案例解说组态软件典型控制应用(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：李江全,王玉巍,张鸿琼等

出版社：电子工业出版社

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案例解说组态软件典型控制应用试读：

第1章监控组态软件概述

1.1 组态与组态软件

1.1.1 组态软件的含义

在使用工控软件时，人们经常提到组态一词。与硬件生产相对照，组态与组装类似。如要组装一台计算机，事先提供了各种型号的主板、机箱、电源、CPU、显示器、硬盘及光驱等，我们的工作就是用这些部件拼凑成自己需要的计算机。当然软件中的组态要比硬件的组装有更大的发挥空间，因为它一般要比硬件中的“部件”更多，而且每个“部件”都很灵活，因为软件都有内部属性，通过改变属性可以改变其规格（如大小、形状、颜色等）。

组态（configuration）有设置、配置等含义，就是模块的任意组合。在软件领域内，是指操作人员根据应用对象及控制任务的要求，配置用户应用软件的过程（包括对象的定义、制作和编辑，对象状态特征属性参数的设定等），即使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置，达到让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，也就是把组态软件视为“应用程序生成器”。

组态软件更确切的称呼应该是人机界面HMI（Human Machine Interface）/控制与数据采集SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）软件。组态软件最早出现时，实现HMI和控制功能是其主要内涵，即主要解决人机图形界面和计算机数字控制问题。

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控制层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式（而不是编程方式）为用户提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法，它解决了控制系统通用性问题。其预设置的各种软件模块可以非常容易地实现和完成控制层的各项功能，并能同时支持各种硬件厂家的计算机和I/O产品，与工控计算机和网络系统结合，可向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，进行系统集成。组态软件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。

在工业控制中，组态一般是指通过对软件采用非编程的操作方式，主要有参数填写、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。由于用户对计算机控制系统的要求千差万别（包括流程画面、系统结构、报表格式、报警要求等），而开发商又不可能专门为每个用户去进行开发。所以，只能是事先开发好一套具有一定通用性的软件开发平台，生产（或者选择）若干种规格的硬件模块（如I/O模块、通信模块、现场控制模块），然后，再根据用户的要求在软件开发平台上进行二次开发，以及进行硬件模块的连接。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控制组态软件，简称组态软件。“组态”一词既可以用做名词也可以用做动词。计算机控制系统在完成组态之前只是一些硬件和软件的集合体，只有通过组态，才能使其成为一个具体的满足生产过程需要的应用系统。

从应用角度讲，组态软件是完成系统硬件与软件沟通、建立现场与控制层沟通的人机界面的软件平台，它主要应用于工业自动化领域，但又不仅局限于此。在工业过程控制系统中存在着两大类可变因素：一是操作人员需求的变化；二是被控对象状态的变化及被控对象所用硬件的变化。而组态软件正是在保持软件平台执行代码不变的基础上，通过改变软件配置信息（包括图形文件、硬件配置文件、实时数据库等）适应两大不同系统对两大因素的要求，构建新的控制系统的平台软件。以这种方式构建系统既提高了系统的成套速度，又保证了系统软件的成熟性和可靠性，使用起来方便灵活，而且便于修改和维护。

现在的组态软件都采用面向对象编程技术，它提供了各种应用程序模板和对象。二次开发人员根据具体系统的需求，建立模块（创建对象）然后定义参数（定义对象的属性），最后生成可供运行的应用程序。具体地说，组态实际上是生成一系列可以直接运行的程序代码。生成的程序代码可以直接运行在用于组态的计算机上，也可以下装（下载）到其他的计算机（站）上。组态可以分为离线组态和在线组态两种。所谓离线组态，是指在计算机控制系统运行之前完成组态工作，然后将生成的应用程序安装在相应的计算机中。而在线组态则是指在计算机控制系统运行过程中组态。

随着计算机软件技术的快速发展以及用户对计算机控制系统功能要求的增加，实时数据库、实时控制、SCADA、通信及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容，随着计算机控制技术的发展，组态软件将会不断被赋予新的内涵。

1.1.2 采用组态软件的意义

在实时工业控制应用系统中，为了实现特定的应用目标，需要进行应用程序的设计和开发。过去，由于技术发展水平的限制，没有相应的软件可供利用。应用程序一般都需要应用单位自行开发或委托专业单位开发，这就影响了整个工程的进度，系统的可靠性和其他性能指标也难以得到保证。为了解决这个问题，不少厂商在发展系统的同时，也致力于控制软件产品的开发。工业控制系统的复杂性，对软件产品提出了很高的要求。要想成功开发一个较好的通用的控制系统软件产品，需要投入大量的人力物力，并需经实际系统检验，代价是很昂贵的，特别是功能较全、应用领域较广的软件系统，投入的费用更是惊人。从应用程序开发到应用软件产品正式上市，其过程有很多环节。因此，一个成熟的控制软件产品的推出，一般具有如下特点：（1）在研制单位丰富系统经验的基础上，花费多年努力和代价才得以完成。（2）产品性能不断完善和提高，以版本更新为实现途径。（3）产品售价不可能很低，一些国外的著名软件产品更是如此，因此软件费用在整个系统中所占的比例逐年提高。

对于应用系统的使用者而言，虽然购买一套适合自己系统应用的控制软件产品要付出一定的费用，但相对于自己开发所花费的各项费用总和还是比较合算的。况且，一个成熟的控制软件产品一般都已在多个项目中得到了成功的应用，各方面的性能指标都在实际运行中得到了检验，能保证较好地实现应用单位控制系统的目标，同时，整个系统的工程周期也可相应缩短，便于更早地为生产现场服务，并创造出相应的经济效益。因此，近年来有不少应用单位也开始购买现成的控制软件产品来为自己的应用系统服务。

