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1、可编程序逻辑控制器,第六章 监控组态软件SCADA,6.1 组态软件概述6.2 工控组态软件的开发设计6.3 组态软件iFIX2.1简介,组态软件，又称组态监控软件系统软件。译自英文SCADA,即 Supervisory Control and Data Acquisition(数据采集与监视控制)。它是指一些数据采集与过程控制的专用软件。它们处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。在电力
2、系统以及电气化铁道上又称远动系统(RTU System,Remote Terminal Unit)。,6.1 组态软件概述,组态软件特点,组态软件在国内是一个约定俗成的概念，并没有明确的定义，它可以理解为“组态式监控软件”。“组态(Configure)”的含义是“配置”、“设定”、“设置”等意思，是指用户通过类似“搭积木”的简单方式来完成自己所需要的软件功能，而不需要编写计算机程序，也就是所谓的“组态”。它有时候也称为“二次开发”，组态软件就称为“二次开发平台”。“监控（Supervisory Control）”，即“监视和控制”，是指通过计算机信号对自动化设备或过程进行监视、控制和管理。,组
3、态软件特点,组态软件是有专业性的。一种组态软件只能适合某种领域的应用。组态的概念最早出现在工业计算机控制中。如DCS(集散控制系统)组态，PLC（可编程控制器）梯形图组态。人机界面生成软件就叫工控组态软件。在其他行业也有组态的概念，如AutoCAD，PhotoShop等。不同之处在于，工业控制中形成的组态结果是用在实时监控的。从表面上看，组态工具的运行程序就是执行自己特定的任务。工控组态软件也提供了编程手段，一般都是内置编译系统，提供类BASIC语言，有的支持VB，现在有的组态软件甚至支持C#高级语言。,组态软件特点,组态软件大都支持各种主流工控设备和标准通信协议，并且通常应提供分布式数据管理
4、和网络功能。对应于原有的HMI（人机接口软件，Human Machine Interface）的概念，组态软件还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；,组态软件特点,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。组态软件的出现使用户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
5、要内容监控组态软件将会不断被赋予新的内容。,国外进口品牌组态软件,1、InTouch：Wonderware（万维公司）是 Invensys plc“生产管理”部的一个运营单位，是全球工业自动化软件的领先供应商。Wonderware的InTouch软件是最早进入我国的组态软件。在80年代末、90年代初，基于Windows3.1的InTouch软件曾让我们耳目一新，并且InTouch提供了丰富的图库。但是，早期的InTouch软件采用DDE方式与驱动程序通信，性能较差，最新的InTouch7.0版已经完全基于32位的Windows平台，并且提供了OPC支持。2、IFix：GE Fanuc 智能设备
6、公司由美国通用电气公司（GE）和日本Fanuc公司合资组建，提供自动化硬件和软件解决方案，帮助用户降低成本，提高效率并增强其盈利能力。,国外进口品牌组态软件,Intellution公司以Fix组态软件起家，1995年被爱默生收购，现在是爱默生集团的全资子公司，Fix6.x软件提供工控人员熟悉的概念和操作界面，并提供完备的驱动程序（需单独购买）。上世纪90年代末，Intellution公司重新开发内核，并将重新开发新的产品系列命名为iFiX。在iFiX中，Intellution提供了强大的组态功能，将FIX原有的Script语言改为VBA（Visual Basic For Application
