tǒng)大量選用各種專業(yè)設(shè)備生產(chǎn)廠家提供的成熟通用的硬件設(shè)備，通過對這些設(shè)備的簡單組合與連接實現(xiàn)自動控制系統(tǒng)。先導(dǎo)知識學(xué)習(xí) 這些通用設(shè)備包括控制器（IPC、PLC和以MCU為核心的各種控制器）、各種檢測設(shè)備（傳感器和變送器）、各種執(zhí)行設(shè)備（電磁閥、氣缸、電動機等）、各種命令輸入設(shè)備（按鈕、給定設(shè)備），還有各種I/O接口設(shè)備。 這些通用設(shè)備一般都做成具有標(biāo)準(zhǔn)

8、尺寸和標(biāo)準(zhǔn)信號輸出的模板或模塊，它們就像積木一樣，可以根據(jù)需要組合在一起。所謂軟件組態(tài)就是利用專業(yè)軟件公司提供的工控軟件進行系統(tǒng)程序設(shè)計。這些軟件提供了大量工具包供設(shè)計者組合使用，因此被稱為組態(tài)軟件。利用組態(tài)軟件工程技術(shù)人員可以方便地進行監(jiān)控畫面制作和程序編制。0.3.2 采用組態(tài)技術(shù)的計算機控制系統(tǒng)的優(yōu)越性采用硬件組態(tài)和軟件組態(tài)的方式構(gòu)成控制系統(tǒng)有以下優(yōu)越性：（1）開發(fā)周期短。（2）系統(tǒng)可靠性高。（3）對工程技術(shù)人員的要求不高，便于推廣。（4）構(gòu)成的系統(tǒng)通用性強，便于維護。先導(dǎo)知識學(xué)習(xí)0.4 計算機控制系統(tǒng)有哪些形式？0.4.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能與結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也稱為DASData Ac

9、quisition System。其結(jié)構(gòu)如圖0.12所示。被控對象中待檢測的各種模擬量和開關(guān)量通過傳感器和變送器，分別經(jīng)模擬量和開關(guān)量輸入接口進入計算機，計算機對各信號進行采集、處理后，送顯示器、打印機、報警器等設(shè)備。圖0.12 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)先導(dǎo)知識學(xué)習(xí)DAS系統(tǒng)的特點是只進行參數(shù)檢測，不進行控制。 I/O接口只有模擬量輸入（AIAnalog Input）和開關(guān)量輸入（DIDigital Input）接口。 這種系統(tǒng)常用于早期的計算機檢測系統(tǒng)中，其優(yōu)點是可以用一臺計算機對多個參數(shù)進行巡回采集和處理，顯示界面好，便于管理。先導(dǎo)知識學(xué)習(xí)0.4.2 直接數(shù)字控制系統(tǒng)的功能與結(jié)構(gòu)直接數(shù)字控制稱為DDC

10、Direct Digital Control。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖0.13所示。 計算機對生產(chǎn)過程中的各個參數(shù)進行巡回檢測，根據(jù)檢測結(jié)果，按照一定的算法，計算出執(zhí)行器應(yīng)該的狀態(tài)（電磁閥的通與斷、調(diào)節(jié)閥的開度、電動機的啟動與停止、電動機的轉(zhuǎn)速等）。 DDC系統(tǒng)的I/O接口除了AI和DI外，還有模擬量輸出（AOAnalogOutput）接口和開關(guān)量輸出（DODigital Output）接口。圖0.13 直接數(shù)字控制系統(tǒng)先導(dǎo)知識學(xué)習(xí)DDC控制是真正的計算機控制系統(tǒng)，與DAS相比，其特點是既檢測，也控制。由于控制算法用程序編制，可以實現(xiàn)繼電器和儀表不能實現(xiàn)的許多功能。DDC適用于控制回路較少的場合。先導(dǎo)知

