软件组态

软件组态（共12篇）

软件组态 篇1

0 引言

随着计算机技术和电子信息技术在电力建设中广泛和深入的应用, 综合自动化变电站已成为变电站发展的新趋势。目前, 盘锦电力公司已建成综合自动化变电站24座, 通过自动监视和控制极大地提高了工作效率和安全性。而要完成自动监视和控制, 采用灵活的组态方式, 快速构建自动监控控制系统十分重要。

1 组态软件的特点

传统的工业控制软件开发周期较长, 这是因为工业被控对象一旦有变动, 就必须修改控制系统的源程序;同时已开发成功的工控软件又由于控制项目的不同而很少重复使用, 增加了开发成本;在修改工控软件的源程序时相对复杂困难。组态软件能够很好地解决这些问题, 使用户可根据自己的控制对象和控制目的任意组态, 完成最终的自动化控制。

组态软件是数据采集与过程控制的专用软件, 是通过组态方式构建自动控制系统监控功能的软件工具。它支持各种工控设备和常见的通信协议, 通常也提供分布式数据管理和网络功能。实时数据库、实时控制、SCADA、通信及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持是组态软件的主要功能。组态软件的主要特点如下:

(1) 延续性和可扩充性。当现场的硬件设备、系统结构或需求发生改变时, 不需要很多修改就可方便地完成软件的更新和升级。

(2) 封装性。将所能完成的功能用一种方便实用的方法包装起来, 使用者不必专门学习编程语言技术就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能。

(3) 通用性。根据工程实际情况, 利用组态软件提供的底层设备的I/O Driver、开放式的数据库和画面制作工具, 就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、多媒体功能和网络功能的工程。

2 组态软件应用分析

目前, 盘锦电力公司在用组态软件是分别在不同时期投入使用的, 受当时市场环境、技术水平以及总体设计要求等因素影响, 所选产品种类型号都略有不同, 但是各款组态软件实际使用效果大致相同。目前主要使用的组态软件包括iFIX、Cimplicity、组态王KingView、Eyewin在线监控系统、PEMP组态软件、DF3000组态软件、ISA300变电站监控后台系统等。组态软件应用开发流程如图1所示。

(1) iFIX是美国通用电气公司 (GE) 旗下产品, 是目前世界上较为先进的HMI/SCADA自动化监控组态软件, 在电力、冶金、石油化工等行业中有较多应用。它集安全性、通用性和易用性于一身, 可适应各种生产环境。

(2) Cimplicity是GE旗下产品, 为其智能平台ProficyR提供集成的HMI/SCADA解决方案, 目前广泛用于各大电子、电力、餐饮、石油天然气以及其它行业的生产过程。

(3) 组态王KingView是由北京亚控科技发展有限公司开发的组态软件, 具有易用性强、动画功能丰富、技术性能卓越、稳定可靠且价格低廉等特点。

(4) Eyewin在线监控系统是国电南自面向电力监控当前及未来发展趋势全新设计的新一代电网监控自动化系统。它是PS6000自动化系统的子系统软件, 可兼容各种硬件平台 (服务器、工作站、微机) , 又可运行于不同操作系统 (Windows、Linux、Unix) , 能够满足电力监控系统对运行环境的不同需求;支持集控站/厂站监控系统的各种应用, 集SCADA、图模库一体化、拓扑分析、一体化五防、操作票管理、程序化控制、保护信息管理及仿真培训等高级应用于一体, 为各种规模的集控站/厂站监控提供完整、成熟的解决方案。

(5) PEMP监控组态软件是北京光耀电力自动化有限公司依靠GE在电力系统及自动化领域的先进技术, 汲取国内外变电站自动化先进成熟的网络通信和控制技术开发的适用于自身产品的一款软件, 目前广泛应用在变电站综合自动化系统中。其与GE Multilin数字保护单元、通信网络构成先进的自动控制系统。

(6) DF3000监控组态软件是东方电子集团有限公司开发的一套变电站自动化系统。目前, 东方电子已经推出了满足两层数字化要求的DF3300E/DF1900变电站自动化系统, 迄今为止已经有百余套系统在全国各地的110~500kV变电站稳定运行。

(7) ISA300变电站监控后台系统是由深圳南京自动化研究所 (南瑞) 开发的监控系统。该系统采用开放式的软件工作平台, 为多窗口多任务系统;界面风格采用Windows NT/9X画面输出和操作方式, 结构设计模块化, 通用数据库访问方式, 多进程、多线程模式。该系统是南瑞早期开发的监控系统, 目前已经被新版本取代。

软件特点比较分析如下:

(1) iFIX和Cimplicity虽然同属于GE旗下产品, 但是两款组态软件特点却有许多不同, 如果作为工程开发者, 那么iFIX要比Cimplicity更具优势。在图形界面设计方面, 两者的图库图形丰富、色彩方案齐全, 并支持外部导入;同时两者都内嵌VBA, 具有自己的内部函数, 又有广泛的VB函数, 支持所有类型的ActiveX、OLE。

两款软件在可扩展性以及二次开发灵活性上极其强大, 这些优点都是现阶段国内软件无法比及的。其中, iF-IX的优势在于它的编辑与运行是切换进行的, 这有利于保障现场生产安全, 且支持在线修改, 运行时可根据程序很方便地更换对象的链接数据源, 使控制更灵活;而Cimplicity对数据节点的修改不是在线的, 必须先停止工程, 再启动工程。另外在数据库编辑上, iFIX支持数据库导出和导入后编辑, 尽管Cimplicity也支持这种方式, 但在实际使用过程中却经常产生错误, 影响开发效率。两款组态软件功能上具有相当优势, 可实际应用中难免也有弱点, 比如产品版权注册复杂、软件价格昂贵、售后支持不够等, 都是其在国内应用的瓶颈。

(2) 组态王KingView是目前国内比较优秀的组态软件, 在开发过程中易于上手, 简单快捷, 图形丰富, 但是相比较国外软件还是存在差距。由于其内嵌了VBA并且集成多种驱动程序, 因此在可扩展性及二次开发方面有一定优势, 可应用在小型或低要求的自动化系统中。

(3) Eyewin在线监控系统与PEMP监控组态软件是国内近几年比较成熟且功能全面的组态系统软件, 其优势在于与厂商自己开发产品结合得好, 并且具有一套针对性很强的系统结构, 开发周期短、效率高;缺点是图形图库系统一般, 可扩展性不强。

(4) DF3000监控组态软件和ISA300变电站监控后台系统分别是东方电子和南瑞电气的早期版本软件, 受当时技术水平限制, 与当今市场产品相比, 其图形画面支持不够、可扩展性不强、数据库系统陈旧, 尽管目前运行比较稳定, 但由于产品已经退出市场, 或被更高版本系统软件取代, 因此无法保障售后支持。

3 结束语

当今自动化系统中硬件系统的高度集成化发展, 促使组态软件系统功能越发强大, 选择一款符合项目要求的组态软件尤为重要。衡量软件的标准未必仅限于其功能、性能, 在科技高速发展的时代, 任何产品都不能保证绝对的领先, 所以重点应放在软件是否有针对性的设计理念及应用效果上。另外, 软件能否有效地发挥功效, 还在于使用者和操作者的水平。因此, 合适的软件系统、成熟的硬件基础加上高技术的开发应用者, 才可组合成最完善的系统。

软件组态 篇2

基于力控组态软件的锅炉监控系统设计

院（系）：

电气与控制工程学院

专业班级：

10级测控1班

姓

名：

张坡坡

学

号：

1006070127

2013年 4月 29日

目录

1.力控组态软件PCAuto...................................3 1.1软件的认识...............................................3 1.2软件的使用...............................................3 2.系统功能概述.........................................3 3.系统设计.............................................4 3.1设计思想..................................................4 3.2软件组态设计..............................................4 3.3系统功能实现的脚本程序....................................11 4.设计心得体会.........................................12

1.力控组态软件PCAuto 1.1软件的认识

力控监控组态软件PCAuto是对现场生产数据进行采集与过程控制的专用软件，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，同时还可以方便地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、硬件系统进行集成。

力控监控组态软件PCAuto最大的特点是能以灵活多样的“组态方式” 进行系统集成，它提供了良好的用户开发界面和简捷的工程实践方法，用户只要将其预设置的各种软件模块进行简单的“组态”，便可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，缩短了自动化工程师的系统集成的时间，大大地提高了集成效率。

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、工业现场监测、远程监测/远程诊断、企业管理/资源计划等系统。

PCAuto组态软件具有功能强大的图形开发环境Draw，采用面向对象的图形技术，创建动画式人-机界面系统及高可靠性快速的图形界面运行系统View，用来运行Draw创建图形窗口。先进的分布式实时数据库DB是整个应用系统的核心模块，负责整个力控应用系统的实时数据处理、历史数据存储、统计数据处理、报警信息处理、数据服务请求处理及完成与过程的双向通信。1.2软件的使用

在组态软件中填写一些事先设计的表格，再利用图形功能把被控对象(温度计、压力计、锅炉、趋势曲线、报表、温控曲线等)形象的画出来，通过内部数据连接把被控对象的属性与I/O设备的实时数据进行逻辑连接。当由组态软件生成的应用系统投入运行后，与被控对象相连的I/O设备数据发生变化会直接带动被控对象的属性变化。

2.系统功能概述

基于力控组态软件的锅炉监控系统的设计主要是充分利用软件的优势，通过 3 对锅炉系统中的三个主要参数，即锅炉水位、炉膛压力、锅炉内温度的控制来实现对锅炉系统的实时监控。具体的控制原则为：当锅炉液位“LEVEL”的值高于100时，系统产生报警，对应的入水阀门会变小到5%；当炉内压强“YQ” 的值高于0.11Mpa时，系统也会报警，同时出气阀门开启；同样，当锅炉内温度“WD”的值高于90时，系统也产生报警信息，同时进气阀门会变小到5%。其中锅炉水位由仿真PLC的常量寄存器控制，炉膛压力和锅炉内温度也分别由仿真PLC的常量寄存器控制，由于无法准确地建立锅炉水位、炉膛压力、锅炉内温度三者之间的函数关系，在设计时人为设定炉膛压力和锅炉内温度分别随锅炉水位增减情况的不同而有不同的增减量变化。系统的启停则由“开始”按钮进行控制。系统报警时，会生成报警曲线。温度过高时，加热设备停止加热，其中是否加热有动画连接实现，加热时加热设备一直闪烁，否则停止闪烁。

3.系统设计

3.1设计思想

锅炉设备是一个复杂的控制对象，主要的输入变量是负荷、锅炉给水、燃料量、减温水、送风和引风等；主要的输出变量是汽包水位、蒸汽压力、炉膛负压、过剩空气等。因输入变量与输出变量相互关联，如果蒸汽负荷发生变化，必将会引起汽包水位、蒸汽压力和过热蒸汽温度等变化，因此锅炉是一个多输入、多输出且相互关联的控制对象。由于条件限制及能力有限，本控制系统将主要控制三个变量：锅炉水位、炉内温度、炉内压力。

在本控制系统的图形界面上具备报警通知及确认、报表组态及打印、历史数据查询与显示等功能。各种报警、报表、趋势都是动画连接的对象，其数据源都可以通过组态来指定。每个画面的内容可以根据实际情况灵活设计。3.2软件组态设计

基于力控PCAuto组态软件的设计与实现主要包括以下几个步骤：画面创建、动画连接、I/O设备设置、创建实时数据库、数据连接。

① 画面创建

根据本系统的特点，设计了锅炉监控系统主界面，数据的采集、保存及查询界面，报警信息，温控曲线四个界面。主界面如图1所示，主要包括了系统开关，锅炉精灵，压力、温度的精灵，加热设备和一些控制阀门。

