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1、5 软件设计5.1 组态软件介绍组态软件，又称监控组态软件，译自英文SCADA,即 Supervision,Control and Data Aquisition(数据采集与监视控制),组态软件的应用领域很广，它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。在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统(RTU System,Remote Terminal Unit)。组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件
2、应该能支持各种工控设备和常见的通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。对应于原有的HMI（人机接口软件，Human Machine Interface）的概念，组态软件应该是一个使用户能快速建立自己的HMI的软件工具，或开发环境。在组态软件出现之前，工控领域的用户通过手工或委托第三方编写HMI应用，开发时间长，效率低，可靠性差；或者购买专用的工控系统，通常是封闭的系统，选择余地小，往往不能满足需求，很难与外界进行数据交互，升级和增加功能都受到严重的限制。组态软件的出现，把用户从这些困境中解脱出来，可以利用组态软件的功能，构建一套最适合自己的应用系统。随着它的快速发展，实时数据库、实时
3、控制、SCADA、通讯及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容，随着技术的发展，监控组态软件将会不断被赋予新的内容。在组态软件中，通过组态生成的一个目标应用项目在计算机硬盘中占据惟一的物理空间（逻辑空间），可以用惟一的一个名称来标识，就被称为一个应用程序。在同一计算机中可以存储多个应用程序，组态软件通过应用程序的名称来访问其组态内容，打开其组态内容进行修改或将其应用程序装入计算机内存投入实时运行。组态软件的结构划分有多种标准，这里以使用软件的工作阶段和软件体系的成员构成两种标准讨论其体系结构。5.2 组态软件的划分按照系统环境划分，从总体上讲，组态软件是由两大部分构成的
4、：1系统开发环境：是自动化工程设计工程师为实施其控制方案，在组态软件的支持下进行应用程序的系统生成工作所必须依赖的工作环境。通过建立一系列用户数据文件，生成最终的图形目标应用系统，供系统运行环境运行时使用。系统开发环境由若干个组态程序组成，如图形界面组态程序、实时数据库组态程序等。2系统运行环境：在系统运行环境下，目标应用程序被装入计算机内存并投入实时运行。系统运行环境由若干个运行程序组成，如图形界面运行程序、实时数据库运行程序等。组态软件支持在线组态技术，即在不退出系统运行环境的情况下可以直接进入组态环境并修改组态，使修改后的组态直接生效。自动化工程设计工程师最先接触的一定是系统开发环境，通
5、过一定工作量的系统组态和调试，最终将目标应用程序在系统运行环境投入实时运行，完成一个工程项目。按照成员构成划分其中必备的典型组件包括：1应用程序管理器：应用程序管理器是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。在自动化工程设计工程师应用组态软件进行工程设计时，经常会遇到下面一些烦恼：经常要进行组态数据的备份；经常需要引用以往成功应用项目中的部分组态成果（如画面）；经常需要迅速了解计算机中保存了哪些应用项目。虽然这些要求可以用手工方式实现，但效率低下、极易出错。有了应用程序管理器的支持，这些操作将变得非常简单。2图形界面开发程序：图形界面开发程序是自动化工程设计工程师为实
6、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。通过建立一系列用户数据文件，生成最终的图形目标应用系统，供图形运行环境运行时使用。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：有的组态软件只在图形开发环境中增加了简单的数据管理功能，因而不具备完整的实时数据库系统。目前比较先进的组态软件（如力控等）都有独立的实时数据库组件，以提高系统的实时性，增强处理能力。实时数据库系统组态程序是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。5实时数据库