11、識學(xué)習(xí)0.4.3 集散控制系統(tǒng)的功能與結(jié)構(gòu)集散式控制系統(tǒng)也稱為分布式控制系統(tǒng)，簡稱DCSDistributed Control System。集散式控制系統(tǒng)的規(guī)模可大可小，可以只有兩級（稱下位機和上位機），也可以多級。典型的三級結(jié)構(gòu)為過程控制級、控制管理級和生產(chǎn)管理級，如圖0.14所示。先導(dǎo)知識學(xué)習(xí)集散式控制常用于較大規(guī)模的控制系統(tǒng)中，可以很好地解決DDC系統(tǒng)可靠性和統(tǒng)籌性的矛盾。其總體思想是分散控制，集中管理，即用幾臺計算機分別控制若干個回路，再用一臺計算機與這些計算機進行通信，了解各個計算機的工作情況，根據(jù)需要向它們發(fā)出不同命令。先導(dǎo)知識學(xué)習(xí)圖0.14 DCS系統(tǒng)的組成 過程控制級由各控制

12、站組成，控制站可以是DAS，也可以是DDC，用來進行生產(chǎn)的前沿檢測與控制。 控制管理級由工程師站、操作員站、數(shù)據(jù)記錄檢索站等組成，供工程師進行程序調(diào)試；操作員進行生產(chǎn)監(jiān)控、手動操作、報表打印、數(shù)據(jù)查詢等。 生產(chǎn)管理級由生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)組成，可進行生產(chǎn)情況匯總與調(diào)度。先導(dǎo)知識學(xué)習(xí)先導(dǎo)知識學(xué)習(xí)DDC系統(tǒng)不足： DDC系統(tǒng)中計算機與計算機之間的通信采用數(shù)字信號通過網(wǎng)絡(luò)連接。 但現(xiàn)場傳感器、變送器、執(zhí)行器仍使用模擬信號。 每個傳感器、變送器或執(zhí)行器至少有兩根信號線需要連接。當(dāng)系統(tǒng)中需要檢測和控制的參數(shù)較多時，施工工作量較大。 另一方面，模擬信號在傳輸時的抗干擾性能比較差，造成系統(tǒng)可靠性下降。0.4.4

13、 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的功能與結(jié)構(gòu)現(xiàn)場總線系統(tǒng)簡稱FCSField Control System。先導(dǎo)知識學(xué)習(xí)FCS是繼DCS之后的新一代分布式控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)首先要求現(xiàn)場變送器和執(zhí)行器能直接輸出或接收數(shù)字信號，使用時將它們“掛在”現(xiàn)場總線上，通過網(wǎng)絡(luò)與計算機相連。 現(xiàn)場總線系統(tǒng)的施工量減少了，抗干擾性能也比較高。v1.1 計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組成 v1.2 監(jiān)控組態(tài)軟件原理v1.3 組態(tài)軟件的功能和特點v1.4 當(dāng)今流行的組態(tài)軟件本部分內(nèi)容1.1 計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組成v1.1.1 計算機監(jiān)控系統(tǒng)的概念 v1.1.2 計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組成v1.1.3 計算機監(jiān)控系統(tǒng)的運行環(huán)境1.1.1 計算機監(jiān)控系統(tǒng)

14、的概念v1定義定義v 計算機監(jiān)控是利用傳感裝置將被控對象中的物理參量轉(zhuǎn)換為電量，再將這些代表實際物理參量的電量送入輸入裝置中轉(zhuǎn)換為計算機可識別的數(shù)字量，并且在計算機的顯示裝置中以數(shù)字、圖形或曲線的方式顯示出來，從而使得操作人員能夠直觀而迅速地了解被監(jiān)控對象的變化過程。v除此之外，除此之外，計算機還可以將采集到的數(shù)據(jù)儲存起來，隨時進行分析、統(tǒng)計和顯示并制作各種報表。v 如果需要還要對被監(jiān)控的對象進行控制，則由計算機的應(yīng)用軟件根據(jù)采集到的物理參量的大小和變化情況以及按照工藝要求該物理量的設(shè)定值進行判斷；然后在輸出裝置中輸出相應(yīng)的電信號，并且推動執(zhí)行裝置（如調(diào)節(jié)閥、電動機）動作從而完成相應(yīng)的控制任務(wù)

