【正文】 ，不能保證工期。對于過去需要幾個(gè)月的工作，通過組態(tài)幾天就可以完成。組態(tài)軟件應(yīng)該能支持各種工控設(shè)備和常見的通信協(xié)議，并且通常應(yīng)提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能。 組態(tài)軟件的功能：（1）工業(yè)生產(chǎn)過程的動態(tài)可視化控制；（2）生產(chǎn)過程中生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集和管理；（3）生產(chǎn)過程監(jiān)控報(bào)警；（4）報(bào)表功能；（5）基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的上傳和相應(yīng)控制。 國內(nèi)外主要組態(tài)軟件產(chǎn)品介紹運(yùn)行在工業(yè)現(xiàn)場、樓宇自動化的監(jiān)控軟件有很多種，各種監(jiān)控軟件都有著傳統(tǒng)的功能，均是提供工業(yè)現(xiàn)場控制、樓宇控制的自動化解決方案，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場生產(chǎn)的遠(yuǎn)程可視化過程，現(xiàn)場數(shù)據(jù)獲取和監(jiān)控功能的工具；同時(shí)這些軟件在監(jiān)控中為了權(quán)衡矛盾，在軟件設(shè)計(jì)中有所側(cè)重，再加上各軟件的設(shè)計(jì)方案不大一致，運(yùn)用技術(shù)不同，因而在它們的功能反映上就有著自己的鮮明的特點(diǎn)。Intellution將自己最新的產(chǎn)品系列命名為iFiX，在iFiX中，Intellution提供了強(qiáng)大的組態(tài)功能，但。遺憾的是。Intellution也是OPC（OLE for Process Control）組織的發(fā)起成員之一。4 / 62(2) WinCC：Simens的WinCC也是一套完備的組態(tài)開發(fā)環(huán)境，Simens提供類Ｃ語言的腳本，包括一個(gè)調(diào)試環(huán)境。但WinCC的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，用戶最好經(jīng)過Simens的培訓(xùn)以掌握WinCC的應(yīng)用。組態(tài)王提供了資源管理器式的操作主界面，并且提供了以漢字作為關(guān)鍵字的腳本語言支持。(4) Controx（開物）：華富計(jì)算機(jī)公司的Controx2022是全32位的組態(tài)開發(fā)平臺，為工控用戶提供了強(qiáng)大的實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線、報(bào)警、數(shù)據(jù)報(bào)表及報(bào)告功能。提供面向?qū)ο蟮哪_本語言編譯器，支持ActiveX組件和插件的即插即用，并支持通過ODBC連接外部數(shù)據(jù)庫。(5) ForceControl（力控）：大慶三維公司的力控從時(shí)間概念上來說，力控也是國內(nèi)較早就已經(jīng)出現(xiàn)的組態(tài)軟件之一。大約在93年左右，力控就已形成了第一個(gè)版本，只是那時(shí)還是一個(gè)基于DOS和VMS的版本。但直至Windows95版本的力控誕生之前，它主要用于公司內(nèi)部的一些項(xiàng)目。在1999~2022年期間，力控得到了長足的發(fā)展，、易用性、開放性和5 / 62I/O驅(qū)動數(shù)量，都得到了很大的提高。MCGS能夠完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警和安全機(jī)制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報(bào)表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。但是為了解決工業(yè)控制中系統(tǒng)功能與性能的矛盾，因調(diào)節(jié)矛盾的側(cè)重點(diǎn)不同而形成自己的特點(diǎn)。 組態(tài)軟件的發(fā)展趨勢組態(tài)軟件是工業(yè)應(yīng)用軟件的一個(gè)組成部分，其發(fā)展受到很多因素的制約。未來的傳感器、數(shù)據(jù)采集裝置、控制器的智能化程度越來越高，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)瀏覽和管理的需求日益高漲，有的買主甚至要求在自己的辦公室里監(jiān)督定貨的制造過程。即使這樣，也不能認(rèn)為不再需要組態(tài)軟件了。這就導(dǎo)致組態(tài)軟件不可能退出市場，因?yàn)樾枨笫谴嬖诘?。I/O 驅(qū)動軟件也逐漸會朝標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展。組態(tài)軟件的靈活程度和使用效率是一對矛盾，雖然組態(tài)軟件提供了很多靈活的技術(shù)手段，但是在多數(shù)情況下，用戶只使用其中的一小部分，而使用方法的復(fù)雜化又給用戶熟悉和掌握軟件帶來的很多不必要的麻煩。在有些應(yīng)用領(lǐng)域，自動監(jiān)控的目標(biāo)及其特性比較單一且數(shù)量較多，用戶希望自動生成大部分自動監(jiān)控系統(tǒng)，例如在電梯自動監(jiān)控、動力設(shè)備監(jiān)控、鐵路信號監(jiān)控等應(yīng)用系統(tǒng)。組態(tài)軟件應(yīng)該向更多的應(yīng)用領(lǐng)域拓展和滲透。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，組態(tài)軟件應(yīng)該更多地總結(jié)這些領(lǐng)域的需求，設(shè)計(jì)出符合應(yīng)用要求的開發(fā)工具，更好地滿足這些行業(yè)對軟件的需求，進(jìn)一步減少這些行業(yè)在自動測試、數(shù)據(jù)分析方面的軟件成本，提高系統(tǒng)的開放程度。