7、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。6I/O驱动程序：I/O驱动程序是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。5.3组态软件的发展应用现状组态软件产品大约在上世纪80年代中期在国外出现，在中国
8、也已有将近20年的历史。早在80年代末90年代初，有些国外的组态软件如ONSPEc、队RAGoN等就开始进入中国市场。组态软件市场在中国开始有较快的增长，大约在1995年底至1996年。随着中国改革开放的深入，人们对软件的观念有了重大改变;早些年组态软件的应用推广工作也打下了一定的基础，业内人士已经认识到组态软件的重要性，并接受它而不再热衷于在项目中搞低层次的编程开发;自动控制系统要上等级，对上位监控组态软件的市场需求增加;一些组态软件的生产商和供货商亦逐步加大了在中国市场的推广力度，并在价格方面做出了政策性调整;加之微软32位windows95和NT的推出，为组态软件提供了一个更适宜的操作系
9、统平台，使各生产供应商随后跟进的32位组态软件产品的性能指标和功能进一步加强。所有这些因素的综合，给组态软件在中国市场带来了新的生机。从那时起，更多的项目中正式有了组态软件的专项预算，各种相关设计方案和招(投)标书中也都出现了单列的组态软件栏目，越来越多的专业销售商和系统集成厂家也加入了这个市场。现在组态软件已经在中国市场确立了其应有的地位，并逐步进入了上升期。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，国内外硬件或系统合作厂商提供的产品，以及国内自行开发的国产化产品。从近几年的调查结果来看，国内组态软件市场大部分份额仍被国外几家组态软件占据，如:Fi
10、x、Intouch等。而这些“洋软件”除了在功能完备性、产品包装、市场推广等方面具有一定优势外，并非所有方面都尽善尽美。1 国外的组态软件：美国WONnERWARE公司的Intoueh，堪称组态软件的“鼻祖”，率先推出的16位Windows环境下的组态软件，在国际上曾得到.较高的市场占有率。Intouch在中国应用代理制，1995年变换代理后，在中国市场推出了低价小软件包，并结合较强的广告宣传攻势，产生了很大的影响，销售量上升很快。Intouch软件的图形功能比较丰富，使用较方便，但控制功能较弱。其1/0硬件驱动丰富，只是使用DDE连接方式，实时性较差，另外驱动程序须单独购买。它的5.6版(1
11、6位)很稳定，在中国市场也普遍受到好评。7.0版(32位)在网络和数据管理方面有所加强，并实现了所谓的实时关系数据库，其实只是在SQLScrver上增加了数据传输插件而已。在32位Windows环境下，Intouch已受到其他产品的猛烈冲击.Intouch软件小系统软件包价格比较适中，但大系统软件包却比较贵。另外，还有很多功能和性能方面与其相差无几的工控组态软件相继出现。(l) 美国Intellution公司的Fix产品在中国市场也由来已久，1993年Intenutinn公司就曾到中国参加过展览会(当时专门的组态软件厂商直接在中国参展还不多见)，但其在中国的销售渠道比较混乱。Fix产品系列较全
12、，包括DOS版，16位Windows版，32位Windows版，05/2版和其他一些版本，功能较Intouch强，但实时性仍然欠缺，半导体技术一般。其1/0硬件驱动丰富，只是驱动程序也需单独购买。最新推出的IFix，是全新模式的组态软件，思想和体系结构都比较新，提供的功能也较为完整。但也许过于“庞大”和“臃肿”，对系统资源耗费巨大，用户最为明显的感受就是“缓慢”，提供的许多“大而全”的功能对于中国用户也并不适用。而目经常受Windows操作系统影响导致不稳定。(2) 澳大利亚CIT公司的Citech，是组态软件中的后起之秀，在世界范围内扩展得很快，近年来CIT公司在中国基本采用直销方式，建有办