15、。v2 2計算機監(jiān)控技術(shù)是一門綜合技術(shù)計算機監(jiān)控技術(shù)是一門綜合技術(shù) 包括： 計算機技術(shù)（軟件技術(shù)、接口技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、顯示技術(shù)） 自動控制技術(shù) 自動檢測和傳感技術(shù)v3 3效益效益 經(jīng)濟效益：穩(wěn)定和優(yōu)化生產(chǎn)工藝、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低能源和原材料消耗、降低成本； 社會效益：降低勞動者的生產(chǎn)強度、提高管理水平。1.1.2 計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組成1. 計計 算算 機機2.3.4.v自動化科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的整個知識結(jié)構(gòu)框架自動化科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的整個知識結(jié)構(gòu)框架v控制系統(tǒng)各部分與相應(yīng)的知識領(lǐng)域的對應(yīng)關(guān)系控制系統(tǒng)各部分與相應(yīng)的知識領(lǐng)域的對應(yīng)關(guān)系1.1.3 計算機監(jiān)控系統(tǒng)的運行環(huán)境v計算機監(jiān)控系統(tǒng)常用軟件

16、計算機監(jiān)控系統(tǒng)常用軟件 軟件分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大部分。v 系統(tǒng)軟件包括：計算機操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、組態(tài)軟件和各種高級語言；v 而應(yīng)用軟件包括：輸入輸出信號模塊、控制模塊、邏輯控制模塊、通信模塊、報警處理模塊、數(shù)據(jù)處理模塊或數(shù)據(jù)庫、顯示模塊、打印模塊等。1.1.3 計算機監(jiān)控系統(tǒng)的運行環(huán)境v1 1計算機操作系統(tǒng)計算機操作系統(tǒng) 管理和控制計算機軟硬件資源，并且能為用戶創(chuàng)造便利的工作環(huán)境的一組計算機程序的集合。v （1）按照程序運行的調(diào)度方法，可以將操作系統(tǒng)分為以下三種類型： 順序執(zhí)行系統(tǒng)： 系統(tǒng)內(nèi)只含一個運行程序，獨占CPU時間，并按程序語句的順序執(zhí)行。如DOS操作系統(tǒng)。1.1.3 計算機監(jiān)控

17、系統(tǒng)的運行環(huán)境v分時操作系統(tǒng)： 將時間分為多個時間片。由于CPU的運行速度非?？欤脩舻牟僮魉俣群头从乘俣认鄬Ρ容^緩慢，因此，只要用戶的數(shù)目不是很多，每個用戶都會感到自己是在獨享計算機的全部資源。例如：UNIX操作系統(tǒng)。 實時操作系統(tǒng)： “同時”有多道程序在運行，每道程序都有相應(yīng)的優(yōu)先級別，程序運行時是由事件驅(qū)動的。v（2）計算機操作系統(tǒng)的功能v 進程管理 進程是關(guān)于某個數(shù)據(jù)集合的可并發(fā)的一次運行活動。 操作系統(tǒng)對進程的管理：進程的建立、終止、掛起、激活、阻塞和喚醒。 同時，操作系統(tǒng)還要為運行的程序以及相關(guān)的數(shù)據(jù)分配內(nèi)存空間，并為各進程間的通信進行管理。v作業(yè)管理 作業(yè)就是用戶為完成一次事務(wù)

