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课程结业论文浅谈监控组态软件技术课程名称:现场总线技术任课教师:许善祥所在学院:信息技术学院专业:电气工程及其自动化班级:08电气五班学生姓名:初晓宇学号:20084073522中国·大庆2011年11月-1-浅析工业监控组态软件的产生及发展1、工业监控组态软件的产生组态的概念是伴随着集散型控制系统(DistributedControlSystem简称DCS)的出现才开始被广大的生产过程自动化技术人员所熟知的。由于每一套DCS都是比较通用的控制系统,可以应用到很多的领域中,为了使用户在不需要编代码程序的情况下便可生成适合自己需求的应用系统,每个DCS厂商在DCS中都预装了系统软件和应用软件。而其中的应用软件,实际上就是组态软件,但一直没有人给出明确的定义,只是将使用这种应用软件设计生成目标应用系统的过程称为组态(Config)或做组态。组态的概念最早来自英文Configuration,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,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。监控组态软件是面向监控与数据采集(SupervisoryControlandDataAcquisition简称SCADA)的软件平台工具,具有丰富的设置项目,使用方式灵活,功能强大。监控组态软件最早出现时,HMI(HumanMachineInterface)或MMI(ManMachineInterface)是其主要内涵,即主要解决人机图形界面问题。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。随着技术的发展,监控组态软件将会不断被赋予新的内容。世界上第一个把组态软件作为商品进行开发、销售的专业软件公司是美国的Wonderware公司,它于20世纪80年代末率先推出第一个商品化监控组态软件Intouch。此后监控组态软件在全球得到了蓬勃发展,目前世界上的组态软件有几十种之多,总装机量有几十万套。伴随着信息化社会的到来,监控组态软件在社会信息化进程中将扮演越来越重要的角色,每年的市场增幅都会有较大增长,未来的发展前景十分看好。监控组态软件是伴随着计算机技术的突飞猛进发展起来的。60年代虽然计算机开始涉足工业过程控制,但由于计算机技术人员缺乏工厂仪表和工业过程的知识,导致计算机工业过程系统在各行业的推广速度比较缓慢。70年代初期,微处理器的出现,促进了计算机控制走向成熟。首先,微处理器在提高计算能力的基础上,大大降低了计算机的硬件成本,缩小了计算机体积,很多从事控制仪表和原来一直就从事工业控制计算机的公司先后推出了新型控制系统。这一历史时期较有代表性的就是1975年美国Honeywell公司推出的世界上第一套DCSTDC-2000。随后的20年间,DCS及其计算机控制技术日趋成熟,得到了广泛应用。此时的DCS已具有较丰富的软件,包括计算机系统软件(操作系统)、组态软件、控制软件、操作站软件、其它辅助软件(如通讯软件)等。这一阶段虽然DCS技术、市场发展迅速,但软件仍是专用和封闭的。除了在功能上不断加强外,软件成本一直居高不下,造成DCS在中小型项目上的单位成本过高,使一些中小型应用项目不得不放弃使用DCS。80年代中后期,随着个人计算机的普及和开放系统(OpenSytem)概念的推广,基于个人计算机的监控系统开始进入市场,并发展壮大。组态软件作为个人计算机监控系统的重要组成部分,比PC监控的硬件系统具有更为广阔的发展空间。这是因为,第一,很多DCS和PLC厂家主动公开通讯协议,加入PC监控的阵营。目前,几乎所有的PLC和一半以上的DCS都使用PC作为操作站。第二,由于PC监控大大降低了系统成本,使得市场空间得到扩大,从无人值守的远程监视(如防盗报警、江河汛情监视、环境监控、电信线路监控、交通管制与监控、矿井报警等)、数据采集与计量(如居民水电气表的自动抄表、铁道信号采集与记录等)、数据分析(如汽车/机车自动测试、机组/设备参数测试、医疗化验仪器设备实时数据采集、虚拟仪器、生产线产品质量抽检等)到过程控制,几乎无处不用。第三,各类智能仪表、调节器和PC-Based设备可与组态软件构筑完整的低成本自动化系统,具有广阔的市场空间。第四,各类嵌入式系统和现场总线的异军突起,把组态软件推到了自动化系统主力军的位置。组态软件越来越成为工业自动化系统中的灵魂。组态软件之所以同时得到用户和DCS厂商的认可,有以下几个原因:1、个人计算机操作系统日趋稳定可靠,实时处理能力增强且价格便宜。-2-2、个人计算机的软件及开发工具丰富,使组态软件的功能强大,开发周期相应缩短,软件升级和维护也较方便。目前的多数组态软件都是在Windows3.1或3.2操作系统下逐渐成熟起来的,国外少数组态软件可以在OS/2或Unix环境下运行。目前绝大多数组态软件都运行在Windows98/NT环境下。较理想的环境是WindowsNT或Windows2000操作系统,因为其内核是原来的VMS的变种,可靠性和实时性都好于Windows98.组态软件的开发工具以C++为主,也有少数开发商使用Delphi或C++Builder。一般来讲,使用C++开发的产品运行效率更高,程序代码较短,运行速度更快,但开发周期要长一些,其它开发工具则相反。2、监控组态软件的发展趋势2.1组态软件作为单独行业的出现是历史的必然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。