組態(tài)軟件控制技術(shù)：組態(tài)軟件概述 第一講

組態(tài)控制技術(shù)學(xué)習(xí)要求上機(jī)上課時(shí)間堅(jiān)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(shí)成績(jī)考核方式1.采用抽考方式，上機(jī)實(shí)踐考試；2.抽考方式（每班10個(gè)左右）；3.成績(jī)=平時(shí)+考試成績(jī)教學(xué)方法1.講授（30%）+實(shí)踐（70%）組態(tài)軟件是集動(dòng)畫(huà)顯示、流程控制、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制與輸出、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、雙機(jī)熱備、工程報(bào)表、數(shù)據(jù)與曲線等諸多功能于一身，能與各種設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的一種軟件。廣泛應(yīng)用于石油、電力、化工、鋼鐵、礦山、冶金、機(jī)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(shí)驗(yàn)室等多種工程領(lǐng)域。什么是組態(tài)軟件？組態(tài)軟件的應(yīng)用參數(shù)曲線實(shí)時(shí)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(biāo)1.1組態(tài)技術(shù)概述第一章組態(tài)軟件概述及組態(tài)王軟件安裝和運(yùn)行

1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類按照設(shè)計(jì)方法的不同分類1）單片機(jī)為核心的計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)2）以PLC(可編程控制器)為核心的計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)3）以IPC(工業(yè)PC機(jī)或稱工業(yè)控制計(jì)算機(jī))為核心的計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)

4）利用組態(tài)技術(shù)構(gòu)成的計(jì)算機(jī)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(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的1.1概述2各種控制系統(tǒng)的特點(diǎn)以單片機(jī)為核心的計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)小型、價(jià)格低廉，因此廣泛應(yīng)用于智能儀器、儀表和小規(guī)模測(cè)控系統(tǒng)上。

其缺點(diǎn)是硬件電路和軟件都要單獨(dú)設(shè)計(jì)，不能充分利用通用PC機(jī)提供的各種軟硬件資源，對(duì)設(shè)計(jì)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(lǐng)域應(yīng)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(lái)的?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，特別在以開(kāi)關(guān)量為主的系統(tǒng)中，已成為控制的主要手段。隨著技術(shù)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(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)，最大的優(yōu)點(diǎn)是可充分利用一般計(jì)算機(jī)提供的各種軟件和硬件資源，不僅開(kāi)發(fā)方便，更可利用Windows或其他操作系統(tǒng)，方便地進(jìn)行生產(chǎn)的監(jiān)控管理。

PC機(jī)用于測(cè)控的缺點(diǎn)：

（1）普通PC機(jī)不適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)電磁干擾嚴(yán)重、高粉塵、震動(dòng)等惡劣環(huán)境，也不針對(duì)那么多的工業(yè)I／0設(shè)計(jì)。（2）需要單獨(dú)設(shè)計(jì)I／0接口電路，獨(dú)立開(kāi)發(fā)系統(tǒng)軟件解決傳統(tǒng)測(cè)控方法的缺點(diǎn)工業(yè)PC機(jī)(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(jiǎn)單易學(xué)的開(kāi)發(fā)工具——組態(tài)軟件

更重要的是，為了使三種控制技術(shù)發(fā)揮各自所長(zhǎng)，許多智能儀表和PLC都開(kāi)發(fā)了與IPC的通信功能這樣，IPC、基于單片機(jī)的智能儀表和PLC可共存于一個(gè)系統(tǒng)中，構(gòu)成集散式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