7、），并且在内部集成了微软的VBA开发环境。为了解决兼容问题，iFIX里面提供了程序叫FIX Desktop，可以直接在FIX Desktop中运行FIX程序。Intellution的产品与Microsoft的操作系统、网络进行了紧密的集成。Intellution也是OPC（OLE for Process Control）组织的发起成员之一。iFiX的OPC组件和驱动程序同样需要单独购买。,国外进口品牌组态软件,2002年，GE Fanuc公司又从爱默生集团手中，将intellution公司收购。2009年12月11日，通用电气公司（纽约证券交易所：GE）和FANUC公司宣布，两家公司完成了GE
8、 Fanuc自动化公司合资公司的解散协议。根据该协议，合资公司业务将按照其起初来源和比例各自归还给其母公司，该协议并使股东双方得以将重点放在其各自现有业务，谋求在其各自专长的核心业内的发展。目前，iFIX等原intellution公司产品均归GE智能平台(GE-IP).,国外进口品牌组态软件,3、Vijeo Citect：Citech（已被施耐德公司收购，但独立运营）原属澳大利亚的悉雅特Citect集团，是世界领先的提供工业自动化系统、设施自动化系统、实时智能信息和新一代制造执行系统（MES）的独立供应商。施耐德公司收购Citech后，将其命名为 Vijeo Citect，Vijeo Cite
9、ct特点如下:可靠的全冗余系统架构。在工厂自动化流程和一些关键任务应用中，硬件错误不但会导致产能的损失，还会给用户带来各类潜在的危险。Vijeo Citect 的冗余架构可以过滤您系统中的所有错误，保障您系统的功能完整性，让其持续高效运行。,国外进口品牌组态软件,强大的图形能力。图形能力是衡量SCADA系统的一项重要指标。借助Vijeo Citect强大的图形能力，用户可以开发出直观易辨，风格统一的工程界面。过程分析器是直接集成在Vijeo Citect里的是一种直观的分析工具。过程分析器是直接集成在Vijeo Citect里的是一种直观的分析工具，它可提供全厂的控制历史趋势，深入分析数据并形
10、成新的现场操作标准，使操作者能够迅速优化工艺参数，从而提高效率和生产力。,国外进口品牌组态软件,面对对象的组态保证了工程的快速开发。Vijeo Citect面向对象的组态工具可以大大提高控制系统开发的效率。页面模板,精灵和超级精灵，SpeedLink 等工具将在您的硬件控制系统和SCADA系统间架起桥梁。另外，面向对象的组态模式还将降低系统维护量，并保证各操作者之间的紧密协作。工程实现简单快捷。Vijeo Citect 提供灵活而有针对性的工程开发工具，使您的项目开发更加简便高效。无论是小到组态一个分布式水网，还是大到矿业的整体解决方案，它都能缩短您控制系统的开发时间和成本，从而降低系统开发的
11、风险。,国外进口品牌组态软件,Vijeo Citect 是施耐德电气整体解决方案的有机组成部分。Vijeo Citect 全面支持施耐德电气的自动化元器件和控制器。同时，它可集成于全系列Magelis 终端产品和工控机产品中,应用领域非常广阔。在Vijeo Citect的监控和管理下，生产系统的效率将会大幅度得到提高。更低的成本，更高的产能将带给您更多的收益！4、WinCC：西门子自动化与驱动集团(A&D)是西门子股份公司中最大的集团之一，是西门子工业领域的重要组成部分。,国外进口品牌组态软件,Siemens的WinCC也是一套完备的组态开发环境，Simens提供类C语言的脚本，包括一个调试环
12、境。WinCC内嵌OPC支持，并可对分布式系统进行组态。但WinCC的结构较复杂，用户最好经过Siemens的培训以掌握WinCC的应用。5、ASPEN-tech（艾斯苯公司）InfoPlus.21。艾斯苯公司(AspenTechnology,Inc.)是一个为过程工业(包括化工、石化、炼油、造纸、电力、制药、半导体、日用化工、食品饮料等工业)提供企业优化软件及服务的领先供应商.6、Movicon：是意大利自动化软件供应商PROGEA公司开发。该公司自1990年开始开发基于Windows平台的自动化监控软件，可在同一开发平台完成不同运行环境的需要。特色之处在于完全基于XML，又集成了VBA兼容
13、的脚本语言及类似STEP-7指令表的软逻辑功能。,国内品牌组态软件,1.世纪星：由北京世纪长秋科技有限公司开发。产品自1999年开始销售。2.三维力控：由北京三维力控科技有限公司开发，核心软件产品初创于1992年。3.组态王KingView：由北京亚控科技发展有限公司开发，该公司成立于1997年。1991年开始创业，1995年推出组态王1.0版本，目前在市场上广泛推广KingView6.53、KingView6.55版本，每年销量在10,000套以上，在国产软件市场中市场占有率第一。4.紫金桥Realinfo：由紫金桥软件技术有限公司开发，该公司是由中石油大庆石化总厂出资成立。5.MCGS：由