為此，一種稱為“軟總線”的技術(shù)將被廣泛采用。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是：所有插件遵從統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，插件的專用性強(qiáng)，每個(gè)插件開發(fā)人員之間不需要協(xié)調(diào)，一個(gè)插件出現(xiàn)故障不會影響其他插件的運(yùn)行。 本課題研究的內(nèi)容本文的主要工作集中在以下幾個(gè)方面：（1）對于組態(tài)軟件的當(dāng)前研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢做出分析，并分析了目前市場上組態(tài)軟件，特別是 MCGS 組態(tài)軟件的基本工作原理和功能特點(diǎn)。并針對設(shè)計(jì)要用的軟、硬件進(jìn)行了選型。（4）主要針對雙容水箱對象，利用 MCGS 監(jiān)控組態(tài)軟件，設(shè)計(jì)組態(tài)監(jiān)控界面，完成顯示控制流程，實(shí)時(shí)曲線，結(jié)構(gòu)框圖，歷史曲線，報(bào)表打印，報(bào)警等功能。（5）對目前研究工作進(jìn)行總結(jié)并對今后的研究方向進(jìn)行展望。 MCGS 為用戶提供了解決實(shí)際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺，能夠完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警和安全機(jī)制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報(bào)表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。MCGS 具有操作簡便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)、高性能、高可靠性等突出特點(diǎn)，已成功應(yīng)用于石油化工、鋼鐵行業(yè)、電力系統(tǒng)、水處理、環(huán)境監(jiān)測、機(jī)械制造、交通運(yùn)輸、能源原材料、農(nóng)業(yè)自動化、航空航天等領(lǐng)域，經(jīng)過各種現(xiàn)場的長期實(shí)際運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。當(dāng)監(jiān)控軟件處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，能夠通過界面系統(tǒng)實(shí)時(shí)地反映各個(gè)被監(jiān)控對象的狀態(tài)。其軟件模塊關(guān)系如圖 所示。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的功能特性與實(shí)時(shí)應(yīng)用的語義緊密相關(guān)，故必須首先進(jìn)行應(yīng)用分析以明確其性質(zhì)與要求，從而確定設(shè)計(jì)目標(biāo)、功能、特性、系統(tǒng)模型。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)首先是能夠?qū)?shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的“點(diǎn)”信息進(jìn)行配置，描述數(shù)據(jù)庫中各種數(shù)據(jù)點(diǎn)的特征、屬性，起到數(shù)據(jù)字典的功能。這就是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的10 / 62組態(tài)功能，它是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫運(yùn)行系統(tǒng)的基礎(chǔ)。這些實(shí)時(shí)組件的構(gòu)造，其目的是為了構(gòu)造一種系統(tǒng)機(jī)制在該機(jī)制的驅(qū)動下，盡可能地滿足其作為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)庫狀態(tài)最新，保障時(shí)間一致性和實(shí)時(shí)的、及時(shí)的事務(wù)處理等。其中組態(tài)狀態(tài)和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)狀態(tài)類似，用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫組態(tài)開發(fā)階段，不考慮實(shí)時(shí)性問題:運(yùn)行狀態(tài)是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主要狀態(tài)，它不同于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的執(zhí)行模式，是一種基于優(yōu)先級的事務(wù)執(zhí)行模式。因此監(jiān)控組態(tài)軟件的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)分為以下幾個(gè)部分：組態(tài)數(shù)據(jù)庫(數(shù)據(jù)典)、事件庫、主動規(guī)則庫及其規(guī)則編輯系統(tǒng)、優(yōu)先級庫、歷史數(shù)據(jù)庫、內(nèi)存實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和實(shí)時(shí)運(yùn)行系統(tǒng)。