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，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。

采用组态技术构成的计算机控制系统在硬件设计上，除采用工业PC外，系统大量采用各种成熟通用的I/O接口设备和现场设备，基本不再需要单独进行具体电路设计。这不仅节约了硬件开发时间，更提高了工控系统的可靠性。组态软件实际上是一个专为工控开发的工具软件。它为用户提供了多种通用工具模块，用户不需要掌握太多的编程语言技术（甚至不需要编程技术），就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能。系统设计人员可以把更多的注意力集中在如何选择最优的控制方法，设计合理的控制系统结构，选择合适的控制算法等这些提高控制品质的关键问题上。另外，从管理的角度来看，用组态软件开发的系统具有与Windows一致的图形化操作界面，非常便于生产的组织与管理。

由于组态软件都是由专门的软件开发人员按照软件工程的规范来开发的，使用前又经过了比较长时间的工程运行考验，其质量是有充分保证的。因此，只要开发成本允许，采用组态软件是一种比较稳妥、快速和可靠的办法。

组态软件是标准化、规模化、商品化的通用工业控制开发软件，只需进行标准功能模块的软件组态和简单的编程，就可设计出标准化、专业化、通用性强、可靠性高的上位机人机界面控制程序，且工作量较小，开发调试周期短，对程序设计员要求也较低，因此，控制组态软件是性能优良的软件产品，已成为开发上位机控制程序的主流开发工具。

由IPC、通用接口部件和组态软件构成的组态控制系统是计算机控制技术综合发展的结果，是技术成熟化的标志。由于组态技术的介入，计算机控制系统的应用速度大大加快了。

1.1.3 常用的组态软件

随着社会对计算机控制系统需求的日益增大，组态软件也已经形成了一个不小的产业。现在市面上已经出现了各种不同类型的组态软件。按照使用对象来分类，可以将组态软件分为两类：一类是专用的组态软件，另一类是通用的组态软件。

专用的组态软件主要是由一些集散控制系统厂商和PLC厂商专门为自己的系统开发的，例如，Honeywell的组态软件、Foxboro的组态软件、Rockwell公司的RSView、Simens公司的WinCC、GE公司的Cimplicity。

通用组态软件并不特别针对某一类特定的系统，开发者可以根据需要选择合适的软件和硬件来构成自己的计算机控制系统。如果开发者在选择了通用组态软件后，发现其无法驱动自己选择的硬件，可以提供该硬件的通信协议，请组态软件的开发商来开发相应的驱动程序。

通用组态软件目前发展很快，也是市场潜力很大的产业。国外开发的组态软件有：Fix/iFix、In Touch、Citech、Loo kout、Trace Mode 及 Wizcon等。国产的组态软件有：组态王（KingView）、MCGS、Synall 2000、ControX 2000、Force Control和 Fame View等。

下面简要介绍几种常用的组态软件。（1）InTouch。美国Wonderware公司的InTouch堪称组态软件的“鼻祖”，该公司率先推出的16位Windows环境下的组态软件，在国际上获得较高的市场占有率。InTouch软件的图形功能比较丰富，使用较方便，其I/O硬件驱动丰富，工作稳定，在中国市场也普遍受到好评。（2）IFIX。美国Intellution公司的FIX产品系列较全，包括DOS版、16位Windows版、32位Windows版、0S/2版和其他一些版本，功能较强，是全新模式的组态软件，思想和体系结构都比现有的其他组态软件要先进，但实时性仍欠缺，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。但由于过于“庞大”和“臃肿”，对系统资源耗费巨大，而且经常受微软操作系统的影响。（3）Citech。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。Citech产品控制算法比较好，具有简洁的操作方式，但其操作方式更多的是面向程序员，而不是工控用户。I/O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。（4）WinCC。德国西门子公司的WinCC也属于比较先进的产品之一，功能强大，使用较复杂。新版软件有了很大进步，但在网络结构和数据管理方面要比InTouch和iFIX差。WinCC主要针对西门子硬件设备。因此，对使用西门子硬件设备的用户，WinCC是不错的选择。若用户选择其他公司的硬件，则需开发相应的I/O驱动程序。（5）ForceControl。大庆三维公司的 ForceControl（力控）是国内较早出现的组态软件之一，该产品在体系结构上具备了较为明显的先进性，最大的特征之一就是其基于真正意义的分布式实时数据库的三层结构，而且实时数据库结构为可组态的活结构，是一个面向方案的HMI/SCADA平台软件。在很多环节的设计上，能从国内用户的角度出发，既注重实用性，又不失大软件的规范。（6）MCGS。北京昆仑通态公司的MCGS设计思想比较独特，有很多特殊的概念和使用方式，为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台。使用MCGS，用户无须具备计算机编程的知识，就可以在短时间内轻而易举地完成一个运行稳定、功能成熟、维护量小并且具备专业水准的计算机监控系统的开发工作。（7）组态王（KingView）。组态王是北京亚控科技发展有限公司开发的一个较有影响的组态软件。组态王提供了资源管理器式的操作主界面，并且提供了以汉字作为关键字的脚本语言支持。界面操作灵活方便，易学易用，有较强的通信功能，支持的硬件也非常丰富。（8）WebAccess。该软件是研华（中国）公司近几年开发的一种面向网络监控的组态软件，是未来组态软件的发展趋势。