图1 锅炉监控系统主界面

数据的采集、保存及查询界面如图2所示，说明了系统的实时数据信息，及相关历史数据的查询。主要包含趋势曲线和历史报表。“历史报表”工具可以方便的实现报表打印功能

图2 数据的采集、保存及查询界面

报警信息界面如图3所示，由报警组态及相关报警设置来完成系统的报警任务。

图3 报警信息界面

温控曲线界面如图4所示，主要有温控曲线组件完成，便于更好的实现锅炉内温度的控制与观测。

图4 温控曲线界面

② 动画连接

动画连接是指画面中图形对象与变量或表达式的对应关系。建立了连接后，在监控系统运行时，根据变量或表达式的数据变化，图形对象改变颜色，大小等外观，文本会进行动态刷新。这样就将现场真实的数据放映到计算机的监控画面中，从而达到监控的目的。

此控制系统中分别对开关精灵、报警灯、界面切换、加热设备等进行了相关的动画连接。从而可以动态的实现系统的良好控制。具体实现方法如图5中各图所示。

(a)开关的相关动画连接

(b)阀门的相关动画连接

(c)各界面切换的相关动画连接

图5 动画连接

③ I/O设备设置及管理

I/O设备设置是指对包括应用程序的“软件设备”和现场数据采集交换的硬件设备在内的广义上I/O设备驱动程序进行配置，使其与组态软件建立通信，构 成一个完成的系统。在被监控系统中，分别对锅炉的液位“LEVEL”，入口泵“IN_WATER”，出口阀门“OUT_WATER”，进行了定义，地址的分配，通信方式的选定等操作。在监控系统中建立的仿真PLC，其实现方法如图6所示。

图6仿真PLC的建立

配置I/O设备的过程在图形开发环境Draw的导航器中进行，按照设备安装对话框的提示就可以完成I/O设备的配置工作。I/O设备配置完成后，在导航器中将列出I/O设备的设备名称，同时生成的设备名称即可用于数据连接过程。在系统运行时，力控通过内部管理程序自动启动相应的I/O驱动程序，I/O驱动程序负责与I/O设备的实时数据交换。

④ 创建实时数据库

实时数据库(DB)是整个监控系统的核心。它负责整个系统的实时数据处理和历史数据存储、统计数据处理、报警信息处理、数据服务请求处理，完成与过程数据采集的双向数据通信。在本系统中，经过创建点参数、定义I/O设备、数据连接等几个步骤便可以完成数据库的创建。系统中采用的I/O设备的数据采集与回送是实时数据库的一个最基本的功能。因为实时数据库系统应用所面向的监控对象最终还是要落实到具体的硬件设备。力控数据支持的I/O设备包括DCS、可编程控制器(PLC)、智能模块、板卡、智能仪表、控制器、变频器等。数据库与I/O设备之间的数据交换方式也相应的有很多种。本系统实时数据库的建立过程如下所示： 以“LEVEL”点参数的建立、修改为例，包括基本参数、报警参数、数据连接、历史参数等的设置。

图7 相关点参数的设置 3.3系统功能实现的脚本程序 调出程序脚本串口，编写程序如下：

图8 脚本程序

程序：

IF RUN.PV==1 THEN

LEVEL.PV=LEVEL.PV-3;WD.PV=WD.PV-2;YQ.PV=YQ.PV+0.001875;

IF IN_WATER.PV==100 THEN LEVEL.PV=LEVEL.PV+6;ENDIF IF IN_WATER.PV==5 THEN LEVEL.PV=LEVEL.PV+0.3;ENDIF IF IN_GAS.PV==100 THEN WD.PV=WD.PV+4;ENDIF IF IN_GAS.PV==5 THEN WD.PV=WD.PV+0.2;ENDIF IF OUT_GAS.PV==1 THEN YQ.PV=YQ.PV-0.00375;ENDIF

IF LEVEL.PV<=80 THEN IN_WATER.PV=100;ENDIF IF WD.PV<=60 THEN IN_GAS.PV=100;ENDIF IF YQ.PV<=0.11 THEN OUT_GAS.PV=0;ENDIF IF LEVEL.PV>=100 THEN IN_WATER.PV=5;ENDIF IF WD.PV>=75 THEN IN_GAS.PV=5;ENDIF IF YQ.PV>=0.11 THEN OUT_GAS.PV=1;ENDIF ENDIF 4.设计心得体会

通过这次对力控组态软件的使用，我们在搜集大量资料和观看一系列力控软 12 件实例的基础上，很好的完成了本次锅炉监控系统的设计任务，掌握了组态软件课理论与实际间的联系，也熟练了数据库的建立，数据采集的创建，报警的运用等等，通过繁琐的动画连接和实时数据库中各种变量的建立，找到了一定的规律。通过简单的控制语句的编程，发现了其中很多控制变量间的编程规律，很好的实现了组态功能。设计的过程中遇到过不少问题，软件的安装也尝试了好几个版本，或者是程序的编写问题，或者是变量的创建不合适，再或者是动画的关联，等等，通过大家一起探讨，一起研究，解决了一系列的困难，最终能够在一台电脑上将实验中的各种现象完美的展现出来，但是还是有的地方没有弄太明白，不过最终仍旧根据要求圆满地完成了设计的任务，在困难的陪同下体验了一下成功的喜悦，增强了以后学习和解决困难、问题的信心，更增添了对力控软件的研究兴趣。最后感谢老师对我们的教学和指导，也希望在以后的设计中老师能够给予帮助与鼓励。

作业

1.力控支持多种形式的网络通信，主要有哪几种？

答：力控支持的网络通信方式包括DDE,OPC,ODBC.2.什么是网络数据库连接？

答：网络数据库：（1）在网络上运行的数据库；（2）网络上包含其他用户地址的数据库；（3）信息管理中，数据记录可以以多种形式相互关联的一种数据库。网络数据库是跨越电脑在网络上创建、运行的数据库。网络数据库中的数据之间的关系不是一一对应的，可能存在着一对多的关心，这种关系也不是只有一种路径的涵盖关系，而可能会有多种路径和从属关系。网络数据库连接即将网络数据库作为服务器和客户端提供或接收数据。3.若要自启动力控的WebServe和网络服务器程序，应该如何设置？

答：双击系统配置导航器中的“系统配置/初始启动程序”，在力控程序启动设置查看Web服务器HttpSvr和NetServer是否已经选中。如果没有选择，手动选择这个程序。选择后启动力控程序是否将会自动启动力控的Web服务器程序。

4.解释“系统冗余”和“双机热备”，力控软件冗余系统如何配置？

答：“系统冗余”：在一些对系统可靠性要求很高的应用中，需要考虑热备份也就是系统冗余，这是指系统中一些关键模块或网络在设计上有一个或多个备份，当现在工作的部分出现问题时，系统可以通过特殊的软件或硬件自动切换到备份上，从而保证了系统不间断工作。

“双机热备”：特指基于高可用系统中的两台服务器的设备（或高可用），因两机高可用在国内使用较多，故得名双机热备。

软件组态 篇3

关键词：工业组态软件；直接地址变量；DCS；PLC；重叠检查

Research an implement of checking the directly address

variables overlap in configuration softeware for industy

YU Zhi-Wen

（Beijing HollySys Co.，Ltd， Beijing 100176）

Abstract: There are many directly address variables and they are mostly used in industrial configuration software.These variables are defined by the user for the specified address，the way which is the flexible definition of variables may result in variables in memory using the same time . This happens to have deliberately or unintentionally.We research and analysis these directly address variables to find an algorithm which can solve our problems with less time and space.

Keywords: configuration software for industry；directly address variable；DCS；PLC；overlap checking

工业组态软件，也称组态监控软件系统软件，是指用于数据采集与过程控制的专用软件。组态软件的应用领域很广，可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。

目前常用的工业组态软件是DCS(分布式控制系统，Distributed Control System)、PLC(可编程逻辑控制器，Programmable Logic Controller)等。这些组态软件都支持用户在某一内存或者特殊内存区自定义变量，即直接地址变量，直接地址变量和用户没有指定具体地址的变量在内存分配上是有区别的。直接地址变量的定义有可能会导致多个变量占用同一块内存。

正是由于这种灵活的定义变量方式导致了以上问题的出现。本文将研究这些直接地址变量的特点并且提供一种算法来检查工业组态软件中这些直接地址变量。造成变量重叠的原因有以下两种：第一是用户希望通过这种内存重叠的变量操作达到想要的内存数据或者修改对应的内存数据；第二则是用户在无意中定义的多个直接地址变量操作了同一块内存，导致内存中的数据被修改(此处的修改也许是用户不想发生的)。第二种情况是需要提示给用户，否则由这些变量参与的组态逻辑下装到各控制器中后，周期运行时，会导致组态逻辑运算出错、控制器死循环等一系列危险情况。

本文对直接地址变量重叠检查的研究已成功应用到了实际的组态软件中(国内著名的自动化企业PLC控制软件)。

1 分析与设计

本节将首先通过对直接地址变量在内存中分布特点进行研究与分析，然后设计一种算法，检查某一内存区域的直接地址变量。

1.1 重叠变量的分析

在一个组态软件中，会划分出不同的模块，这些直接地址变量会定义到不同的模块中，假定各个模块已经将这些直接地址变量收集，并且按照各个变量的偏移(变量相对于某块内存的位置)放入一个数组中，数组中的成员是列表形式的，这样可以将同一个偏移处的变量连接到一个数组下标中，而同一个数组下标处的变量，我们可根据各个变量的大小，按照升序的方法存入列表。如图1所示就是放入数组的两个直接地址变量。

见图1可知变量a和b的偏移都为2，a变量大小为1个字节，b变量大小为2字节，按照变量大小升序放入下标为2的地址处。

(1)直接地址变量的简介

这里我们简单介绍一下直接地址变量。第一种直接地址变量称为位变量，如a ：%MX0.1，类型为 BOOL，第二种直接地址变量称为非位变量，例如 b：%MD4。由于组态软件的不同，直接地址变量定义所在的内存区也可能不同，也有可能是I、Q等内存区。D代表DWORD类型，组态软件中还支持B(BYTE)、W(WORD)等类型。

接下来我们通过图2的数据结构来表示直接地址变量在某快内存中重叠的现象。首先定义有如下的变量。

a：%MX0.2，类型为 BOOL，位变量，大小为1位；

b：%MX0.2，类型为BOOL，位变量，大小为1位。

c：%MD0，类型为BYTE，非位变量，大小为1字节；

d：%MD0，类型为 DWORD，非位变量，大小为4字节；

e：%MW2，类型为 WORD，非位变量，大小为2字节；

f：%MD4，类型为DWORD，非位变量，大小为4字节。

上图表明变量a、b、c、d、e、f在M这块内存中存放的数据结构，利用这种数据结构存放变量可以清晰的查找同偏移处的所有变量，而且升序的存放方法为后续的地址重叠查找带来很大的方便。

(2)内存中直接地址变量分析

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由图2可以看出，位变量a、b，大小为1位，非位变量c、d、e、f，大小分别为1字节，4字节，2字节，4字节。那么我们可以看出哪些变量有重叠，哪些变量没有重叠。下面具体分析实例中的这些变量如何重叠，从而为重叠检查做准备。

