1、前言 组态软件是工业控制应用软件的开发平台，它提供了一个良好开发环境，如：提供了许多绘图元素、控件、报表格式、报警方式等，使开发人员不必把精力集中在绘制人机界面上，而专心考虑如何实现系统的功能，使开发工作变得轻松容易、简单高效。目前我国引进的组态软件有：美国的FIX32、Intouch，德国的WinCC等。国产的组态软件有组态王、开物、世纪星、力控、FameView、MCGS等。亚控开发的组态王组态王是一个非常优秀的软件。组态王是集动画显示、流程控制、数据采集、设备控制与输出、网络数据传输、工程报表、数据与曲线等诸多功能于一身，能与各种设备进行数据交换，广泛应用于石油、电力、化工、钢铁、矿山、
2、冶金、机械、纺织、航天、建筑、材料、制冷、交通、通讯、食品、制造与加工业、水处理、环保、智能楼宇、实验室等多种工程领域。主讲教材:工业控制组态软件应用技术（刘文贵）.参考书籍:组态王6.53使用手册，北京亚控科技有限公司.Visual Basic.NET 程序设计程序设计本章主要内容一、什么是什么是 组态和组态软件组态和组态软件二、二、组态软件的特点组态软件的特点三、组态软件的基本结构三、组态软件的基本结构四、组态软件的组态功能四、组态软件的组态功能五、组态软件在监控系统中的地位五、组态软件在监控系统中的地位六、组态软件的发展趋势六、组态软件的发展趋势七、任务分析七、任务分析一、组态与组态软件
3、 组态，英文单词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置，达到使计算机或软件按照预先设置自动执行特定任务，满足使用者要求的目的。概括的说，监控组态软件是完成数据采集与过程控制的专用软件，它以计算机为基本工具，为实施数据采集、过程监控、生产控制提供了基础平台和开发环境。组态软件的发展 组态软件依赖于计算机控制系统、依赖于计算机技术的发展。20世纪50年代末 计算机开始涉足工业过程控制领域；20世纪70年代 微处理器的出现促进了计算机控制的发展，DCS(集散控制系统/分布式控制系统)计算机控制技术应用日益广泛。组态软件基于MS-DOS和iRMX86的，各DCS
4、厂商的软件专用且封闭，不通用。20世纪80年代末，个人PC机和Windows操作系统的普及，基于PC机的组态软件开发，且由软件商专门从事组态软件的开发。美国的Wonderware公司推出第一个商品化的组态软件Intouch，提供了不同厂家、不同设备的对应的I/O驱动模块，使组态软件趋于通用。目前已有近几十种组态软件。组态软件的发展2公司名称产品名称国别IntellutionFIX,iFIX美国WonderwareInTouch美国西门子WinCC德国Rock-wellRSView32美国National InstrumentsLabview美国CitechCitech澳大利亚IconicsGe
5、nesis美国PC SoftWizCon以色列A-Bcontrolview美国8常见的组态软件1公司名称产品名称中国地区亚控组态王组态王中国三维科技力控力控中国昆仑通态MCGS中国华富ControX中国研华研华Genie台湾康拓Control star Easy Control中国国内较知名的监控组态软件常见的组态软件2 从美国Wonderware公司1987年推出的世界上第一个商品化监控组态软件InTouch开始，由一花独秀到今天的组态软件开发百家争鸣，目不暇接，仅仅20年时间工业控制领域就发生了巨大的变化，组态控制技术诞生标志着工业控制技术发展到了一个成熟的阶段。在此期间各家公司之间互相借