1.2 组态软件的功能与特点

1.2.1 组态软件的功能

组态软件通常有以下几方面的功能。1．强大的界面显示组态功能

目前，工控组态软件大都运行于Windows环境下，充分利用Windows的图形功能完善界面美观的特点，可视化的IE风格界面、丰富的工具栏，操作人员可以直接进入开发状态，节省时间。丰富的图形控件和工况图库，提供了大量的工业设备图符、仪表图符，还提供趋势图、历史曲线、组数据分析图等，既提供所需的组件，又是界面制作向导。提供给用户丰富的作图工具，可随心所欲地绘制出各种工业界面，并可任意编辑，从而将开发人员从繁重的界面设计中解放出来。丰富的动画连接方式，如隐含、闪烁、移动等，使界面生动、直观。画面丰富多彩，为设备的正常运行、操作人员的集中控制提供了极大的方便。2．良好的开放性

社会化的大生产，使得系统构成的全部软硬件不可能出自一家公司的产品，“异构”是当今控制系统的主要特点之一。开放性是指组态软件能与多种通信协议互联，支持多种硬件设备。开放性是衡量一个组态软件好坏的重要指标。

组态软件向下应能与低层的数据采集设备通信，向上通过TCP/IP可与高层管理网互联，实现上位机与下位机的双向通信。3．丰富的功能模块

组态软件提供丰富的控制功能库，满足用户的测控要求和现场要求。利用各种功能模块，完成实时监控、产生功能报表、显示历史曲线、实时曲线、提供报警等功能，使系统具有良好的人机界面，易于操作。系统既可适用于单机集中式控制、DCS分布式控制，也可以是带远程通信能力的远程测控系统。4．强大的数据库

配有实时数据库，可存储各种数据，如模拟量、离散量、字符型等，实现与外部设备的数据交换。5．可编程的命令语言

有可编程的命令语言，使用户可根据自己的需要编写程序，增强图形界面。6．周密的系统安全防范

对不同的操作者，赋予不同的操作权限，保证整个系统的安全可靠运行。7．仿真功能

提供强大的仿真功能使系统并行设计，从而缩短开发周期。

1.2.2 组态软件的特点

通用组态软件的主要特点分别介绍如下。1．封装性

通用组态软件所能完成的功能都用一种方便用户使用的方法包装起来，对于用户，不需掌握太多的编程语言技术（甚至不需要编程技术），就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能，因此易学易用。2．开放性

组态软件大量采用“标准化技术”，如OPC、DDE、ActiveX控件等，在实际应用中，用户可以根据自己的需要进行二次开发，例如，可以很方便地使用VB或C++等编程工具自行编制所需的设备构件，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，为用户开发设备驱动程序提供帮助，用户甚至可以采用I/O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。3．通用性

每个用户根据工程实际情况，利用通用组态软件提供的底层设备（PLC、智能仪表、智能模块、板卡、变频器等）的I/O Driver、开放式的数据库和界面制作工具，就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、具有多媒体功能和网络功能的工程，不受行业限制。4．方便性

由于组态软件的使用者是自动化工程设计人员，组态软件的主要目的是，确保使用者在生成适合自己需要的应用系统时不需要或者尽可能少地编制软件程序的源代码。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、集中解决共性问题。

下面是组态软件主要解决的共性问题：（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。（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。

在很好地解决了上述问题后，自动化工程设计人员在组态软件中只需填写一些事先设计的表格，再利用图形功能就把被控对象（如反应罐、温度计、锅炉、趋势曲线、报表等）形象地画出来，通过内部数据变量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，与被控对象相连的I/O设备数据发生变化会直接带动被控对象的属性变化，同时在界面上显示。若要对应用系统进行修改，也十分方便，这就是组态软件的方便性。5．组态性

组态控制技术是计算机控制技术发展的结果，采用组态控制技术的计算机控制系统最大的特点是从硬件到软件开发都具有组态性，设计者的主要任务是分析控制对象，在平台基础上按照使用说明进行系统级第二次开发即可构成针对不同控制对象的控制系统，免去了程序代码、图形图表、通信协议、数字统计等诸多具体内容细节的设计和调试，因此系统的可靠性和开发速率提高了，开发难度却下降了。

1.3 组态软件的构成与组态方式

1.3.1 组态软件的系统构成

组态软件的结构划分有多种标准，下面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。1．以使用软件的工作阶段划分

从总体结构上看，组态软件一般都是由系统开发环境（或称组态环境）与系统运行环境两大部分组成。系统开发环境和系统运行环境之间的联系纽带是实时数据库，三者之间的关系如图1-1所示。图1-1 系统组态环境、系统运行环境和实时数据库三者之间的关系

1）系统开发环境

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。

一般工程应用必须有一套开发环境，也可以有多套运行环境。在本书的例子中，为了方便，我们将开发环境和运行环境放在一起，通过菜单限制编辑修改功能而实现运行环境。

一套好的组态软件应该能够为用户提供快速构建自己的计算机控制系统的手段。例如，对输入信号进行处理的各种模块、各种常见的控制算法模块、构造人机界面的各种图形要素、使用户能够方便地进行二次开发的平台或环境等。如果是通用的组态软件，还应当提供各类工控设备的驱动程序和常见的通信协议。2．按照成员构成划分

组态软件因为功能强大，而每个功能相对来说又具有一定的独立性，因此其组成形式是一个集成软件平台，由若干程序组件构成。

组态软件必备的功能组件包括如下6个部分。

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：要进行组态数据的备份；需要引用以往成功项目中的部分组态成果（如画面）；需要迅速了解计算机中保存了哪些应用项目。虽然这些工作可以用手动方式实现，但效率低下，极易出错。有了应用程序管理器的支持，这些工作将变得非常简单。