变量a、b是位变量，按照之前的数据结构存放方式，位变量存放在数组偏移的最前端，其他的非位变量存放在相同偏移的后端(按照变量大小升序方式)，变量a、b、c、d偏移都是相对于M区开始的0偏移的地址，而e是相对偏移为2的地址，f偏移为4。如果多个变量在同一个偏移处，那么这些变量本身是地址重叠的。例如c、d变量是重叠。此处我们要将位变量特殊处理，因为位变量在存放和判断时要根据所处的位来标识。在图2中，位变量 a、b是在偏移0字节中的2位处重叠，而a、b、c、d也是重叠的。在某偏移处既有位变量也有非位变量时，非位变量本身全部重叠，而位变量也同这些非位变量全部重叠。如果位变量处于不同的位，那么位变量本身就不重叠了，但这些位变量和处于此偏移处的非位变量仍然重叠。这里很容易就可以找到同一个偏移处的非位变量，因为他们都处于此偏移处。如果发现多个位变量处于同一位，那么这些处于同一位的位变量本身也重叠，并不和其他位变量重叠，但是和处于此偏移处的其他非位变量重叠。接下来我们再根据图3的实例来解释以上查找重叠变量的方法。

如上图3所示，变量a、b、c为位变量，其中a，b处于同一位，而c处于其他位，这些变量同非位变量d所处的字节偏移相同，我们根据上面将的重叠分析可以得知a、b、d三个变量在a变量的地址处重叠，而c、d变量在c变量的位置重叠。

1.2 检查重叠变量的设计

经过上面对重叠的位变量以及非位变量的分析，我们设计一种算法对处于某一偏移处的所有变量查找是否重叠。此时需要注意，在查找某一偏移处的变量时，关注此偏移前的所有偏移处是否有变量和当前变量重叠。如在图2中，查找偏移为2的地址处的变量时需要关注偏移为0、1时，是否有变量和偏移为2的变量重叠。所以得到结论，在查找变量重叠时，不仅要查找此变量所处的偏移的重叠变量，还要查找此变量之前的所有变量是否和此变量重叠。如果我们在查找某个变量时同时在查找这个变量之前的其他所有变量，那么在变量个数增加、数组下标个数增加(在不同的组态软件中，这些支持直接地址变量的内存都达到几K字节左右的空间)时，显然再去查找这些变量在空间和时间上的花费将是巨大的。所以我们需要在此想法的基础上做改进，避免在变量个数增加的情况下，反复查找已经查找过的变量并进行地址比对。

前面研究了重叠地址变量的特点，那么为了避免对相同变量的反复查找比较，我们需要将之前的算法改进。当我们在逐个查找这些变量的时候，希望只向前查找，而不用返回从头查找已经查过的变量是否和当前变量重叠。因此我们需要借助一个链表，要将与当前查的变量重叠的其他变量全部查找出来，放入一个链表，这里只需要放入某一偏移处第一个变量就可以，因为此偏移处的其他变量必然已经和当前变量重叠。当查到后续的变量时，我们可以检查之前的链表，利用链表查找只是简单的常数级，时间和空间复杂度很小。每次查找当前变量和其他变量重叠时，需将当前变量偏移后到当前变量大小结束这段内存中的所有变量进行检查。如果重叠则加入链表中，这样可以保证在查找到后续的变量时，只需检查是否被加入过链表就可以判断此变量是否重叠，而不用重头检查后续变量之前所有变量。我们用图4解释上面的算法核心。

第一步：检查偏移为0时，我们将a、b加入重叠列表，此时表明重叠地址为0。

第二步：检查a变量发现a变量范围内没有其他的变量，之后检查b变量。

第三步：此时我们发现c变量和b变量重叠，将c、b加入列表，发现此时重叠地址为2。

第四步：同时在检查b的时候发现b的范围内有d变量和b重叠，将d、b加入列表，发现此时重叠的地址为3。

第五步：之后检查偏移为2的变量，只有c，查找链表，发现c已经加入到链表中。无需考虑2偏移处的变量。

第六步：接下来检查c变量范围内的其他偏移处的变量，此时有d变量在其范围内，所以应将d、c加入列表，但是查找链表发现d变量已经加入过链表，所以查找到d加入的位置，将c加入之前d加入过的位置，表明d、b、c变量重叠。

以上为算法核心，在查找的过程中我们要注意位变量，查找重叠时，某一个偏移处存在位变量，那么我们要对各个位查找，避免将位变量的重叠检查漏掉。

2 总结

工业组态软件中，尤其是PLC控制软件，会有大量的直接地址变量应用。有效的直接地址变量重叠检查会避免一些不必要问题的发生。我们将这些直接地址变量按照各自在内存中的偏移，以一定的结构排序，应用本文介绍的方法可以快速查找到重叠的变量。本文所述的研究成果已成功应用于国内著名自动化企业(和利时)新一代的PLC_AT组态软件。图5为和利时公司PLC_AT组态软件应用本文研究成果的实例。

参考文献

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作者简介

于志文(1984-)，男。山西省朔州市，硕士研究生。主要研究方向为自动化控制技术。

监控组态软件关键技术研究 篇4

监控组态软件设计与开发是一项十分复杂的工程任务,涉及到面向对象技术、图形技术、数据库访问技术、网络通信技术、组件技术、多线程技术等相关理论与技术。

2 面向对象技术

当前,许多设计监控组态软件的开发者采用了面向对象编程(Object Oriented Programming)技术,通过对监控组态软件的各功能模块的分析、抽象,提炼出具体的操作行为及属性,构建出基本类库,当需要时,可以从基本类库中派生出新类并实例化,从而可以方便地在通用的开发平台上建立有自己独特功能的监控组态软件。这种导出式的开发方式具有较高的软件重用性,避免了软件模块的重复开发,是一种比较成熟的方法。

面向对象的程序设计的本质是把数据和处理数据的过程当成一个整体,即对象。面向对象程序设计的实现需要封装和数据隐藏技术,需要继承和多态技术。所谓封装和数据隐藏指的是控制对象数据访问的特定规则。将数据和操作这些数据的代码包装成一个对象,而将数据和操作细节隐藏起来,这一过程叫做封装。封装的基本思想是:如果增加某些限制,使得对数据的访问可按照统一的方式进行,那就比较容易产生更为强壮的代码。继承机制指建立子类或派生类的能力,使面向对象软件很容易适应不同的应用而不用修改其原始设计。在重用原始设计的同时,增加新的功能或遗弃不必要的功能。多态性通过继承的方法构造类,采用多态性为每个类指定表现行为。继承性和多态性的组合,可以轻易地生成一系列虽类似但独一无一的对象。由于继承性,这些对象共享许多相似的特征。但由于多态性,一个对象可以有独特的表现方式,而对另一个对象有另一种表现形式。

3 图形技术

监控系统需要在远离现场的控制室对系统的各状态进行监控,逼真地反映现场的真实运行状态和设备的运行状态,这就要求监控组态软件具有良好的图形监控画面,丰富强大的图形组态功能,从而能够达到再现现场实况,为管理人员提供简单方便的操作的效果。监控组态软件具有友好的人机界面和强大的组态能力,其人机界面不再是单一的文字,而是文字和图形的综合处理,除了具有菜单式的操作方法外,一般都采用图形化、仪表化的操作界面,提供趋势图、报警等常用过程控制中的监控乎段。充分利用图形技术,可将界面设计的非常友好,方便操作人员使用。

4 数据库访问技术

监控系统的处理过程其实就是数据采集、数据传递和数据处理的过程,其中对于数据的处理难免要用到数据库。监控系统由于其应用场合的特殊性,它的数据处理与一般的商业软件有着明显的区别,前者需要处理最多的是实时更新现场数据,即处理一些实时的不断变化的数据,数据与时间因素紧密相关;而后者这种实时的因素相对较弱,主要是处理一些静态的数据。在监控系统中涉及到两种数据库:实时数据库和历史数据库。

数据库是组态软件的重要组成部分,其它组件模块经常要对数据库进行读写、创建、删除等操作。比如历史控件需要查询、读取历史数据,硬件I/O模块需要将从外围设备中取得的数据定时写入数据库中等。因此数据库访问技术是组态软件开发中经常要设计的一项技术之一。微软提供了一个通用解决方案———OLE DB,它是一组COM(Component Object Model,组件对象模型)接口的集合,提供了统一的方法以访问存储在不同信息源中的数据。但是,由于OLEDB API是为了给尽可能多的不同应用提供最佳功能而设计的,因此不符合使用简便这一要求。所以,我们需要一个介于OLE DB和实际应用之间的桥梁,而ADO正是这座桥梁。

ADO是为Microsoft最新和最强大的数据访问接口OLE DB而设计的,是一个便于使用的应用程序层。OLE DB为任何数据源都提供了高性能的访问,这些数据源包括关系和非关系数据库、电了邮件、文件系统、文本和图形以及自定义业务对象等。ADO在关键的Internet方案中使用最少的网络流量,并且在前端和数据源之间使用最少的层数,所有这些都是为了提供高性能的接口。同时ADO使用了与DAO相似的约定和特性,使得它更易于学习。

5 网络通信技术

网络程序的实现可以有多种方式,Windows Socket就是其中一种比较简单的实现方法。Socket是连接应用程序与网络驱动程序的桥梁,Socket在应用程序中创建,通过绑定操作与驱动程序建立关系。此后,应用程序送给Socket的数据,由Socket交给驱动程序向网络上发送出去。计算机从网络上收到与该Socket绑定的IP地址和端口号相关的数据后,由驱动程序交给Socket,应用程序便可以从该Socket中提取接收到的数据。网络应用程序就是这样通过Socket进行数据的发送和接收的。

在TCP/IP网络应用中,通信的两个进程间相互作用的主要模式是客户机/服务器模式(client/server),即客户向服务器提出请求,服务器接收到请求后,提供响应的服务。监控组态软件在建立客户机/服务器模式时主要基于以下两点:首先,建立网络的起因是网络中软硬件资源、运算能力和信息不均等,需要共享,从而造就拥有众多资源的主机提供服务,资源较少的客户请求服务这一非对等作用。其次,网间进程通信完全是异步的,相互通信的进程间既不存在父子关系,又不共享内存缓冲区。

6 组件技术

组件是一种可重复调用的软件块,它把维护及操作某一类信息的程序集中在一起独立成块。应用系统通过预先定义好的界面来调用执行组件。组件可以简单如一个类,也可以复杂如完整的应用服务处理。组件与调用它的应用环境一起构成容器系统,它提供了一种执行服务器组件的运行环境。常用的组态软件控件为ActiveX控件。

ActiveX是Microsoft的一个术语,是基于组件对象模型(COM-Component Object Model)的一种技术,是一组包括控件、Dll和ActiveX文档的组件,它通常是以动态链接库的形式存在,因此必须在一个叫容器的独立执行软件中运行。ActiveX技术的核心是ActiveX控件。事实上,ActiveX控件是OLE控件的一个新的称呼。以前所创建的OLE控件自然而然地成为ActiveX控件,并且可以在ActiveX应用程序中使用。原有的OLE控件的最大问题是过于笨重。这主要因为它们面向桌面应用,实现了完整的OLE控件标准接口集。而ActiveX控件,主要是在Internet环境下应用,所以必须做到尽可能的小。ActiveX控件的一个特点是能够自动下载。支持ActiveX控件的浏览器如果发现正在浏览的页面中用到某个ActiveX控件是它所没有的,便会自动从服务器端下载ActiveX控件并安装它。ActiveX控件的数据输入和函数功能的执行都必须通过容器,因此ActiveX控件和容器都必须支持一些特定的接口协议。

目前使用的大多数监控组态软件都提供了使用ActiveX控件的能力。程序员可以利用自己熟悉的开发语言来开发ActiveX控件,任何能通过编程来完成的任务都可写成一个或多个ActiveX控件。用户不仅可以自己创建ActiveX控件,也可以直接使用第三方程序开发者提供的ActiveX控件例如微软的MSCOMM控件,用户利用它可以轻松完成利用串口通讯的程序;又如Tide Stone公司的Formulate0ne控件可以完成各种较为复杂的报表。控件的使用大大增强了组态软件的灵活性。

7 多线程技术

多线程技术也是组态软件中普遍使用的技术之一。为了实现程序的实时性、并发性,防止因为单个线程而阻塞整个程序运行,画面线程和操作线程往往需要分开。另外,为了提高CPU执行效率,也常常使用多线程技术,比如监控组态软件中的硬件读写模块为每一个I/O设备开辟一个线程,以加快程序执行速度以及网络通信过程中为每个客户端请求开辟一个响应线程。虽然线程确实非常有用,但使用线程时可能产生新的问题。比如线程间的通信和同步问题,这也是我们在使用多线程时最需要注意的问题。线程需要在下面两种情况下互相进行通信:

第一,当有多个线程访问共享资源而不使用资源被破坏时。

第二,当一个线程需要将某个任务已经完成的情况通知另外一个或多个线程时。

Windows提供了许多方法,可以非常容易地实现线程的同步。这些方法包括:临界区、信号量、互斥体、事件对象等。

参考文献

[1]王亚民,陈青,刘畅生,等.组态软件设计与开发[M].陕西:西安电子科技大学出版社,2003.

