組態(tài)軟件及其應用課件

1、組態(tài)軟件及其應用組態(tài)軟件簡介；PLC電氣控制系統(tǒng)設計的一般性原則與內容；膠乳反應釜PLC自動控制系統(tǒng)設計控制系統(tǒng)體系結構的演化與發(fā)展人機監(jiān)控界面系統(tǒng)的構成UserPCPLCPump一般人機界面監(jiān)控系統(tǒng)的構成如右操作員(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完成對生產設備的控制 控制系統(tǒng)類型基于PLC、iPC、DDC 、儀表等的簡單控制系統(tǒng)；集散型控制系統(tǒng)DCS： 分散控制，集中管理。采用過程控制級、控制管理級和生產管理級的三級結構。 DCS是目前工業(yè)自動化系統(tǒng)應用的主流。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS 新型的工業(yè)

2、控制系統(tǒng)。系統(tǒng)中采用帶微處理器的智能設備，通過現(xiàn)場總線與計算機相連，具有開放和統(tǒng)一的通信協(xié)議。FCS是發(fā)展的趨勢。計算機+儀表控制系統(tǒng)集散型控制系統(tǒng)局域網管理計算機工程師工作站現(xiàn)場控制站操作員操作站監(jiān)控計算機網間連接器智能調節(jié)器其他測控裝置通信聯(lián)絡過程控制級控制管理級生產管理級現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS 采用工業(yè)控制計算機作為監(jiān)控計算機，人機交互：鍵盤、鼠標、觸摸屏，打印機、聲光報警裝置等。與普通計算機不同-都要適合工業(yè)生產環(huán)境。 服務器PCPC打印機PLC工業(yè)以太網工作站現(xiàn)場控制層H1執(zhí)行器I/O現(xiàn)場總線工業(yè)控制系統(tǒng)層次結構 新型的工業(yè)控制系統(tǒng)正以標準的工業(yè)計算機 軟、硬件平臺構成的集成系統(tǒng)取代

3、傳統(tǒng)的封閉式 系統(tǒng)，它們具有適應性強、開放性好、易于擴 展、經濟、開發(fā)周期短等鮮明優(yōu)點。 工業(yè)控制系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理 層三個層次結構。 監(jiān)控層的硬件以工業(yè)級的微型計算機和工作 站為主，目前更趨向于工業(yè)PC 機。組態(tài)軟件 在自動監(jiān)控 系統(tǒng)中的作用 組態(tài)：英文是“ Configuration ”， 組態(tài)就是用 應用軟件中提供的工具、方法、完成工程 中某一具體任務的過程 。概念1:組態(tài)軟件指一些數(shù)據(jù)采集與過程控 制的專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層 一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，能以靈活多樣的 組態(tài)方式（而不是編程方式）提供良好的用戶 開發(fā)界面和簡捷的使用方法，其預設置的各種 軟件模塊可

4、以非常容易地實現(xiàn)和完成監(jiān)控層的 各項功能，并能同時支持各種硬件廠家的計算 機和I/O設備，與高可靠的工控計算機和網絡 系統(tǒng)結合，可向控制層和管理層提供軟、硬件 的全部接口，進行系統(tǒng)集成。工業(yè)組態(tài)軟件都運行在Windows98/NT/ 2000/XP 等操作系統(tǒng)環(huán)境下。 工業(yè)組態(tài)軟件的開發(fā)工具以C+ 為主，也有 少數(shù)開發(fā)商使用Delphi 或C+Builder 。組態(tài)軟件的發(fā)展 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

5、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、調節(jié)器等增加了公開協(xié)議的通 信接口。 3. 發(fā)

6、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。相同特性（1） 強大的圖形組態(tài)功能組態(tài)軟件大都以Microsoft Windows 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

7、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OPC Client是兩個通用的標準I/ O 驅動程序，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。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(visual basic for application) 的編程語言、面向對象的腳本語言。 提供的命令語言函數(shù)數(shù)量不同。國產組態(tài)軟件提供了以漢字作為關鍵字的腳本語言支持。 （2）與第三方軟件通信方式不

8、同 不同廠家產品的協(xié)議互不相同，組態(tài)軟件需要為不同的設備編寫大量的驅動程序。因此出現(xiàn)了OPC 技術。硬件提供商隨硬件提供服務器所需的數(shù)據(jù)采集程序。 組態(tài)軟件作為客戶可以通過OPC 與各硬件的驅動程序無縫連接。 （3）價格不同 國內的工控組態(tài)軟件價格相對低廉。 有的產品將開發(fā)版與運行版分開銷售, 使應用軟件的開發(fā)者與使用者依實際進行開發(fā)與使用的需要來選購。（4）擴展功能組件不同國外的組態(tài)軟件相對更加成熟, 擴展組件品種多、功能較完善。 公司名稱產品名稱國別IntellutionFIX, iFIX美國WonderwareInTouch美國西門子WinCC德國Rock-wellRSView32美國N

9、ational InstrumentsLabview美國CitechCitech澳大利亞IconicsGenesis美國PC SoftWizCon以色列A-Bcontrolview美國29國外較知名的監(jiān)控組態(tài)軟件公司名稱產品名稱國別亞控組態(tài)王中國三維科技力控中國昆侖通態(tài)MCGS中國華富ControX中國研華Genie臺灣康拓Control star Easy Control中國國內較知名的監(jiān)控組態(tài)軟件30組態(tài)軟件功能、特點及結構一、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

10、、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

11、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。二、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

