浅谈组态软件的特性及其应用开发

计算机光盘软件与应用　２０１２年第１１期　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ＣＤ　Ｓｏｆｔｗａｒｅ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　软件设计开发　浅谈组态软件的特性及其应用开发　鲁飞　（西安航天化学动力厂，西安７１００２５）　摘要：随着工业自动化水平的提高以及计算机技术的广泛应用，人们对工业自动化领域控制软件的通用性和灵活性提　出了更高的要求。人们越来越重视系统软件的组态和配置功能。工控组态软件技术是采用组态软件作为开发平台，开发工　业自动化系统应用软件的技术，有着较强的竞争力和更为广阔的应用前景。本文首先介绍了组态软件的特点、功能与结构，　然后介绍了组态软件的可扩展性和开放性，最后简要介绍了使用组态软件开发应用系统的步骤。　关键词：组态软件；特点；开发　中图分类号：ＴＰ３１１．５２　文献标识码：Ａ文章墒号：１００７—９５９９（２０１２）１１—０２００一ｏ２　随着现代化工业的飞速发展，生产装置规模的不断扩大，生　脚本语言。组态软件通过脚本语言为用户提供了一种二次开发手　产技术及工艺过程愈趋复杂，对企业生产自动化和各种信息的集　成要求也越来越高。在这种形势下，基于微机的工业监控系统以　其高可靠性、高性能、分散控制、集中监视和管理功能以及合理　的性能价格比得到了工业界用户的特殊青睐，并逐渐取代传统的　模拟式控制仪表，在各领域内得到广泛应用。　一、组态软件的特点　组态软件是用户根据应用对象及控制任务的要求，以“搭积　木式”的方式灵活配置、组合各功能模块，构成用户应用软件　组态软件的设计思想是面向对象的思想，它模拟控制工程师在进　行过程控制时的思路，围绕被控对象及控制系统的要求构造“对　象”，从而生成适用于不同应用系统的用户程序。组态软件的原理　是将系统软件的基本部分和工具固定，而将与应用有关的部分变　成数据文件，这些数据文件由组态工具在屏幕上编辑而成。组态　软件具有通用性强、灵活性好和良好的再现性特点，其画面丰富、　操作简单，集多种功能为一体。　组态软件与传统的工业控制软件相比，有其自身的特点。工　控组态软件最突出的特点是实时多任务。其次是安全性和可靠性。　此外，工控组态软件还具有良好的适应性和系统可维护性。　二、组态软件的功能　工控组态软件按功能可分为：人．机界面组态软件，基于ＰＣ　的控制软件（如软ＰＬＣ或软逻辑），数据采集与处理组态软件（如　ＬａｂＶＩＥＷ虚拟仪器组态软件），工业过程监控软件，生产过程的　质量管理软件等。通用组态软件往往是以上软件的功能组合。　在组态软件投入运行后，其功能特征表现为：①自动控制过　程的可视化。在计算机的屏幕上用动画和图表的形式实时显示系　统的工作流程和状态，使控制过程可视化。②过程的监控报警。　对过程的监测参数和变化趋势进行跟踪监测，到达极限值时报警。　③实时采集工业现场数据，并对数据进行处理。④对工业过程进　行自动控制。⑤必要时由操作人员进行手动控制，修改过程参数　和状态。⑥安全机制　不同级别的用户有不同的操作权限。⑦与　管理级计算机进行通讯，为管理部门提供实时数据。⑧报表功能。　实现实时数据和历史数据的浏览和打印。　组态软件大多是由运行环境和开发环境组成的。运行特性是　开发人员在开发环境下通过对图形画面的组态配置、对实时变量　和实时数据库的组态、对ＹＯ设备的配置等完成的。组态软件的　开发环境具有以下功能：（１）强大的图形组态功能。组态软件大　都以Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ　Ｗｉｎｄｏｗｓ平台作为操作平台，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。设计人员可高　效快捷地绘制出各种工艺画面，并可方便进行编辑。（２）实时数　据库组态。在实时数据库中定义数据库变量，建立数据库变量与　ＹＯ设备或网络上的远程数据源的连接，建立数据库变量与图形画　面或动画的连接。（３）提供多种ＹＯ设备的驱动程序。用ＹＯ设　备驱动程序实现与多种类型的ＹＯ设备的数据通讯，交换数据。（４）　・＿＿——２００。・－。——　段，用户可通过脚本语言编写程序，实现设定的控制功能。