监控软件及其应用.ppt

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1、监控软件及其应用,机电学院 赵弘,监控软件介绍 1 什么是监控组态软件 2 监控组态软件的发展 3 监控组态软件的体系结构 4 监控组态软件的通信机制 5 监控组态软件的主要功能 6 监控组态软件的主流产品 7 典型产品的使用简介,什么是监控组态软件,监监视Supervisory ，采集控制系统的实时运行数据，监视系统的行为，实现报警功能。 控控制Control ，手工干预系统行为或改变控制系统设定点。 组态可配置Configuration，监控画面的灵活配置和修改。 监控组态软件实质上是人与控制器（通常是PLC）之间的信息交互媒介。,监控组态软件不是完整的控制系统，而是位于控制设备之上，侧重

2、于管理的纯软件。它所接的控制设备通常是PLC（可编程控制器），也可以是智能表，板卡等。 早期的监控组态软件运行于DOS,UNIX，VMS。现在多数运行在Windows操作系统中，有的可以运行在Linux系统。,监控组态软件的发展 由单一的人机界面朝数据处理机方向发展，管理的数据量越来越大。 基于internet的远程监控。 软PLC的出现。,监控组态软件的体系结构,硬件结构,通常监控组态软件系统分为两个层面，即客户/服务器体系结构。服务器与硬件设备通信，进行数据处理和运算。而客户用于人机交互，如用文字、动画显示现场的状态，并可以对现场的开关、阀门进行操作。近年来又出现一个层面，通过Web发布在

3、Internet上进行监控，可以认为这是一种“超远程客户”,监控软件的硬件结构,硬件设备(如PLC)一般既可以通过点到点方式连接，也可以以总线方式连接到服务器上。点到点连接一般通过串口(RS232)，总线方式可以是RS485，以太网等连接方式。总线方式与点到点方式区别主要在于：点到点是一对一，而总线方式是一对多，或多对多。 在一个系统中可以只有一个服务器，也可以有多个，客户也可以一个或多个。只有一个服务器和一个客户的，并且二者运行在同一台机器上的就是通常所说的单机版。服务器之间，服务器与客户之间一般通过以太网互连，有些场合（如安全性考虑或距离较远）也通过串口、电话拨号或GPRS方式相连。,一般

4、监控组态软件有很多任务组成，每个任务完成特定的功能。位于一个或多个机器上的服务器负责数据采集，数据处理（如量程转换、滤波、报警检查、计算、事件记录、历史存储、执行用户脚本等）。 服务器间可以相互通讯。有些系统将服务器进一步单独划分成若干专门服务器，如报警服务器，记录服务器，历史服务器，登录服务器等。 各服务器逻辑上作为统一整体，但物理上可能放置在不同的机器上。分类划分的好处是可以将多个服务器的各种数据统一管理、分工协作，缺点是效率低，局部故障可能影响整个系统。,软件结构,监控组态软件的软件结构,监控组态软件的内部组织主要包括服务器和客户端两部分。 服务器主要包含实时数据库、I/O驱动两部分，有

5、的还包含web服务器。其中的核心部分是实时数据库，用于保存系统产生的实时数据。实时数据库中的数据通过“点”来定义，即I/O点。每个点由多个参数定义，如名字、上限值、下限值、目标值、测量值等。一般一个点的参数中有一个与外界（通常是控制器的I/O通道）相连，通常是测量值。 客户端主要由人机界面构成。人机界面由很多窗口组成，窗口包含图形和文字。文字和图形可动态变化。如文字可显示现场I/O量的大小，图形的颜色变化表示现场状态量的改变等。 除了图形以外，人机界面还包含趋势图和报表等。,监控组态软件的数据通信机制,内部通信机制,客户与服务器间以及服务器与服务器间一般有三种通信形式，请求式，订阅式与广播式。

