第_1次课 日期202周次_1星期 学时2 第1章工业组态软件及发展 11工业组态软件的发展概况 1.1.1工业组态软件的发展过程 、工业组态软件的发展过程 随着计算机技术突飞猛进的发展,新型的工业组态软件也随之发展起来了。其发展过程主 要可归纳为以下几个步骤: (1)20世纪60年代:计算机较少地用于工业过程控制中。 (2)20世纪70年代:很多公司先后推出了新型控制系统 (3)20世纪70年代:DCS及其计算机控制技术日趋成熟,并出现了丰富的软件,但软件仍 是专用和封闭的,且成本居高不下 (4)20世纪80年代中后期:基于个人计算机的监控系统开始进入市场,并发展壮大。组 态软件即是典型的例子。 二、工业组态软件具有广阔的发展空间 原因如以下几个方面: (1)很多DCS和PLC厂家主动公开通信协议,加入“PC监控”的阵营。 (2)由于PC监控大大降低了系统成本,使得市场空间得到扩大。 (3)各类智能仪表、调节器和现场总线设备可与工业组态软件构筑完整的低成本自动化系 统,具有广阔的市场空间 (4)给类嵌入式系统和现场总线的异军突起,把工业组态软件推倒了自动化系统主要位置 业组态软件越来越成为工业自动化系统中的灵魂。 三、工业组态软件同时得到用户和DCS厂商的认可的原因: (1)微型计算机操作系统日趋稳定可靠,实时处理能力增强且价格便宜 (2)微型计算机软件及开发工具非常丰富,使工业组态软件的功能强大,开发周期相应缩 短,软件升级和维护也较方便。 四、新型工业控制系统的层次结构 1、新型工业控制系统主要划分为控制层、监控层、管理层 其中,监控层的作用为:对下连接控制层,对上连接管理层,实现对现场的实时监测与控 制,完成上传下达,组态开发的作用。硬件以微机和工作站为主,目前趋向于工业PC机 2、组态软件的定义 组态软件是指数据采集与过程控制的专用软件,位于监控层一级的软件平台和开发环境中, 能以灵活多样的组态方式提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法,其预设置的各种软件模 块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能,并能支持各种硬件厂家的计算机和I/0设备
1 第 1 次 课 日期 20/2 周次 1 星期 1 学时 2 第 1 章 工业组态软件及发展 1.1 工业组态软件的发展概况 1.1.1 工业组态软件的发展过程 一、工业组态软件的发展过程 随着计算机技术突飞猛进的发展，新型的工业组态软件也随之发展起来了。其发展过程主 要可归纳为以下几个步骤： （1）20 世纪 60 年代：计算机较少地用于工业过程控制中。 （2）20 世纪 70 年代：很多公司先后推出了新型控制系统。 （3）20 世纪 70 年代：DCS 及其计算机控制技术日趋成熟,并出现了丰富的软件，但软件仍 是专用和封闭的，且成本居高不下。 （4）20 世纪 80 年代中后期：基于个人计算机的监控系统开始进入市场，并发展壮大。组 态软件即是典型的例子。 二、工业组态软件具有广阔的发展空间： 原因如以下几个方面： （1）很多 DCS 和 PLC 厂家主动公开通信协议，加入“PC 监控”的阵营。 （2）由于 PC 监控大大降低了系统成本，使得市场空间得到扩大。 （3）各类智能仪表、调节器和现场总线设备可与工业组态软件构筑完整的低成本自动化系 统，具有广阔的市场空间。 （4）给类嵌入式系统和现场总线的异军突起，把工业组态软件推倒了自动化系统主要位置， 工业组态软件越来越成为工业自动化系统中的灵魂。 三、工业组态软件同时得到用户和 DCS 厂商的认可的原因： （1）微型计算机操作系统日趋稳定可靠，实时处理能力增强且价格便宜。 （2）微型计算机软件及开发工具非常丰富，使工业组态软件的功能强大，开发周期相应缩 短，软件升级和维护也较方便。 四、新型工业控制系统的层次结构 1、新型工业控制系统主要划分为控制层、监控层、管理层。 其中，监控层的作用为：对下连接控制层，对上连接管理层，实现对现场的实时监测与控 制，完成上传下达，组态开发的作用。硬件以微机和工作站为主，目前趋向于工业 PC 机。 2、组态软件的定义 组态软件是指数据采集与过程控制的专用软件，位于监控层一级的软件平台和开发环境中， 能以灵活多样的组态方式提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法，其预设置的各种软件模 块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，并能支持各种硬件厂家的计算机和 I/O 设备