6、鉴、互相学习、取长补短，使组态软件的功能趋于同化，归纳起来各个组态软件的共同特点有：特点有：二、组态软件的特点二、组态软件的特点 1.实时性与多任务。实时性与多任务。例如，数据采集与处理、显示与输出、存储与检索、人机对话与实时通信等多个任务要在同一台计算机上进行。2.可靠性与系统冗余可靠性与系统冗余。各组态软件都提供了一套比较完善的安全机制，如界面上所有可操作的东西都具有安全级别和操作权限，防止误操作和非法操作。具有故障诊断和处理功能，一些组态软件还具有热备体系支持网络冗余。3.通用化与行业化。通用化与行业化。在开发通用版本的同时，各家公司也十分注重根据不同行业的特点开发不同领域的专业版本，如
7、石油版、电力版、嵌入式系统版等。4.标准通信与接口开放。标准通信与接口开放。采用标准通信技术与外部设备接口，如ODBC、OPC、DDE数据交换技术。5.可扩展性与二次开发。可扩展性与二次开发。当用户的企业发展壮大，原有的计算机控制规模需要扩大时，组态软件具有方便的、像搭接积木一样灵活的扩展能力。6.网络控制与远程控制。网络控制与远程控制。目前组态软件已不局限于早期的单机版，具有网络控制功能的组态软件可以连接成对等网，也可以连接成服务器/客户机的结构。计算机网络控制的发展正在向以太网靠拢，通过网卡将各种控制设备挂接在Internet网上，实施远程控制，打破了由Ethernet/Controlne
8、t/Devicenet三层网络组成的控制结构，出现了“一网拉平”的概念，即每个工控设备都具有独立的IP地址，通过Internet网直接进行通信和远程控制。7.内部数据库与外部数据库。内部数据库与外部数据库。组态软件都具有内嵌的数据库系统和报表格式，但一些用户往往需要使用第三方软件来处理采集的数据，即要求使用通用数据库来存放采集的数据，如Oracle、Sybase、Microsoft Access、Microsoft SQL Server等。所以组态软件还具有和通用外部数据库的接口。8.复杂运算与软逻辑控制。复杂运算与软逻辑控制。随着计算机控制技术的深入发展，组态软件功能早已突破了单纯的数据采集
9、和人机界面设计，目前已将可编程控制器PLC具有的一些复杂运算（如PID运算）功能植入到组态软件中，称为软PLC或软逻辑控制。目前大部分组态软件都是在Windows环境下运行的，一般是用面向对象设计语言开发的，开发过程中主要解开发过程中主要解决了以下几个问题：决了以下几个问题：如何与采集、控制设备进行数据交换；如何将采集到的数据与计算机图形画面上的各元素关联起来；处理数据越限报警和系统报警；存储历史数据和支持历史数据查询；以各种报表的形式将数据打印输出；为使用者提供灵活多变的组态工具，以适用于不同控制领域的需求；最终生成的应用系统运行稳定可靠；具有与第三方程序的接口，方便数据共享。组态软件可总体
10、分为系统开发环境和系组态软件可总体分为系统开发环境和系统运行环境两大部分。统运行环境两大部分。系统开发环境是工程设计人员为实现自己的控制方案，在组态软件支持下进行系统生成所必须依赖的工作环境。系统运行环境的功能是将上面开发出的图形目标应用系统，装入内存并投入运行。三、组态软件的基本结构三、组态软件的基本结构组态软件按照功能成员分为六个部分组态软件按照功能成员分为六个部分 1.工程管理器工程管理器 工程管理器也称为项目管理器，有了工程管理器后，这些工作变得简单易行。工程管理器具有新建、删除、搜索、备份、恢复、重命名工程等多项功能，并可以通过菜单或按钮切换到系统开发环境。四、组态软件的基本功能四、
11、组态软件的基本功能 2.画面开发与运行管理程序画面开发与运行管理程序 画面开发环境还提供了图库，库里面有大量的自动控制元件的图形供画图时选用，如各种形状的电机、管道、容器、阀门、仪表、信号灯等。在画面开发环境中可以建立动画连接，即将图形对象的某一属性与数据库中的某一I/O变量值联系起来，使得应用系统运行时，画面上的图形随着I/O变量值而变化。画面运行环境负责将开发出的应用系统装入计算机内存并投入运行。3.实时数据库运行管理程序实时数据库运行管理程序 组态软件内部含有实时数据库系统，用户定义的全局变量都存放在实时数据库中，这些变量的集合被形象称为数据词典数据词典。实时数据库中的I/O变量是随着生