（５）　丰富的功能模块。通过各种功能模块的挂接，用户可完成实时监　控、报表生成、实时曲线和历史曲线、报警、ＰＩＤ控制等功能。　三、控制系统的软件组态结构　工控组态软件从总体上来看，可分为系统开发环境、系统运　行环境、实时数据库管理和设备驱动四大部分。　（一）系统开发环境　系统开发环境是客户应用程序的集成开发平台。用户通过简　单的操作即能实现满足自己应用需要的系统。　（二）系统运行环境　运行环境将用户在开发环境下定义的图形组态和数据库组态　与实时数据库中的数据联系起来，生成能反映工业现场工作情况　的动画效果，并能通过实时及历史趋势曲线控件、报表控件等　ＡｅｔｉｖｅＸ控件显示和分析从Ｉ／Ｏ设备采集的数据。运行环境和开发　环境相对独立，应用程序在运行环境下独立运行，不需要开发环　境的支持。　（三）实时数据库管理　实时数据库管理是整个组态软件的核心，主要用来读写外围　Ｉ／Ｏ设备的状态和数值并将其保存在数据库中。同时数据库管理应　具有网络通信功能，用于响应客户端的请求，发送和接受数据。　（四）Ｉ／０设备驱动　组态软件通过Ｉ／Ｏ设备驱动程序将实时数据库与外部Ｉ／０设　备连接起来，完成对ＹＯ设备的读写，实现实时数据库与Ｉ，０设　备之间的数据交换。　四、组态软件的可扩展性和开放性　组态软件的发展是与工业自动化系统、软件业及ＩＴ技术的发　展密切相关的。无论是平台的变迁，还是技术的更迭，现代　ＨＭＩ／ＳＣＡＤＡ组态软件系统都折射出同时代工业自动化系统和软　件工业的最先进技术。从工业自动化系统的发展来看，ＰＬＣ技术、　总线和通讯技术、诊断技术等，早已成为ＨＭＵＳＣＡＤＡ组态软件　的核心技术；从软件业和Ｉ１ｒ技术的发展来看，客户机／服务器系　统、Ｗｅｂ技术、组件技术、数据库技术、软件冗余技术乃至方兴　未艾的ＸＭＬ和ＤｏｔＮＥＴ技术等，都已深深地渗透到ＨＭＩ／ＳＣＡＤＡ　组态软件开发、工程实施及运行的各个阶段。　现在的组态软件正在逐渐演变成软件开发平台，组态软件不　仅仅是作为ＨＭＦＳＣＡＤＡ系统软件，还越来越多地被企业用作企　业范围内信息收集和集成的工具。当组态软件本身的功能不能满　足用户特殊需要时，用户可以根据自己的需要进行二次开发。开　发手段从最初的简单的脚本语言发展到在组态软件中采用标准化　的组件技术。组态软件采用标准化技术还便于将局部的功能进行　互连。　对过程通讯的开放性接口的支持，通常在一个工控系统解决　（下转第１９９页）　计算机光盘软件与应用　２０１２年第１１期　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ＣＤ　Ｓｏｆｔｗａｒｅ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　表２软件建模教学安排　教学内容　必备知识　软件设计开发　学习情景　（学时）　训练项目（学时）　教学　目标　１．扫雷游戏（２Ｏ）　软件建模基础知识　建模用例模型，表达系统的功能需求；建模数　１．２需求建模（４）　据流图，分析系统的数据存储；建模活动图、　进行个体开发，实践软件开发的　顺序图，表示系统的业务流程；　完整过程；　１．３建立软件分析类图（４）　建棋荚图，表不程序的主璺荚结构；　理解各阶段的主要任务；　建模顺序图应用模型表达设计思想；　描述程序运行时按照时间顺序展　编码实现模型１　４建立软件设计、实现模型（４）　开的对象间的交互过程；建模状态图，表示顺　会拟定项目开发计划；序图与类图的映射撰写主要　，．１．１软件建模概览（４）　、１建模组件图；　的技术文档。　．５软件实现（４）　，表示系统的组件构成及其相互关　系。　２．１建模软件功能模型（４）　用例建模中优先级的划分；　２．新闻发布系统　２．２建模软件实现模型（４）　确定软件的部署结构，建模组件图、部署图、　能实现系统的逆向工程，会撰写　（１２）　包图；　详细设计文档。　２代码与类模型的映射，代码与动态模型的映　．３建模软件类模型（４）　射。　３需求分析的方法及手段，建模用例图、活动图、．１需求分析及建模（４）　顺序图　用模型表达设计思想；　，建模Ｅ．Ｒ图；　准确界定系统边界，有效进行需　３．学生服务中心　３．２建立软件分析类图（８）　软件模型的迭代过程，建模领域类模型及实体　求调研，完成需求建模：　超市收银系统的分　类模型；　在项目经理的带领下完成软件　析设计与建模（２８）　３动态模型的高层建模，动态模型与静态模型的　．