13、事处，并聘用一定数量的本地人才直接进行市场销售、技术支持乃至项目开发。citech产品包括16位和32位windows版，它的计算机味道很浓，与其他软件有很多不同的地方，使用的方便性和图形功能不及Intouch。界面部分很漂亮，很吸引人。但版升级不快，一直没有很大的体系改变。其控制算法比较好，1/0硬件驱动相对比较少，但大部分驱动程序可随软件包提供给用户。Citeeh的价格略低于Intoueh和Fix。(3) 德国西门子公司的WINCC，新版软件有了很大进步，但体系结构还是比较老，在网络结构和数据管理方面要比Fix差，但也属于比较先进的产品之一。西门子似乎仅是想把这个产品当作硬件的陪衬，对第三
14、方硬件的支持也不热衷，若选用西门子硬件，能免费得到WINCC，所以对于使用其他硬件的用户，不是个好选择。2 国产化的组态软件：国产化的组态软件产品也正在成为市场上的一支生力军，近年来已有一定影响力的产品有组态王、sYNALL、Meos、天工、Controlx、虎翼、力控等。国内有不少单位，如一些高校、研究所、公司，甚至一些个人正在积极地投入到组态软件的开发当中。国产化的组态软件具有较强的价格竞争优势。(1) 北京亚控公司的组态王，是国内较早出现的组态软件产品之一，至今也有五年左右的历史了。早期的组态王仿造Intouch，只是单机接口，到了5.1版本，在数据管理和开放性方面才有了一些改进。但体系
15、结构却没有实质性的突破。有可能还没有摆脱早期形成的、不合理的程序构架。其网络功能较为薄弱，支持不了真正意义上的分布式系统.6.0系列版本的结构从广告宣传上看应该很不错。(2) MCGS思想比较独特，属于比较另类的产品，有很多特殊的概念和使用方式，大多数使用过其他组态软件的人都会感觉有些不习惯的，早期的产品是用VB开发的。(3) SYNALL是独特的产品，但使用起来有点别扭。网络方面有独到之处，缺点是效率和稳定性还有待提高。(4) 哈尔滨华富公司的ControlX200O，是比较新的组态软件，尚未听说有关业绩的报导，产品体系结构很新，非常像IFix的体系结构，界面漂亮，使用起来也比较方便，有许多
16、自己的特色。但从它DEMO版运行效果来看，执行代码的运行效率不是很高，特别是图形处理环节，似乎有些缺陷。DEMO运行也不是十分稳定，运行其演示应用程序就能导致“死机”。用一些分析工具观察其执行的结构，感觉其程序结构设计不是十分合理，代码重用率低，不像是多人协同开发的成果。已经打了很久的广告，却一直未能看到一个商品化的产品。5.4 组态软件的发展趋势与现状1、总的发展趋势 组态软件是工业应用软件的一个组成部分，其发展受到很多因素的制约。归根结底，应用的带动对其发展起着最为关键的推动作用。未来的传感器、数据采集装置、控制器的智能化程度越来越高，实时数据浏览和管理的需求日益高涨，有的买主甚至要求在自
17、己的办公室里监督定货的制造过程。有的装置直接内嵌“Web Server”，通过以太网就可以直接访问过程实时数据。即使这样，也不能认为不再需要组态软件了。用户要求的多样化，决定了不可能有哪一种产品囊括全部用户的所有要求，直接用户对监控系统人机界面的需求不可能固定为单一的模式，因此直接用户的监控系统是始终需要“组态”和“定制”的。这就导致组态软件不可能退出市场，因为需求是存在的。类似OPC这样的组织的出现，以及现场总线、尤其是工业以太网的快速发展，大大简化了异种设备间互连、开发I/O设备驱动软件的工量。I/O驱动软件也逐渐会朝标准化的方向发展。2、组态软件功能的变迁 由单一的人机界面朝数据处理机方
18、向发展，管理的数据量越来越大。最早的组态软件用来支撑自动化系统的硬件。那时侯，硬件系统如果没有组态软件的支撑就很难发挥作用，甚至不能正常工作。现在的情况有了很大改观。一方面软件部分地与硬件发生分离，大部分自动化系统的硬件和软件现在不是由同一个厂商提供，这样就为自动化软件的发展提供了可以充分发挥作用的舞台。 实时数据库的作用将进一步加强。实时数据库存储和检索的是连续变化的过程数据，它的发展离不开高性能计算机和大容量硬盘，现在越来越多的用户通过实时数据库来分析生产情况、汇总和统计生产数据，作为指挥、决策的依据。三维力控、Intellution、Wonderware都在宣传各自的实时数据库产品。3、
19、推动组态软件发展的动力 需求是推动其发展的第一动力，市场会逐步扩大。组态软件市场的崛起一方面为最终用户节省了系统投资，另外也为用户解决了实际问题。现在用户购买组态软件虽然也需要一定的投资，但是和以前相比，投资额得到了大大降低。使用组态软件，用户可以做到“花了少量的钱，办成了大事情”。中国的现代化建设正处于上升期，新项目的上马、基础设施的改造大量需要组态软件，另一方面，传统产业的改造、原有系统的升级和扩容也需要组态软件的支撑。4、用户对组态软件的需求变化专用系统所占比例日益提高。组态软件的灵活程度和使用效率是一对矛盾，虽然组态软件提供了很多灵活的技术手段，但是在多数情况下，用户只使用其中的一小部