如今傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫發(fā)展比較成熟，各個(gè)公司都開發(fā)出相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)比如 ORACLE, SQLSERVER, ACCESS, FOXPRO 等，為了方便不同數(shù)據(jù)庫的互聯(lián)，各數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)都對統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫訪問接口提供了支持，比如 ODBC, DAO, ADO 等。(2) 事件(報(bào)警)數(shù)據(jù)庫事件庫也可稱為報(bào)警庫。報(bào)警數(shù)據(jù)庫通過報(bào)警確定唯一性，記錄報(bào)警類型、文本信息、音頻報(bào)警的支持文件、報(bào)警條件、響應(yīng)操作等信息。②記錄用戶對報(bào)警的響應(yīng)。由于報(bào)警數(shù)據(jù)庫主要是針對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和處理，基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫完成操作。目前廣泛使用的工業(yè)組態(tài)軟件將其并入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。對于復(fù)雜的情形，某種事務(wù)活動有可能與多個(gè)數(shù)據(jù)狀態(tài)相關(guān)，多個(gè)數(shù)據(jù)狀態(tài)必須滿足一定條件，事務(wù)活動才能觸發(fā)執(zhí)行，因此主動規(guī)則庫功能如下:(事件與條件)；；，則觸發(fā)執(zhí)行相應(yīng)的活動。在運(yùn)行狀態(tài)下，也需要載入內(nèi)存中以提高運(yùn)行速度，系統(tǒng)線程周期性掃描該規(guī)則庫，同時(shí)觸發(fā)相應(yīng)的事務(wù)。該優(yōu)先級與數(shù)據(jù)點(diǎn)的實(shí)時(shí)特性和現(xiàn)在的時(shí)間息息相關(guān)，為了滿足系12 / 62統(tǒng)的時(shí)間一致性和定時(shí)限制，動態(tài)調(diào)整優(yōu)先級，使最需要更新的數(shù)據(jù)獲得系統(tǒng)資源。(5) 歷史數(shù)據(jù)庫歷史數(shù)據(jù)庫是一種時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫，它存儲的是隨時(shí)間變化的信息，具有時(shí)間相關(guān)性。在監(jiān)控組態(tài)系統(tǒng)中，有些數(shù)據(jù)是需要以時(shí)間作為橫坐標(biāo)進(jìn)行歷史存儲的，為系統(tǒng)將來的決策提供歷史依據(jù)。因此歷史數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)儲機(jī)制也相當(dāng)重要，為了不丟失歷史數(shù)據(jù)，又減輕磁盤的I/0 重負(fù)，引入歷史數(shù)據(jù)的緩沖技術(shù)。即便如此，我們又會看到新的問題，歷史數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量是很大的，而磁盤的容量有限，怎樣才能保證系統(tǒng)不會因磁盤容限而導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。再就是，當(dāng)磁盤容量到達(dá)危險(xiǎn)容量值時(shí)，做出報(bào)警，要求將歷史數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲到別的備份磁盤。(6) 內(nèi)存實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫內(nèi)存實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫包含對內(nèi)存數(shù)據(jù)庫的訪問、數(shù)據(jù)庫索引、歷史數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、內(nèi)存實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的時(shí)間戮，以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)本身的各種屬性，是系統(tǒng)交互的核心區(qū)，系統(tǒng)驅(qū)動運(yùn)行的數(shù)據(jù)來源。 MCGS 組態(tài)軟件的系統(tǒng)構(gòu)成 MCGS 組態(tài)軟件的整體結(jié)構(gòu)MCGS 軟件系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩個(gè)部分，如圖 所示。運(yùn)行環(huán)境則按照組態(tài)環(huán)境中構(gòu)造的組態(tài)工程，以用戶指定的方式運(yùn)行，并進(jìn)行各種處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能。用戶在MCGS 組態(tài)環(huán)境中完成動畫設(shè)計(jì)、設(shè)備連接、編寫控制流程、編制工程打印報(bào)表等全部組態(tài)工作后， 的工程文件，又稱為組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫，其與 MCGS 運(yùn)行環(huán)境一起，構(gòu)成了用戶應(yīng)用系統(tǒng)，統(tǒng)稱為“工程” 。在運(yùn)行環(huán)境中完成對工程的控制工作。如圖 所示。