18、處理而交給計算機的一項任務(wù)。 作業(yè)管理的任務(wù)，就是為方便用戶建立作業(yè)、組織調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)部資源執(zhí)行，并在完成任務(wù)后將其撤消。v存儲器管理 內(nèi)存分配、地址映射、內(nèi)存保護、內(nèi)存擴充。v設(shè)備管理 按照一定的算法分配設(shè)備；控制和實現(xiàn)輸入輸出操作，如通道程序控制、啟動設(shè)備、及時響應(yīng)及處理中斷信號；對輸入輸出緩沖區(qū)進行管理；實現(xiàn)虛擬設(shè)備技術(shù)。v文件管理 文件目錄管理、文件存儲空間管理、文件的保護與機密、文件的使用和運行。v2 2通用操作系統(tǒng)通用操作系統(tǒng)v（1）DOS操作系統(tǒng)v（2）UNIX操作系統(tǒng) 小型機、微型機 標(biāo)準(zhǔn)的UNIX是一個多用戶、多任務(wù)、交互式分時操作系統(tǒng)。就其運行的穩(wěn)定性而言，UNIX操作系統(tǒng)遠(yuǎn)

19、比Windows要高，其通信能力也遠(yuǎn)比Windows NT要強，但價格非常昂貴，通常用于大型系統(tǒng)。v（3）Linux操作系統(tǒng) UNIX的兼容產(chǎn)品，幾乎具有UNIX的優(yōu)點，同時還具有其沒有的功能。v（4）Windows NT操作系統(tǒng) 可擴充性、可移植性、可靠性、可兼容性。 Windows NT系統(tǒng)模型主要包括3個部分：客戶/服務(wù)器模型、對象模型、對稱多處理模型。 Windows NT的另一個特色是引入了“線程”的概念，“線程”是比進程更小的一個單位，它是進程內(nèi)的一個執(zhí)行單元和可調(diào)度實體。同一進程中的線程是共用一個內(nèi)存空間的。采用線程的好處是更易于實現(xiàn)并行性。v3 3實時操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng) 主要

20、特點：實時性強、可靠性高、穩(wěn)定性好。v 實時操作系統(tǒng)在任何時刻總是保證優(yōu)先級別高的任務(wù)占用CPU和其他資源，而且保證系統(tǒng)響應(yīng)的時間是可以容忍和確定的。v 系統(tǒng)對現(xiàn)場進行不間斷地監(jiān)視，一旦有事件發(fā)生，系統(tǒng)就能“實時”地做出響應(yīng)。這除了靠硬件的性能來保證之外，主要由實時操作系統(tǒng)的事件驅(qū)動方式和任務(wù)調(diào)度來決定。v實時操作系統(tǒng)主要特點：v（1）多作業(yè)環(huán)境 實時系統(tǒng)的多作業(yè)、多任務(wù)而帶來的并發(fā)性和實時性，要求操作系統(tǒng)對資源分配具有很強的控制和調(diào)度能力。 在計算機監(jiān)控系統(tǒng)中，通常可以采取設(shè)立前臺和后臺兩個作業(yè)區(qū)的方法來解決。 前臺：現(xiàn)場信號的實時采集、控制信號計算、報警響應(yīng)等；后臺：數(shù)據(jù)分析、操作員請求的

21、響應(yīng)、顯示數(shù)據(jù)及打印等，任務(wù)的優(yōu)先級相應(yīng)比較低。后臺作業(yè)的任務(wù)只是在前臺任務(wù)執(zhí)行的空隙時間執(zhí)行。v（2）任務(wù)的事件驅(qū)動 基本驅(qū)動方式：事件驅(qū)動和時間驅(qū)動。 事件驅(qū)動分為內(nèi)部事件驅(qū)動（運算結(jié)果、資源的釋放、設(shè)備請求）和外部事件驅(qū)動（檢測量輸入、操作員請求）。v（3）中斷與中斷優(yōu)先 實時操作系統(tǒng)充分利用計算機的中斷功能來改變CPU執(zhí)行程序的順序，以達到實時處理的目的。這種總是保證優(yōu)先級別最高的任務(wù)占用CPU的方式，稱為優(yōu)先級別搶占式調(diào)度。v（4）同步與異步 事件分為同步事件和異步事件。 若事件B的發(fā)生和事件A的發(fā)生有因果關(guān)系，則它們?yōu)橥绞录绞录?qū)動的任務(wù)稱為同步任務(wù)。同步任務(wù)在執(zhí)行順序上比