12、产现场变送器的输出值而变化的，而实时数据库中的I/O变量一变化就会引起画面上的图形变化。实时数据库的管理功能包括定义变量名称、数据类型、与外部设备的连接等各种参数。4.I/O驱动管理程序驱动管理程序 I/O驱动管理是组态软件中不可缺少的组成部分，一个通用的组态软件应包含世界上各大工控设备厂商生产的所有常用工控设备的驱动程序，供应用系统设计人员选用。当设计人员使用了I/O驱动程序库中没有的设备时，应找到组态软件开发商，由他们负责根据该设备的具体通信协议开发驱动程序，一般要收取一定的费用。5.SQL访问管理器访问管理器 SQL访问管理器是组态软件和通用数据库的接口，通过Windows提供的ODBC
13、数据源设置功能，将组态软件和通用数据库连接起来，实现双向数据文换。实时数据库可以从通用数据库中获取数据，通用数据库也可以从实时数据库或历史数据库中获取数据。SQL访问管理器负责建立通用数据库中的表格模板、邦定记录，即指定表格中包含的各字段名称、属性及与组态软件数据词典中变量的对应关系。6.控制策略管理程序控制策略管理程序 组态软件具有很强的算术运算、逻辑运算功能，并能够用软件来实现可编程控制器PLC的复杂运算功能，称之为软逻辑软逻辑。控制策略管理程序以IEC-61131-3标准为使用者提供了5种标准的编程环境，有三种图形化语言、两种文本化语言。图形图形化语言有梯形图、顺序功能图、功能块图，文本
14、化语言有梯形图、顺序功能图、功能块图，文本化编程语言有指令表和结构化编程语言。化编程语言有指令表和结构化编程语言。编译生成的目标代码可以和组态软件在同一台计算机上运行，也可以下载到下位机中运行。组态软件的组态功能组态软件的组态功能 组态软件功能主要包括硬件配置功能和软件配硬件配置功能和软件配置功能置功能，程序员在组态软件提供的开发环境下以人机对话方式完成组态操作，调试运行正确后将系统组态结果存入硬盘中，供运行时使用。下面对组态软件的各种组态功能做一介绍。1.1.硬件配置组态功能硬件配置组态功能 硬件配置组态是整个组态过程的第一步，也是硬件配置组态是整个组态过程的第一步，也是最重要的一步最重要的
15、一步，一个具体的计算机控制系统使用了哪些需要和组态软件进行通信的硬件设备，如某一类型的输入/输出板卡、智能模块、智能仪表、PLC等，需要将各个输入和输出点按其名称和意义预先定义，然后才能使用，包括定义各现场I/O控制站的站号，网络节点号等网络参数及站内的I/O配置等。2.数据库组态功能数据库组态功能 系统的数据库包括实时数据库和历史数据库。实时数据库组态主要是确定数据库中保存的各个变量名称、工程量标度变换、上下限值、线性化处理、报警特性、报警条件等；历史数据库组态除了确定上述内容外，还需要确定循环清盘的周期，即数据的保存周期。3.控制回路组态功能控制回路组态功能 控制回路组态同样是一种非常重要
16、的组态，为了确保生产工艺的实现，计算机监控系统常常要完成一些复杂的控制运算，如PID运算、前馈、串级、解耦等控制运算，控制回路的组态就是将一些标准模块的输入/输出与具体的变量联系起来，即定义各个控制回路的控制算法、调节周期及调节参数，某些系数等。4.控制流程组态功能控制流程组态功能 这种组态定义类似于控制回路组态，处理对象是被监测的开关量，信号采集后经过一定的逻辑控制关系处理，再送到执行机构。流程组态功能是确定哪些变量之间有关联，如“与、或、联锁”关系等。5.画面组态功能画面组态功能 画面组态有时也称为制作车间画面，主要是模仿一个个生产现场，用来监视生产过程的状况，并可通过对画面上对象的操作，
17、实现对生产过程的控制。画面是由两部分组成的：一部分是静态画面（或背景画面），一般用来反映监视对象的环境和相互关系；另一部分是动态点和操作按钮、设定值用的滑动杆或滚动条等。动态点的功能是当现场传来的数据发生变化时，及时在屏幕上显示出来，有图形的变化、颜色的变化、数字的变化等形式。6.数据报表组态功能数据报表组态功能 报表组态功能包括实时数据报表和历史数据报表两大类，实时数据报表是将计算机采集到的现场数据，分类进行报表显示，使值班人员随时掌握生产现场的动态，报表组态就是制作一张张不同样式的报表页面，包括制作表格的样式、表头标题、报表时间、每个具体的单元格都放哪些变量等。历史数据报表还具有分时间段的