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人员为实施其控制方案，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。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。

6）I/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I/O设备通信，互相交换数据。DDE和OPC客户端是两个通用的标准I/O驱动程序，用来支持DDE和OPC标准的I/O设备通信，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客户端则多数单独存在。

1.3.2 常见的组态方式

下面介绍几种常见的组态方式。由于目前有关组态方式的术语还未能统一，因此，本书中所用的术语可能会与一些组态软件所用的有所不同。1．系统组态

系统组态又称系统管理组态（或系统生成），这是整个组态工作中的第一步，也是最重要的一步。系统组态的主要工作是对系统的结构及构成系统的基本要素进行定义。以DCS的系统组态为例，硬件配置的定义包括：选择什么样的网络层次和类型（如宽带、载波带）；选择什么样的工程师站、操作员站和现场控制站（I/O控制站）（如类型、编号、地址、是否为冗余等）及其具体的配置；选择什么样的I/O模块（如类型、编号、地址、是否为冗余等）及其具体的配置。有的DCS的系统组态可以做得非常详细。例如，机柜、机柜中的电源、电缆与其他部件，各类部件在机柜中的槽位，打印机及各站使用的软件等，都可以在系统组态中进行定义。系统组态的过程一般都是用图形加填表的方式。2．控制组态

控制组态又称控制回路组态，这同样是一种非常重要的组态。为了确保生产工艺的实现，一个计算机控制系统要完成各种复杂的控制任务。例如，各种操作的顺序动作控制，各个变量之间的逻辑控制及对各个关键参量采用各种控制（如PID、前馈、串级、解耦，甚至是更为复杂的多变量预控制、自适应控制）。因此，有必要生成相应的应用程序来实现这些控制。组态软件往往会提供各种不同类型的控制模块，组态的过程就是将控制模块与各个被控变量相联系，并定义控制模块的参数（例如，比例系数、积分时间）。另外，对于一些被监视的变量，也要在信号采集之后对其进行一定的处理，这种处理也是通过软件模块来实现的。因此，也需要将这些被监视的变量与相应的模块相联系，并定义有关的参数。这些工作都是在控制组态中来完成。

由于控制问题往往比较复杂，组态软件提供的各种模块不一定能够满足现场的需要，这就需要用户作进一步的开发，即自己建立符合需要的控制模块。因此，组态软件应该能够给用户提供相应的开发手段。通常可以有两种方法：一是用户自己用高级语言来实现，然后再嵌入系统中；二是由组态软件提供脚本语言。3．画面组态

画面组态的任务是为计算机控制系统提供一个方便操作员使用的人机界面。显示组态的工作主要包括两个方面：一是画出一幅（或多幅）能够反映被控制的过程概貌的图形，二是将图形中的某些要素（例如，数字、高度、颜色）与现场的变量相联系（又称数据连接或动画连接），当现场的参数发生变化时，就可以及时地在显示器上显示出来，或者是通过在屏幕上改变参数来控制现场的执行机构。

现在的组态软件都会为用户提供丰富的图形库。图形库中包含大量的图形元件，只需在图库中将相应的子图调出，再做少量修改即可。因此，即使是完全不会编程序的人也可以“绘制”出漂亮的图形来。图形又可以分为两种：一种是平面图形，另一种是三维图形。平面图形虽然不是十分美观，但占用内存少，运行速度快。

数据连接分为两种：一种是被动连接，另一种是主动连接。对于被动连接，当现场的参数改变时，屏幕上相应数字量的显示值或图形的某个属性（如高度、颜色等）也会相应改变。对于主动连接方式，当操作人员改变屏幕上显示的某个数字值或某个图形的属性（例如高度、位置等）时，现场的某个参量就会发生相应的改变。显然，利用被动连接就可以实现现场数据的采集与显示，而利用主动连接就可以实现操作人员对现场设备的控制。4．数据库组态

数据库组态包括实时数据库组态和历史数据库组态。实时数据库组态的内容包括数据库各点（变量）的名称、类型、工位号、工程量转换系数上下限、线性化处理、报警限和报警特性等。历史数据库组态的内容包括定义各个进入历史库数据点的保存周期，有的组态软件将这部分工作放在了历史组态之中，还有的组态软件将数据点与I/O设备的连接放在数据库组态之中。5．报表组态

一般的计算机控制系统都会带有数据库。因此，可以很轻易地将生产过程形成的实时数据形成对管理工作十分重要的日报、周报或月报。报表组态包括定义报表的数据项、统计项、报表的格式及打印报表的时间等。6．报警组态

报警功能是计算机控制系统很重要的一项功能，它的作用就是当被控或被监视的某个参数达到一定数值的时候，以声音、光线、闪烁或打印机打印等方式发出报警信号，提醒操作人员注意并采取相应的措施。报警组态的内容包括报警的级别、报警限、报警方式和报警处理方式的定义。有的组态软件没有专门的报警组态，而是将其放在控制组态或显示组态中顺便完成报警组态的任务。7．历史组态

由于计算机控制系统对实时数据采集的采样周期很短，形成的实时数据很多，这些实时数据不可能也没有必要全部保留，可以通过历史模块将浓缩实时数据形成有用的历史记录。历史组态的作用就是定义历史模块的参数，形成各种浓缩算法。8．环境组态