12、。 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、國內標準規(guī)范 但網絡通信的標準協(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驅動 第三方程序接口組件 控制功能組件 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），運行調試，搜索（變量、客戶機計算機、服務器計算機、驅動程序連接等） 1. 應用程序管理器 2. 圖形界面系統(tǒng)

13、 基本功能供用戶設計生成現(xiàn)場各過程圖形界面 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。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。 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/

14、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/O Server 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/O Server I/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)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

15、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)的內容進行分段和總體調試。

16、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，人為干預生產過程，修改生產過程參數(shù)和狀態(tài)；6、與管理部門的計算機聯(lián)網，為其提供生產實時數(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。應用力控組態(tài)軟件開發(fā)項目創(chuàng)建新的應用程序工程的一般過程是：繪制圖形界面、創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫、配置I/O設備并進行I/O數(shù)據(jù)連接、建立動畫連接、運行及調試。要創(chuàng)建一個新的應用程序工程，首先為應用程序

17、工程指定工程路徑，不同的工程不能使用同一工程路徑，工程路徑保存著力控生成的組態(tài)文件，它包含了區(qū)域數(shù)據(jù)庫、設備連接、監(jiān)控畫面、網絡應用等各個方面的開發(fā)和運行信息。應用的組成1. 設備驅動：計算機跟什么樣的設備相連（如PLC、板卡、模塊、智能儀表），是直接相連還是通過設備供應商提供的軟件相連？是什么樣的網絡？2. 區(qū)域數(shù)據(jù)庫：數(shù)據(jù)庫主要將數(shù)據(jù)庫的點參數(shù)和采集設備的通道地址相對應，現(xiàn)場的數(shù)據(jù)處理、量程變換、報警處理、歷史存貯等都放到數(shù)據(jù)庫進行，數(shù)據(jù)庫提供了數(shù)據(jù)處理的手段，同時又是分布式網絡服務的核心。3. 監(jiān)控畫面開發(fā)：在應用組態(tài)中，最重要的一部分是監(jiān)控畫面的制作?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)采集到計算機中后，操作人員

18、通過仿真的現(xiàn)場流程畫面便可以做監(jiān)控，開發(fā)包括流程圖、歷史/實時分析曲線、歷史/實時報警、生產報表等功能。4. 數(shù)據(jù)連接：所有的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)庫變量進行動畫連接，人機界面HMI里的數(shù)據(jù)庫變量對應區(qū)域數(shù)據(jù)庫DB的一個點參數(shù)，通過點參數(shù)的數(shù)據(jù)連接來完成和I/O中過程數(shù)據(jù)的映射。工藝的邏輯控制過程工藝設備包括一個儲罐，一個進口控制閥門，一個出口控制閥門，入口閥門不斷地向一個空的存儲罐內注入某種液體，當存儲罐的液位快滿時，入口閥門要自動關閉，此時出口閥門自動打開，將存儲罐內的液體排放出去。當存儲罐的液位快空時，出口閥門自動關閉，入口閥門打開，重新開始向罐內注入液體，過程如此反復進行，整個邏輯的控制過程都是

19、用一臺假想的設備來實現(xiàn)的, 實現(xiàn)方式是借助力控的仿真驅動作為設備，通過腳本語言實現(xiàn)邏輯控制過程。工程要完成的目標1. 創(chuàng)建一幅工藝流程圖，圖中包括一個油罐，一個進油控制閥門和出油控制閥門，全部使用電磁閥帶動氣缸閥。2. 閥門根據(jù)開關狀態(tài)而變色，開時為綠色，關時為紅色。3. 創(chuàng)建實時數(shù)據(jù)庫，并與SIMULATOR進行數(shù)據(jù)連接，完成一幅工藝流程圖的動態(tài)數(shù)據(jù)及動態(tài)棒圖顯示。4. 用兩個按鈕實現(xiàn)啟動和停止，啟動和停止邏輯程序的運行。PLC電氣控制系統(tǒng)的一般性設計PLC最適合的控制對象是：工業(yè)環(huán)境較差，對安全性、可靠性要求較高、系統(tǒng) 工藝復雜，輸入/輸出以開關量為主的工業(yè)自動控制系統(tǒng)或裝置。 應遵循以下

20、原則： 1) 應能滿足控制對象的工藝要求，保證能按照工藝流程準確、可靠地工作。 2) 系統(tǒng)構成應力求簡單、實用，系統(tǒng)易操作、調整，檢修方便。 3) 設計合理、經濟，能發(fā)揮PLC控制的優(yōu)點。膠乳反應釜PLC自動控制系統(tǒng)設計工藝流程以聚合反應為主，原料有苯乙烯、丁二烯、2-VP、硫醇等。其中苯乙烯、丁二烯來自現(xiàn)場儲罐，通過壓縮機、進料閥進入計量罐；2-VP、硫醇來自桶裝原料，通過進料閥進入計量罐。計量罐均安裝有液位開關，原料液位到達設定值時，相應的停掉壓縮機、關閉進料閥。計量罐中的原料投入聚合釜，聚合釜通蒸汽升溫，升溫至54時關閉蒸汽閥，隨著反應放熱，聚合釜溫度會迅速升高，此時要通過調節(jié)循環(huán)水的流量來控制聚合釜內的溫度，使溫度盡量穩(wěn)定在54系統(tǒng)的控制要求聚合釜通蒸汽中部溫度升溫至54時自動關閉蒸汽閥，溫度超過60時在上位機界面報警；調節(jié)循環(huán)水流量的大小使聚合釜內溫度盡量保持在54；聚合釜上部壓力達到0.6