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PLC第6章课件,监控组态软件

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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),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 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 Citect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 Ø 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,导致开发周期延长; Ø 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; Ø 维护工作量大; Ø 可靠性差; Ø 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),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 Ø 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。 Ø 上实际80年代靠DOS 版组态软件起家,后来向 OS/2 移植的公司基本上都没落了。 Ø 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 Ø 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。 uSiemens, 1996年推出 Win CC uGE, Simplicity,又收购Intellition的iFix uRockwell Automation, Rsview Ø 现今主要产品 u国外(高端市场) ü Intouch,iFix,Citec,Win CC, Simplicity u国内(低端市场) ü 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 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: Ø 系统功能 Ø 用户界面 Ø 整体结构相似性 Ø 实时多任务 Ø 接口开发 Ø 系统安全 组态软件基本特性 1、系统功能 Ø 数据采集 Ø 流程显示 Ø 趋势(实时、历史) Ø 报警 Ø 控制 Ø 安全控制 Ø 报表 Ø 分布式架构 Ø 其他功能,如SPC等 组态软件基本特性 2、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I/O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 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 。表达式可以是来自I/O 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I/O 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HMI/ SCADA 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I/O 设备之间通常通过以下几 种方式进行数据交换: Ø 串行通信方式(支持Modem 远程通信)、 Ø 板卡方式、 Ø 网络节点方式、 Ø 适配器方式、 Ø DDE 方式、 Ø OPC 方式、 Ø 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PC—based 设备)控制能力的不足 、扩大PC—based 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 Ø 系统规模 Ø 组态软件的稳定性和可靠性 Ø 软件价格 Ø 对I/O 设备的支持 Ø 软件的开放性 Ø 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 功能iFIX2.1 OPC支持有,Client/Server双向 支持 内置VBA有 项目备份和恢复新工具,可组态为自动 事件调度工具有 作为NT服务是 Alarm去ODBC有 报警区无限 基于用户安全系统是 用组态软件开发SCADA 系统上位机界面 使用NT安全系统是 ActiveX支持是 安全容器是 可用户化Dynamos是 ADO支持是 OLE Automation Interface 是 用户化工具条是 用户定义全局变量有,数据类型更多 全屏编辑有 用组态软件开发SCADA 系统上位机界面 报表工具Excel,Crystal, Report, Access等 超级历史模块有 动态专家有 拨号网络支持有 COM/DCOM支持是 Client/Server结构是 Plug&Solve结构是 SQL Server 7有 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 Ⅱ 300MHz以上处理器 SCADA服务器和96MB以上RAM 120MB硬盘自由空间 CD-ROM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。
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