[2]马国华.监控组态软件及其应用[M].北京:清华大学出版社,2001.

软件组态 篇5

力控自动化软件平台在长庆“数字化”油田中的应用

关键词： 数字化油田 SOA架构 监控组态软件 ForceControl GIS系统 概述：

长庆“数字化”油田是一个复杂的、多层结构的信息化系统，该项目集成了多种硬件平台、软件平台、多种开发工具、多个厂家共同实施和开发的特大型“数字化”项目，实施周期长，项目中将采用几千套的力控监控组态软件做为基础的油井、气井、联合站、集输等油田关键生产的数据采集与集成，同时力控企业实时数据库pSpace做为海量分布式数据管理平台起到集中数据处理与存储的作用，力控系列产品家族做为基础的自动化软件平台和数据中心管理平台为数字化油田基础的数据采集与管理发挥了巨大的作用。

项目背景介绍

长庆油田为国内第二大油田，矿产资源登记面积25.78万平方公里,跨越5省区，长庆油田管理的7万口油、气、水井分布在37万平方公里的鄂尔多斯盆地，涉及4省（区）、数十个市县，各采油、采气厂比较分散独立，管理难度之大、企业成本之高可想而知。

为了降低企业成本、完善企业管理、提高企业在行业的竞争力，长庆油田成立了数字化建设项目组，利用采油工艺整体优化技术、油藏管理技术、自动控制技术、计算机网络技术、数据整合技术、数据共享与交换技术，结合油田特点，集成、整合现有的综合资源，创新技术和管理理念，建立全油田统一的生产管理、综合研究的数字化管理系统，实现“同一平台、信息共享、多级监视、分散控制”，达到强化安全、过程监控、节约人力资源和提高效益的目标。

项目实施与应用情况详细介绍 2.1项目的规划

数字化油田项目采用面向SOA的服务的多层架构，系统与地理信息系统、视频系统、管理信息系统无缝集成，所有的生产数据完全由力控自动化软件平台采用分布式构架进行远程汇总。以建设“油气田生产运行管理系统”为枢纽，建立面向油气田生产、科研、管理、经营的生产管理调度系统和信息资源共享平台，做到油气田生产管理指挥智能化、办公自动化、管理信息化、信息资源网络化、业务处理电子化以及决策科学信息化，实现油气田生产管理的高度协调统一，把油气田建设成为现代化的数字油气田。

长庆油田采气厂与输油处SCADA系统，先将采气厂与输油处的数据由各个分厂采集至西安长庆大厦信息中心，为生产与调度提供原始数据，同时给Google Earth电子地图系统提供方便的数据接口。

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2.2、系统网络拓扑图 2.2.1系统整体网络图

长庆数字化油田系统结构图图例注释应用服务器WEB服务器ERP系统工程师防病毒服务器工程师大屏幕备份服务器NAS分发交换机数据库服务器办公大楼交换机核心交换机 工业隔离设备数据应用中心Internet路由器应用服务器防火墙工业安全隔离设备防火墙各厂数据中心硬件防火墙实时数据库 从服务器3 U冗余实时数据库 主服务器 实时数据整合关系数据库磁盘阵列千兆交换机长庆油田数据处理区路由器工业隔离设备工业隔离设备工业隔离设备工业隔离设备ADSLModem工业隔离设备ADSLModem工业隔离设备ADSLModem工业隔离设备ADSLModem力控软件力控软件力控软件力控软件力控软件力控软件力控软件ADSL链路采油一厂采油二厂采油三厂采气一厂采气二厂采气三厂采油四厂各采油●●●●●●采气●●●●●●厂 长庆油田有多个采油厂每个采油厂的信息化程度千差万别、使用的硬件设备和软件也不相同。每个厂需要采集点数为6000/4000余点。数据的实时性、安全性、可靠性是油田数字化的基础，为了建立安全可靠的数据平台，在各分厂采用北京三维力控科技的监控组态软件ForceControl6.0和力控科技自主知识产权的实时数据库产品pSpace。ForceControl6.0与pSpace可以很好的无缝集成，保证了数据的安全可靠。

该信息化项目将采用几千套的监控组态软件做为基础的油井、气井、联合站、集输等油田关键生产的数据采集与集成，力控企业实时数据库pSpace做为海量数据管理平台起到集中数据处理的作用，该项目完全是一个多层结构，多种软件平台、多种开发工具、多个厂家实施的特大型数字化项目，力控产品家族在该项目中做为基础的自动化软件平台和数据中心平台发挥了巨大的作用。

分厂信息处理举例：

信息中心针对数据管理平台配备两台冗余的服务器，在内网中运行，为确保网络安全，专门配置一台双网卡服务器,一网口采集第三方软件的数据，另一网口接入至VPN专网，力控ForceControl6.0组态软件以OPC方式采集第三方的数据,将采集的数据一方面交由本地实时数据库pSpace处理，另一方面通过力控的NetServer组件，供远端力控实时数据库pSpace快速访问数据。各分厂需要采集的数据数据经力控分布式实时数据库pSpace进行数

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据汇总后，统一送到面向SOA服务结构的管理系统中。

2.2.2采油（气）厂网络拓扑图

2.3采油（气）厂实施方案

长庆油田的众多采油（气）厂，虽然信息化程度千差万别、使用的硬件设备和软件也不相同，但采用的网络结构大体相似。下面以力控软件在苏里格油气田的解决方案为例，详述采油（气）厂的方案实施。

2.3.1 现场系统现状

由于油田油井负荷监控的设备五花八门，各家产品的技术手段完全不一样，油井负荷控制RTU里的的传输协议，通讯标准也无法做到统一，而长庆油田选用的厂家设备众多，因此监控组态软件配合厂家实现的手段也各种各样，对监控组态软件开发厂家提出了集成的挑战，而RTU存储的负荷数据进到上位机监控组态软件后，各个厂家实现的手段也不一样，有的用文件方式做存储，有的采用关系数据库做存储，由于模式不一样，比如常见的C/S、B/S网络发布各家采用的开发模式都不一样，同时厂家技术力量的参差不齐也为以后的系统维护带来很多的隐患。由力控forcecontrol6.1做为统一的采集平台进行内网web发布与数据传输，满足了各类集成商统一部署的需要，对以后系统扩展和升级带来了便利。

2.3.2力控解决方案

厂家的负荷管理的数据部分统一采用关系数据库做存储，自己控制和管理，自己实现WEB发布后，与力控forcecontrol6.1的发布功能进行集成发布，这样的好处是厂家自己的监控管理软件出现问题的时候不会干扰到力控的软件，方便后续改造和升级。

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井场控制站现有PLC/RTU负责采集井场的数据，如压力，流量，温度等等，通过GPRS/电台的方式往集气站发送数据；集气站装有PC机，安装拥有国内大量SCADA应用案例的力控组态软件采集来自井场的数据，每一个集气站大约采集50-60口井的数据，同时可以考虑在集气站设置RTU采集单元，对一些集气站的信号进行采集并上发；建造2-3座气处理厂，通过光纤采集若干集气站的数据，同时处理厂装有DCS控制系统，采集本厂的数据；通过在输油管道关键部位、油气区重点路段和井场、井站安装视频监控、设置电子视频跟踪锁定及传声警示等电子遥控系统，实现异常情况自动报警，监控出入油区的车辆、人员。在油气厂调度中心建造一个生产调度中心，安装具有很高性能的实时数据库pSpace通过光纤采集集气站的数据和气处理厂以及来自管网的数据，实现统一的管理。

厂级调度中心提供系统的全部功能，实现在调度中心通过计算机系统远程监控场站、天然气输配管网的运行情况，企业级实时数据库pSpace5.0 Server做为SCADA实时服务器负责处理、存储、管理从场站、输配管网各远程站点传送来的实时数据，同时又为网络中的其它服务器和工作站提供实时数据。历史数据经压缩处理后存放在pSpace5.0 Server历史库中，也可以通过pSpace5.0 ODBCRouter写入关系型数据库ORACLE中。SCADA实时数据服务器运行通信管理软件，可完成与各远程站点的通信链接、协议转换、网络管理等任务。

苏里格气田开发是长庆创新实施数字化的典型。实施数字化管理前人工巡井是3天1次，如今控制平台可实现每5分钟电子巡井一次，巡井频率是人工巡井的800多倍。这个气田将来生产规模达到200亿立方米以上，建设的气井和集气站将分别达到上万口、120座，数字化管理可将用工的目标控制在2000人以内。数字化给长庆人观念带来革命性变革，成为长庆油田实施低成本战略、加快油气田开发的驱动力。

3、数字化大油田的构建 3.1调度中心数据平台

在西安长庆大厦信息中心长庆油田可采用企业级的实时、历史数据库，汇集各采油（气）厂的数据，采用面向SOA的服务的多层架构软件平台，数据处理系统与地理信息系统、视频系统、管理信息系统无缝集成，将超过众多厂家的SI在统一平台上进行开发、实施和部署。将所有厂区工艺画面都进行了适合于WEB发布的形式重新组态，按地图中不同的节点配置不同的INDEX.HTM文件，可以很直观的从电子地图访问到某厂的某个站控系统当前的运行情况。

利用SOA架构的接口标准化、业务功能模块化、跨平台和重用性等优点集成视频系统实时远程视频监控生产、生活区安全关键点状态；安全异常、突发事件自动报警及应急指令调度处理；集成管理信息系统实现了物资供应部门从计划到采购、库存、消耗整个物流的管

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理过程，实现了采购业务与投资计划、财务与成本、库存等信息集成，提供油田所需各类物资管理报表，利用系统数据进行全局性的统计分析计算，为领导提供决策支持。

3.2力控软件与视频系统的集成

与视频监控系统进行良好的集成，支持SCADA画面如何与视频画面进行联动，可以与数字视频技术基于服务器端与客户端方式的开放融合。

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3.3力控软件与GIS系统的集成

北京三维力控科技开发的ForceControl监控软件具有丰富的组件接口，软件可通过GIS组件实现与GIS系统的无缝集成。GIS组件支持Mapinfo与ArcGIS的地图文件格式，支持组件方式集成GIS-GPS的功能，利用脚本和VBA调用可充分互动。