由于组态工作十分重要，如果处理不好，就会使计算机控制系统无法正常工作，甚至会造成系统瘫痪。因此，应当严格限制组态的人员。一般的做法是：设置不同的环境，例如，过程工程师环境、软件工程师环境及操作员环境等。只有在过程工程师环境和软件工程师环境中才可以进行组态，而操作员环境就只能进行简单的操作。为此，还引出了环境组态的概念。所谓环境组态，是指通过定义软件参数，建立相应的环境。不同的环境拥有不同的资源，且环境是有密码保护的。还有一个办法就是：不在运行平台上组态，组态完成后再将运行的程序代码安装到运行平台中。

1.4 组态软件的使用

1.4.1 组态软件的使用步骤

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。具体的工程应用必须经过完整、详细的组态设计，组态软件才能够正常工作。

组态软件的使用步骤如下：（1）将所有I/O点的参数收集齐全，并填写表格，以备在控制组态软件和控制、检测设备上组态时使用。（2）搞清楚所使用的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，以便在定义I/O设备时做出准确选择。（3）将所有I/O点的I/O标识收集齐全，并填写表格，I/O标识是唯一地确定一个I/O点的关键字，组态软件通过向I/O设备发出I/O标识来请求对应的数据。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。（5）按照第（1）步统计出的表格，建立实时数据库，正确组态各种变量参数。（6）根据第（1）步和第（3）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。（7）根据第（4）步的画面结构和画面草图，组态每一幅静态的操作画面。（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，规定动画属性和幅度。（9）对组态内容进行分段和总体调试。（10）系统投入运行。

在一个自动控制系统中，投入运行的控制组态软件是系统的数据收集处理中心、远程监视中心和数据转发中心，处于运行状态的控制组态软件与各种控制、检测设备（如PLC、智能仪表、DCS等）共同构成快速响应的控制中心。控制方案和算法一般在设备上组态并执行，也可以在PC上组态，然后下装到设备中执行，根据设备的具体要求而定。

监控组态软件投入运行后，操作人员可以在它的支持下完成以下6项任务：（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报警。（5）在需要时，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，为管理部门提供生产实时数据。

1.4.2 组态工控系统的组建过程

首先要了解控制系统的构成和工艺流程，弄清被控对象的特征，明确技术要求。然后在此基础上进行工程的整体规划，包括系统应实现哪些功能，控制流程如何，需要什么样的用户窗口界面，实现何种动画效果及如何在实时数据库中定义数据变量。2．设计用户操作菜单

在系统运行的过程中，为了便于画面的切换和变量的提取，通常应由用户根据实际需要建立自己的菜单方便用户操作。例如，制定按钮来执行某些命令或通过其输入数据给某些变量等。3．画面设计与编辑

画面设计分为画面建立、画面编辑和动画编辑与连接几个步骤。画面由用户根据实际需要编辑制作，然后将画面与已定义的变量关联起来，以便运行时使画面上的内容随变量变化。用户可以利用组态软件提供的绘图工具进行画面的编辑制作，也可以通过程序命令即脚本程序来实现。4．编写程序进行调试

用户程序编写好后，要进行在线调试。在实际调试前，先借助于一些模拟手段进行初调，通过对现场数据进行模拟，检查动画效果和控制流程是否正确。5．连接设备驱动程序

利用组态软件编写好的程序最后要实现和外围设备的连接，在进行连接前，要装入正确的设备驱动程序和定义彼此间的通信协议。6．综合测试

对系统进行整体调试，经验收后方可投入试运行，在运行过程中发现问题并及时完善系统设计。

1.5 组态软件的发展方向

市场竞争的加剧使行业分工越来越细，“大而全”的企业将越来越少（企业集团除外），每个DCS厂商必须把主要精力用于他们本身所擅长的技术领域，巩固已有优势。如果还是软、硬件一起做，就很难在竞争中取胜。今后，社会分工会更加细化。表面上看来功能较单一的组态软件，其市场才初步形成，今后的成长空间却相当广阔。

组态软件的发展与成长和网络技术的发展与普及密不可分。曾有一段时期，各DCS厂商的底层网络都是专用的，现在则使用国际标准协议，这在很大程度上促进了组态软件的应用，有不少用户的监控点分布在上百甚至上千平方千米的范围内，要想把这些装置的实时数据进行联网共享，在几年前是不可想象的，而目前通过公众电话网，用MODEM、ISDN、光纤或ATM将各DCS装置连起来，通过TCP/IP协议完成实时数据采集和远程监控就是一种可行方案。2．现场总线技术的成熟促进了组态软件的应用

现场总线是一种特殊的网络技术，其核心内容，一是工业应用，二是完成从模拟方式到数字方式的转变，使信息和供电同在一根双线电缆上传输，还要满足许多技术指标。同其他网络一样，现场总线的网络系统也具备OSI的若干层协议。从这个意义上讲，现场总线与普通的网络系统具有相同的属性，但现场总线设备的种类多，同类总线的产品也分现场设备、耦合器等多种类型。

未来几年，现场总线设备将大量替代现有现场设备，给组态软件带来更多机遇。3．能够同时兼容多种操作系统平台是组态软件的发展方向之一

可以预言，微软公司在操作系统市场上的垄断迟早要被打破，未来的组态软件也要求跨操作系统平台，至少要同时兼容Windows和Linux/UNIX。UNIX是唯一可以在微、超微、小、超小型工作站和大型机、中型机、小型机上“全谱系通用”的系统。由于UNIX的特殊背景和它强有力的功能，特别是它的可移植性以及目前硬件突飞猛进的发展形势，吸引了越来越多的厂家和用户。

UNIX在多任务、实时性、联网方面的处理能力优于Windows NT/2000，但它在图形界面、即插即用、I/O设备驱动程序数量方面赶不上Windows NT/2000。20世纪90年代以来，UNIX的这些缺点已得到改进，现在的UNIX已经具备了较好的图形环境。4．组态软件在嵌入式整体方案中将发挥更大作用