6、 请求式：客户周期性向服务器发出请求，然后服务器为客户准备数据，传送给客户。 订阅式：客户向服务器注册所关心数据，服务器记录每个用户关心的数据。当数据变化通知相应的用户。 广播式：当数据的变化时，服务器向所有客户发出通知。,与I/O设备的通信机制 设备驱动程序与I/O设备通讯一般采用请求式，大多数设备都支持这种通讯方式，当然也有的设备支持主动发送方式。主动发送方式即I/O设备在数据改变时主动向外界报告数据。有的设备也支持订阅式通信。设备驱动程序应该能够支持各种通信模式。 常见的通信协议有Modbus, Profibus等。设备驱动程序必须为每种协议编制相应的代码。监控组态软件一般不包含设备驱动

7、程序，而是将其单独做成标准开发包，用户可以自己开发，如Wonderware的I/O Server 提供大量的PLC驱动程序。,与外部程序的通信机制 监控组态软件的数据分为实时数据、历史数据和事件记录数据。一般都以私有格式存放，实时数据驻留在内存中，而历史数据保存在磁盘中 。但有些软件可以将其直接存放到关系数据库（如SQL Server，ORACLE）中 外部程序获取这些数据的方式主要可以分为OPC、API、DDE、ODBC等几种。,OPC目前主流的通信方式。它是一种基于微软的OLE自动化技术开发而成的主要用于工业控制领域的设备通信接口标准。它采用客户机/服务器的通信模式。目前绝大多数的硬件厂商

8、都提供OPC服务器，外部程序只需要根据各种设备的OPC服务器格式开发相应的客户端程序就可以与之通讯。 API客户方直接通过编程方式调用设备提供商的API函数实现与设备间的通信。这种方式比OPC方式更灵活，但开发效率比较低。主要的开发工具为VC或VB。 ODBC主要用于访问存放在关系数据库的历史数据和事件记录数据。 DDE微软的动态数据交换协议，主要与非windows平台的系统通信。,监控组态软件的主要功能,过程报警,过程报警是过程数据库的基本功能。报警是对测量值的范围、变化速度的预警。报警包括限值报警，变化率报警，偏差报警，异常报警等。更复杂的报警可以通过对测量值进行数学运算，然后对运算结果进

9、行报警检查而产生。发生报警后，操作员可以通过报警画面对报警进行“确认”，“确认”就是告诉系统我知道了发生的事，以免系统再次提醒。报警信息，报警确认信息，报警恢复（报警消除）等信息都可以被系统自动记录下来。报警按照重要程度可分为多个优先级，如低级、高级、紧急。 报警发生时系统可以通过多种方式通知用户，如弹出报警窗、发出声响，甚至可以发送短信或电子邮件。至于使用哪种方式，用户可以自由指定。,历史存储,对实时数据可以进行历史存储。历史数据对于生产状况分析、实现先进/优化控制、以及生产事故分析非常重要，所以将重要的工艺数据都会进行长期历史保存。为了节省存储介质空间，对保存的数据使用压缩保存。常用的保存

10、方式有周期性保存和变化保存（数据只有变化到一定程度才保存）。,脚本语言,除了固定格式的功能，如点内部处理（能够完成几种固定形式的功能，如量程转换、报警检查、PID运算），动画连接（能够完成几种固定形式的动画，如颜色、位置改变）等，监控软件还允许用户定义特殊的逻辑、运算，这是通过监控软件的内置编程语言实现的。脚本与一般编程语言类似，在脚本中提供多种运算操作（如赋值、数学运算、逻辑运算），控制语句（如条件判断，循环，分支），以及内置函数等。 脚本的触发方式有多种：一次性执行（如进入窗口时执行）；周期执行；事件触发执行（如数据改变时执行，按键触发）。 脚本也能产生多种输出动作：如向过程数据库写数据；