20、分，而使用方法的复杂化又给用户熟悉和掌握软件带来的很多不必要的麻烦。这也是现在仍然有很多用户还在自己用VB编写自动化监控系统的主要原因。在有些应用领域，自动监控的目标及其特性比较单一（或可枚举，或可通过某种模板自主定义、添加、删除、编辑）且数量较多，用户希望自动生成大部分自动监控系统，例如在电梯自动监控、动力设备监控、铁路信号监控等应用系统。这种应用系统具有一些“傻瓜”型软件的特征，用户只需用组态软件做一些系统硬件及其参数的配置，就可以自动生成某种特定模式的自动监控系统，如果用户对自动生成的监控系统的图形界面不满意，还可以进行任意修改和编辑，这样既满足了用户对简便性的要求，又同时配备比较完善的
21、编辑工具。组态软件应该向更多的应用领域拓展和渗透。目前的组态软件均产生于过程工业自动化，很多功能没有考虑其他应用领域的需求。随着计算机技术的飞速发展，组态软件应该更多地总结这些领域的需求，设计出符合应用要求的开发工具，更好地满足这些行业对软件的需求，进一步减少这些行业在自动测试、数据分析方面的软件成本，提高系统的开放程度。5、影响组态软件发展的因素 软件质量是影响产品发展的主要因素。在竞争不断加剧的今天，企业规模、科研开发的投入量、质量体系建设情况等对组态软件的质量影响甚大。6、未来技术走势 很多新的技术将不断地被应用到组态软件当中，组态软件装机总量的提高会促进在某些专业领域专用版软件的诞生，
22、市场被自动地细分了。为此，一种称为“软总线”的技术将被广泛采用。在这种体系结构下，应用软件以中间件或插件的方式被“安装”在总线上，并支持热插拔和即插即用。这样做的优点是：所有插件遵从统一标准，插件的专用性强，每个插件开发人员之间不需要协调，一个插件出现故障不会影响其他插件的运行。XML技术将被组态软件厂商善加利用，来改变现有的体系结构，它的推广也将改变现有组态软件的某些使用模式，满足更为灵活的应用需求。7、国际化及入世的影响 长期以来，中国的组态软件市场都是由国外的产品占主角，中国本土的组态软件进入国际市场还有很长的路要走，需要具有综合优势。中国的工程公司、自动化设备生产商在国际市场取得优势对
23、组态软件进入国际市场也具有一定的推动作用。相信民族组态软件的崛起是迟早的事情。 与其他软件产品相比，组态软件和IT类软件不同，有自己的特殊性，具有系统的概念，使用范围也不是很广，面临的国际竞争没有其他类似办公软件或操作系统那样激烈，因此中国的本土软件很容易崛起。但是毕竟我们是跟在国外产品的后面发展起来的，要想全面超过国外的竞争对手，就必须坚持走好自己的道路，尽量减少效仿，突出特色，以客户需求为中心，积极创新。只有这样，本土的软件才能够具有稳固的根基。5.5 MCGS组态软件 5.5.1 什么是MCGSMCGS (Monitor and Control Generated System，通用监控
24、系统)是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，它能够在基于Microsoft（各种32位Windows平台上）运行，通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制、实时曲线、历史曲线和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，它充分利用了Windows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点，比以往使用专用机开发的工业控制系统更具有通用性，在自动化领域有着更广泛的应用。 5.5.2 MCGS的主要特点和基本功能（1） 简单灵活的可视化操作界面。MCGS采用全中文、可视化、面向窗口的开发界面，符合中国的使用习惯和要求，以窗口为单位，构造用户运行系统的图形界面，使得