22、較容易協(xié)調(diào)，可以使它們以互斥的方式訪問系統(tǒng)共享資源。v 異步事件是指隨機發(fā)生的事件，它們往往與下的情況有關(guān)，由異步事件驅(qū)動的任務(wù)稱為異步任務(wù)，異步任務(wù)的優(yōu)先級別高于同步事件。v實時操作系統(tǒng)的評價指標(biāo)：任務(wù)調(diào)度機制、任務(wù)切換時間、最大中斷禁止時間、內(nèi)存開銷。v 4 4嵌入式（嵌入式（Embedded SystemEmbedded System）操作系統(tǒng)）操作系統(tǒng)v（1）嵌入式系統(tǒng)的定義：以應(yīng)用為中心和以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，關(guān)切能夠適應(yīng)宿主系統(tǒng)對其功能、可靠性、成本、體積、和功耗等多方面要求的系統(tǒng)。如ARM7、ARM9系統(tǒng)（嵌入式系統(tǒng)與其監(jiān)控的對象（宿主）是緊密地為一體的系統(tǒng)）。v（2

23、）嵌入式操作系統(tǒng)的特點 響應(yīng)快速、實時性強；結(jié)構(gòu)緊湊、易于裁剪和配置；開放性好、易于開發(fā)和嵌入。1.2 監(jiān)控組態(tài)軟件原理1.2.1 人機監(jiān)控界面系統(tǒng)的構(gòu)成UserPCPLCPumpv一般人機界面監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成如右圖所示。 操作員(User)面對PC機，PC機利用各種通訊手段與PLC建立通訊。 PC從PLC中獲得數(shù)據(jù)，并利用PC的強大圖形功能動態(tài)顯示這些數(shù)據(jù)， PLC完成對生產(chǎn)設(shè)備的控制。角色角色-用戶用戶-資源資源Role(Sysmgr)ResourceRole(Operator)ResourcePointDevicePortUser（角色）（用戶）(設(shè)備)(點)(端口)(資源)角色角色-用戶

24、用戶-資源資源v角色角色(Role)：一組使用監(jiān)控計算機的人，這一組人具有不同的操作權(quán)限v用戶用戶(User)：要使用監(jiān)控計算機的每一個人，每個用戶有自己的標(biāo)識符(User ID)及登錄密碼，用戶還可以有自己的名字(User Name)v資源資源(Resource)：由PLC控制的、被用戶所監(jiān)控的對象，這是一個抽象的概念，它可以是一條生產(chǎn)線、也可以是一臺泵v在工程結(jié)構(gòu)中，角色是讓用戶有權(quán)使用特許功能的機制，每個用戶被指定一種角色。相反地，一種角色可以分配給幾個用戶。端口端口 - 設(shè)備設(shè)備 - 點點v端口端口(Port)：計算機用來與 PLC 通訊的通訊端口，可以是串行口(COM1、COM2)，

25、也可以是計算機上的以太網(wǎng)卡、令牌環(huán)網(wǎng)卡、DDE通訊通道v設(shè)備設(shè)備(Device)：與監(jiān)控計算機通訊相連的 PLC，這些設(shè)備掛在計算機的通訊端口下v點點(Point)：監(jiān)控計算機從 PLC 中讀取的變量、或者是計算機內(nèi)存中的虛擬變量（不對應(yīng)于 PLC 中的某個變量）設(shè)備端口點(Point)1.2.2 監(jiān)控組態(tài)軟件原理v監(jiān)控組態(tài)軟件概述監(jiān)控組態(tài)軟件概述v現(xiàn)代計算機監(jiān)控系統(tǒng)的功能越來越強，除了完成基本的數(shù)據(jù)采集和控制功能外，還要完成故障診斷、數(shù)據(jù)分析、報表的形成和打印，與管理層交換數(shù)據(jù)，為操作人員提供靈活方便的人機界面。另外，隨著生產(chǎn)規(guī)模的變化，計算機接口的部件和控制部件也隨著系統(tǒng)規(guī)模的變化進行增減