根据输油气管网信息管理的实际情况，我们采用B/S模式和C/S模式相结合的技术开发方案。在数据管理、专业应用中采用C/S结构模式，其他办公部门以及用户则采用B/S结构（即浏览器方式），两种结构共享同一数据库中的数据。B/S结构是基于Internet/Intranet应用技术之上，通过Web Server调用应用程序，实现信息的录入、修改、查询、统计等操作。GIS利用数据的空间属性，将地理信息和数据库结合在一起，通过图形、符号、颜色对网点分布、状态等，对统计数据信息进行反映，实现数据信息的可视化。

3.4力控软件与ERP系统的集成

力控软件“动态”数据源的设计保证了B/S和C/S等网络模式的数据访问，除了访问自己的实时历史数据库，同步也支持SQL关系数据库和国外大型实时历史数据库等多种数据库系统，系统的参数管理提供了参数的“动态”注册，方便负载调度，历史数据存储归档支持数据定时存储、条件存储、变化压缩存储、趋势压缩存储等多种技术，具备更强大的生产数

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据分析与统计功能，并且软件具有丰富的数据接口方便的与ERP系统的集成。

4、效益分析

力控科技系列产品在长庆油田从苏里格数字化项目开始到现在应用已经有3年多了，力控系列软件平台在数字化项目中的作用发挥巨大。

软件组态 篇6

关键词：DCS 组态软件 实践教学

1、引言

随着对工业自动化的要求越来越高，需要满足大量控制设备与过程监控装置之间的通讯。DCS组态越来越受到用户的重视，同时也要求科技服务人员，具有相关的知识背景，掌握DCS、组态软件等相关知识。对于高校工科教育，也提出了新的要求[1]，如何在实践教学中运用DCS组态软件，培养学生的基础知识、动手能力，是教学者普遍面临的新问题，已经有很多学者开展了很多不同教学环节下的工作[2-4]，本文从教学实践中，总结出利用DCS组态软件从事教学的成功经验，加以论述。

2、组态软件的选择

北京亚控自动化软件有限公司开发的组态王（Kingview），　是国内较有影响的组态软件。组态王提供了资源管理器式的操作主界面，并且提供了以汉字作为关键字的脚本语言支持。提供多种硬件驱动程序。具有易用性、开放性和集成能　力。应用組态王　，工程师可以把主要精力放在控制对象上，而不　态王软件是一种通用的工业监控软件，它融过程控制设计、现场操作以及工厂资源管理于一体，将一个企业内部的各种生产系统和应用以及信息交流汇集在一起，实现最优化管理。它基于Microsoft　Windows　XP/NT/2000　操作系统，用户可以在企业网络的所有层次的各组态王开发监控系统软件是新型的工业自动控制系统正以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统，它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。

3、组态王系统的动画演示功能在教学中的运用

由于组态王提供了丰富的动画连接属性以及复杂画面制作的工具，所以通过组态王软件能够制作复杂、优美而且接近实际生产的画面，并可以对其对象进行动画连接，最后可以开发出具有演示实际工作过程功能的系统。在教学中，老师可以通过组态王系统的演示来进行演示说明。例如在锅炉教学方面，如图1，利用组态王开发的系统可以完美的演示整个锅炉的运行过程，学生通过系统的演示可以很快的掌握锅炉的运行过程，收到事半功倍的效果。在汽轮机教学方面，由于汽轮机的工作工程较为复杂，在教学中给老师带来不小的难度，这是可以通过组态王系统来进行辅助教学，对其复杂的方面通过系统来演示，例如汽轮机级的工作过程就可以进行形象的演示，从进气到排气，学生可以迅速的掌握这方面的知识，同理可以演示汽机的抽汽，疏水等过程。在其他的课程方面例如化工、冶金等课程同样可以进行演示教学。

4、组态王系统整体连接功能在教学中的运用

通过组态王可以开发一整套相关的系统，对系统进行整体连接，对某个生成领域进行整体演示。在实际工程中，组态王开发的系统在电力领域中有重要的作用，例如在太原第一热电厂中的DEH控制，同样它可以运用到教学中。在热力发电厂教学方面，由于电厂运行系统相当复杂，涉及的方面很广，在教学有一定难度，但如果在教学中利用组态王系统进程教学，这个问题就会迎刃而解。通过组态王开发的抽汽系统，图2、燃烧系统，给水系统，疏水系统，凝结水系统等系统可以反映电厂的全面性热力系统。学生不仅可以通过老师进行演示，而且学生自己也可以进行动手操作，不仅了解了过程而且还学到了操作，在以后的实际工作中会打下结实的基础。

5、组态王其他功能在教学中的运用

组态王开发的工程不仅具有模拟功能，而且在实际运用功能更大。组态王开发的仿真系统还有数据实时监测功能，分布式报警功能，视频监视功能，通信等功能，所以可以通过组态王软件开发一个整体的模拟仿真系统，例如在热能工程方面，通过组态王开发一个火力发电厂300MW机组的仿真分析系统，学生可以通过这个平台来进行仿真实习，由于该系统贴近实际生产情况，所以学生可以学到更多的知识，不仅对所学的课本知识进行了进一步的加强，而且还学到了工程的实际操作，真正做到了理论联系实践，把知识融会贯通，在以后的工作中必大有益处。

6、结束语

在工科实践教学方面，可以运用组态王开发的模拟工程进行教学，组态王模拟仿真系统就是一个具有易操作，功能完备，学习简单特点的一个系统，在以后的教学中必能得到广泛的运用。同时学生可以对组态王软件进行学习，自己开发系统，培养同学们的动手能力，创新能力。

参考文献：

[1]杨云飞.　基于项目教学法的组态软件课程教学改革与探索[J].　江苏技术师范学院学报，　2011，（02）.

[2]李海广，　武文斐.　DCS组态软件在本科毕业设计中的应用[J].　中国电力教育，　2011，（11）.

[3]王丽.　力控在PLC教学中的应用探索[J].　教育教学论坛，　2012，（04）.

组态软件的现状与发展趋势 篇7

一、组态软件的现状。

组态软件产品于80年代初出现, 并在80年代末期进入我国。随着工业控制系统应用的深入, 在面临规模更大、控制更复杂的控制系统时, 人们逐渐意识到原有的上位机编程的开发方式, 对项目来说是费时费力、得不偿失的, 同时, MIS (管理信息系统, Management Information System) 和CIMS (计算机集成制造系统, Computer Integrated Manufacturing System) 的大量应用, 要求工业现场为企业的生产、经营、决策提供更详细和深入的数据, 以便优化企业生产经营中的各个环节。因此, 在1995年以后, 组态软件在国内的应用逐渐得到了普及。国内应用较多的组态软件有In Touch、MCGS i FIX、Win CC、Ec Hmi、组态王等。目前看到的所有组态软件都能完成类似的功能:比如, 几乎所有运行于32位Windows平台的组态软件都采用类似资源浏览器的窗口结构, 并且对工业控制系统中的各种资源 (设备、标签量、画面等) 进行配置和编辑;都提供多种数据驱动程序;都使用脚本语言提供二次开发的功能等等。从这些不同之处, 以及PC技术发展的趋势, 可以看出组态软件未来发展的方向。

二、组态软件的功能特点及发展方向。

第一, 数据采集的方式。大多数组态软件提供多种数据采集程序, 用户可以进行配置。然而, 在这种情况下, 驱动程序只能由组态软件开发商提供, 或者由用户按照某种组态软件的接口规范编写, 这为用户提出了过高的要求。由OPC基金组织提出的OPC规范基于微软的OLE/DCOM技术, 提供了在分布式系统下, 软件组件交互和共享数据的完整的解决方案。在支持OPC的系统中, 数据的提供者作为服务器 (Server) , 数据请求者作为客户 (Client) , 服务器和客户之间通过DCOM接口进行通信, 而无需知道对方内部实现的细节。由于COM技术是在二进制代码级实现的, 所以服务器和客户可以由不同的厂商提供。在实际应用中, 作为服务器的数据采集程序往往由硬件设备制造商随硬件提供, 可以发挥硬件的全部效能, 而作为客户的组态软件可以通过OPC与各厂家的驱动程序无缝连接, 故从根本上解决了以前采用专用格式驱动程序总是滞后于硬件更新的问题。随着支持OPC的组态软件和硬件设备的普及, 使用OPC进行数据采集必将成为组态中更合理的选择。第二, 脚本的功能。脚本语言是扩充组态系统功能的重要手段。因此, 大多数组态软件提供了脚本语言的支持。具体的实现方式可分为三种:一是内置的类C/Basic语言;二是采用微软的VBA的编程语言;三是有少数组态软件采用面向对象的脚本语言。类C/Basic语言要求用户使用类似高级语言的语句书写脚本, 使用系统提供的函数调用组合完成各种系统功能。应该指明的是, 多数采用这种方式的国内组态软件, 对脚本的支持并不完善, 许多组态软件只提供IF…THEN…ELSE的语句结构, 不提供循环控制语句, 为书写脚本程序带来了一定的困难。微软的VBA是一种相对完备的开发环境, 采用VBA的组态软件通常使用微软的VBA环境和组件技术, 把组态系统中的对象以组件方式实现, 使用VBA的程序对这些对象进行访问。由于Visual Basic是解释执行的, 所以VBA程序的一些语法错误可能到执行时才能发现。而面向对象的脚本语言提供了对象访问机制, 对系统中的对象可以通过其属性和方法进行访问, 比较容易学习、掌握和扩展, 但实现比较复杂。第三, 组态环境的可扩展性。可扩展性为用户提供了在不改变原有系统的情况下, 向系统内增加新功能的能力, 这种增加的功能可能来自于组态软件开发商、第三方软件提供商或用户自身。增加功能最常用的手段是Active X组件的应用, 目前还只有少数组态软件能提供完备的Active X组件引入功能及实现引入对象在脚本语言中的访问。第四, 组态软件的开放性。随着管理信息系统和计算机集成制造系统的普及, 生产现场数据的应用已经不仅仅局限于数据采集和监控。在生产制造过程中, 需要现场的大量数据进行流程分析和过程控制, 以实现对生产流程的调整和优化。现有的组态软件对大部分这些方面需求还只能以报表的形式提供, 或者通过ODBC将数据导出到外部数据库, 以供其他的业务系统调用, 在绝大多数情况下, 仍然需要进行再开发才能实现。随着生产决策活动对信息需求的增加, 可以预见, 组态软件与管理信息系统或领导信息系统的集成必将更加紧密, 并很可能以实现数据分析与决策功能的模块形式在组态软件中出现。第五, 对Internet的支持程度。现代企业的生产已经趋向国际化、分布式的生产方式。Internet将是实现分布式生产的基础。组态软件能否从原有的局域网运行方式跨越到支持Internet, 是摆在所有组态软件开发商面前的一个重要课题。限于国内目前的网络基础设施和工业控制应用的程度, 在较长时间内, 以浏览器方式通过Internet对工业现场的监控, 将会在大部分应用中停留于监视阶段, 而实际控制功能的完成应该通过更稳定的技术, 如专用的远程客户端、由专业开发商提供的Active X控件或Java技术实现。第六, 组态软件的控制功能。随着以工业PC为核心的自动控制集成系统技术的日趋完善和工程技术人员的使用组态软件水平的不断提高, 用户对组态软件的要求已不像过去那样主要侧重于画面, 而是要考虑一些实质性的应用功能, 如软件PLC, 先进过程控制策略等。随着企业提出的高柔性、高效益的要求, 以经典控制理论为基础的控制方案已经不能适应, 以多变量预测控制为代表的先进控制策略的提出和成功应用之后, 先进过程控制受到了过程工业界的普遍关注。先进过程控制 (Advanced Process Control, APC) 是指一类在动态环境中, 基于模型、充分借助计算机能力, 为工厂获得最大理论而实施的运行和控制策略。先进控制策略主要有:双重控制及阀位控制、纯滞后补偿控制、解耦控制、自适应控制、差拍控制、状态反馈控制、多变量预测控制、推理控制及软测量技术、智能控制 (专家控制、模糊控制和神经网络控制) 等, 尤其智能控制已成为开发和应用的热点。目前, 国内许多大企业纷纷投资, 在装置自动化系统中实施先进控制。国外许多控制软件公司和DCS厂商都在竞相开发先进控制和优化控制的工程软件包。