25、MCGS的组态工作既简单直观，又灵活多变。用户可以使用系统的缺省构架，也可以根据需要自己组态配置图形界面，生成各种类型和风格的图形界面，包括DOS风格的图形界面、标准Windows风格的图形界面并且带有动画效果的工具条和状态条等。（2） 实时性强、良好的并行处理性能。MCGS是真正的32位应用系统，充分利用了32位Windows操作平台的多任务、按优先级分时操作的功能，以线程为单位对在工程作业中实时性强的关键任务和实时性不强的非关键任务进行分时并行处理，使PC机广泛应用于工程测控领域成为可能。例如MCGS在处理数据采集、设备驱动和异常处理等关键任务时，可在主机运行周期时间内分时处理打印数据等类
26、似的非关键性工作，实现系统并行处理多任务、多进程。（3） 丰富、生动的多媒体画面。MCGS以图像、图符、报表、曲线等多种形式，为操作员及时提供系统运行中的状态、品质及异常报警等有关信息；通过对图形大小的变化、颜色的改变、明暗的闪烁、图形的移动翻转等多种手段，增强画面的动态显示效果；在图元、图符对象上定义相应的状态属性，实现动画效果。MCGS还为用户提供了丰富的动画构件，每个动画构件都对应一个特定的动画功能。MCGS还支持多媒体功能，使能够快速地开发出集图像、声音、动画于一体的漂亮、生动的工程画面。（4） 开放式结构，广泛的数据获取和强大的数据处理功能。MCGS采用开放式结构，系统可以与广泛的数
27、据源交换数据，MCGS提供多种高性能的I/O驱动；支持Microsoft开放数据库互连（ODBC）接口，有强大的数据库连接能力；MCGS全面支持OPC（OLE for Process Control）标准，既可作为OPC客户端，也可以作为OPC服务器，可以和更多的自动化设备相连接；MCGS通过DDE（Dynamic Data Exchange，动态数据交换）与其它应用程序交换数据，充分利用计算机丰富的软件资源；MCGS全面支持ActiveX控件，提供及其灵活的面向对象的动态图形功能，并且包含丰富的图形库。（5） 完善的安全机制。MCGS提供了良好的安全机制，为多个不同级别用户设定不同的操作权限
28、。此外，MCGS还提供了工程密码、锁定软件狗、工程运行期限等功能，大大加强了保护组态开发者劳动成果的力度。（6） 强大的网络功能。MCGS支持TCP/IP、Modem、RS-485/ RS-422/ RS-232等多种网络体系结构，使用MCGS网络版组态软件，可以在整个企业范围内，用IE浏览器方便地浏览到实时和历史的监控信息，实现设备管理与企业管理的集成。（7） 多样化的报警功能。MCGS提供多种不同的报警方式，具有丰富的报警类型和灵活多样的报警处理函数。不仅方便用户进行报警设置，并且实现了系统实时显示、打印报警信息的功能。报警信息的存储与应答，为工业现场安全可靠地生产运行提供了有力的保障。（
29、8） 实时数据库为用户分步组态提供极大方便。MCGS由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个部分构成，其中实时数据库是一个数据处理中心，是系统各个部分及其各种功能性构件的公用数据区，是整个系统的核心。各个部件独立地向实时数据库输入和输出数据，并完成自己的差错控制。在生成用户应用系统时，每一部分均可分别进行组态配置，独立建造，互不相干，而在系统运行过程中，各个部分都通过实时数据库交换数据，形成互相关联的整体。（9） 支持多种硬件设备，实现“设备无关”。MCGS针对外部设备的特征，设立设备工具箱，定义多种设备构件，建立系统与外部设备的连接关系，赋予相关的属性，实现对外部设备的驱动和
30、控制。用户在设备工具箱中可方便选择各种设备构件。不同的设备对应不同的设备构件，所有的设备构件均通过实时数据库建立联系，而建立时又是相互独立的，即对某一构件的操作或改动，不影响其它构件和整个系统的结构，因此MCGS是一个“设备无关”的系统，用户不必因外部设备的局部改动，而影响整个系统。（10） 方便控制复杂的运行流程。MCGS开辟了“运行策略”窗口，用户可以选用系统提供的各种条件和功能的策略构件，用图形化的方法和简单的类Basic语言构造多分支的应用程序，按照设定的条件和顺序，操作外部设备，控制窗口的打开或关闭，与实时数据库进行数据交换，实现自由、准确地控制运行流程，同时也可以由用户创建新的策略