在這樣的系統(tǒng)中，智能儀表和PLC完成信號(hào)的前沿檢測(cè)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(shuō)，基于組態(tài)控制技術(shù)的計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)控制技術(shù)發(fā)展的結(jié)果，其基本內(nèi)涵在于其硬件設(shè)計(jì)和軟件開(kāi)發(fā)都具有“組態(tài)”性。組態(tài)控制技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)上：除采用工業(yè)PC機(jī)外，系統(tǒng)大量采用各種成熟通用的I／0接口設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，基本不再需要單獨(dú)進(jìn)行具體電路設(shè)計(jì)。這不僅節(jié)約了硬件開(kāi)發(fā)時(shí)間，更提高了工控系統(tǒng)的可靠性軟件設(shè)計(jì)上：采用成熟的工控專用組態(tài)軟件進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，軟件開(kāi)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(chǎng)空間得到擴(kuò)大，從遠(yuǎn)程監(jiān)控（如防盜報(bào)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(bào)警等）、數(shù)據(jù)采集與計(jì)量（如居民水電氣表的自動(dòng)抄表、鐵道信號(hào)采集與記錄等）、數(shù)據(jù)分析（如汽車/機(jī)車自動(dòng)測(cè)試、機(jī)組/設(shè)備參數(shù)測(cè)試、醫(yī)療化驗(yàn)儀器設(shè)備實(shí)時(shí)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(guò)程控制。

工業(yè)組態(tài)軟件是在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)，容易實(shí)現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項(xiàng)功能。組態(tài)軟件定義使用應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)生成目標(biāo)應(yīng)用系統(tǒng)過(guò)程也就是組態(tài)的過(guò)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(duì)計(jì)算機(jī)及軟件的各種資源進(jìn)行配置，達(dá)到使計(jì)算機(jī)或軟件按照預(yù)先設(shè)置,自動(dòng)執(zhí)行特定任務(wù),滿足使用者要求的目的。組態(tài)軟件，也稱人機(jī)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、依賴于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。20世紀(jì)60年代計(jì)算機(jī)開(kāi)始涉足工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域；20世紀(jì)70年代微機(jī)的出現(xiàn)促進(jìn)了計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，

DCS、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)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(jì)80年代末個(gè)人PC機(jī)和Windows操作系統(tǒng)的普及，基于PC機(jī)的組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)，且由軟件商專門從事組態(tài)軟件的開(kāi)發(fā)。美國(guó)的Wonderwere公司推出第一個(gè)商品化的組態(tài)軟件Intouch，提供了不同廠家、不同設(shè)備的對(duì)應(yīng)的I/O驅(qū)動(dòng)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(dòng)公開(kāi)通信協(xié)議，使用PC

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

3.發(fā)展趨勢(shì)（1）組態(tài)軟件作為單獨(dú)行業(yè)的出現(xiàn)是歷史的必然；（2）現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的成熟將促進(jìn)組態(tài)軟件的應(yīng)用；（3）能夠同時(shí)兼容多種操作系統(tǒng)平臺(tái)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(lái)了更大的發(fā)展空間；（5）信息化社會(huì)的到來(lái)為組態(tài)軟件拓展了更多的應(yīng)用領(lǐng)域。4、組態(tài)軟件特點(diǎn)及功能特點(diǎn)：（1）實(shí)時(shí)多任務(wù)——最顯著的特點(diǎn)。在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上同時(shí)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)，如數(shù)據(jù)采集與輸出、數(shù)據(jù)處理與算法實(shí)現(xiàn)、圖形顯示及人機(jī)對(duì)話。存儲(chǔ)、搜索管理、實(shí)時(shí)通信等。（2）接口開(kāi)放——采用“標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)”。方便用戶根據(jù)自己的需求進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。如用VB自行編制設(shè)備構(gòu)件裝入設(shè)備工具箱。允許用戶自行編寫(xiě)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，掛接自己的應(yīng)用程序模塊。（3）強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)——一般帶有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)?？纱鎯?chǔ)各種數(shù)據(jù)，完成和外圍設(shè)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(jī)制，允許有操作權(quán)限的操作員對(duì)某些功能進(jìn)行操作。