14、北京昆仑通态自动化软件科技有限公司开发，市场上主要是搭配硬件销售。,国内品牌组态软件,6.态神：态神是由南京新迪生软件技术有限公司开发，核心软件产品初创于2005，是首款3d组态软件 7.uScada免费组态软件：uScada是国内著名的免费组态软件，是专门为中小自动化企业提供的监控软件方案。8.E-Form+组态源码解决方案：E-Form+可视化源码组件库组态软件解决方案，该解决方案提供了全部100%超过50万行Visual C+/MFC源代码，可节省大量的开发时间。9.还有Controx（开物）,易控等,组态软件的产生背景,一旦工业被控对象有变动，就必须修改其控制系统的源程序，导致开发周期
15、延长；已开发成功的工控软件又因控制项目的不同而重复使用率很低，导致其价格非常昂贵；维护工作量大；可靠性差；不能满足工业界不断提升的要求。,通用工业自动化组态软件能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用户能够根据自己的控制对象和控制目的的任意组态，完成最终的自动化控制工程。组态（configuration）为模块化任意组合。通用组态软件的主要特点如下：(1).延续性和可扩充性(2).封装性（易学易用）(3).通用性,Configuration software,即组态软件，其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(包括进行对象的定义、制作和编辑，并设定其状态特征属性参数)，
16、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。,组态软件的产生背景,工控组态软件在实现工业控制软件开发中免去了大量烦琐的编程工作，解决了长期以来控制工程人员缺乏计算机专业知识与计算机专业人员缺乏控制工程现场操作技术和经验的矛盾，极大地提高了自动化工程的工作效率。现已成为开发SCADA系统上位机人机界面的最主要的软件。,组态软件的产生背景,组态软件的产生背景,上世纪90 年代，随着微软的Windows 3.0 风靡全球，以Wonderware 公司的Intouch 为代表的人机界面软件开创了Windows 下运行工控软件的先河。,上实际80年代靠DOS 版组态软件起家，
17、后来向OS/2 移植的公司基本上都没落了。,组态软件的出现，解决了控制系统人机界面开发中软件可重用的问题，满足当今快速开发工程的要求，提高了应用软件的可靠性、可维护性，易于软件升级，降低了用户开发成本。因此出现了快速发展，产品众多。,组态软件的产生背景,由于有巨大的市场需求，许多大公司都开发了相应的组态软件，以和自身的硬件更好结合。Siemens,1996年推出 Win CCGE,Simplicity,又收购Intellition的iFixRockwell Automation,Rsview现今主要产品国外（高端市场）Intouch,iFix,Citec,Win CC,Simplicity国内
18、（低端市场）组态王，MCGS，力控，紫金桥,组态软件在我国的发展,组态软件产品大约在20世纪80年代中期在国外出现，在中国也已有十几年的历史。早在20世纪80年代末90年代初，有些国外的组态软件如ONSPEC、PARAGON等就开始进入中国市场。,组态软件在我国的发展,组态软件市场在中国开始有较快的增长大约始于1995年底至1996年。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项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商品加入了这个市场。,组态软件在我国的发展,随着工控计算机的自动化集成系统新产品新技术的推陈出新，组态软件将会扮演越来越重要