18、查询和打印功能。7.报警处理组态功能报警处理组态功能 报警功能是计算机监控系统一项很重要的功能，提醒操作人员及时处理生产现场的非正常情况。报警组态功能是通过回答对话框的形式确定参加报警的变量名称、报警级别、模拟量报警的上下限值、报警方式（声、光、闪烁、打印记录等）确定、报警处理方式的定义和制作报警画面、显示报警原因等。8.趋势曲线组态功能趋势曲线组态功能 趋势曲线是以时间为横坐标的变量波形图，包括实时数据曲线和历史数据曲线两种。趋势曲线具有显示直观的特点，在控制系统中是必不可少的，为了完成这种功能，需要对趋势曲线画面进行组态，包括制作趋势曲线显示页面、确定每个页面中趋势曲线条数、名称、颜色、时
19、间坐标刻度的单位、显示精度。历史趋势曲线具有时间向回卷动的功能，可以查询历史上某一时刻某一变量的值。在计算机监控系统中，组态软件有着十分重要的地位作用，除了能够查看生产现场的实时动态画面、历史记录画面和进行控制基本功能外，还要有系统安全措施、故障诊断、报警处理、数据运算、曲线显示、报表和打印输出功能，还要能和通用数据库接口，为操作人员和管理人员提供方便。组态软件是数据采集与处理的中心、远程监视中心和控制调度中心的集合。五、组态软件在监控系统中的地位五、组态软件在监控系统中的地位 组态软件最早出现的主要目的是为了设计人机界面，它可以使设计人员集中精力进行控制算法的设计，而不必把大量的时间花费在人
20、机界面的设计上。所以组态软件早期的称呼是MMI（Man Machine Interface）、HMI（Human Machine Interface）和数据采集与监控系统SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）。六、组态软件的发展趋势六、组态软件的发展趋势 随着计算机控制技术的飞快发展，人们对组态软件功能的要求不但扩大，目前组态软件的功能早已突破了这个内涵，实时数据库、实时控制、开放的数据接口、对I/O设备的广泛支持已经变为组态软件的主要内容，并且随着计算机监控技术的发展，还在不断的赋予新的内涵。如：WEB，嵌入式开发、移动系统和便携式系统
21、等等。七、任务分析七、任务分析 1、数据流程、数据流程 2、使用组态软件的一般步骤、使用组态软件的一般步骤 3、开发人员的任务、开发人员的任务 4、组态王安装、组态王安装(省略省略)，组态王的结构，组态王的结构 5、组态王的开发步骤、组态王的开发步骤 6、任务实施、任务实施1、数据流程、数据流程 数据流1 现场数据 I/O设备 I/O Server 实时数据库存储 数据流2 实时数据库 画面显示 工作过程画面工作过程画面报警画面报警画面历史数据画面历史数据画面 数据流3 控制数据 I/O Server I/O设备 执行机构 2、使用组态软件的一般步骤、使用组态软件的一般步骤 1、收集所有I/O
22、点的参数，填写表格-表1，以便在监控组态软件和PLC上组态时使用。2、确定所使用的I/O设备的生产商、种类、型号，使用的通信接口类型，采用的通信协议。3、收集所有I/O点的I/O标识，填写表格-表2。I/O标识是唯一地确定一个I/O点的关键字，在大多数情况下I/O标识是I/O点的地址或位号名称。4、根据工艺过程绘制，设计画面结构和画面草图。2、使用组态软件的一般步骤（续）、使用组态软件的一般步骤（续）6、根据表1和表2，在实时数据库中建立实时数据库变量与I/O点的一一对应关系，即定义数据连接。7、根据前面设计的画面结构和画面草图，组态每一幅静态的操作画面（主要是绘图）。5、根据表1，建立实时数