31、构件，扩展系统的功能。（11） 良好的可维护性和可扩充性。MCGS系统由五大功能模块组成，主要的功能模块以构件的形式来构造，不同的构件有着不同的功能，且各自独立。三种基本类型的构件（设备构件、动画构件、策略构件）完成了MCGS系统三大部分（设备驱动、动画显示和流程控制）的所有工作。除此之外，MCGS还提供了一套开放的可扩充接口，用户可根据自己的需要用VB、VC等高级开发语言，编制特定的构件来扩充系统的功能。（12） 用数据库来管理数据存储，系统可靠性高。MCGS中数据的存储不再使用普通的文件，而是用数据库来管理。组态时，系统生成的组态结果是一个数据库；运行时，系统自动生成一个数据库，保存和处理
32、数据对象和报警信息的数据。利用数据库来保存数据和处理数据，提高了系统的可靠性和运行效率，同时，也使其它应用软件系统能直接处理数据库中的存盘数据。（13） 设立对象元件库，组态工作简单方便。对象元件库，实际上是分类存储各种组态对象的图库。组态时，可把制作好的数据对象（包括图形对象、窗口对象、策略对象以至位图文件等）以元件的形式存入图库中，同样也可把元件库中的各种对象取出，直接为当前的工程所用。随着工作的积累，对象元件库将日益扩大和丰富，这样解决了对象元件库的元件积累和元件重复利用问题。组态工作将会变得更加简单、方便。（14） 实现对工控系统的分布式控制和管理。考虑到工控系统今后的发展趋势，MCG
33、S充分运用现今发展的DCCW(Distributed Computer Cooperator Work，分布式计算机协同工作方式)技术，使分布在不同现场的采集设备和工作站之间实现协同工作，不同的工作站之间则通过MCGS实时交换数据，实现对工控系统的分布式控制和管理。总之，MCGS组态软件功能强大，操作简单，易学易用，普通工程人员经过短时间的培训就能迅速掌握多数工程项目的设计和运行操作。同时使用MCGS组态软件能够避开复杂的计算机软、硬件问题，集中精力去解决工程问题本身，根据工程作业的需要和特点，组态配置出高性能、高可靠性和高度专业化的工业控制监控系统。5.5.3 MCGS的构成 MCGS系统包
34、括组态环境和运行环境两个部分。用户的所有组态配置过程都在组态环境中进行，组态环境相当于一套完整的工具软件，它帮助用户设计和构造自己的应用系统。用户组态生成的结果是一个数据库文件，称为组态结果数据库。运行环境是一个独立的运行系统，它按照组态结果数据库中用户指定的方式进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。运行环境本身没有任何意义，必须与组态结果数据库一起作为一个整体，才能构成用户应用系统。一旦组态工作完成，运行环境和组态结果数据库就可以离开组态环境而独立运行在监控计算机上。组态结果数据库完成了MCGS系统从组态环境向运行环境的过渡，它们之间的关系如下图所示。由MCGS生成的用户应用系统，其结
35、构由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个部分构成，如图4.1所示：图4.1 MCGS用户应用系统结构窗口是屏幕中的一块空间，是一个“容器”，直接提供给用户使用。在窗口内，用户可以放置不同的构件，创建图形对象并调整画面的布局，组态配置不同的参数以完成不同的功能。在MCGS的单机版中，每个应用系统只能有一个主控窗口和一个设备窗口，但可以有多个用户窗口和多个运行策略，实时数据库中也可以有多个数据对象。MCGS用主控窗口、设备窗口和用户窗口来构成一个应用系统的人机交互图形界面，组态配置各种不同类型和功能的对象或构件，同时可以对实时数据进行可视化处理。（1） 实时数据库是MCGS系统的
36、核心实时数据库相当于一个数据处理中心，同时也起到公用数据交换区的作用。MCGS用实时数据库来管理所有实时数据。从外部设备采集来的实时数据送入实时数据库，实时数据库将数据传送给系统其它部分操作系统其它部分操作的数据也来自于实时数据库。实时数据库自动完成对实时数据的报警处理和存盘处理，同时它还根据需要把有关信息以事件的方式发送给系统的其它部分，以便触发相关事件，进行实时处理。因此，实时数据库所存储的单元，不单单是变量的数值，还包括变量的特征参数（属性）及对该变量的操作方法（报警属性、报警处理和存盘处理等）。这种将数值、属性、方法封装在一起的数据我们称之为数据对象。实时数据库采用面向对象的技术，为其