如果他们还是软硬件一起做,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,其市场刚被挖掘出一点点,今后的成长空间还相当广阔。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。曾有一个时期,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。2.2现场总线技术的成熟更加促进了组态软件的应用应该说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学方式的转变,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。同其它网络一样,现场总线的网络系统也具备OSI的7层协议,在这个意义上讲,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。2.3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WinNT和Linux/Unix。Unix系统是计算机软件最早的程序开发环境,整个Unix系统可以粗略地分为三层:最下层是一个与具体硬件相联系的多进程操作系统内核。中间一层是可编程的Shell命令解释程序,它是用户与系统内核的接口,是整个Unix环境中灵活使用与扩展各种软件工具的工具。最外层是用户的实用工具,有多种程序语言、数据库管理系统及一系列进行应用开发的实用工具。2.4在嵌入式整体方案中将发挥更大作用前面已讲过,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。我们从使用方式上把嵌入式系统分为两种:带显示器/键盘的和不带显示器/键盘的。1、带显示器/键盘的嵌入式系统又可分为:带机械式硬盘和带电子盘的嵌入式系统两种。带机械式硬-3-盘(如PC/104可外接硬盘)的嵌入式系统,可装Windows98/NT等大型操作系统,对组态软件没有更多的要求。不带机械式硬盘(带电子盘)的嵌入式系统,由于电子盘的容量受限(也可以安装大容量电子盘,但造价太高),因此此类应用只能安装Windows3.2、WindowsCE、DOS或Linux操作系统。目前支持WindowsCE或Linux的组态软件很少,用户一般或自己亲自编程,或使用以前的DOS环境软件,但一般都存在2000年问题。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得到进一步降低,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情况都使用电子盘,只能安装Windows3.2、WindowsCE、DOS或Linux操作系统,此类应用有的会带外部数据接口(以太网、RS232/485等),目前面向此类应用的组态软件市场潜力巨大。2.5组态软件在CIMS应用中将起到重要作用美国Hairington博士于1973年提出了CIM(ComputerIntegratedManufacturing-计算机集成制造)的概念,主要内容有:企业内部生产各环节密不可分,需统筹协调;工厂的生产过程,实质就是对信息的收集、传递、加工和处理的过程。CIMS所追求的目标是使工厂的管理、生产、经营、服务全自动化、科学化、受控化,最大限度地发挥企业中人、资源、信息的作用,提高企业运转效率和市场应变能力、降低成本。CIMS的概念不仅适用于离散形生产流程的企业,同样适用于生产连续型的流程行业,在流程行业也有人叫CIPS(ComputerIntegratedProcessSystem)。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(含PLC)或以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下面几方面的作用:1、充当DCS(含PLC)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将影响CIMS的进程,受到损失的将是企业本身。组态软件在这方面,即技术改造方面也会发挥更大的作用,促进企业低成本、高效率地实现全厂的信息化建设。3、由于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联,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。2.6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。3、组态软件的特点组态软件最突出的特点是实时多任务。例如,数据采集与输出、数据处理与算法实现、图形显示及人机对话、实时数据的存储、检索管理、实时通讯等多个任务要在同一台计算机上同时运行。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,是使使用者在生成适合自己需要-4-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、集中解决共性问题。下面是组态软件主要解决的问题: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。自动化工程设计技术人员在组态软件中只需填写一些事先设计的表格,再利用图形功能把被控对象(如反应罐、温度计、锅炉、趋
本文标题:浅谈监控组态软件技术
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