软件组态 篇8

关键词：工控组态软件,CIMPLICITY,应用

工控组态软件CIMPLICITY是开发具有自身特色、专用型、实时性的组态软件。组态软件市场在中国开始有较快的增长。因此, 对工控组态软件CIMPLICITY及应用的探讨有其重要价值和意义。

1 研究背景

在工业控制技术不断发展与应用中, PC机的优势作用日加明显, 其相关的优势主要体现在快速发展的技术, 相关技术的成熟, 较低的成本, 丰富的硬件、软件资源, 以及各个软件之间的相互操作性强, 加上应该技术简单, 易于学习和使用, 使得PC技术在工业生产的应用渗透力极强, 而在工控组态软件在其中发挥的作用不可忽视。

工控组态软件主要是利用系统软件所提供的工具, 通过简单形象的组态, 完成上位机与下位机之间的通信, 实现数据报警、曲线绘制等功能。一般而言, 在自动控制系统中, 工控组态软件主要分为5个模块, 具体如图1所示:

根据以上图示可以知道, 在传感器接收到数据后, 通过通信端口的扫描, 将工业现场所传递来的数据存在数据库中, 以方便于其他功能模块的使用和管理的需要, 在工控组态软件系统中, 所涉及的内容和设备品种相对较多, 而软件出分别由不同的供应商所提供, 而数据通信部分可以对其进行统一的管理和分配。而数据分配部分则作为一个反馈模块而应用, 主要是将处理过的数据一一下达给测控对象, 从而实现预期的控制。其中, 工控基本处理部分则主要是一个后台操作模块, 其主要的功能和作用就是与数据采集模块、数据分配模块、通信模块以及输入、输出模块联系起来, 方便于程序和事件的处理。在整个系统中, 这5个模块相互依赖、相互协调, 共同形成一个开放式的控制系统。

2 CIMPLICITY组态软件

CIMPLICITY组态软件主要是GE公司所推出的一个软件家族, 针对不同的工业环境开发了不同的软件版本, 目前, 其主要涉及到的产品有CIMPLICITY HMI PLANT EDITION, CIMPLICITY MACHINE EDITION等等, 这些版本各有其特点和优点, 但是从它们所提供的用户接口基本上相似, 同时, 各个版本所提供的实用工具也是通用的, CIMPLICITY组态软件是一个集成的开发环境, 主要通过系统软件所提供的数据信息以及相关工具, 将系统的所有资源通过资源管理器, 进行简单、形象的组态, 构建一个实时数据库, 这样, 既方便于完成用户之间的通信, 而且有通过端口配置, 实现数据报警等功能。

另外, CIMPLICITY组态软件还上述基础上, 实现了图画功能, 比如:在系统运行时, 其通过某一些基本图形的提供, 如折线、矩形、直线等, 方便用户绘制一些简单图形, 同时, 它还有一个元件库, 元件库中包括着油罐、仪表、指示灯等, 这些都是常用的自动控制元件, 其最大的功能和作用就是可以简化用户作图。该系统还可以支持图形文件格式, 通过一些图形的插入, 实现拆组的动态连接, 并结合专用的绘图软件, 采用OLE技术弥补CIMPLICITY在绘图方面的欠缺, 一旦工程系统启动, 打开进行实时监控。

3 CIMPLICITY的应用

在现代电力系统中, 随着自动化技术、网络技术、通信技术等的发展和融合, 智能化开关柜作为集控制、保护、通信、测量、PLC于一体的高技术产品, 已经成为各类电力系统所不可缺少的一种设备。相对于传统的设备产品, 其具有很强的优越性, 不仅能够在恶劣的自然环境下安全、可靠、稳定工作, 而且设备本身还具有很强的自检功能, 一旦设备在发生异常, 就会自动进行分析处理, 包括设备内部出现升温、机构故障、电磁辐射等, 系统会自动采集数据, 并自行处理, 这些技术和优点为电网运行的自动化、工业生产自动化奠定了良好的基础, 智能化开关柜具体的模块示意图如图2所示:

如图3所示:传感器和变送器采集和接收数据后, 经单片机和PLC将数据信息转换成数字信号, 并且通过通信端口扫描, 使得工业现场数据储存于数据库中, 并传送到上位机, 并由组态进行相关计算和判断, 将数据再反馈到PLC, 最后进行数据分配。

4 结语

总而言之, 工控组态软件CIMPLICITY在工控领域的应用, 是目前国际上广泛流行的一种集成化环境, 通过硬件系统与软件系统的构成集成化系统, 实现统一的管理和分配、预期的控制, 不仅提高了系统的可靠性, 而且提升了系统的成功率。

参考文献

[1]吴永贵.基于工控组态软件即时对话框的实现[J].实验技术与管理, 2012 (05) .

软件组态 篇9

关键词：酒精生产,监控软件,组态,应用

大型酒精生产线占地面积很大, 需要进行多种信息数据的采集, 这样才能对生产线的实际情况有深入了解, 加强酒精产品生产质量控制。为了提升酒精产品生产质量控制成效, 缩减工作开展的人力资源投入, 促进酒精生产企业管理水平提升, 除了需要选择先进的自动化控制系统之外, 还需要注重监控软件的选择, 只有将二者进行有效融合, 这样才能促进酒精生产线管理水平提升, 保证产品生产质量达到国家标准。对“酒精生产监控软件”的组态及应用进行研究是具有现实意义的吗, 下面就对相关内容进行详细阐述。

1 工业组态软件的特点

工业组态软件可以对产品生产过程中的众多信息数据进行采集和整理, 并且对信息数据进行储存。技术人员可以通过组态软件对产品生产的信息数据进行采集。当生产线出现不良故障问题时, 组态软件会自动发出警报, 引起相关管理人员的警示。具备数据曲线显现的功能, 可以使得相关人员对生产线的实际情况一目了然, 促进人机互动。

2 酒精生产工序

“酒精生产监控软件”是先进计算机技术在酒精生产领域应用的重要体现, 是以工业自动化控制过程为基础的, 可以利用本身具有的功能, 构建符合企业酒精生产过程特点的控制体系, 主要是以windows系统作为软件的操作平台, 利用windows系统的图形功能强化软件页面的美观性。具备可视化的操作页面可以使得操作更加便捷, 同时还可以保证操作的正确性。“酒精生产监控软件”不仅功能非常的完善, 而且操作简单易学、通用性较为良好, 可以避免重复进行软件开发[1]。

3 功能分析

(1) “酒精生产监控软件”工能完善, 结构组织具备灵活性酒精生产监控软件采用的是英文Explorer, 界面内具有非常丰富绘图工具, 以及具有海量资源的图形库, 特别是可以对客户提供更为便利的集成开发环境, 快速的进行系统的构建。通过浏览器设备可以对工程的众多部分进行查看, 依据实际需求进行多种功能页面的构建, 提供较为丰富的链接方式, 满足客户对于生产过程的监控, 保证产品生产质量可以达到国家标准, 降低产品生产过程中不良问题产生, 帮助企业赢得更多的经济效益。

(2) 具有良好的通讯功能“酒精生产监控软件”可以利用多种功能模块对生产系统进行二十四小时的监控, 提供预警监测功能, 对人机界面进行构建, 操作非常简单便捷。“酒精生产监控软件”可以利用简单的设备完成通讯, 将通讯程序与酒精生产监控软件紧密的联系起来, 促进酒精生产稳定、安全性提升。为了使得客户对于酒精生产监控软件应用更为方便, 在软件中也进行配置导向的设置, 用户在实际应用过程中只需要依据安装导向的提示进行操作就可以。在系统实际运行的过程中, 通过设备管理程度与通讯设备进行实时的数据交换, 用户可以随时的对设备节点进行查询和修改[2]。

(3) 丰富的画面显示组态功能“酒精生产监控软件”可以为相关人员提供非常方便的作图工具, 提供了众多的工业设备图符, 组件数量也较为庞大, 利用图库具有的开放性特点, 工程人员可以自行生成所需求的图库元素。多元化的图形空间和工况图库, 不仅可以提供所需求的组件元素, 同时还可以作为界面制作的向导。客户可以随心所欲的进行工业界面的构建, 使得设计人员的工作压力得以减轻。

(4) 远程控制对于以往酒精产品生产管理进行深入分析发现, 生产厂家需要派遣专业的技术人员在现在进行巡视, 不仅需要投入大量的人力资源, 还有可能因为人员管理不当, 导致酒精生产过程的安全性、稳定性不能得到良好保障。但是酒精生产监控软件可以实现远程控制工程, 相关管理技术人员不在生产现场, 通过计算机进入到酒精生产监控软件数据库, 可以对酒精生产过程进行全面了解。

4 在酒精生产中的应用

酒精实际生产过程中需要应用的原料有高粱、玉米等, 酒精生产应用的原料不同, 在不同阶段需要控制的参数也存在一定的差异性。例如高粱和玉米需要发酵的时间长短不同, 发酵所需温度也存在一定的差异性。以往传统性的仪表控制方法不仅会消耗大量的人力资源, 而且监管成效也较差。控制系统会依据实际生产配方对控制参数进行调整。报表也是酒精生产管理中最为重要的功能体现, 依据所采集的信息数据定时进行报表制作, 这样酒精生产管理人员可以通过报表对产品实际生产情况进行深入了解。企业还需要注重软件的创新, 对系统的功能进行完善, 使得软件更加具备科学性和优质性。

5 结语

酒精生产监控软件的应用可以缩减产品生产过程管理的人力资源投入, 及时找寻产品生产过程中潜在的不良问题, 对产品生产过程进行远程监控, 可以进一步提升酒精产品生产过程中的安全性、稳定性。酒精生产监控软件的应用可以促进酒精生产企业的现代化建设, 相关人员还需要进一步加强研究力度, 为酒精生产企业发展奠定良好基础。

参考文献

[1]钱莹, 段钢.酒精生产新过程的研究[J].酿酒科技, 2011, (01) :14-16.