功能組態(tài)軟件實(shí)際上是一個(gè)針對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)開(kāi)放的工具軟件，應(yīng)為用戶提供多種通用工具模塊。應(yīng)解決這樣一些問(wèn)題：如何與采集、控制設(shè)備間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；使I/O設(shè)備的數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)圖形畫(huà)面上的各元素關(guān)聯(lián)起來(lái)；處理數(shù)據(jù)報(bào)警及系統(tǒng)報(bào)警；存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)并支持歷史數(shù)據(jù)的查詢；各類報(bào)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(yīng)不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求；最終生成的應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)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(shí)時(shí)多任務(wù)——工業(yè)控制系統(tǒng)中重要指標(biāo)之一。實(shí)時(shí)性是指系統(tǒng)應(yīng)該具有能在限定的時(shí)間內(nèi)對(duì)外來(lái)事件作出反映的特性。對(duì)組態(tài)軟件的要求：在按一定的周期時(shí)間對(duì)所有事件進(jìn)行巡檢的同時(shí)，可以隨時(shí)響應(yīng)事件的中斷請(qǐng)求。實(shí)時(shí)性一般都要求計(jì)算機(jī)具有多任務(wù)處理能力。（2）高可靠性計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，可靠性應(yīng)該包含兩方面：系統(tǒng)硬件設(shè)備的可靠性；軟件運(yùn)行的可靠性。比較先進(jìn)的組態(tài)軟件提供利用冗余技術(shù)構(gòu)成雙機(jī)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(biāo)準(zhǔn)化

——暫時(shí)還沒(méi)有明確的國(guó)際、國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范但網(wǎng)絡(luò)通信的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議、OLE(目標(biāo)的連接和嵌入)、OPC(過(guò)程控制用OLE)標(biāo)準(zhǔn)等也都被廣泛使用。

三、組態(tài)軟件的基本結(jié)構(gòu)組態(tài)軟件基本組成：

應(yīng)用程序管理器

圖形界面系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)

I/O驅(qū)動(dòng)第三方程序接口組件控制功能組件

1.應(yīng)用程序管理器應(yīng)用程序管理器屬于一種專用工具，提供應(yīng)用程序的創(chuàng)建，項(xiàng)目數(shù)據(jù)的管理及歸檔，打開(kāi)各種編輯器（如圖形編輯器），運(yùn)行調(diào)試，搜索（變量、客戶機(jī)計(jì)算機(jī)、服務(wù)器計(jì)算機(jī)、驅(qū)動(dòng)程序連接等）返回

2.圖形界面系統(tǒng)基本功能——供用戶設(shè)計(jì)生成現(xiàn)場(chǎng)各過(guò)程圖形界面(查看)

圖形界面設(shè)計(jì)；動(dòng)畫(huà)鏈接設(shè)計(jì)及顯示；報(bào)警通知及確認(rèn)；報(bào)表組態(tài)及打?。粴v史數(shù)據(jù)查詢及顯示。返回?cái)U(kuò)充功能——提供腳本語(yǔ)言供用戶擴(kuò)充其功能，用腳本語(yǔ)言編寫(xiě)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(yè)

3.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)被控對(duì)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(dòng)用于和I/O設(shè)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問(wèn)的重要手段之一，也是組態(tài)軟件開(kāi)放系統(tǒng)的標(biāo)志。

5.第三方程序接口組件為熟悉梯形圖或者其他標(biāo)準(zhǔn)編程語(yǔ)言的設(shè)計(jì)人員用于和I/O設(shè)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(chǎng)I/O設(shè)備的數(shù)據(jù)將控制數(shù)據(jù)送I/O設(shè)備，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)施控制或調(diào)整參數(shù)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)——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(chǎng)數(shù)據(jù)

I/O設(shè)備

I/OServer

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)

數(shù)據(jù)流2

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)

畫(huà)面顯示

工作過(guò)程畫(huà)面報(bào)警畫(huà)面歷史數(shù)據(jù)畫(huà)面……

數(shù)據(jù)流3

控制數(shù)據(jù)

I/OServerI/O設(shè)備

執(zhí)行機(jī)構(gòu)

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(diǎn)的I/O標(biāo)識(shí)，填寫(xiě)表格（表2）。I/O標(biāo)識(shí)是唯一地確定一個(gè)I/O點(diǎn)的關(guān)鍵字，在大多數(shù)情況下I/O標(biāo)識(shí)是I/O點(diǎn)的地址或位號(hào)名稱。步驟：