11、发送短信；调用窗口；产生声响等。,监控组态软件的主流产品,InTouchWonderware公司的产品，目前应用最广泛的监控组态软件。适合于中、小规模的控制系统，特点是使用方便，开发效率高。 iFixGE公司的产品，适合于较复杂的控制系统开发，使用较为复杂，但功能更强大。 WinCC西门子公司的产品，主要用于包含西门子控制器的控制系统。 组态王亚 控科技的产品，国产的众多监控组态软件中应用较为广泛的一个产品。 Labwindows,Labview-NI公司产品,监控组态软件的主流产品使用简介,将主要介绍InTouch、WinCC、LabWindows、LabView几种产品的使用。主要介绍以下

12、四个方面的内容： 应用程序的定义 人机界面的设计 标记（Tag）的配置 报警管理的设计,Labview 简介,Labview是Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench(实验室虚拟仪器集成环境)的简称，是由美国国家仪器公司(National Instrument)创立的一个功能强大而又灵活的仪器和分析软件应用开发工具。,Labview程序简称VI，它不同于基于文本的编程语言(如Fortran和C)，它是一种图形化的编程语言，其编程过程就是通过图形符号描述程序行为。,Front Panel Controls = Inputs Indic

13、ators = Outputs,LabVIEW Programs Are Called Virtual Instruments (VIs),Block Diagram Accompanying “program” for front panel Components “wired” together,Boolean Control,Double Indicator,Waveform Graph,Panel Toolbar,VI Front Panel,VI Block Diagram,Numeric Constant,Thermometer Terminal,Call to subVI,Whi

14、le Loop,Knob Terminal,Stop Button Terminal,Stop Loop Terminal,Temperature Graph,Controls Palette (Panel Window),Functions Palette (Diagram Window),Status Toolbar,Run Button Continuous Run Button Abort Execution Pause/Continue Button Text Settings Align Objects Distribute Objects Reorder,Execution Hi

15、ghlighting Button Step Into Button Step Over Button Step Out Button,Additional Buttons on the Diagram Toolbar,Status Toolbar,Open a Virtual Instrument,Signal Generation and Processing.vi,Control Terminals,Block Diagram Window,Front Panel Window,Indicator Terminals,Creating a VI,Creating a VI Block D

16、iagram,Exercise 1,Complete Convert C to F.vi, then create Thermometer.vi.,DAQ Data Acquisition,Simple Temperature Acquisition Example Two parameters Device = 1 Channel = 0,Hardware Connections,BNC-2120,SCB-68,SC-2075,Labwindows/CVI 简介,LabWindows/CVI是National Instruments公司推出的一套面向测控领域的软件开发平台。 它以ANSI C

17、为核心，将功能强大，使用灵活的C语言平台与数据采集，分析和表达的测控专业工具有机地接和起来。 它的集成化开发平台，交互式编程方法，丰富的控件和库函数大大增强了C语言的功能，为熟悉C语言的开发人员建立检测系统，自动测量环境，数据采集系统，过程监控系统等提供了一个理想的软件开发环境。,初步认识CVI程序设计,创建一个如下的图形用户界面（User Interface）。,按下Acquire按扭，计算机会自动产生一个正弦波形并画在图形显示区中；当按下Clear按扭后则清除正弦波形；当按下Quit按扭后退出该程序。,当LabWindows/CVI打开后你就会见到如下所示的一个空的项目（Project）窗

18、：,第一步：创建用户界面 创建控件元素： 从Project窗中选择：FileNewUser Interface(*.uir)创建一个用户接口文件（*.uir），CVI会自动弹出如下所示的窗口：,在该窗中Untitled Panel 的灰色区域中单击鼠标右键，变会弹出一个快捷菜单如下所示,从该菜单中选择：Command ButtonSquare Command Button 点击左键后便会创建一个方形的按扭。 由于本程序总共需要三个按扭，所以按照上面的步骤再创建两个方形按扭。从该菜单中选择：GraphGraph ,创建一个用于图形显示的Graph。,修改用户界面中各控件元素的属性： 1修改Pan