26、。v近幾年來，計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件技術(shù)發(fā)展非常迅速，特別是 圖形界面技術(shù)、 面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)（Object Oriented Program，OOP）、 組件技術(shù)（Component Object Model，COM）的出現(xiàn)，使原來單調(diào)、呆板、操作麻煩的人機界面變得面目一新v1組態(tài)及組態(tài)軟件的概念組態(tài)及組態(tài)軟件的概念 v“組態(tài)”的概念最早來自英文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(yù)先設(shè)置，自動執(zhí)行待定任務(wù)，滿足使用者要求的目的。也就是通過對軟件采用非編程的操作方式非編程的操作方式，進行參數(shù)填寫、圖形連接和文件生成等，使得軟

27、件乃至整個系統(tǒng)具有某種指定的功能。v2 2組態(tài)組態(tài)二次開發(fā)二次開發(fā)監(jiān)控組態(tài)軟件監(jiān)控組態(tài)軟件 v開發(fā)商事先開發(fā)好一套具有一定通用性的軟件開發(fā)平臺，生產(chǎn)若干種規(guī)格的硬件模塊（如I/O模塊、通信模塊、控制模塊），然后，再根據(jù)用戶的要求在軟件平臺上進行二次開發(fā)以及硬件模塊的連接。這種軟件的二次開發(fā)工作就稱為“組態(tài)”，相應(yīng)的軟件開發(fā)平臺就稱為“監(jiān)控組態(tài)軟件”，簡稱“組態(tài)軟件”。v“組態(tài)”一詞既可以用做名詞也可以用做動詞。計算機監(jiān)控系統(tǒng)在完成組態(tài)之前只是一些硬件和軟件的集合體，只有通過組態(tài)才能使其成為一個具體的滿足生產(chǎn)過程需要的應(yīng)用系統(tǒng)。v二次開發(fā)人員根據(jù)具體的系統(tǒng)要求，建立模塊（創(chuàng)建對象）然后定義參數(shù)（

28、對象屬性），最后生成可供運行的應(yīng)用程序。v組態(tài)實際上是生成一系列可以直接運行的程序生成一系列可以直接運行的程序代碼代碼，這些程序代碼可以在用于組態(tài)的計算機上直接運行，也可以下裝到其他的計算機上。v組態(tài)可以分為離線組態(tài)和在線組態(tài)兩種。離線組態(tài)是指在計算機監(jiān)控系統(tǒng)運行之前完成組態(tài)工作，然后將生成的應(yīng)用程序安裝在相應(yīng)的計算機中；而在線組態(tài)則是指在計算機監(jiān)控系統(tǒng)運行過程中進行組態(tài)v3 3HMI/SCADAHMI/SCADA軟件軟件 組態(tài)軟件的更確切稱呼應(yīng)該是人機界面HMI（Human Machine Interface）/ 監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集SCADA（Supervisory Control And Da

29、ta Acquisition ）軟件。v實現(xiàn)HMI或MMI（Man Machine Interface）和控制功能；v實現(xiàn)對實時數(shù)據(jù)庫、實時控制、SCADA、通信及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接口、I/O設(shè)備的廣泛支持，并不斷被賦予新的內(nèi)涵。 4組態(tài)軟件的特點組態(tài)軟件的特點 v組態(tài)軟件的突出特點是實時多任務(wù)實時多任務(wù)。例如，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、實時數(shù)據(jù)的存儲、檢索管理、實時通信等多個任務(wù)在同一臺計算機上同時運行。（1）提供開發(fā)環(huán)境和運行環(huán)境；（2）采用客戶/服務(wù)器模式；（3）軟件采用組件方式構(gòu)成；（4）采用DDE、OLE、COM/DCOM、Active X技術(shù)；（5）提供