组态软件实时数据库的构建 篇10

关键词：组态,实时,数据库

1 组态软件的总体结构

组态软件是通过事先定义对象的组态信息完成运行过程中对象的监视和控制功能, 并提供动态界面显示的软件, 一般监控组态软件从结构上可以分为设备接口 ( 含通讯接口) 、实时数据库和界面显示系统3 个部分, 设备接口与现场设备及控制装置通讯, 界面显示根据实时数据库中的数据生动形象地再现现场状况。

2 组态软件中数据处理的特点

组态软件中的数据必须能反映现场设备的 “当前”状态, 其数据处理有3 个特点:

2. 1 实时性, 这是组态软件必须满足的要求, 及时有效的监控现场设备的状态是组态软件的主要功能。因此系统应尽可能快地处理和传输数据。

2. 2 时间特性, 组态软件中处理的数据都带有时间标记, 要求软件必须在可预测的时间内将数据处理完成。

2. 3 实时中断, 更新的数据是组态软件需要处理的主要数据, 在新的数据到来时, 应中断当前的数据处理, 否则将出现所有数据的延迟。

3 组态软件中实时数据库的功能

实时数据库位于设备接口和界面显示的中间层, 是组态软件中数据的管理者, 实时数据库主要完成组态策略的存储, 通讯数据管理, 实时数据的处理和计算, 控制策略及算法的计算和下载, 历史数据的转化、存储和查询及实时曲线的生成, 监控软件在运行的过程中需要频繁读取组态信息, 处理和保存实时数据, 实时数据库的性能将直接决定整个组态软件的可用性。

4 商用数据库的特点

组态软件运行期间将产生大量数据, 这些数据需要进行分类整理并作为历史数据保存, 如果将大量的数据存储在几个文件中, 将不利已数据查找, 商用数据库的目标就是对大量数据进行有效管理, 成熟的关系型数据库在关系存储, 数据查找、恢复, 数据库备份及复杂的事务处理, 并发控制, 完整性、一致性的实现等方面都已经相当完善, 具有管理数据的优势, 随着商用数据库价格越来越低, 将商用数据库作为组态软件的后台数据库管理数据十分可行。

5 商用数据在组态软件中的局限性

5. 1 大量的I / O操作造成系统长时间的等待, 由于监控系统定时采集和输出数据的特点会引起软件频繁地读写数据、更改日志等大量磁盘操作, 这些操作带来大量的磁盘I/O读写, 造成系统长时间等待, 这对于实时性要求很高的控制系统来说是无法忍受的。

5. 2 事务的不可预测性, 组态软件的事务必须在可预测的时间内完成, 否则可能会影响整个系统的工作或者产生错误数据, 而商用数据频繁的I/O磁盘操作不能保证在规定的时间内完成规定的操作, 导致其在组态软件中应用受到一定的限制。

5. 3 实时数据库的框架结构

充分发挥商用数据库管理数据的优势, 将商用数据库与内存数据库相结合实现组态软件中的实时数据库是一个较好的解决方案, 内存数据库主要完成实时数据的处理, 商用数据库则完成历史数据的管理和分类。

6 实时数据库总体结构

根据设计方案, 实时数据库的实现分为内存管理、内存访问、流程实现、接口管理、数据库访问等几个主要部分。

6. 1 内存管理。内存中存放的数据主要是组态信息和实时数据, 在运行过程中, 组态信息的数据不再变化, 但是需要频繁的被查询, 查询的方法将直接影响系统的效率, 监控系统实时数据需要对内存频繁的进行更改、插入、删除和查询操作, 如何在内存中规划出有效的数据存储结构以快速执行这些操作将直接影响系统的性能。

6. 2 内存访问。在组态软件中, 底层设备接口的访问、显示界面读数据、远程网络监控修改和读取数据等任务都需要对内存数据进行读写, 提供不同的内存访问接口实现这些功能; 组态软件采用多线程的工作机制, 如果多个线程同时对同一块数据区进行读写将产生不正确数据, 影响监控软件的稳定性; 数据更改的触发器特性要求相关变量根据组态时提供的公式进行计算, 变量之间有一定的约束条件; 所有这些特性在读写数据时都应当处理, 为此在管理内存之外增加了访问层来处理这些操作, 确保访问的安全和系统的稳定。

6. 3 流程实现。流程包括定时对数据进行采集、报警计算、数据的非线性计算、控制逻辑的实现、运算变量的计算等, 这些都是监控软件中必须实现的功能, 也是监控软件区别于其它软件的主要特征, 在软件中必须有特定的模块来支持, 同时, 这些操作有一定的顺序, 必须按照步骤依次进行计算。

软件组态 篇11

关键词：控制系统；PLC；WinCC组态；智能温室

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）10-0020-03

温室综合利用新材料、自动控制、环境工程、生物工程等相关技术，在局部环境调控温度、湿度、光照、CO2浓度、营养液养分等环境因子，以创造作物生长最适宜的环境条件。温室栽培改变了传统农业生产模式，打破了植物生长的地域和时空界限，推动了农业生产和社会文明的发展。现代温室越来越广泛地应用于设施农业生产中，温室生产成为现代农业的标志。随着现代农业的发展，特别是随着农业人口向城市转移，对农业自动化的要求越来越高，温室技术也逐步向智能化方向发展。本课题采用基于西门子公司S7-200系列的可编程控制器（PLC）和WinCC组态软件的温室环境控制系统设计方案，利用传感器自动采集温室环境参数，对温室环境实现智能化控制。通过采用组态软件完成控制系统的组态设计，实现了控制系统操作的人性化和过程的可视化。

1 温室环境控制要求及总体控制方案

总体上来讲，温室环境中涉及很多环境因子，而且这些环境因子之间是相互作用的，要更好地制定相应的调控策略，就必须了解温室内部各环境因子之间的关系。影响作物生长发育的环境因子主要有温度、湿度、光照强度和CO2浓度等，因此温室控制主要针对以上气候因子进行智能控制。温度调控主要是通过加热系统与冷却系统来进行，冬天采用加热装置如热水管道加热，夏季高温采用开天窗、开启帘幕系统、湿帘—风机系统等来进行降温。湿度调控通过风机系统和喷灌系统来实现。CO2浓度调控通过风机系统及利用电磁阀控制二氧化碳储液罐来实现。光照调控可利用遮幕系统以及人工光源来进行控制。

本研究设计的控制系统是由上位机和下位机组成的智能温室控制系统。上位机为一台 PC机，下位机采用德国西门子PLC，CPU选用226。下位机的功能是实现对各栋温室环境参数的检测与控制，通过温度、湿度、CO2浓度、光照强度等传感器将模拟量信号经EM231模块转换成数字信号，把这些数据暂时储存起来并与相应的给定值进行比较，经过控制计算，发出相应的控制信号来控制加热系统、通风系统、帘幕系统、CO2施放装置、喷灌系统等执行机构的动作，实现对温室环境的调控，以满足温室内作物生长发育的需要。上位机通过串行通讯接口分别读取各个温室的数据，并完成数据的统计分析、显示、编辑、存储以及打印输出等操作。控制系统的原理如图1所示。 2 硬件系统设计

2.1 系统的主电路和控制电路

主电路主要是通过交流接触器、继电器来对风机电机、湿帘潜水泵、遮幕电机、天窗电机等实现控制，图2为部分主电路原理图。为提高系统的可靠性，采用手动和自动控制两种模式，供使用者自由切换控制电路。以内遮阴电机控制电路（如图3所示）为例，手动控制模式由旋钮开关来手动控制遮幕机的张开或收缩；而采用PLC进行自动控制，可通过PLC程序控制PLC输出点信号的通断来控制1KA1和1KA2，从而自动控制遮幕机的张开或收缩。

2.2 PLC外部接线

根据温室控制的功能要求，进行PLC的I/O地址分配，然后画出CPU226的外部接线（如图4所示）。输入端将采集到外界的信号输送给PLC，通过PLC程序运行，输出端根据输出信号控制相应的接触器，从而控制风机—湿帘系统、喷灌系统、补光系统、遮幕系统等执行机构。传感器采集的信号一般以模拟信号输出，要将这些模拟量进行采样并输入PLC，必须先对这些模拟量进行模/数（A/D）转换。EM231为模拟量输入模块，能实现将采集的模拟信号转换为PLC能接收的数字量信号，EM231模块与传感器及PLC的连接如图4所示。

3 软件设计

软件设计包括上位机软件和下位机软件。上位机软件采用WinCC flexible组态软件进行编程，下位机软件采用STEP7-Micro/WIN进行编程。

3.1 WinCC组态软件

SIMATIC WinCC flexible是西门子公司开发的上位机组态软件，主要用于对生产过程进行监控，能提供对工业自动化系统进行监视、控制、管理和集成等一系列的功能，同时也为用户实现这些功能的组态过程提供了丰富及易于使用的手段和工具。WinCC flexible是在被广泛认可的ProTool组态软件的基础上发展起来的，并与ProTool保持了一致性，可以非常方便地将ProTool组态的项目移植到WinCC flexible中。WinCC flexible具有开放简易的扩展功能，带有VB脚本功能，集成ActiveX控件，可以将人机界面集成到TCP/IP网络。

作为一款监控软件，WinCC flexible主要实现以下功能：1） 实时显示温室设备的工作状态。能够实时显示温室环境的温度、湿度、光照、CO2浓度等环境信息，并可查询历史环境参数和实时曲线。2） 设置了登陆用户、退出用户、修改密码等功能。用户通过用户名和密码可以登录系统，并通过控件来操控温室执行机构，实现温室环境的调控。3） 修改环境参数设置。可以通过设置环境参数的最高限和最低限，将被控制对象设置在合适的范围。

3.2 下位机程序设计

下位机软件设计采用西门子STEP7-Micro/WIN V4.0来实现。STEP7-Micro/WIN编程软件能完成PLC应用程序的开发，如创建用户程序、修改和编辑用户程序；也可以直接用软件设置PLC的工作方式和参数，以及运行监控等。

nlc202309020311

4 系统运行及试验分析

本控制系统通过软硬件开发、实验室模拟测试，最后在生产型温室进行安装调试。试验中系统在手动控制与自动控制两种模式下能正常工作，手动控制可以通过手动按钮实现对相应控制机构实现开启与关闭，自动控制状态下通过对待测参数控制量的设定来自动实现温室环境的控制。系统能实现环境参数的自动采集，实时显示并自动记录温室环境温度、湿度、光照、CO2浓度等环境因子。试验期间，PLC系统运行可靠，硬件系统没有出现任何故障，软件系统也正常运行。各执行机构按照设定的温湿度值适时准确动作。在上位机与下位机通过串行口通讯期间，没有发生通讯中断、系统无法运行等状况。试验结果表明，将系统应用于温室控制系统工作正常，性能稳定可靠。

5 结论

针对现代温室所存在的问题，采用PLC和WinCC组态软件技术开发温室智能控制系统。自2010年运行以来，系统硬件运转正常，性能稳定可靠，软件系统人机界面友好，操作便捷，适合在温室控制系统中应用。

参考文献

[1] 刘永华，陈志明.温室自动控制系统的设计[J].农业装备技术，2008，34（5）：55-59.

[2] 张伏，王唯，张亚坤，等.PLC和MCGS组态软件在温室控制中的应用[J].农机化研究，2014（10）：205-208.

[3] 李君华，王生学，张侃谕.基于PLC和组态软件的现代温室控制系统设计[J].工业仪表与自动化装置，2008（2）：25-27.

[4] 陈国辉，郭艳玲.基于OPQ的日光温室控制系统软硬件方案研究[J].林业机械与木工设备，2005，33（3）：17-19.

[5] 吴小伟，史志中，钟志堂，等.国内温室环境在线控制系统的研究进展[J].农机化研究，2013（4）：1-6.

[6] 刘永华，姜秀玲.电气控制与PLC应用技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2014.

[7] 阳胜峰，吴志敏.西门子PLC与变频器触摸屏综合应用教程[M].北京：中国电力出版社，2013.

Abstract： In the greenhouse environment， to control environmental factors， such as temperature， humidity， light， CO2 concentration etc.， is the key of achieving high yield， high quality and high efficiency. This article expounds a design of an intelligent greenhouse control system based on PLC， this system uses WinCC configuration software as PC programming software， uses PLC as controller. It has friendly interface. Its stability and performance are reliable， and its price is reasonable. It can realize the automatic control of the environmental factors in intelligent greenhouse.