微处理器技术的发展会带动控制技术及监控组态软件的发展。目前，嵌入式系统的发展速度极为迅猛，但相应的软件尤其是组态软件滞后较严重，制约着嵌入式系统的发展。

从使用方式上，嵌入式系统分为如下两种：（1）带显示器/键盘的嵌入式系统。这种系统又可分为带机械式硬盘和带电子盘的嵌入式系统两种。带机械式硬盘的嵌入式系统，可装Windows 98/NT等大型操作系统，对组态软件没有更多的要求。带电子盘的嵌入式系统，由于电子盘的容量受限，因此只能安装Windows CE、DOS或Linux操作系统。目前，支持Windows CE或Linux的组态软件很少，用户一般或自己编程，或使用以前的DOS环境软件。此类应用规模都不大，但数量却有很大潜力。另外，价格是一个重要因素，如果嵌入式系统的软、硬件价格进一步降低，其市场规模将是空前的。（2）不带显示器/键盘的嵌入式系统。这种嵌入式系统一般都使用电子盘，只能安装Windows CE、DOS或Linux操作系统。此类应用有的会带外部数据接口（以太网、RS-232/485等）。目前，面向此类应用的组态软件市场潜力巨大。5．组态软件在CIMS应用中将起到重要作用

自动化技术是CIMS的基础。目前多数企业对生产自动化都比较重视，他们或采用DCS或采用以PC总线为基础的工控机构成简易的分散型测控系统。但现实当中的自动化系统都是分散在各装置上的，企业内部的各自动化装置之间缺乏互联手段，不能实现信息的实时共享，这从根本上阻碍了CIMS的实施。

组态软件在企业CIMS发展过程中能够发挥以下作用：（1）充当DCS的操作站软件，尤其是PC-based监控系统。（2）以往各企业只注重在关键装置上投资，引进自动化控制设备，而在诸如公用工程（如能源监测、原材料管理、产成品管理、产品质量监控、自动化验分析、生产设备状态监视等）生产环节方面则重视程度不够。这种一个企业内部各部门间自动化程度的不协调也会影响CIMS的进程，受到损失的将是企业本身。组态软件在这方面（即技术改造方面）会发挥更大的作用，促进企业以低成本、高效率实现企业的信息化建设。（3）组态软件具有丰富的I/O设备接口，能与绝大多数控制装置相连，具有分布式实时数据库，可以解决分散的“自动化孤岛”互联问题，大幅度节省CIMS建设所需的投资。伴随着CIMS技术的推广与应用，组态软件将逐渐发展成为大型平台软件，以原有的图形用户接口、I/O驱动、分布式实时数据库、软逻辑等为基础，将派生出大量的实用软件组件，如先进控制软件包、数据分析工具等。6．信息化社会的到来为组态软件拓展了更多的应用领域

组态软件的应用不仅局限在工业企业，在农业、环保、邮政、电信、实验室、医院、金融、交通、航空等各行各业均能找到使用组态软件的实例。随着社会进步和信息化速度的加快，组态软件将赢得巨大的市场空间。第2章KingView软件的基本使用组态王（KingView）是目前国内具有自主知识产权、市场占有率相对较高的组态软件，它运行于Microsoft Windows 9X/NT/XP平台。KingView的应用领域几乎囊括了大多数行业的工业控制。本章通过一个简单实例详细讲解了组态王开发应用程序的完整过程：建立工程、设计画面、定义变量、动画连接，以及命令语言编程等。另外还将对组态王的I/O设备通信进行介绍。2.1 建 立 工 程

在组态王中，设计者开发的每一个应用系统称为一个工程，每个工程必须在一个独立的目录中，不同的工程不能共用一个目录。工程目录也称为工程路径。在每个工程路径下，组态王为此项目生成了一些重要的数据文件，这些数据文件一般是不允许修改的。我们每建立一个新的应用程序时，都必须先为这个应用程序指定工程路径，以便于组态王根据工程路径对不同的应用程序分别进行不同的自动管理。2.1.1 新建工程

运行组态王程序，出现组态王工程管理器界面，如图2-1所示。

组态王工程管理器的主要作用就是为用户集中管理本机上的所有组态王工程。主要功能包括新建、删除工程，搜索指定路径下的所有组态王工程，对工程重命名，修改工程属性，工程的备份、恢复，数据词典的导入/导出，切换到组态王开发或运行环境等。

为建立一个新工程，请执行以下操作：（1）在工程管理器中选择菜单命令“文件\新建工程”或单击快捷工具栏“新建”按钮，出现“新建工程向导之一——欢迎使用本向导”对话框，如图2-2所示。（2）单击“下一步”按钮，出现“新建工程向导之二——选择工程所在路径”对话框。选择或指定工程所在路径，如图2-3所示。如果需要更改工程路径，请单击“浏览”按钮。如果路径或文件夹不存在，请创建。图2-1 组态王工程管理器界面图2-2 “新建工程向导之一——欢迎使用本向导”对话框图2-3 “新建工程向导之二——选择工程所在路径”对话框（3）单击“下一步”按钮，出现“新建工程向导之三——工程名称和描述”对话框。在对话框中输入工程名称“整数累加”（必须，可以任意指定）；在工程描述中输入“一个整数从零开始每隔1秒加1”（可选），如图2-4所示。

注：在组态王中，工程名称是唯一的，不能重名，工程名称和工程路径是一一对应的。（4）单击“完成”按钮，新工程建立，单击“是”按钮，确认将新建的工程设为组态王当前工程，此时组态王工程管理器 中出现新建的工程，如图2-5所示。