23、据库，正确组态各种变量参数。8、将操作画面中的图形对象与实时数据库变量建立动画连接关系，规定动画的属性和幅度。9、对组态的内容进行分段和总体调试。10、系统投入运行。3、开发人员的任务、开发人员的任务在组态软件的支持下，操作人员可完成：1、查看生产现场的实时数据及流程画面；2、自动打印各种实时历史生产报表；3、自由浏览各个实时历史趋势画面；4、及时得到并处理各种过程报警和系统报警；5、需要时，人为干预生产过程，修改生产过程参数和状态；6、与管理部门的计算机联网，为其提供生产实时数据。在一个自动控制系统中，系统投入运行后，组态软件就是自动监控系统中的数据收集处理中心、远程监视中心和数据转发中心。
24、4、组态王的结构、组态王的结构 “组态王6.5”软件由工程浏览器（TouchExplorer）、工程管理器（ProjManager）和画面运行系统（TouchView）三部分组成。工程管理器内嵌画面管理系统，用于新工程的创建和已有工程的管理，对已有工程进行搜索、添加、备份、恢复以及实现数据词典的导入和导出等功能。工程浏览器是一个工程开发设计工具，用于创建监控画面、监控的设备及相关变量、动画链接、命令语言以及设定运行系统配置等的系统组态工具。运行系统是工程运行画面，从采集设备中获得通讯数据，并依据工程浏览器的动画设计显示动态画面，实现人与控制设备的相互交互。组态王开发工程大致可分为以下六个步骤：
25、1、创建新工程2、定义设备驱动3、构造数据库变量4、建立动画连接5、设计图形界面6、运行和调试 完成以上步骤后，一个可以拿到现场运行的工程就制作完成了。5、组态王的开发步骤、组态王的开发步骤新建一个组态工程 在组态王中，建立的每一个应用称为一个工程。每个工程必须在一个独立的目录下，不同的工程不能共用一个目录。在每一个工程的路径下，生成了一些重要的数据文件，这些数据文件不允不允许直接修改许直接修改的。的。组态王把那些需要与之交换数据的设备或程序都作为外部设备。外部设备包括：下位机（PLC、仪表、模块、板卡、变频器等），它们一般通过串行口和上位机交换数据；其他Windows应用程序，它们之间一般通
26、过DDE交换数据；外部设备还包括网络上的其他计算机。只有在定义了外部设备之后，组态王才能通过I/O变量和它们交换数据。为方便您定义外部设备，组态王设计了“设备配置向导”引导您一步步完成设备的连接。定义设备和变量 本课程中以组态王软件和亚控公司自行设计的仿真仿真PLCPLC（仿真程序）和组态王通信为例来讲解在组态王中如何定义设备和相关变量（实际硬件设备和变量的定义方式与其类似）。注：在实际的工程中组态王连接现场的实际采集设备，采集现场的数据。定义设备定义设备 组态王工程浏览器的主要作用是一个工程开发设计工具，用于创建监控画面、监控的设备及相关变量、动画链接、命令语言以及设定运行系统配置等的系统组
27、态工具。u建立新画面u使用工具箱u使用图库管理器设计画面设计画面6、任务实施、任务实施 第一步、组态王软件启动与创建工程1、启动程序2、新建工程3、设置工程4、定义设备5、定义变量6、定义画面7、动画连接8、编辑命令语言9、设置运行系统10、运行系统 谢谢 谢谢 ！公司名称公司名称产品名称产品名称国别国别IntellutionFIX,iFIX美国美国WonderwareInTouch美国美国西门子西门子WinCC德国德国Rock-wellRSView32美国美国National InstrumentsLabview美国美国CitechCitech澳大利亚澳大利亚IconicsGenesis美国美国PC SoftWizCon以色列以色列A-Bcontrolview美国美国 国内较知名的监控组态软件公司名称公司名称产品名称产品名称中国地区中国地区亚控亚控组态王组态王中国中国三维科技三维科技力控力控中国中国昆仑通态昆仑通态MCGS中国中国华富华富ControX中国中国研华研华Genie台湾台湾康拓康拓Control star Easy Control中国中国