３建立软件设计模型（６）　迭代分析类图；　；　各组通过协调讨论制定项目开　３．４建立软件实现模型（６）　建模实现方式图，表达系统的组成及部署　发计划，完成相应模块的设计与　３．５快速原形实现（４）　模型与代码的映射　建模，撰写主要的技术文档。　四、结语　［２】何晓蓉，等．软件工程与ＵＭＬ案例解析［Ｍ】．北京：中国　在整个《软件建模》课程的学习过程中，除通过学习性项目　铁道出版社，２０１０，１０　完成６Ｏ学时的课堂教学之外，将剩余４８学时用于进行校内实训、　［３］谭云杰．大象一Ｔｈｉｎ￣ｎｇ　ｉｎ　ＵＭＬ［Ｍ］．北京：中国水利水　公司顶岗实习等形式的实践，用项目评审或产品发布会的形式进　电出版社，２００９，１　行评定验收，同时结合校内、校外的各类软件技术大赛检验教学　效果，充分保证学生通过自己的实践完成本课程的学习。　参考文献：　［作者简介］刘洁，（１９８Ｏ一），　性别：女，民族：汉，籍贯：　【１】曾静．软件开发生命周期与统一建模语言ＵＭＬ［Ｍ］．北京：中　湖北武汉人，学历：硕士，职称：　讲师、电子信息工程师，主要　国水利水电出版社。２００８，２　研究方向：计算机软件技术。　（上接第２００页）　模越大，组态软件的价格越高。在实时数据库中，系统以点为单　方案中集中不同制造厂商的仪器和应用程序是一件复杂的工作。　位存放各种信息。点是一组数据值的集合。如对ＹＯ设备——多　在这种背景下产生了过程通讯的开放性接口（ｏＰｃ，ＯＬＥ　ｆｏｒ　路温度采集器，一个Ｉ，０点对应一路温度采集参数值的集合，包　Ｐｒｏｃｅ￣Ｃｏｎｔｒｏ１）标准。在目前的情况下，ＯＰＣ是基于微软ＣＯＭ（组　括温度值、温度上限报警值、温度下限报警值。除了ＹＯ点外，　件对象模型）技术的。现在许多自动化领域的著名厂商都支持　系统组态时可能还需要一些其他类型的点，如存放计算结果的　ＯＰＣ接口，这样，集成各个厂家的设备和应用程序就非常容易。　点、状态点等。因此，在选择组态软件的点数时要多于实际的ＹＯ　集成在组态软件基本系统中的ＯＰＣ　Ｓｅｒｖｅｒ可以让其他兼容ＯＰＣ　点数，留有一定的余量。（２）组态ＹＯ设备驱动，根据所选设备　的应用程序访问组态软件系统实时数据库中的过程数据，进行进　的型号，在组态软件的开发环境下添加设备对应的驱动程序。（３）　一步的数据处理。将外部ＹＯ设备设置为ＯＰＣ　Ｓｅｒｖｅｒ，组态软件　建立实时数据库，建立数据库中的点，定义点的类型、参数。（４）　系统设置为ＯＰＣ　Ｃｌｉｅｎｔ，组态软件就可以通过ＯＰＣ与ＹＯ设备之　定义数据连接。在实时数据库中建立点的参数与ＹＯ设备通道或　间进行数据通讯。在构造企业信息平台的进程中，组态软件将成　网络数据源的对应关系，即定义数据连接。　为中问件，通过组态软件，将生产信息和企业资源重组系统整合　然后进行设计组态静态画面，建立动画连接，将图形对象与　到一起，使生产效率和市场效益最大化。　实时数据库的变量建立起动画连接关系，设置动画属性。编写动　五、使用组态软件开发应用系统的步骤　作脚本，对触发事件编写动作脚本，实现特定的功能。最后对组　工控组态软件通过ＹＯ设备驱动程序从现场设备中采集实时　态内容进行调试。有的组态软件提供了仿真运行环境，可进行仿　数据，对实时数据进行处理后，以图形或图形动画的方式显示在　真调试运行，再投入运行。　显示器上。同时根据工艺流程要求和操作人员的命令，将控制指　参考文献：　令数据发送给ＹＯ设备实施控制作用。　『１１郁汉琪主编．电气控制与可编程序控制器应用技术【Ｍ］．东　在用工控组态软件开发应用系统时，首先要根据系统的工艺　南大学出版社，２００３　流程确定系统的功能，定义系统的功能模块，然后配置系统的实　『２１洪中．组态软件设计中的模式应用Ⅱ］．微计算机信　时数据库资源和ＹＯ设备，设计监控系统的人．机界面，编写动作　息，２００７，２８　脚本程序。组态设计完成后进行调试、仿真，最后交付使用，投　『３１李郴，孙继平．组态软件中用户功能模块的设计技巧卟煤矿　入运行。　自动化，２００１，０６　使用工控组态软件的典型组态步骤如下：（１）确定ＹＯ点　组　【４】莫晓齐，王耀南．组态软件用户图形界面的设计与开发Ⅱ】．计　态软件的价格通常是与其ＹＯ点数有关的。点数越多，系统的规　算机工程与设计，２００６，０１　－－－——１９９・・－——