19、的角色。在激烈的市场竞争中以下几个方面是非常重要的因素：一是技术；二是投入；三是价格。,组态软件在我国的发展,可以预言，组态软件在中国的进一步推广使用是一件大好事，它将促使我国工业自动控制技术的应用不断上新台阶，并有利于培养和造就一支行业内的高技术队伍，由此缩短与发达国家生产自动化水平的差距，提高我们的工业产品在国际市场的竞争力。,组态软件基本特性,组态软件产品非常多，但它们有许多基本的特性，表现在：系统功能用户界面整体结构相似性实时多任务接口开发系统安全,组态软件基本特性 1、系统功能,数据采集流程显示趋势（实时、历史）报警控制安全控制报表分布式架构其他功能，如SPC等,组态软件基本特性 2
20、、整体结构相似性,组态软件结构图,组态软件基本特性 3、实时多任务,在实际工业控制中，同一台计算机往往需要同时进行实时数据的采集、处理、存储、检索、管理、输出，算法的调用，实现图形、图表的显示，报警输出，实时通信等多个任务。,组态软件基本特性4、接口开放,实际应用中，用户可以很方便地用VB或VC十十等编程工具自行编制或定制所需的设备构件，装入设备工具箱，不断充实设备工具箱。很多工控组态软件提供了一个高级开发向导，自动生成设备驱动程序的框架，给用户开发IO设备驱动程序工作提供帮助。用户还可以使用自行编写动态链接库（DLL）的方法在策略编辑器中挂接自己的应用程序模块。,组态软件基本特性 5、安全性
21、,工控组态软件提供了一套完善的安全机制。用户能够自由组态控制菜单、按钮和退出系统的操作权限，只允许有操作权限的操作员对某些功能进行操作，防止意外地或非法地关闭系统、进入开发系统修改多数或者对未授权数据进行更改等操作。一些工控组态软件还提供了工程密码、锁定软件狗、工程运行期限等功能，来保护使用组态软件开发所得的成果，开发者还可利用这些功能保护自己的合法权益。,6.2 工控组态软件的开发设计 1、组态软件设计要求,组态软件的设计，一定要体现如下特性：具有实时多任务、接口开放、使用灵活、功能多样、运行可靠等特点。,工控组态软件的开发设计 具体功能实现,组态软件的使用者是自动化工程设计人员。组态软件包
22、的主要目的是使使用者在生成适合自己需要的应用系统时不需要修改软件程序的源代码，因此在设计组态软件时应充分了解自动化工程设计人员的基本需求，并加以总结提炼，重点集中解决公共性问题。,工控组态软件的开发设计,（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；,工控组态软件的开发设计,（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；（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。（9）简单的回
23、路调节；批次处理；SPC 过 程质量控制（10）符合IEC 61131-3 标准。,工控组态软件的开发设计 设计结果,自动化工程设计技术人员在组态软件中只需填入一些事先设计的表格，利用图形功能把被控对象，如反应罐温度计、锅炉趋势曲线、报表等形象地画出来，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，与被控对象连接起来。,工控组态软件的开发设计 2、组态软件的基本开发设计思想,目前，大多数组态软件采用VB、VC或Delph 6 等作为开发工具。一个完整的企业版工控组态软件的开发设计通常可以围绕人机界面系统、实时数据库系统、通信系统、控
24、制系统等四大部分进行。,工控组态软件的开发设计（1）人机界面,人机界面系统实际上就是我们所谓的工况模拟动画。在组态软件中进行工程组态的第一步即是制作工况模拟动画，动画制作分为静态图形设计和动态属性设置两个过程。,工控组态软件的开发设计静态设计,静态图形设计类似于“画画”，用户利用组态软件中提供的基本图形元素线、填充形状、文本)及设备图库，在组态环境中“组合”成工程的模拟静态画面。静态图形设计在系统运行后保持不变，与组态时一致。,工控组态软件的开发设计动态设计,动态属性设置完成图形的动画属性，与实时数据库中定义的变量建立相关性的连接关系，作为动画图形的驱动源。动态属性与表达式的值有关。表达式可以
25、是来自IO 设备的变量，也可以是由变量和运算符组成的数学表达式，它反映图形大小、颜色、位置、可见度、闪烁性等状态的特征参数，随着表达式的值的变化而变化。,工控组态软件的开发设计其他设计,人机界面系统的设计还包括报警组态及输出、报表组态及打印、历史数据检索与显示等功能。各种报警、报表、趋势的数据源都可以通过组态作为动画链接的对象。,工控组态软件的开发设计（2）实时数据库系统,实时数据库是一个数据处理中心，是组态软件的核心部件，是构建分布式应用系统的基础，它负责实时数据运算与处理、历史数据存储、统计数据处理、报警处理、数据服务请求处理等。,工控组态软件的开发设计,在系统运行过程中，各个部件独立地向