37、它部分提供服务，提供了系统各个功能部件的数据共享。（2） 主控窗口构造了应用系统的主框架主控窗口确定了工业控制中工程作业的总体轮廓，以及运行流程、菜单命令、特性参数和启动特性等项内容，是应用系统的主框架。（3） 设备窗口是MCGS系统与外部设备联系的媒介设备窗口专门用来放置不同类型和功能的设备构件，实现对外部设备的操作和控制。设备窗口通过设备构件把外部设备的数据采集进来，送入实时数据库，或把实时数据库中的数据输出到外部设备。一个应用系统只有一个设备窗口，运行时，系统自动打开设备窗口，管理和调度所有设备构件正常工作，并在后台独立运行。注意，对用户来说，设备窗口在运行时是不可见的。（4） 用户窗口
38、实现了数据和流程的“可视化”用户窗口中可以放置三种不同类型的图形对象：图元、图符和动画构件。图元和图符对象为用户提供了一套完善的设计制作图形画面和定义动画的方法。动画构件对应于不同的动画功能，它们是从工程实践经验中总结出的常用的动画显示与操作模块，用户可以直接使用。通过在用户窗口内放置不同的图形对象，搭制多个用户窗口，用户可以构造各种复杂的图形界面，用不同的方式实现数据和流程的“可视化”。（5） 运行策略是对系统运行流程实现有效控制的手段运行策略本身是系统提供的一个框架，其里面放置有策略条件构件和策略构件组成的“策略行”，通过对运行策略的定义，使系统能够按照设定的顺序和条件操作实时数据库，控制
39、用户窗口的打开、关闭并确定设备构件的工作状态等，从而实现对外部设备工作过程的精确控制。一个应用系统有三个固定的运行策略：启动策略、循环策略和退出策略，用户也可根据具体需要创建新的用户策略、循环策略、报警策略、事件策略、热键策略，并且用户最多可创建512个用户策略。启动策略在应用系统开始运行时调用，退出策略在应用系统退出运行时调用，循环策略由系统在运行过程中定时循环调用，“用户策略”供系统中的其它部件调用。综上所述，一个应用系统由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个部分组成。5.5.4 MCGS组态过程使用MCGS完成一个实际的应用系统，首先必须在MCGS的组态环境下进行系统的
40、组态生成工作，然后将系统放在MCGS的运行环境下运行。MCGS的组态过程包括：l 工程整体规划l 工程建立l 构造实时数据库l 组态用户窗口l 组态主控窗口l 组态设备窗口l 组态运行策略l 组态结果检查l 工程测试l 新工程的提交4.3.1 工程整体规划对工程设计人员来说，首先要了解整个工程的系统构成和工艺流程，弄清监控对象的特征，明确主要的监控要求和技术要求等问题。在此基础上，拟定组建工程的总体规划和设想，主要包括系统应实现哪些功能，控制流程如何实现，需要什么样的用户窗口界面，实现何种动画效果以及如何在实时数据库中定义数据变量等环节，同时还要分析工程中设备的采集及输出通道与实时数据库中定义
41、的变量的对应关系，分清哪些变量是要求与设备连接的，哪些变量是软件内部用来传递数据及用于实现动画显示的等问题。做好工程的整体规划，在项目的组态过程中能够尽量避免一些无谓的劳动，快速有效地完成工程项目。5.5.5 工程建立步骤MCGS中用“工程”来表示组态生成的应用系统，创建一个新工程就是创建一个新的用户应用系统，打开工程就是打开一个已经存在的应用系统。工程文件的命名规则和Windows系统相同，MCGS自动给工程文件名加上后缀“.mcg”。每个工程都对应一个组态结果数据库文件。在Windows系统桌面上，通过以下三种方式中的任一种，都可以进入MCGS组态环境：l 鼠标双击Windows桌面上的“
42、MCGS组态环境”图标；l 选择“开始”“程序”“MCGS组态软件”“MCGS 组态环境”命令；l 按快捷键“Ctrl + Alt + G”；进入MCGS组态环境后，单击工具条上的“新建”按钮，或执行“文件”菜单中的“新建工程”命令，系统自动创建一个名为“新建工程X . MCG”的新工程（X为数字，表示建立新工程的顺序，如1、2、3等）。由于尚未进行组态操作，新工程只是一个“空壳”，一个包含五个基本组成部分的结构框架，接下来要逐步在框架中配置不同的功能部件，构造完成特定任务的应用系统。MCGS用“工作台”窗口来管理构成用户应用系统的五个部分，工作台上的五个标签：主控窗口、设备窗口、用户窗口、实
43、时数据库和运行策略，对应于五个不同的窗口页面，每一个页面负责管理用户应用系统的一个部分，用鼠标单击不同的标签可选取不同窗口页面，对应用系统的相应部分进行组态操作。（1） 构造实时数据库实时数据库是MCGS系统的核心，也是应用系统的数据处理中心，系统各部分均以实时数据库为数据公用区，进行数据交换、数据处理和实现数据的可视化处理。（2） 定义数据对象数据对象是实时数据库的基本单元。在MCGS生成应用系统时，应对实际工程问题进行简化和抽象化处理，将代表工程特征的所有物理量，作为系统参数加以定义，定义中不只包含了数值类型，还包括参数的属性及其操作方法，这种把数值、属性和方法定义成一体的数据就称为数据对