与高可靠的工业控制计算机和网络系统结合,可向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口, 进行系统集成。 组态软件的开发工具以C++为主,也有 Delphi或C++ Builder 1.2工业组态软件的主要特点 工业组态软件为模块化任意组合,主要特点如下 (1)延续性和可扩充性 (2)封装性(易学易用)。 (3)通用性 1.1.3对工业组态软件的性能要求 1.实时多任务 实时性:工业控制计算机系统应该具有的能够在限定的时间内对外来事件作出反应的特性。 在对这个概念的理解上,我们要注意对于“限定的时间内”的理解,主要考虑两个要素 (1)根据生产过程出现的事件能够保持多长的时间 (2)该事件要求计算机在多长的时间以内必须作出反应,否则将对生产过程造成影响甚至损 工业控制计算机及监控工业组态软件具有时间驱动能力和事件驱动能力(在按一定的周期时 间对所有事件进行巡检扫描的同时,可以随时响应事件的中断请求。 多任务处理能力:能将测控任务分解成若干并行执行的多个任务,加快程序的执行速度。(将 某些变化不显著的事件作为顺序执行的任务:把保持时间很短且需要计算机立即作出反应的事 件作为中断请求源或事件触发信号,编写专门的程序) 2.高可靠性 要求软件系统的平均无故障时间MTB大于一年。可采用冗余技术构成双机乃至多机备用系 实现双机冗余的几种形式 (1)RS485、以太网等总线型通信介质:冗余设备单独配备I/0适配器,直接连入设备网 主机 总线型设备网 设备1 设备N (2)RS232等非总线型通信介质:方法一:用转换器将设备网变成总线型网 从机 RS232485 RS232/485 转换器 转换器 RS485网络 RS232485 RS232/485 转换器 转换器 设备1 设备N 方法二:在I/0设备中编制控制程序,如果发现主机故障,马上将通信线路切换到从机
2 与高可靠的工业控制计算机和网络系统结合，可向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口， 进行系统集成。 组态软件的开发工具以 C++为主，也有 Delphi 或 C++ Builder。 1.1.2 工业组态软件的主要特点 工业组态软件为模块化任意组合，主要特点如下： （1）延续性和可扩充性。 （2）封装性（易学易用）。 （3）通用性。 1.1.3 对工业组态软件的性能要求 1.实时多任务 实时性：工业控制计算机系统应该具有的能够在限定的时间内对外来事件作出反应的特性。 在对这个概念的理解上，我们要注意对于“限定的时间内”的理解，主要考虑两个要素： （1）根据生产过程出现的事件能够保持多长的时间； （2）该事件要求计算机在多长的时间以内必须作出反应，否则将对生产过程造成影响甚至损 害。 工业控制计算机及监控工业组态软件具有时间驱动能力和事件驱动能力（在按一定的周期时 间对所有事件进行巡检扫描的同时，可以随时响应事件的中断请求。 多任务处理能力：能将测控任务分解成若干并行执行的多个任务，加快程序的执行速度。（将 某些变化不显著的事件作为顺序执行的任务；把保持时间很短且需要计算机立即作出反应的事 件作为中断请求源或事件触发信号，编写专门的程序） 2.高可靠性 要求软件系统的平均无故障时间 MTB 大于一年。可采用冗余技术构成双机乃至多机备用系 统。 实现双机冗余的几种形式： （1）RS485、以太网等总线型通信介质：冗余设备单独配备 I/O 适配器，直接连入设备网。 （2）RS232 等非总线型通信介质：方法一：用转换器将设备网变成总线型网。 方法二：在 I/O 设备中编制控制程序，如果发现主机故障，马上将通信线路切换到从机
主机 从机 [设备1 3.标准化 没有统一的标准,只有用户意识中形成的不成文的标准 1.2工业组态软件的系统构成 工业组态软件通过一个应用工程项目或工程项目来标识。通过应用工程项目的 名称来访问其组态内容 1.使用软件的工作环境:系统开发环境和系统运行环境。 2.工业组态软件的组件功能 3.扩展可选组件 第2和3两部分将结合力控软件在后面作具体介绍 1.3工业组态软件的设计思想 1.3.1概述 工业组态软件主要解决的问题: (1)如何与采集、控制设备间进行数据交换 (2)使来自设备的数据与计算机图形画面上的各元素关联起来; (3)处理数据报警及系统报警 (4)存储历史数据并支持历史数据的查询 (5)各类报表的生成和打印输出 (6)为使用者提供灵活、多变的组态工具,可以适应不同应用领域的需求 (7)最终生成的应用系统运行稳定可靠; (8)具有与第三方程序的接口,方便数据共享 1.3.2工业组态软件的设计思想 工业组态软件由组件组成,每一类组件的设计思想如下: 1.图形界面系统 构成现场各过程图形的画面被划分成几类简单的对象,对象具有影响其外观的属性,各对 象之间可通过动画连接,各组态软件由脚本语言来扩充其功能 2.实时数据库系统 保存数据,防止丢失信息 3.第三方程序接口组件 提供组态软件与第三方程序交互的手段,实现远程数据访问。 4.控制功能组件 对象,但不唯一地由事件触发,按照顺序周期地执行