19、el的属性： 在Untitled Panel中双击一下，便会弹出Panel的一个Edit Panel窗，如下图所示：,修改Graph的属性：,完成以上工作后，Panel应该如下图所示：,第二步：完成程序的编制,产生程序代码 :让图形用户界面窗口为当前响应状态，如下图所示：,从用户图形界面窗口中选择：CodeGenerateAll Code 然后会显示出如下的界面：,点击OK按扭，便会弹出如下图所示的源代码(Code)窗：,该程序代码共有4个函数： 1main( )函数，是程序的入口，它的功能是初始化程序，装载用户界面面板，并显示。 2AcquireCallback( )函数，当Acquire按

20、扭被点击之后，该函数就是响应该消息的函数。 3 ClearCallback( )函数，当Clear按扭被点击之后，该函数就是响应该消息的函数。 4QuitCallback( )函数，当Quit按扭被点击之后，该函数就是响应该消息的函数。 main( )与QuitCallback( )函数中的代码是计算机自动生成的，而计算机只生成AcquireCallback( )与ClearCallback( )函数的框架，其内部的用来响应并处理消息的代码是需要你自己添加上去的。,运行程序完成项目文件,InTouch,InTouch软件是一个开放的、可扩展的人机界面，为定制应用程序设计提供了灵活性，同时为工业

21、中的各种自动化设备提供了连接能力。,InTouch,新建应用程序 通过“InTouch应用程序管理器”新建或打开已有的应用程序。 新建应用程序步骤如下,1. 在文件菜单上，单击新建，或单击工具栏上的新建工具。 此时会出 现创建新应用程序向导。 2. 单击下一步。 此时会出现第二个创建新应用程序向导。 缺省情况下， 系统将显示 InTouch 目录的路径，后跟 “NewApp“。 3. 在输入框中，输入要从中创建应用程序的目录路径，或单击浏览来 查找目录。 4. 单击下一步。如果您指定的目录不存在，则会出现一个消息对话 框，询问您是否要创建它。单击确定。 此时会出现第三个创建新应 用程序向导对话

22、框。 5. 在名称框中，为新应用程序图标输入一个唯一的名称，应用程序列 在InTouch 应用程序管理器窗口中时，会显示该图标。 6. 在描述框中，给应用程序输入描述。（描述是可选项。不过，如果 您输入了描述，则最多可以使用 255 个字符）。 7. 单击完成。 此时会再次出现InTouch - 应用程序管理器，显示图标与 您为新应用程序指定的名称。,监控界面 通过“WindowsMaker”监控界面。在应用程序窗口中选中应用程序后，选择WindowsMaker命令，进入WindowsMaker画面,WindowsMaker包含两大类图形对象：简单对象和复杂对象。 WindowMaker 有四

23、种基本类型的简单对象：线条，填充图案、文本和按 钮。每种简单对象类型都包含影响其外观的属性。这些属性包括线条颜 色、填充颜色、高度、宽度和方向等，并既可以是静态，也可以是动态 的。 静态属性在应用程序运行期间保持不变。动态属性与表达式值链 接，因此表达式值发生的变化会导致属性发生变化。例如，对象的填充 颜色可以与一个离散表达式的值链接。根据表达式的状态，在表达式为 真时，填充颜色会是一种颜色；在表达式为假时，填充颜色会是另一种 颜色。简单对象的大多数属性都可以设置为动态。一个对象可以有一个 以上的动态属性。动态属性可以任意组合，以取得所需的结果。 除了简单对象外， InTouch 也支持使用有

24、着很大不同的各种复杂对象。如：位图、趋势、符号、单元、向导、ActiveX控件。单元是两个或更多对象、符号或其它单元的集合，它们相互结合形成一个单一的整体。单元在各自的 图形元素之间保持固定的空间关系。单元的每个组件都有它自己的链接。单元用于创建虚拟设备，如游标控制器。,在创建图形对象或符号之后，就可以通过动画来赋予其“生命”。通过附加动画链接，您可以改变对象或符号的外观，以反映标记名或表达式值所发生的变化。例如，您可以创建一个泵符号，在它关闭时显示为红色，在它打开时显示为绿色。您也可以将此泵符号做成一个触动按钮，可供操作员通过单击鼠标或触动（使用触摸屏时）来打开或关闭此泵。通过为对象或符号定