完成以上操作就可以新建一个组态王工程的工程信息了。此处新建的工程，在实际上并未真正创建工程，只是在用户给定的工程路径下设置了工程信息，当用户将此工程作为当前工程，并且切换到组态王开发环境时才真正创建工程。图2-4 “新建工程向导之三——工程名称和描述”对话框图2-5 新工程建立2.1.2 添加工程1．找到一个已有的组态王工程

在工程管理器中使用“添加工程”命令来找到一个已有的组态王工程，并将工程的信息显示在工程管理器的信息显示区中。选择菜单栏“文件\添加工程”命令后，弹出“浏览文件夹”对话框，如图2-6所示。

选择想要添加的工程所在的路径。单击“确定”按钮，将选定的工程路径下的组态王工程添加到工程管理器显示区中，如图2-7所示。如果选择的路径不是组态王的工程路径，则添加不了。

如果添加的工程名称与当前工程信息显示区中存在的工程名称相同， 则被添加的工程将动态生成一个工程名称，在工程名称后添加序号。当存在多个具有相同名称的工程时，将按照顺序生成名称，直到没有重复的名称为止。图2-6 “浏览文件夹”对话框2．找到多个已有的组态王工程

添加工程只能单独添加一个已有的组态王工程，要想找到更多的组态王工程，只能使用“搜索工程”命令。执行菜单栏“文件\搜索工程”命令或快捷菜单“搜索工程”命令或单击工具条“搜索”按钮后，弹出“浏览文件夹”对话框，如图2-8所示。图2-7 “工程管理器”对话框图2-8 “浏览文件夹”对话框

路径的选择方法与Windows的资源管理器相同，选定有效路径之后，单击“确定”按钮，工程管理器开始搜索工程。将搜索指定路径及其子目录下的所有工程。搜索完成后，搜索结果自动显示在管理器的信息显示区内，路径选择对话框自动关闭。单击“取消”按钮，取消搜索工程操作。

如果搜索到的工程名称与当前工程信息表格中存在的工程名称相同，或搜索到的工程中有相同名称的，在工程信息被添加到工程管理器时，将动态地生成工程名称，在工程名称后添加序号。当存在多个具有相同名称的工程时，将按照顺序生成名称，直到没有重复的名称为止。2.1.3 工程操作1．设置一个工程为当前工程

在工程管理器工程信息显示区中选中加亮想要设置的工程，执行菜单栏“文件\设为当前工程”命令即可设置该工程为当前工程。以后进入组态王开发系统或运行系统时，系统将默认打开该工程。被设置为当前工程的工程在工程管理器信息显示区的第一列中用一个图标（小红旗）来标识，如图2-7所示。2．修改当前工程的属性

修改工程属性主要包括工程名称和工程描述两个部分。选中要修改属性的工程， 使之加亮显示，单击菜单栏“文件\工程属性”命令或工具条“属性”按钮又或快捷菜单“工程属性”命令后， 弹出修改“工程属性”的对话框，如图2-9所示。“工程名称”文本框中显示的为原工程名称，用户可直接修改。“版本”、“分辨率”文本框中分别显示开发该工程的组态王软件版本和工程的分辨率。“工程路径”显示该工程所在的路径。“描述”显示该工程的描述文本，允许用户直接修改。3．清除当前不需要显示的工程

选中要清除信息的工程，使之加亮显示，单击菜单栏“文件\清除工程信息” 命令后，将显示的工程信息条从工程管理器中清除，不再显示，执行该命令不会删除工程或改变工程。用户可以通过“搜索工程”或“添加工程”重新使该工程信息显示到工程管理器中。4．工程备份

选中要备份的工程，使之加亮显示。单击菜单栏“工具\工程备份”命令或工具条“备份”按钮或快捷菜单“工程备份”命令后，弹出“备份工程”对话框，如图2-10所示。

工程备份文件分为两种形式：不分卷、分卷。不分卷是指将工程压缩为一个备份文件，无论该文件有多大。分卷是指将工程备份为若干指定大小的压缩文件。系统的默认方式为不分卷。

默认（不分卷）：选择该选项，系统将把整个工程压缩为一个备份文件。单击“浏览”按钮，选择备份文件存储的路径和文件名称。工程被存储成扩展名为.cmp的文件，如filename.cmp。工程备份完后，生成一个filename.cmp文件。

自定义（分卷）：选择该选项，系统将把整个工程按照给定的分卷尺寸压缩为给定大小的多个文件。“分卷尺寸”文本框变为有效，在该文本中输入分卷的尺寸，即规定每个备份文件的大小，单位为兆。分卷尺寸不能为空，否则系统会提示用户输入分卷尺寸大小。单击“浏览”按钮，选择备份文件存储的路径和文件名称。分卷文件存储时会自动生成一系列文件，生成的第一个文件的文件名为所定义的文件名.cmp，其他依次为：文件名.c01、文件名.c02…。如定义的文件名为filename，则备份产生的文件为：filename.cmp、filename.c01、filename.c02…。

备份过程中在工程管理器的状态栏的左边有文字提示， 右边有备份进度条标识当前进度。5．工程恢复

选择中要恢复的工程，使之加亮显示。单击菜单栏“工具\工程恢复”命令或工具条“恢复”按钮或快捷菜单“工程恢复”命令后，弹出“选择要恢复的工程”对话框。

选择组态王备份文件——扩展名为.cmp的文件，如上例中的filename.cmp。单击“打开”按钮，弹出“恢复工程”对话框。

单击“是”按钮则以前备份的工程覆盖当前的工程。如果恢复失败，系统会自动将工程还原为恢复前的状态。恢复过程中，工程管理器的状态栏上会有文字提示信息和进度条显示恢复进度。单击“取消”按钮取消恢复工程操作。