Key words： control system； PLC； WinCC configuration； intelligent greenhouse

磨矿组态软件的设计与实现 篇12

磨矿监控系统是磨矿生产的一个重要组成部分,是保证磨矿生产安全、提高磨矿生产效率的有效工具。由于磨矿过程是复杂而又多变的生产系统,磨机在磨矿过程中参变数众多,问题错综复杂,因而对磨矿监控系统软件的要求特殊,一般的工控组态软件难以适用。所以有必要开发一种通用的磨矿监控系统软件——磨矿组态软件,使用户不需具备编写程序的能力,只要根据具体磨矿监控系统的要求,灵活配置、组合各功能模块,即可生成相应的磨矿监控系统软件。这样不仅极大地缩短了系统开发时间,而且有利于实现各种不同磨矿监控系统的高度综合与统一。

1 磨矿工业流程简介

选矿一般采用一段或两段磨矿,便可经济地把矿石磨至选矿所需要的任何粒度。两段以上的磨矿,通常是由进行阶段选别的要求决定的。目前,国内选矿行业磨矿过程基本采用两段闭路磨矿工艺流程,如图1所示。

对磨矿进行监控,其控制要求如下[1]:在一段磨机给矿皮带上配置称重仪WT,用于在线测量磨机给矿量Wo;在一段磨机入口、出口管路以及旋流器给矿管路上各配置一个流量计FT,用于在线测量一段磨机入口水量FM、螺旋分级机补加水量FF以及旋流器给矿流量FG;在分级机出口、旋流器入口管路分别配置一个密度计DT,用于在线测量分级机溢流浓度DF、旋流器给矿浓度DG;在旋流器入口管路配置一个压力计PT,用于在线测量旋流器给矿压力PG;在二段泵池配置一个液位计LT,用于在线测量二段泵池液位LE;在一段和二段磨机及分级机配置电流计ET,用于在线测量一段和二段磨机电流EM1、EM2以及分级机电流EF;在一段给料处和二段底流泵处配置变频器BP,用于调节一段给料机振动频率和二段底流泵泵速;另外有3个调节阀门,分别用于调节一段磨机人口加水、分级机补加水以及二段泵池补加水量。

2 系统总体结构

根据矿磨矿生产过程的特殊性及系统需求,以使用的工作阶段划分,磨矿组态软件由两大部分组成:编辑环境与运行环境。在编辑环境通过建立一系列用户数据文件,生成最终的磨矿过程图形组态监控应用系统。在运行环境下,磨矿过程图形组态监控应用系统被装入计算机内存并投入实时运行。按成员构成划分,包括六个功能模块:1)画面编辑模块;2)I/O设备驱动模块;3)报警设置模块;4)事件设置模块;5)实时数据库模块;6)WEB发布模块;7)磨矿流程计算模块。

1)画面编辑功能模块用于采用基本的线、矩形、圆角矩形、圆和椭圆等图形及图库文件方式可随意灵活布置磨矿监控画面。各个画面具有各种动画属性:如颜色、位置、尺寸、可见性和旋转等。可按照y=f(x)轨迹自由设定图片运行轨迹或更改图形尺寸。

2)I/O设备驱动功能模块是磨矿组态软件与PLC、智能仪表等I/O设备相互通信、交换数据的桥梁。设备驱动程序直接负责从磨矿监控设备采集实时数据并将操作命令下达给设备,驱动程序的执行效率与稳定性将直接影响到磨矿组态软件的实时性能与可靠性[2];

3)报警设置模块用户可指定报警数据项,该项数据的报警发生时,能在报警控件中自动显示声、光等信息。

4)事件设置模块用户指定事件发生时的事件动作,如播放声音,打开画面,执行*.exe可执行程序等。

5)实时数据库用于用户指定数据存储方式,可按定时、报警或事件存储方式存入access数据库。

6)WEB发布应用Web技术实现磨矿过程的远程监测。

7)磨矿流程计算模块用于计算磨矿过程中的控制量,可输入已知数据,计算出控制量的值。

上述功能模块以实时数据库为内在连接桥梁。因此磨矿组态软件在总体上由画面编辑、设备管理、报警设置、事件设置和数据库五大部分组成,系统总体结构如图2所示。

3 磨矿组态软件实现的关键技术

采用Visual C++编程语言开发磨矿组态软件的各功能模块。将磨矿组态软件划分为两大操作对象类:系统编辑对象类和系统运行对象类。其中系统编辑对象类包括对磨矿过程实际应用系统的监测量进行各种功能处理的对象类,如曲线、报表和报警等;系统运行对象类是指在实际应用系统的实时运行平台上所进行的操作对象。这些对象的集合组成磨矿组态软件的完整程序,构成其系统总体结构中的各个相互独立的功能模块。下面就系统各个模块的主要软件实现技术加以介绍。

3.1 图形界面系统

图形界面系统就是图形显示,图形绘制、报警、曲线,报表等,即工况模拟动画。在工控组态软件中进行工程组态的第一步即是制作能反映实际生产的工况模拟动画,生成最终的图形目标应用系统。目标应用系统包括图形的组合功能和图形的动画效果两个过程。图形的组合是指利用图形控件单元的组合,快速生成工况画面。一个监控画面由多个图元组成,图元可由用户使用基本图形绘制的到。在画面开发过程中,经常会用到如磨机、分级机等图符对象,这些对象其他组态软件都只能使用基本图元绘制,难度也较大,精度不够,很难达到用户要求的界面设计效果。为了满足界面设计的要求,同时使界面更美观,该磨矿组态软件借助于外部软件Photoshop辅助设计磨机、分级机等图库。Photoshop软件功能强大,可以设计出符合实际工程要求的图形,为磨矿组态软件提供磨矿设备图库图形。常用的磨矿设备图符可从磨矿组态软件提供的图库中获得,也可以由用户使用基本图形绘制后组合而成。

图形的动画效果主要是通过图元位置、大小、颜色等的动态变化来实现的。所谓动态变化主要是根据用户设定的条件来实现图元动态效果,这些条件一般都是与系统变量相关,包括由系统变量组成的计算公式,或者是一段包含系统变量的脚本。

图形界面系统的设计还包括报警组态及输出、报表组态及打印、历史数据显示与检索等功能。各种报警、报表和历史数据源都可以通过组态作为动画链接的对象。

3.2 实时数据库系统

实时数据库是磨矿组态软件的核心,是处理和存储实时数据的数据库。执行预定的各种数据计算、数据处理任务以及历史数据的查询、检索、报警的管理等。实时数据库及时、准确地获取现场数据是整个监控系统正常工作的基本前提。同时实时数据库也是连接图形界面系统、报表系统、报警系统、事件处理系统的桥梁和纽带。在系统运行过程中,各个部件独立地向实时数据库输入和输出数据,通过实时数据库交换数据,形成相互关联的整体。由于实时数据库的核心问题在于事物处理既要确保数据的及时性,又要保证事物的准确性,因此实时数据库系统结构的规划和管理系统具体的实现方法是设计磨矿组态软件的核心和难点,直接关系到监控系统的稳定性与可靠性。实时数据库系统的设计要求可靠、精简。

3.3 设备管理系统

设备管理系统是磨矿组态软件必不可少的组成部分,用于和I/O设备通讯,互相交换数据,实现磨矿组态软件与仪器设备进行数据交换。磨矿组态软件通过设备驱动程序与I/O设备进行数据交换,包括从下位机采集数据和发送来自上位机的设备指令。驱动由两部分组成,第一部分就是接口,另外一部分就是协议,接口对于组态软件的生存平台PC来说,接口其实就是USB,TCP/IP(wifi)和板卡等,因为设备厂商多,协议也就比较多,如modbusrtu/asci/tcp,profibus,opc,s7等。本组态软件设备驱动程序主要有以下六种:OPC驱动,支持注册表通用OPC服务器数据读写规范,同时为了图形的动画显示效果,加入了虚拟设备驱动;PLC驱动,PLC可作为磨矿系统下位机,配以称重仪、密度计等检测仪表和执行仪表,负责磨矿数据采集和控制;串口驱动,串行接口是测控设备所采用的最常见的一种通信接口;以太网驱动,可支持多个IP地址的同时连接通信;虚拟设备驱动:有多种虚拟数据源可选,如sin曲线,x^2曲线,循环变化,闪烁变化等,初值和终值及变化时间参数可自由设定;复合设备驱动:该驱动用来完成复杂数学表达式的逻辑运算,可以把虚拟驱动及OPC驱动,串口驱动的数据进行数学逻辑运算,包括加减乘除,求余,取反和各种三角函数运算,达到数据转化的目的,同时支持大于><=等逻辑操作。这些变化在复合变量中非常有用,可以用于报警和事件触发。

3.4 控制系统

控制系统是整个磨矿组态软件设计的核心内容。控制策略由一些基本的功能模块组成,一个功能模块代表一种操作、算法或者变量。功能模块是策略的基本执行原素。控制策略构件由一些基本的功能模块组成,一个功能模块代表一个操作、一种算法或一个变量。在很多工控组态软件中,控制策略是通过动态创建功能模块类的对象实现的[3]。功能模块是策略的基本执行元素,一个功能模块可以被反复调用,控制策略之间也可以相互调用。控制策略以功能模块的形式来完成预定的各种数据计算、数据处理、与实时数据库的数据交换和现场监控设备的控制等功能。在设计各控制策略构件的时候,把对数据的操作和处理等封装在控制策略构件内部,提供给用户的只是控制策略构件的属性和操作方法。用户只需在控制策略构件的属性中正确设置其属性值和选定操作方法即可。

3.5 WEB发布系统

近年来厂级化管理越来越流行,web发布系统,可以让用户利用普通PC的IE浏览器就可以看到工控组态软件的图形界面系统和实时数据。磨矿组态软件的web发布是通过activeX方式,就是封装一个图形浏览的exe文件在com组件中,当用户使用ie进行浏览时会提示安装一个插件,这个exe文件就安装在用户的pc上,通过IE浏览器调用exe,就可以看到磨矿的组态界面,它的优点是速度快,缺点是必须开用户指定端口,一旦遇到路由器就不能看到。

3.6 磨矿流程计算系统

磨矿过程中的检测量主要有磨机给矿量、给水量、旋流器给矿量、返砂流量、返砂浓度、分级机补加水量、溢流浓度、泵池液位、磨机内浓度等变量;控制量主要为磨机给矿量、给水量,泵池内浓度、液位;设定值为给矿量和磨机内浓度。磨矿过程中需严格控制磨机给水量、分级机补加水量、泵池补加水量等控制量,磨矿生产率才能达到最高。各控制量根据生产工艺物料平衡方程可计算确定,如磨机给水量的计算如下:

式中:W1为磨机给水量,L/s;Q1为磨机给矿量,kg/s;Q2为返砂量,kg/s;P1为磨机给矿浓度;P3为磨机要求的浓度;P2为返砂浓度。

式中:W1为磨机给水量,L/s;Q1为磨机给矿矿浆量,kg/s;Q2为返砂矿浆量,kg/s;P1为磨机给矿浓度;P3为磨机要求的浓度;P2为返砂浓度。

磨矿组态软件根据生产工艺物料平衡方程,推导出各控制量计算公式,将各控制量的计算公式独立组态成一个功能模块,不同的控制量只需选择相应的计算,输入已知数据,即可计算出控制量的值,如磨机的给水量计算如图3所示。

4 结束语

本文根据组态软件的原理提出了磨矿组态软件中最具普遍意义的功能模块的设计方法。磨矿组态软件不仅为磨矿监控系统提供了一套通用的无需用户编程的软件生成工具,而且具有操作简单、组态灵活、界面美观、功能全面等优点。

摘要：本文根据选矿磨矿工艺生产过程和控制要求,介绍了一种基于磨矿过程监控系统的磨矿用组态软件,对其系统总体结构、软件设计思想及关键技术进行了阐述。

关键词：磨矿,监控系统,组态软件

参考文献

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