25、义动画链接，您就能使用这些以及其它许多的特殊效果。 InTouch 支持两种基本类型的链接：“触动链接”和“显示链接”。“触 动链接”可供操作员向系统执行输入。“显示链接”则是给操作员显示 输出结果。数值游标或按钮便是“触动链接”的例子。而填充颜色、位 置或闪烁链接则是“显示链接”的例子。 要设置对象或符号的显示链接动画效果 1. 创建并选择要设置动画的对象（线条、填充图案、文本、按钮或符号）。 2. 在特别菜单上，单击动画链接，或者双击该对象。此时会出现包含 所有动画链接的对话框。 也可以右击对象，然后单击动画链接。,3. 单击要将其附加到所选对象的链接的按钮。 4. 输入链接定义的详细资料

26、，然后单击确定。此时会再次出现链接选 择对话框，您可以视需要给该对象创建其它链接。 5. 单击确定以接受该对象的所有链接并关闭对话框。,触动链接用在希望它在运行时是可以“触控”的对象或符号上。它们可供操作员将数据输入系统。例如，操作员可以打开或关闭阀门、输入新 的报警设定点、运行复杂的逻辑脚本，或者使用文本字符串登录，等等。 触动链接在运行时易于识别，因为在触控对象上移动光标，或按 TAB 键 从一个对象移动到另一对象时，触控对象上总是被一个“框”包围着。,要创建离散输入链接 1. 双击对象，或选择对象然后在特别菜单上单击动画链接。此时会出现链接选择对话框。 2. 在用户输入区，单击离散。此时

27、会出现输入 - 离散标记名对话框,3 在用户输入区，单击模拟。此时会出现输入 - 模拟标记名对话框。,4 在用户输入区，单击字符串。此时会出现输入 - 字符串标记名对话框。,标记名字典 “标记名字典”（运行时数据库）是 InTouch 的核心。在运行时，数据库 包含数据库中所有项目的当前值。为了创建运行时数据库， InTouch 需 要了解所有要创建的变量的有关信息。您必须给每个变量指定标记名和 类型。对某些类型的变量， InTouch 还需要一些额外的信息。例如，对 于 I/O 型标记名，InTouch 需要更多的信息，以便能获取数据并转换它供 内部使用。“标记名字典”就是用来输入这些如需有

28、关详细信息的机制。 在 InTouch 数据库中定义标记名时，您必须根据其用法为每个标记名指 定一种类型。例如，如果标记名要读或写另一个 Windows 应用程序（如 “I/O 服务器”）中的值，则它必须是一个 I/O 型标记名。InTouch支持20几种标记名类型。,要定义一个新标记名 1. 在特别菜单上，单击标记名字典，或者在“应用程序浏览器”中， 双击标记名字典。此时会出现标记名字典对话框。 2. 单击新建。（此时标记名框的内容会被清除）。 3. 在标记名框中，输入要给新标记名使用的名称。,4. 单击类型。此时会出现标记类型对话框。,5. 选择标记名类型，然后单击确定。此时会出现所选类型

29、对应的详细 资料对话框。 6. 单击组将标记名指定给特定的“报警组”。此时会出现报警组对话 框。选择要指定给该标记名的“报警组”，然后单击完成。 7. 对于 I/O 型标记名，选择只读以将标记名限制为在运行时处于只读 状态。 8. 对于 I/O 型标记名，选择读写让标记名在运行时可以进行读、写。,报警管理 报警是一种异常条件。通常，报警用于在发生某种错误或 达到某个特定处理阶段时发出信号。 例如，报警可能会指出锅炉超 出安全温度极限，也可能只是简单地通知换班时间已到。 报警可以设置优先级，用于指明情况有多“糟”，或者条件有多“重要”。在锅炉超出温度极限时，严重程度可能“非常糟”或“非常重要”，