30、ODBC、OPC、API接口；（6）支持分布式應(yīng)用；（7）支持多種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如單用戶、多用戶（網(wǎng)絡(luò)），甚至多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；（8）支持Internet應(yīng)用。v 5組態(tài)軟件主要解決的問題組態(tài)軟件主要解決的問題 （1）如何與采集、控制設(shè)備間進行數(shù)據(jù)交換；（2）使來自設(shè)備的數(shù)據(jù)與計算機圖形畫面上的各元素關(guān)聯(lián)起來；（3）處理數(shù)據(jù)報警及系統(tǒng)報警；（4）存儲歷史數(shù)據(jù)并支持歷史數(shù)據(jù)的查詢；（5）各類報表的生成和打印輸出；（6）為使用者提供靈活、多變的組態(tài)工具，可以適應(yīng)不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求；（7）最終生成的應(yīng)用系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠；（8）具有與第三方程序的接口，方便數(shù)據(jù)共享。v自動化工程設(shè)計技術(shù)人員在組態(tài)軟件中只需填寫

31、一些事先設(shè)計的表格，再利用圖形功能把被控對象（如反映罐、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(dāng)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)生變化會直接帶動被控對象的屬性變化。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。v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。v 6組態(tài)軟件的系統(tǒng)構(gòu)成組態(tài)軟件的系統(tǒng)構(gòu)成v必備的典型組件包括：必備的典型組件包括：v （1）應(yīng)用程序管理器 提供應(yīng)用程序的搜索、備份、解壓縮、建立新應(yīng)用等功能的專用管理工具。

32、v（2）圖形界面開發(fā)程序 自動化工程設(shè)計，工程師為實施其控制方案，在圖形編輯工具的支持下進行圖形系統(tǒng)生成工作所依賴的開發(fā)環(huán)境。通過建立一系列用戶數(shù)據(jù)文件，生成最終的圖形目標(biāo)應(yīng)用系統(tǒng),供圖形運行環(huán)境運行時使用。v（3）圖形界面運行程序 在系統(tǒng)運行環(huán)境下，圖形目標(biāo)應(yīng)用系統(tǒng)被圖形界面運行程序裝入計算機內(nèi)存并投入實時運行。v（4）實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組態(tài)程序 建立實時數(shù)據(jù)庫的組態(tài)工具，可以定義實時數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)連接、數(shù)據(jù)類型及相關(guān)的各種參數(shù)。 提高系統(tǒng)的實時性，增強處理能力。v（5）實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運行程序v在系統(tǒng)運行環(huán)境下，目標(biāo)實時數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)被實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運行程序裝入計算機內(nèi)存并執(zhí)行

33、預(yù)定的各種數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)處理任務(wù)。歷史數(shù)據(jù)的查詢、檢索、報警的管理都是在實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運行程序中完成的。v（6）I/O驅(qū)動程序v組態(tài)軟件中必不可少的組成部分，用于和I/O設(shè)備通訊，互相交換數(shù)據(jù)，DDE和OPC Client是兩個通用的標(biāo)準(zhǔn)I/O驅(qū)動程序，用來和支持DDE標(biāo)準(zhǔn)和OPC標(biāo)準(zhǔn)的I/O設(shè)備通訊。多數(shù)組態(tài)軟件的DDE驅(qū)動程序被整合在實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)或圖形系統(tǒng)中，而OPC Client則多數(shù)單獨存在。v擴展可選組件包括：擴展可選組件包括：v（1）通用數(shù)據(jù)庫接口（ODBC接口）組態(tài)程序 通用數(shù)據(jù)庫接口組件用來完成組態(tài)軟件的實時數(shù)據(jù)庫與通用數(shù)據(jù)庫的互聯(lián)，實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)交換，通用數(shù)據(jù)庫既可以讀取實時

