监控组态软件及应用

• （3）Linux操作系统 • UNIX的兼容产品，几乎具有UNIX的优点， 同时还具有其没有的功能。 • （4）Windows NT操作系统 • 可扩充性、可移植性、可靠性、可兼容性。 • Windows NT系统模型主要包括3个部分： 客户/服务器模型、对象模型、对称多处理模 型。Windows NT的另一个特色是引入了“线 程”的概念，“线程”是比进程更小的一个 单位，它是进程内的一个执行单元和可调度 实体。同一进程中的线程是共用一个内存空 间的。采用线程的好处是更易于实现并行性。
• （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。
• 6．组态软件的系统构成 • 必备的典型组件包括：
• （1）应用程序管理器
• 提供应用程序的搜索、备份、解压缩、建立 新应用等功能的专用管理工具。 • （2）图形界面开发程序
• 自动化工程设计工程师为实施其控制方案， 在图形编辑工具的支持下进行图形系统生成 工作所依赖的开发环境。
• 特点： • （1）多作业环境
• 实时系统的多作业、多任务而带来的并发性 和实时性，要求操作系统对资源分配具有很 强的控制和调度能力。在计算机监控系统中， 通常可以采取设立前台和后台两个作业区的 方法来解决。
• （2）任务的事件驱动
•
基本驱动方式：事件驱动和时间驱动。
• （3）中断与中断优先 • 实时操作系统充分利用计算机的中断功 能来改变CPU执行程序的顺序，以达到实时处 理的目的。这种总是保证优先级别最高的任 务占用CPU的方式，称为优先级别抢占式调度。 • （4）同步与异步 • 事件分为同步事件和异步事件。 • 如果事件B的发生和事件A的发生有因果关系， 则它们为同步事件，同步事件驱动的任务称 为同步任务。
• 3．实时操作系统 • 主要特点：实时性强、可靠性高、稳定性好。
• 实时操作系统在任何时刻总是保证优先级别高 的任务占用CPU和其他资源，而且保证系统响 应的时间是可以容忍和确定的。系统对现场进 行不间断地监视，一旦有事件发生，系统就能 “实时”地做出响应。这除了靠硬件的性能来 保证之外，主要由实时操作系统的事件驱动方 式和任务调度来决定。
• ③存储器管理
• 内存分配、地址映射、内存保护、内存扩充。
• ④设备管理 • 按照一定的算法分配设备；控制和实现输入 输出操作，如通道程序控制、启动设备、及 时响应及处理中断信号；对输入输出缓冲区 进行管理；实现虚拟设备技术。 • ⑤文件管理 • 文件目录管理、文件存储空间管理、文件的 保护与机密、文件的使用和运行。
• （5）实用通讯程序组件
• 实用通讯程序极大地增强了组态软件的功能，可 以实现与第三方程序的数据交换，是组态软件价 值的主要表现之一。通讯实用程序具有以下功能： • 可以实现操作站的双机冗余热备用； • 实现数据的远程访问和传送； • 通讯实用程序可以使用以太网、RS485、RS232、 PSTN等多种通讯介质或网络实现其功能。
• 计算机监控系统的组态软件技术： • 图形界面技术 • 面向对象编程技术（Object 服务器 Oriented Program，OOP） • 组件技术（Component Object Model， COM）
• 1．组态及组态软件的概念 • “组态”的概念最早来自英文configuration， 含义是使用软件工具对计算机及软件的各种 资源进行配臵，达到使计算机或软件按照预 先设臵，自动执行待定任务，满足使用者要 求的目的。也就是通过对软件采用非编程的
• 7．组态软件的设计思想 • 组态软件普遍使用“面向对象”（Object Oriented ，OO）的编程和设计方法。 • 组成： • • • • 图形界面系统 实时数据库系统 第三方程序接口组件 控制功能组件
• （1）图形界面系统