30、需立即引起注意以确保生命与财产安全。与之相反，到达换班时间时，严重程度通常“不至于太坏”，甚至非常轻微。 报警的严重程度通常取决于具体环境 - 工厂应用、设备性质、后备系统的可用性、潜在损坏或停机成本等。InTouch 使用一种优先级标准，其中 1 最重要，999 最不重要。 报警状态可能还包含子状态，在这种情况下它被称为多状态报警。例如，模拟报警通常有多个极限值，例如用 “High“ 与“Low“ 用于限定正常操作范围，而用 “HiHi“ 与 “LoLo“ 表示极度偏离正常操作范围。 上述锅炉温度水平就可以是在这些子状态之一的报警条件下。 在继续处于整体报警条件时，也可以在任意两个子状态之间

31、转换。,InTouch 使用两种通知方式来提醒操作员生产过程的活动情况：“报警”与“事件”。 报警表示关于生产过程的警告，它要求操作员作出响应。通常，在过程值超过用户定义的极限时，例如模拟量超过上限值，便会触发报警。 这会触发一种未确认的报警状态，它可以用于向操作员通知有问题发生。 操作员确认报警之后，系统便会返回已确认状态。 事件表示正常的系统状态消息，不要求操作人员作出响应。通常，发生特定的系统条件时，如操作员登录到 InTouch，则会触发一个事件。 如果加以适当配置，InTouch 可以将事件记录到报警数据库，并/ 或在打印机上进行打印输出。,离散： 离散报警对应于离散型标记名。 可以

32、配置报警状态是对应于离散型标记名的 TRUE 状态还是 FALSE 状态，以及相关的报警优级。,模拟：模拟报警对应于整型或实型（浮点）标记名。,SPC： SPCPro 程序可以生成“统计过程控制”报警。 这实际是在InTouch 之外定义的，并通过与报警的其它部分不同的软件执行途径操作。,WinCC,“WinCC“即“WINDOWS CONTROL CENTER“（窗口控制中心） 为在标准PC和WINDOWS NT 环境下实现HMI（人机界面）的功能。 ,WinCC特点,可扩充性：客户机/服务器系统 从简单到复杂任务的扩充 基于各行业和特定技术的扩展功能 开放性：集成ODBC/SQL数据库 强

33、大的标准接口（如OLE,ACtiveX,OPC） 开放的API程序接口用于对WinCC功能和数据库的存取 通用的脚本语言ANSIC 针对所有主要PLC厂商的通讯接口程序,WinCC,新建应用程序 第一次启动WinCC创建应用程序时，需要首先选择所创建的应用程序的类型。WinCC提供3种应用程序类型： 单用户项目 多用户项目 客户端项目 以单用户项目为例，选择单用户项目后，出现项目管理器对话框,管理器左边是导航栏，右边是相应于所选项目的设计区,监控界面 在项目管理器的导航栏中选择“Graphics Designer”,然后右击鼠标，选择“New picture”,进入图形编辑界面,下图是一个简单

34、的示例,标记名设置 WinCC中的标记分为两类：内部标记（internal tag）和过程标记（process tag），内部标记主要用于内部计算得到的变量定义，过程标记用于连接外部过程数据。,在项目管理器的导航栏的“Tag management”中选择”internal tag”，右击鼠标，选择“New tag”,出现“Tag Properties”对话框后，设置相应标记的属性,要建立过程标记，首先需要进行通讯设置，将系统与外部控制器建立连接后才能设置过程标记。 在项目管理器的导航栏中选择一个外部连接，右击鼠标，选择“New tag”,出现“Tag Properties”对话框后，设置相应标记的属性,报警管理 在项目管理器的导航栏中选择”Alarm logging”，右击鼠标，选择“Open”,WinCC提供了报警设置向导功能，用户可以使用向导一步步完成报警设置。 在“Alarm Logging”对话框中选择菜单”File”Select Wizard”，打开报警设置向导。,