34、數(shù)據(jù)，也可以讀取歷史數(shù)據(jù)；實時數(shù)據(jù)庫也可以從通用數(shù)據(jù)庫實時地讀入數(shù)據(jù)。v（2）通用數(shù)據(jù)庫接口（ODBC接口）運行程序v已組態(tài)的通用數(shù)據(jù)庫連接被裝入計算機內(nèi)存，按照預(yù)先指定的采樣周期，對規(guī)定時間區(qū)段按照組態(tài)的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)建立起通用數(shù)據(jù)庫和實時數(shù)據(jù)庫間的數(shù)據(jù)連接。v（3）策略（控制方案）編輯組態(tài)程序 策略編輯/生成組件是以PC為中心實現(xiàn)低成本監(jiān)控的核心軟件，具有很強的邏輯、算術(shù)運算能力和豐富的控制算法。v（4）策略運行程序 組態(tài)的策略目標(biāo)系統(tǒng)被裝入計算機內(nèi)存并執(zhí)行預(yù)定的各種數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)處理任務(wù)，同時完成與實時數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)交換。v（5）實用通訊程序組件v實用通訊程序極大地增強了組態(tài)軟件的功能，可以實

35、現(xiàn)與第三方程序的數(shù)據(jù)交換，是組態(tài)軟件價值的主要表現(xiàn)之一。v通訊實用程序具有以下功能： 可以實現(xiàn)操作站的雙機冗余熱備用； 實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程訪問和傳送； 通訊實用程序可以使用以太網(wǎng)、RS485、RS232、PSTN等多種通訊介質(zhì)或網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)其功能。v7組態(tài)軟件的設(shè)計思想組態(tài)軟件的設(shè)計思想 v組態(tài)軟件普遍使用“面向?qū)ο蟆保∣bject Oriented，OO）的編程和設(shè)計方法。v組態(tài)軟件組成： 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v（1）圖形界面系統(tǒng)v構(gòu)成現(xiàn)場各過程的圖形的畫面被劃分成三類簡單的對象：線、填充圖形和文本。v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。v而

36、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。v對象的動態(tài)屬性隨表達式的值的變化而實時改變，這種組態(tài)過程通常叫做動畫鏈接。 v在圖形界面上還具備報警通知和確認(rèn)、報表組態(tài)及打印、歷史數(shù)據(jù)查詢與顯示等功能。各種報警、報表、趨勢都是動畫鏈接的對象，其數(shù)據(jù)源都可以通過組態(tài)來指定。v（2）控制功能組件 以基于PC的策略編輯/生成組件（也稱之為軟邏輯或軟PLC）為代表，是組態(tài)軟件的重要組成部分。v（3）實時數(shù)據(jù)庫 實時數(shù)據(jù)庫可以存儲每個工藝點的多年數(shù)據(jù)，用戶既可以瀏覽工廠當(dāng)前的生產(chǎn)情況，又可以過去的生產(chǎn)情況。v（4）通信及第三方程序接口組件 作為開放

37、系統(tǒng)的標(biāo)志，是組態(tài)軟件與第三方程序交互及實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問的重要手段之一。它的主要作用：（a）用于雙機冗余系統(tǒng)中，主機與從機間的通信。（b）用于構(gòu)建分布式HMI/SCADA應(yīng)用時多機間通信。（c）在基于Internet或Browser/Server（B/S）應(yīng)用中實現(xiàn)通信功能。v 8組態(tài)軟件的數(shù)據(jù)流組態(tài)軟件的數(shù)據(jù)流組態(tài)軟件是為工業(yè)過程控制和實時監(jiān)測領(lǐng)域服務(wù)的通用計算機系統(tǒng)軟件，具有功能完善、操作簡便、可視性好、可維護性強的突出特點。1.3 組態(tài)軟件的功能和特點 工控組態(tài)軟件的功能和特點可歸納如下：概念簡單，易于理解和使用。普通工程人員經(jīng)過短時間的培訓(xùn)就能正確掌握、快速完成多數(shù)簡單工程項目的監(jiān)控程序設(shè)計和運行操作。功能齊全，便于方案設(shè)計。組態(tài)軟件從設(shè)備驅(qū)動（數(shù)據(jù)采集）到數(shù)據(jù)處理、報警處理、流程控制、動畫顯示、報表輸出、曲線顯示等各個環(huán)節(jié)，均有豐富的功能組件和常用圖形庫可供選用。3. 實時性與并行處理。組態(tài)軟件充分利用了