3 3.标准化 没有统一的标准，只有用户意识中形成的不成文的标准。 1.2 工业组态软件的系统构成 工业组态软件通过一个应用工程项目或工程项目来标识。通过应用工程项目的 名称来访问其组态内容。 1.使用软件的工作环境：系统开发环境和系统运行环境。 2.工业组态软件的组件功能 3.扩展可选组件 第 2 和 3 两部分将结合力控软件在后面作具体介绍。 1.3 工业组态软件的设计思想 1.3.1 概述 工业组态软件主要解决的问题： （1）如何与采集、控制设备间进行数据交换； （2）使来自设备的数据与计算机图形画面上的各元素关联起来； （3）处理数据报警及系统报警； （4）存储历史数据并支持历史数据的查询； （5）各类报表的生成和打印输出； （6）为使用者提供灵活、多变的组态工具，可以适应不同应用领域的需求； （7）最终生成的应用系统运行稳定可靠； （8）具有与第三方程序的接口，方便数据共享。 1.3.2 工业组态软件的设计思想 工业组态软件由组件组成，每一类组件的设计思想如下： 1.图形界面系统 构成现场各过程图形的画面被划分成几类简单的对象，对象具有影响其外观的属性，各对 象之间可通过动画连接，各组态软件由脚本语言来扩充其功能。 2.实时数据库系统 保存数据，防止丢失信息。 3.第三方程序接口组件 提供组态软件与第三方程序交互的手段，实现远程数据访问。 4.控制功能组件 面向对象，但不唯一地由事件触发，按照顺序周期地执行
1.4组态软件使用方法介绍(运行软件的安装过程进行示范) 1.4.1力控软件简介 力控监控组态软件是在自动控制系统监控层一级的软件平台,它能同时和国内外各种工业 控制厂家的设备进行网络通讯,它可以与高可靠的工控计算机和网络系统结合,便可以达到集 中管理和监控的目的,同时还可以方便的向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口,来实现 与“第三方”的软、硬件系统来进行集成。 力控是运行在 Windows98/NT/2000/ⅫP操作系统上的一种监控组态软件。使用力控OR用户可 以方便、快速地构造不同需求的数据采集与监控系统 力控的应用范围广泛,可用于开发石油、化工、半导体、汽车、电力、机械、冶金、交通、 楼宇自动化、食品、医药、环保等多个行业和领域的工业自动化、过程控制、管理监测、工业 现场监视、远程监视/远程诊断、企业管理/资源计划等系统 1.4.2软件安装与启动(现场演示) 1.4.3软件的组成 力控软件包括:工程管理器、人机界面ⅥIEW、实时数据库DB、I/O驱动程序、控制策略生 成器以及各种网络服务组件等,它们可以构成如下的网络系统 选程间 务器 业管理 辅于系 目 耍垦吧 g 1.各部分功能介绍 工程管理器( Project Manager) 工程管理器用于创建工程、工程管理等用于创建、删除、备份、恢复、选择当前工程等。 开发系统(Draw) 开发系统是一个集成环境,可以创建工程画面,配置各种系统参数,启动力控其它程序组
4 1.4 组态软件使用方法介绍（运行软件的安装过程进行示范） 1.4.1 力控软件简介 力控监控组态软件是在自动控制系统监控层一级的软件平台，它能同时和国内外各种工业 控制厂家的设备进行网络通讯，它可以与高可靠的工控计算机和网络系统结合，便可以达到集 中管理和监控的目的，同时还可以方便的向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，来实现 与“第三方”的软、硬件系统来进行集成。 力控是运行在Windows98/NT/2000/XP操作系统上的一种监控组态软件。使用力控○R用户可 以方便、快速地构造不同需求的数据采集与监控系统。 力控的应用范围广泛，可用于开发石油、化工、半导体、汽车、电力、机械、冶金、交通、 楼宇自动化、食品、医药、环保等多个行业和领域的工业自动化、过程控制、管理监测、工业 现场监视、远程监视/远程诊断、企业管理/资源计划等系统。 1.4.2 软件安装与启动（现场演示） 1.4.3 软件的组成 力控软件包括：工程管理器、人机界面 VIEW、实时数据库 DB、I/O 驱动程序、控制策略生 成器以及各种网络服务组件等，它们可以构成如下的网络系统： 1. 各部分功能介绍 工程管理器（Project Manager） 工程管理器用于创建工程、工程管理等用于创建、删除、备份、恢复、选择当前工程等。 开发系统（Draw） 开发系统是一个集成环境，可以创建工程画面，配置各种系统参数，启动力控其它程序组