单击“否”按钮，弹出“路径选择”对话框，则另行选择工程目录，将工程恢复到别的目录下。

在“恢复到此路径”文本框里输入恢复工程的新的路径。或单击“浏览…”按钮，在弹出的“路径选择”对话框中进行选择。如果输入的路径不存在，则系统会提示用户是否自动创建该路径。路径输入完成后，单击“确定”按钮恢复工程。工程恢复期间，在工程管理器的状态栏上会有恢复信息和进度显示。工程恢复完成后，弹出恢复成功与否信息框示。

单击“是”按钮将恢复的工程作为当前工程，单击“否”按钮返回工程管理器。恢复的工程的名称若与当前工程信息表格中存在的工程名称相同，则恢复的工程添加到工程信息表格时将动态地生成一个工程名称，在工程名称后添加序号，如原工程名为“Demo”，则恢复后的工程名为“Demo（2）”；恢复的工程路径为指定路径下的以备份文件名为子目录名称的路径。

注意：（1）恢复工程将丢失自备份后的新的工程信息，需要慎重操作。（2）如果用户选择的备份工程不是原工程的备份时，系统在进行覆盖恢复时，会提示工程错误。6．删除工程

选中要删除的工程，该工程为非当前工程，使之加亮显示，单击菜单栏“文件\删除工程”命令或工具条“删除”按钮或快捷菜单“删除工程”命令后，为防止用户误操作，弹出“删除工程”确认对话框，提示用户是否确定删除，如图2-11所示。单击“是”按钮删除工程，单击“否”取消删除工程操作。删除工程将从工程管理器中删除该工程的信息，工程所在目录将被全部删除，包括子目录。图2-11 删除工程确认

注意：删除工程将删除工程的所有内容全部，不可恢复，用户应谨慎操作。2.1.4 工程浏览器1．工程浏览器概述

双击工程管理器中的工程名，出现演示方式提示对话框，单击“确定”按钮，进入“工程浏览器”对话框，如图2-12所示。图2-12 工程浏览器

注意：每套正版组态王软件均配置了“加密狗”，在实际工业控制中，将“加密狗”安装在计算机并口上，则组态王运行时，没有时间限制。

工程浏览器是组态王软件的核心部分和管理开发系统，它将画面制作系统中已设计的图形画面、命令语言、设备驱动程序管理、配方管理、数据报告等工程资源进行集中管理，并在一个窗口中进行树形结构排列。在工程浏览器中可以查看工程的各个组成部分，完成数据库的构造、定义外部设备等。

工程浏览器左侧是“工程目录显示区”，主要展示工程的各个组成部分。主要包括“系统”、“变量”、“站点”和“画面”四部分，这四部分的切换是通过工程浏览器最左侧的Tab标签实现的。“系统”部分共有“Web”、“文件”、“数据库”、“设备”、“系统配置”和“SQL访问管理器”六大项。“Web”为组态王For Internet功能画面发布工具。“文件”主要包括“画面”、“命令语言”、“配方”和“非线性表”。其中“命令语言”又包括“应用程序命令语言”、“数据改变命令语言”、“事件命令语言”、“热键命令语言”和“自定义函数命令语言”。“数据库”主要包括“结构变量”、“数据词典”和“报警组”。“设备”主要包括“串口1（COM1）”、“串口2（COM2）”、“DDE设备”、“板卡”、“OPC服务器”和“网络站点”。“系统配置”主要包括“设置开发系统”、“设置运行系统”、“报警配置”、“历史数据记录”、“网络配置”、“用户配置”和“打印配置”。“SQL访问管理器”主要包括“表格模板”和“记录体”。“变量”部分主要为变量管理，包括变量组。“站点”部分显示定义的远程站点的详细信息。“画面”部分用于对画面进行分组管理，创建和管理画面组。

右侧是“目录内容显示区”，将显示每个工程组成部分的详细内容，同时对工程提供必要的编辑修改功能。

组态王的工程浏览器由Tab标签条、菜单栏、工具栏、工程目录显示区、目录内容显示区、状态栏组成。工程目录显示区以树形结构图显示功能节点，用户可以扩展或收缩工程浏览器中所列的功能项。2．配置运行系统

配置菜单中“运行系统”命令是用于对运行系统外观、定义运行系统基准频率、设定运行系统启动时自动打开的主画面等。执行“配置\运行系统”菜单命令，弹出“运行系统设置”对话框，如图2-13所示。图2-13 运行系统设置—运行系统外观“运行系统设置”对话框由3个配置属性页组成。

1）“运行系统外观”属性页

此属性页中各项的含义和使用介绍如下：

启动时最大化：TouchView启动时占据整个屏幕。

启动时缩成图标：TouchView启动时自动缩成图标。

标题条文本：此文本框用于输入TouchView运行时出现在标题栏中的标题。若此内容为空，则TouchView运行时将隐去标题条，全屏显示。

系统菜单：选择此选项使TouchView运行时标题栏中带有系统菜单框。

最小化按钮：选择此选项使TouchView运行时标题栏中带有最小化按钮。

最大化按钮：选择此选项使TouchView运行时标题栏中带有最大化按钮。

可变大小边框：选择此选项使TouchView运行时，可以改变窗口大小。

标题条中显示工程路径：选择此选项使当前应用程序目录显示在

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