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
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