44、象。构造实时数据库的过程，就是定义数据对象的过程。在实际组态过程中，一般无法一次全部定义所需的数据对象，而是根据情况需要逐步增加。MCGS中定义的数据对象的作用域是全局的，像通常意义的全局变量一样，数据对象的各个属性在整个运行过程中都保持有效，系统中的其它部分都能对实时数据库中的数据对象进行操作处理。（3） 数据对象属性设置MCGS把数据对象的属性封装在对象内部，作为一个整体，由实时数据库统一管理。对象的属性包括基本属性、存盘属性和报警属性。基本属性则包含对象的名称、类型、初值、界限（最大最小）值、工程单位和对象内容注释等项内容。 基本属性设置：鼠标单击“对象属性”按钮或双击对象名，显示“数据
45、对象属性设置”对话框的“基本属性”窗口页，用户按所列项目分别设置。数据对象有开关型、数值型、字符型、事件型、组对象五种类型，在实际应用中，数字量的输入输出对应于开关型数据对象；模拟量的输入输出对应于数值型数据对象；字符型数据对象是记录文字信息的字符串；事件型数据对象用来表示某种特定事件的产生及相应时刻，如报警事件、开关量状态跳变事件；组对象用来表示一组特定数据对象的集合，以便于系统对该组数据统一处理。 存盘属性设置：MCGS把数据的存盘处理作为一种属性或者一种操作方法，封装在数据内部，作为整体处理。运行过程中，实时数据库自动完成数据存盘工作，用户不必考虑这些数据如何存储以及存储在什么地方。用户
46、的存盘要求在存盘属性窗口页中设置，存盘方式有两种：按数值变化量存盘和定时存盘。组对象以定时的方式来保存相关的一组数据，而非组对象则按变化量来记录对象值的变化情况。 报警属性设置：在MCGS中，报警被作为数据对象的属性，封装在数据对象内部，由实时数据库统一处理，用户只需按照报警属性窗口页中所列的项目正确设置，如数值量的报警界限值、开关量的报警状态等。运行时，由实时数据库自动判断有没有报警信息产生、什么时候产生、什么时候结束、什么时候应答，并通知系统的其它部分。也可根据用户的需要，实时存储和打印这些报警信息。（4） 组态用户窗口MCGS以窗口为单位来组建应用系统的图形界面，创建用户窗口后，通过放置
47、各种类型的图形对象，定义相应的属性，为用户提供漂亮、生动、具有多种风格和类型的动画画面。（5） 图形界面的生成用户窗口本身是一个“容器”，用来放置各种图形对象（图元、图符和动画构件），不同的图形对象对应不同的功能。通过对用户窗口内多个图形对象的组态，生成漂亮的图形界面，为实现动画显示效果做准备。生成图形界面的基本操作步骤：l 创建用户窗口l 设置用户窗口属性l 创建图形对象l 编辑图形对象（6） 创建用户窗口按“新建窗口”按钮，或执行菜单中的“插入”“用户窗口”命令，即可创建一个新的用户窗口，以图标形式显示，如“窗口0”。开始时，新建的用户窗口只是一个空窗口，用户可以根据需要设置窗口的属性和在
48、窗口内放置图形对象。（7） 设置用户窗口属性选择待定义的用户窗口图标，点鼠标右键选择属性，也可以单击工作台窗口中的“窗口属性”按钮，或者单击工具条中的“显示属性”按钮 ，或者操作快捷键“Alt+Enter”，弹出“用户窗口属性设置”对话框，按所列款项设置有关属性。用户窗口的属性包括基本属性、扩充属性和脚本控制（启动脚本、循环脚本、退出脚本），由用户选择设置。窗口的基本属性包括窗口名称、显示标题、背景颜色、窗口位置、窗口边界、窗口内容注释等项内容。窗口的扩充属性包括窗口的外观、位置坐标和视区大小等项内容。窗口的视区是指实际可用的区域，与屏幕上所见的区域可以不同，当选择视区大于可见区时，窗口侧边附加滚动条，操作滚动条可以浏览窗口内所有的图形对象。脚本控制包括启动脚本，循环脚本和退出脚本，启动脚本在用户窗口打开时，循环脚本是在窗口打开期间以指定的间隔循环执行，退出脚本则是在用户窗口关闭时执行。（8） 创建图形对象MCGS提供了三类图形对象供用户选用， 即图元对象、图符对象和动画构件。这些图形对象位于常用符号工具箱和动画工具箱内，用户从工具箱中选择所需要的图形对象，配置在用户窗口内，可以创建各种复杂的图形。（9） 编辑图形