26、实时数据库输入和输出数据，并完成自己的差错控制以减少通信信道的传输错误，通过实时数据库交换数据，形成互相关联的整体。因此，实时数据库是系统各个部件及其各种功能性构件的公用数据区。,工控组态软件的开发设计（3）通信系统,这里指实现工控组态软件与外界进行数据交换的软件系统，包括与IO 设备的通信及与第三方程序接口组件的通信。其主要应用范围为主机与从机间的通信、构建分布式HMISCADA 应用时多机间的通信、基于Internet 或Intranet 应用中的通信等。,工控组态软件的开发设计,工控组态软件与IO 设备之间通常通过以下几种方式进行数据交换：串行通信方式(支持Modem 远程通信)、板卡方
27、式、网络节点方式、适配器方式、DDE 方式、OPC 方式、ODBC 方式等。,工控组态软件的开发设计（4）控制系统,控制系统以基于C 的策略编辑、生成组件为代表，是组态软件的重要组成部分。组态软件控制系统的控制功能主要表现在弥补传统设备(如PLC、DCS、智能仪表或PCbased 设备)控制能力的不足、扩大PCbased 设备在控制系统中所占比例方面。,工控组态软件的开发设计,策略相当于高级计算机语言中的函数，是经过编译后可执行的功能实体。控制策略构件(简称控件)由一些基本功能模块组成，一个功能模块实质上是一个微型程序(但不是一个独立的应用程序)，代表一种操作、一种算法或一个变量。在很多组态软
28、件中，控制策略是通过动态创建功能模块类的对象实现的。,工控组态软件的开发设计3、组态软件的趋势化设计,(1)丰富的控制算法(2)强大的网络功能(3)高效的通信能力(4)广泛的数据源(5)开放性技术(6)瘦客户技术(7)无线的人机界面解决方案,系统规模组态软件的稳定性和可靠性软件价格对I/O 设备的支持软件的开放性服务及升级等,组态软件选型,4、用组态软件设计SCADA 人机界面,（1）根据系统要求的功能，进行总体设计（2）定义数据字典，并可进行模拟，以解决I/O 驱动的问题（3）画面组态，即对过程流程、设备等进行模拟。（4）报警、趋势组态（5）报表组态（6）控制组态（7）对用户权限的管理作。系
29、统设计完成后，进行反复模拟调试，然后再在现场进行连机调试，直到满足系统设计要求。,用组态软件设计人机界面,Intellution Dynamics 概貌Intellution公司是世界领先的工业自动化软件制造商，全球装机超过10000套。公司于1980年由Stephen Rubin建立，1995年6月成为艾默生电气集团公司的全资子公司。Intellution Dynamics家族组件有几下几种：iCore、iFIX、iBatch、iWebServer、iWebCast和iLogic。,6.3 组态软件iFIX2.1简介,iFIX系统主要功能iFIX为工厂人员和其他应用软件提供全厂的实时数据。这
30、一实时数据是更有效地利用资源、人员的关键，并可提高自动化水平。,人机界面（HMI）和监测数据采集（SCADA）的功能包括：监视、监督控制、报警、直接控制、数据存储和报表功能。所有的iFIX应用可以分为以下三类：用户组态应用、系统应用和用户应用。iFIX2.1部分功能见下表。,用组态软件开发SCADA 系统上位机界面,用组态软件开发SCADA 系统上位机界面,用组态软件开发SCADA 系统上位机界面,用组态软件开发SCADA 系统上位机界面,iFIX使用环境要求(1).硬件要求Pentium 300MHz以上处理器SCADA服务器和96MB以上RAM120MB硬盘自由空间CDROM驱动器网卡和并行端口,用组态软件开发SCADA 系统上位机界面,(2).软件需求Windows NT 4.0 操作系统有 Service Pack 3以上版本网络驱动软件和特定的I/O驱动程序iFIX SCADA服务器的I/O驱动程序,用组态软件开发SCADA 系统上位机界面,(3).软件加密锁软件加密锁是运行iFIX所必需的，这样的措施用以保护Intellution知识产权，同时也保护合法用户的投资。,Thank You!,