• 构成现场各过程的图形的画面被划分成三类 简单的对象：线、填充图形和文本。 • 静态属性在系统投入运行后保持不变，与原 来组态时一致。 • 而动态属性则与表达式的值有关，表达式可 以是来自I/O设备的变量，也可以是由变量和 运算符组成的数学表达式。 • 这种对象的动态属性随表达式的值的变化而 实时改变，这种组态过程通常叫做动画链接。
• 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。
• 4．组态软件的特点
• • • • • • • •
组态软件的突出特点是实时多任务。 （1）提供开发环境和运行环境； （2）采用客户/服务器模式； （3）软件采用组件方式构成； （4）采用DDE、OLE、COM/DCOM、Active X技术； （5）提供ODBC、OPC、API接口； （6）支持分布式应用； （ 7 ）支持多种系统结构，如单用户、多用户（网络）， 甚至多层网络结构； • （8）支持Internet应用。
• 已组态的通用数据库连接被装入计算机内存， 按照预先指定的采样周期，对规定时间区段
按照组态的数据库结构建立起通用数据库和
实时数据库间的数据连接。
• （3）策略（控制方案）编辑组态程序 • 策略编辑/生成组件是以PC为中心实现低成本 监控的核心软件，具有很强的逻辑、算术运 算能力和丰富的控制算法。 • （4）策略运行程序 • 组态的策略目标系统被装入计算机内存并执 行预定的各种数据计算、数据处理任务，同 时完成与实时数据库的数据交换。
• 二次开发人员根据具体的系统要求，建立模 块（创建对象）然后定义参数（对象属性）， 最后生成可供运行的应用程序。 • 组态实际上是生成一系列可以直接运行的程 序代码，这些程序代码可以在用于组态的计 算机上直接运行，也可以下装到其他的计算 机上。 • 组态可以分为离线组态和在线组态两种。
• 3．HMI/SCADA软件 • 组态软件的更确切称呼应该是人机界面 HMI （Human Machine Interface）/ 监控与数据 采集 SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）软件。 • 实现HMI或MMI（Man Machine Interface）和 控制功能；
• 响应快速、实时性强；结构紧凑、易于 裁剪和配臵；开放性好、易于开发和嵌入。
5.2
监控组态软件原理
• 监控组态软件概述 • 现代计算机监控系统的功能越来越强，除了 完成基本的数据采集和控制功能外，还要完 成故障诊断、数据分析、报表的形成和打印， 与管理层交换数据，为操作人员提供灵活方 便的人机界面。另外，随着生产规模的变化， 计算机接口的部件和控制部件也随着系统规 模的变化进行增减。
1. 计 算 机
2.
3.
Байду номын сангаас
4.
• 自动化科学与技术学科的整个知识结构框架
• 控制系统各部分与相应的知识领域的对应关系
5.1.3 计算机监控系统的运行环境
• 1．计算机操作系统 • 管理和控制计算机软硬件资源，并且能 为用户创造便利的工作环境的一组计算机程 序的集合。 • （1）按照程序运行的调度方法，可以将操 作系统分为以下三种类型： • ①顺序执行系统 • ②分时操作系统 • ③实时操作系统
• 扩展可选组件包括： • （1）通用数据库接口（ODBC接口）组态程序 • 通用数据库接口组件用来完成组态软件的实
时数据库与通用数据库的互联，实现双向数
据交换，通用数据库既可以读取实时数据，
也可以读取历史数据；实时数据库也可以从
通用数据库实时地读入数据。
• （2）通用数据库接口（ODBC接口）运行程序
• （3）图形界面运行程序 • 在系统运行环境下，图形目标应用系统被图 形界面运行程序装入计算机内存并投入实时 运行。
• （4）实时数据库系统组态程序
• 建立实时数据库的组态工具，可以定义实时 数据库的结构、数据来源、数据连接、数据 类型及相关的各种参数。
• 提高系统的实时性，增强处理能力。