件等 界面运行系统(View) 界面运行系统用来运行由开发系统Draw创建的画面,脚本、动画连接等工程 实时数据库(DB) 实时数据库是力控软件系统的数据处理核心,构建分布式应用系统的基础。它负责实时数 据处理、历史数据存储、统计数据处理、报警处理、数据服务请求处理等 I/0驱动程序(I/0 SERVER) I/O驱动程序负责力控与I/0设备的通信。它将I/0设备寄存器中的数据读出后,传送到力控 R的数据库,然后在界面运行系统的画面上动态显示 网络通信程序( Netclient/ Net server) 网络通信程序采用TCP/IP通信协议,可利用 Intranet/ Internet实现不同网络结点上力控O R之间的数据通信 通信程序( Port server) 通信程序支持串口、电台、拨号、移动网络通信。通过力控OR在两台计算机之间,使用RS232C 接口,可实现一对一(1:1方式)的通信;如果使用RS485总线,还可实现一对多台计算机(1 N方式)的通信,同时也可以通过电台、 MODEM、移动网络的方式进行通信 Web服务器程序( Web server web服务器程序可为处在世界各地的远程用户实现在台式机或便携机上用标准浏览器实时 监控现场生产过程 控制策略生成器( Strategy Builder) 控制策略生成器是面向控制的新一代软件逻辑自动化控制软件,采用符合IEC1131-3标准 的图形化编程方式,提供包括:变量、数学运算、逻辑功能、程序控制、常规功能、控制回路、 数字点处理等在内的十几类基本运算块,内置常规PID、比值控制、开关控制、斜坡控制等丰 富的控制算法。同时提供开放的算法接口,可以嵌入用户自己的控制程序。控制策略生成器与 力控的其它程序组件可以无缝连接。 2.工程管理器介绍 运行力控软件,结合软件具体介绍: (1)工程管理器菜单 (2)工程管理器工具按钮 1.4.4应用程序工程开发过程 创建新的应用程序工程的一般过程是:绘制图形界面、创建数据库、配置I/0设备并进行I/0 数据连接、建立动画连接、运行及调试 下图是采集数据在力控各软件模块中的数据流向图: View 数据库点参数 I/0服务器 设备地址 数据库变量 I/0连接项 要创建一个新的应用程序工程,首先为应用程序工程指定工程路径,不同的工程不能使用
5 件等。 界面运行系统（View） 界面运行系统用来运行由开发系统Draw创建的画面，脚本、动画连接等工程。 实时数据库（DB） 实时数据库是力控软件系统的数据处理核心，构建分布式应用系统的基础。它负责实时数 据处理、历史数据存储、统计数据处理、报警处理、数据服务请求处理等。 I/O驱动程序（I/O SERVER） I/O驱动程序负责力控与I/O设备的通信。它将I/O设备寄存器中的数据读出后，传送到力控 R的数据库，然后在界面运行系统的画面上动态显示。 网络通信程序（NetClient/NetServer） 网络通信程序采用TCP/IP通信协议，可利用Intranet/Internet实现不同网络结点上力控○ R之间的数据通信。 通信程序（PortServer） 通信程序支持串口、电台、拨号、移动网络通信。通过力控○R在两台计算机之间，使用RS232C 接口，可实现一对一（1：1方式）的通信；如果使用RS485总线，还可实现一对多台计算机（1： N方式）的通信，同时也可以通过电台、MODEM、移动网络的方式进行通信。 Web服务器程序（Web Server） Web服务器程序可为处在世界各地的远程用户实现在台式机或便携机上用标准浏览器实时 监控现场生产过程。 控制策略生成器（StrategyBuilder） 控制策略生成器是面向控制的新一代软件逻辑自动化控制软件，采用符合 IEC1131-3 标准 的图形化编程方式，提供包括：变量、数学运算、逻辑功能、程序控制、常规功能、控制回路、 数字点处理等在内的十几类基本运算块，内置常规 PID、比值控制、开关控制、斜坡控制等丰 富的控制算法。同时提供开放的算法接口，可以嵌入用户自己的控制程序。控制策略生成器与 力控的其它程序组件可以无缝连接。 2.工程管理器介绍 运行力控软件，结合软件具体介绍： （1）工程管理器菜单 （2）工程管理器工具按钮 1.4.4 应用程序工程开发过程 创建新的应用程序工程的一般过程是：绘制图形界面、创建数据库、配置I/O设备并进行I/O 数据连接、建立动画连接、运行及调试。 下图是采集数据在力控各软件模块中的数据流向图： 要创建一个新的应用程序工程，首先为应用程序工程指定工程路径，不同的工程不能使用