1、收集所有I/O點(diǎn)的參數(shù)，填寫(xiě)表格（表1），以便在監(jiān)控組態(tài)軟件和PLC上組態(tài)時(shí)使用。2、確定所使用的I/O設(shè)備的生產(chǎn)商、種類、型號(hào)，使用的通信接口類型，采用的通信協(xié)議。

4、根據(jù)工藝過(guò)程繪制、設(shè)計(jì)畫(huà)面結(jié)構(gòu)和畫(huà)面草圖。6、根據(jù)表1和表2，在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)變量與I/O點(diǎn)的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，即定義數(shù)據(jù)連接。7、根據(jù)前面設(shè)計(jì)的畫(huà)面結(jié)構(gòu)和畫(huà)面草圖，組態(tài)每一幅靜態(tài)的操作畫(huà)面（主要是繪圖）。

5、根據(jù)表1，建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，正確組態(tài)各種變量參數(shù)。

8、將操作畫(huà)面中的圖形對(duì)象與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)變量建立動(dòng)畫(huà)連接關(guān)系。9、對(duì)組態(tài)的內(nèi)容進(jìn)行分段和總體調(diào)試。

10、系統(tǒng)投入運(yùn)行。

組態(tài)軟件任務(wù)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(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及流程畫(huà)面；2、自動(dòng)打印各種實(shí)時(shí)／歷史生產(chǎn)報(bào)表；3、自由瀏覽各個(gè)實(shí)時(shí)／歷史趨勢(shì)畫(huà)面；4、及時(shí)得到并處理各種過(guò)程報(bào)警和系統(tǒng)報(bào)警；5、需要時(shí)，人為干預(yù)生產(chǎn)過(guò)程，修改生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)和狀態(tài)；6、與管理部門的計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，為其提供生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)投入運(yùn)行后，組態(tài)軟件就是自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)收集處理中心，遠(yuǎn)程監(jiān)視中心和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)中心。

組態(tài)軟件在自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)中的作用六、常用組態(tài)軟件目前中國(guó)市場(chǎng)上的組態(tài)軟件產(chǎn)品按廠商劃分大致可以分為三類：國(guó)外專業(yè)軟件廠商提供的產(chǎn)品；國(guó)內(nèi)外硬件或系統(tǒng)廠商提供的產(chǎn)品；國(guó)內(nèi)自行開(kāi)發(fā)的國(guó)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(qiáng)大的圖形組態(tài)功能——組態(tài)軟件大都以MicrosoftWindows平臺(tái)作為操作平臺(tái),充分利用了Windows圖形功能完備，界面一致性好，易學(xué)易用的特點(diǎn)。設(shè)計(jì)人員可高效快捷地繪制出各種工藝畫(huà)面，并可方便進(jìn)行編輯。

（2）腳本語(yǔ)言——組態(tài)軟件均使用腳本語(yǔ)言提供二次開(kāi)發(fā)，用戶可根據(jù)自己需要編寫(xiě)程序。（4）提供多種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)程序

——組態(tài)軟件應(yīng)與I/O設(shè)備通訊，互相交換數(shù)據(jù)。一般提供DDE和OPCClient是兩個(gè)通用的標(biāo)準(zhǔn)I/O驅(qū)動(dòng)程序，以支持DDE標(biāo)準(zhǔn)和OPC標(biāo)準(zhǔn)的I/O設(shè)備通訊。

（3）開(kāi)放式結(jié)構(gòu)——組態(tài)軟件能與多種通訊協(xié)議互聯(lián)，支持多種硬件設(shè)備。既能與低層數(shù)據(jù)采集設(shè)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(dú)立提高了系統(tǒng)可靠性和可擴(kuò)展性。利用各種功能模塊，完成實(shí)時(shí)監(jiān)控、報(bào)表生成、實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線、提供報(bào)警等功能。

（7）提供系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境和系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境——系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境是應(yīng)用程序的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境；系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境下目標(biāo)應(yīng)用程序投入實(shí)時(shí)運(yùn)行。（5）強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)——組態(tài)軟件一般都有一個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)作為整個(gè)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(yǔ)言不同

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