基于组态王的监控软件设计

单丽慧　王珺

摘要：组态的概念最早来自英文Configuration，其含义是使用软件工具对各种资源进行配置，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。它是伴随着集散型控制系统的出现而引入工业控制系统的[22]。

目前中国市场上的组态软件产品按厂商划分大致可以分为三类，即国外专业软件厂商提供的产品，国内外硬件或系统厂商提供的产品以及国内自行开发的国产化产品。目前在市场上占主导地位的组态软件包括美国Wonderware公司的InTouch[23-23]、美国Intellution公司的iFIX、德困西门子公司的WINCC等。

关键词：组态王，监控软件，数据流

1、 引言

组态的概念最早来自英文Configuration，其含义是使用软件工具对各种资源进行配置，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。它是伴随着集散型控制系统的出现而引入工业控制系统的[22]。

目前中国市场上的组态软件产品按厂商划分大致可以分为三类，即国外专业软件厂商提供的产品，国内外硬件或系统厂商提供的产品以及国内自行开发的国产化产品。目前在市场上占主导地位的组态软件包括美国Wonderware公司的InTouch[23-23]、美国Intellution公司的iFIX、德困西门子公司的WINCC等。

工控组态软件的结构可分两个层次，最底层是与现场控制站相连的I/O驱动程序接口模块，它主要完成上层软件与现场控制站之间的数据信号的转换和缓存，I/O驱动程序之上的中间层实时数据库是控制模块，实现实时数据、历史数据、设备数据等数据之间的关联和控制，并对图形显示模块、实时趋势模块和报警模块进行通信控制。在使用组态软件时要充分使用其分布式的特点，组态软件通过分级的方式防止网络中单一的计算机遭受系统瘫痪的问题干扰，组态软件采用客户/服务器结构，添加新的节点十分简单，只需将新的服务器连接到网络上即可。添加或更改数据点时，只需在数据源进行更改，系统就会自动地更新整个系统。每一节点的数据对整个系统的用户都是可见的。在系统添加客户和服务器简洁明了，无需更改系统中其他节点的设置。在一个分布式处理的网络中，每个节点独立执行所分配的任务，单一节点脱离网络时不会引起整个网络的中断。当一个节点查询网络上的离线节点数据时，网络应用程序会通知请求数据的节点，以便它能明确地标识处理丢失的网络数据。尽管各个节点是完全独立的工作站，这些节点也能获取网络上的其他节点的数据。监控节点可以显示许多不同的SCADA服务器上的画面，数据链接不需要额外的组态工作，也不需要本地数据库的拷贝。组态软件还提供了强大而灵活的多重冗余功能，保证系统的不间断监控，包括备份SCADA服务器、LAN冗余以及利用网络状态服务器和组态软件诊断显示程序监视、控制网络运行状态。工控组态软件一般由下列组件组成：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。

2、组态王软件功能描述

上位机监控软件采用6.5版“组态王”256点运行组态软件。组态王的主要特点如下：

1）工程管理。为用户集中管理本机上的所有组态王工程。

2）画面制作系统。

①支持无限色和过渡色；

②图库“一次构造，随处使用”；

③多种形状和效果的按钮和多种格式的图形；

④可视化动画连接向导。

3）报警和事件系统。具有方便、灵活、可靠、易于扩展、通过网络远程报的特点。

4）报表系统。提供一套全新、集成的内嵌式报表系统，内部提供丰富的报表函数；提供报表工具条、报表模板，报表能够进行组态。

5）控件。支持Windows标准的Active X控件（主要为可视控件），包括Microsoft提供的标准Active X控件和用户自制的Active X控件。三个功能强大的控件，即数据表格控件、历史曲线控件、PID调节控件。

6）OPC。全面支持OPC標准，可作为OPC服务器，也可以作为OPC客户端，节省了不同厂商的控制系统相连的工作量和费用；并且组态王提供SDK开发包。

7）通讯系统。

①支持GPRS/PSTN，可通过宏电公司的H7000 GPRS无线数据通信系统与组态王原有驱动程序无缝连接，硬件设备端无需更改程序，能实时显示现场设备运行状况；

②开发中进行硬件测试，在不启动运行系统的情况下，能测试对硬件设备的读写操作；

③支持网络DDE，实现组态王与其他应用程序间通过网络进行数据交换。

3、组态王软件的数据流

组态王软件由若干程序组件构成，通常包括图形界面开发程序、图形界面运行程序、实时数据库功能模块、网络通信模块、前置通信模块、数据报表模块几个典型组件。

组态软件通过I / O驱动程序从现场I / O设备获得实时数据，对数据进行必要的加工后，一方面以图形方式直观地显示在计算机屏幕上；另一方面按照组态要求和操作人员的指令将控制数据送给I / O设备，对执行机构实施控制或调整控制参数。

对已经组态历史趋势的变量存储历史数据，对历史数据检索请求给予响应。当发生报警时及时将报警以声音、图像的方式通知给操作人员，并记录报警的历史信息，以备检索。其中，实时数据库是组态软件的核心和引擎，历史数据的存储与检索、报警处理与存储、数据的运算处理、数据库冗余控制、I / O数据连接都是由实时数据库系统完成的。图形界面系统、I / O驱动程序等组件以实时数据库为核心，通过高效的内部协议相互通信，共享数据。

4、基于组态王的监控软件设计

软件设计应该采用工程的概念、原理、技术和方法来开发与维护，这样才能够客观的保证软件质量，经受起时间的考验。目前认可的软件开发的方法一般分为问题定义、可行性研究、需求分析、总体设计、详细设计、编码和单元测试、综合测试、维护七个基本步骤。本文根据软件开发的一般步骤，结合组态王的特点和实际工程的设计要求来进行软件设计。

基于组态王建立本系统监控程序大致可分为以下四个步骤：

第1步：设计图形界面。

第2步：构造数据库。

1）按照第一步统计出的表格，建立实时数据库，正确组态各种变量参数。

2）根据第一步的统计结果，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。

第3步：建立动画连接。

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，规定动画属性和幅度。

第4步：运行和调试。

对组态内容进行单回路和联合调试。

参考文献：

[1] 张悦.浅谈城市污水处理自动化系统的总体设计.自动化仪表，1998，16（1）：22～23

[2] 吴晓帆，蔡自兴.自动控制的发展与未来与综述.石油化工自动化，2000，23（2）：34～35

[3] 马国华.监控组态软件及其应用.北京：清华大学出版社.2001

[4] 相会强，刘芬. 自动控制在污水处理中的应用. 仪器仪表学报，2005，16（8）：235～237