• （5）实时数据库系统运行程序 • 在系统运行环境下，目标实时数据库及 其应用系统被实时数据库系统运行程序
监控组态软件的功能和使用
监控组态软件的功能和使用
计算机监控系统的组成
监控组态软件原理 WinCC的功能和使用
计算机监控系统的组成
计算机监控系统的概念 计算机监控系统的组成 计算机监控系统的运行环境
5.1.1 计算机监控系统的概念
• 1．定义 • 计算机监控是利用传感装臵将被控对象中 的物理参量转换为电量，再将这些代表实际 物理参量的电量送入输入装臵中转换为计算 机可识别的数字量，并且在计算机的显示装 臵中以数字、图形或曲线的方式显示出来， 从而使得操作人员能够直观地而迅速地了解 被监控对象的变化过程。
• 2．通用操作系统 • （1）DOS操作系统
• （2）UNIX操作系统
• 小型机、微型机 • 标准的UNIX是一个多用户、多任务、交互式 分时操作系统。就其运行的稳定性而言， UNIX操作系统远比Windows要高，其通信能力 也远比Windows NT要强，但价格非常昂贵， 通常用于大型系统。
装入计算机内存并执行预定的各种数据
计算、数据处理任务。历史数据的查询、 检索、报警的管理都是在实时数据库系
统运行程序中完成的。
• （6）I/O驱动程序 • 组态软件中必不可少的组成部分，用于 和I/O设备通讯，互相交换数据，DDE和 OPC Client是两个通用的标准I/O驱动程 序，用来和支持DDE标准和OPC标准的I/O 设备通讯。多数组态软件的DDE驱动程序 被整合在实时数据库系统或图形系统中， 而OPC Client则多数单独存在。
操作方式，进行参数填写、图形连接和文件
生成等，使得软件乃至整个系统具有某种指
定的功能。
• 2．组态→二次开发→监控组态软件 • 开发商事先开发好一套具有一定通用性的软件开 发平台，生产若干种规格的硬件模块（如I/O模 块、通信模块、控制模块），然后，再根据用户 的要求在软件平台上进行二次开发以及硬件模块 的连接。这种软件的二次开发工作就称为“组 态”，相应的软件开发平台就称为“监控组态软 件”，简称“组态软件”。 • “组态”一词既可以用做名词也可以用做动词。
• 2．计算机监控技术是一门综合技术
• • • 计算机技术（软件技术、接口技术、通 信技术、网络技术、显示技术） 自动控制技术 自动检测和传感技术
• 3．效益 • 经济效益：稳定和优化生产工艺、提高产品 质量、降低能源和原材料消耗、降低成本； • 社会效益：降低劳动者的生产强度、提高管 理水平。
5.1.2 计算机监控系统的组成
• （2）计算机操作系统的功能 • ①进程管理
•
进程是关于某个数据集合的可并发的一 次运行活动。
• 操作系统对进程的管理：进程的建立、终止、 挂起、激活、阻塞和唤醒。同时，操作系统 还要为运行的程序以及相关的数据分配内存 空间，并为各进程间的通信进行管理。
• ②作业管理 • 作业就是用户为完成一次事务处理而交给计 算机的一项任务。 • 作业管理的任务就是为方便用户建立作业、 组织调度系统内部资源执行，并在完成任务 后将其撤消。
• 在图形界面上还具备报警通知和确认、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、趋势都是动画链接的对象，
其数据源都可以通过组态来指定。
• （2）控制功能组件
• 以基于PC的策略编辑/生成组件（也称之为软 逻辑或软PLC）为代表，是组态软件的重要组 成部分。
• 4．嵌入式（Embedded System）操作系统 • （1）嵌入式系统的定义：以应用为中心和以 计算机技术为基础，软硬件可裁剪，关切能 够适应宿主系统对其功能、可靠性、成本、 体积、和功耗地功能多方面的要求的系统。 （嵌入式系统与其监控的对象（宿主）是紧 密地为一体的系统）
• （2）嵌入式操作系统的特点
• 5．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；