工程運(yùn)行流程的控制編寫控制程序選用功能構(gòu)件定義不同類型和名稱的變量設(shè)置工程中人機(jī)交互的界面配置設(shè)備注冊設(shè)備驅(qū)動程序定義數(shù)據(jù)變量設(shè)備窗口 用戶窗口 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫 運(yùn)行策略MCGS 工控組態(tài)軟件圖 MCGS 組態(tài)軟件五大組成部分主控窗口：是工程的主窗口或主框架。主要的組態(tài)操作包括：定義工程的名稱，編制工程菜單，設(shè)計(jì)封面圖形，確定自動啟動的窗口，設(shè)定動畫刷新周期，指定數(shù)據(jù)庫存盤文件名稱及存盤時(shí)間等。在本窗口內(nèi)配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設(shè)備，注冊設(shè)備驅(qū)動程序，定義連接與驅(qū)動設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫：是工程各個(gè)部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心，它將 MCGS 工程的各個(gè)部分連接成有機(jī)的整體。運(yùn)行策略：本窗口主要完成工程運(yùn)行流程的控制。 MCGS 組態(tài)軟件的特點(diǎn)MCGS組態(tài)軟件要求在WINDOWS95,WINDOWS98或WINDOWSNT操作系統(tǒng)環(huán)境下運(yùn)行。MCGS 工控組態(tài)軟件具有如下特點(diǎn):（1） 功能全面、應(yīng)用靈活, 提供從設(shè)備驅(qū)動、流程控制到數(shù)據(jù)處理、動畫及報(bào)表顯示、報(bào)警輸出等一套完整的系統(tǒng)軟件, 并且具有開放性結(jié)構(gòu), 用戶可以掛接自己的應(yīng)用程序模塊, 具有良好的通用性和可維護(hù)性。（3） 組態(tài)軟件與設(shè)備無關(guān), 系統(tǒng)提供各種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備驅(qū)動程序, 可與各種工控設(shè)備連接。16 / 62（4） 以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫為核心, 將有關(guān)信息以事件的方式發(fā)送到系統(tǒng)的各個(gè)部分, 解決了系統(tǒng)中各功能部件的相關(guān)性問題。（5） 支持網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),MCGS提供WWW版本, 用戶可通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程采集數(shù)據(jù), 發(fā)送數(shù)據(jù)和事件,不同的工作站之間可實(shí)時(shí)交換數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)分布式控制、管理和系統(tǒng)集成。MCGS 在確保安全的情況下可以對多個(gè)系統(tǒng)模塊進(jìn)行安全授權(quán)。包括數(shù)據(jù)采集和連接庫文件，設(shè)備驅(qū)動程序中包含符合各種設(shè)備通訊協(xié)議的處理程序，將設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的特征數(shù)據(jù)采集進(jìn)來或發(fā)送出去。所謂動畫屬性，實(shí)際上是反映圖形大小、顏色、位置、可見度、閃爍性等狀態(tài)的特征參數(shù)。同時(shí)，可利用 MCGS 提供的網(wǎng)絡(luò)功能，在工作站上直接對服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行讀寫操作。MCGS 把各種網(wǎng)絡(luò)形式，以父設(shè)備構(gòu)件和子設(shè)備構(gòu)件的形式，供用戶調(diào)用，并進(jìn)行工作狀態(tài)、端口號、工作站地址等屬性參數(shù)的設(shè)置。MCGS 提供了豐富的功能構(gòu)件，供用戶選用，通過構(gòu)件配置和屬性設(shè)置兩項(xiàng)組態(tài)操作，生成各種功能模塊（稱為“用戶策略”），使系統(tǒng)能夠按照設(shè)定的順序和條件，操作實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對動畫窗口的任意切換，控制系統(tǒng)的運(yùn)行流程和設(shè)備的工作狀態(tài)。18 / 62雙容水箱控制系統(tǒng)由過程控制對象雙容水箱、傳感器、變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器、顯示器和計(jì)算機(jī)等組成。裝置中的各參數(shù)返回 PLC 中，通過讀寄存器顯示在計(jì)算機(jī)的界面上。具有 PPI 通訊協(xié)議。系統(tǒng)的硬件接線圖如圖 所示。本設(shè)計(jì)中的雙容水箱控制系統(tǒng)采用沈飛公司的SACJXGK小型過程控制裝置。雙容水箱液位控制實(shí)驗(yàn)儀主要由2個(gè)柱形水箱，1個(gè)20 / 62蓄水箱，2個(gè)抽水泵，2個(gè)出水口和5個(gè)比例控制閥門組成，其中柱形水箱分別設(shè)有進(jìn)水和出水閥門，并且2水箱之間有連接閥。在實(shí)驗(yàn)過程中，蓄水箱中的水被泵抽出后分別經(jīng)過比例閥比例閥2進(jìn)入柱形水箱1和柱形水箱2 ,然后分別通過各自的出水閥門流回蓄水箱中。特別地，2個(gè)柱形水箱之間設(shè)有比例連接閥，通過調(diào)節(jié)連接閥的開度大小可以改變2個(gè)柱形水箱之間的水流量。擾動 擾動 閥 2閥 4閥 1LT調(diào)節(jié)器變頻器 電機(jī) 泵圖 雙容水箱液位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖21 / 62此水箱系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：（1）靈活可變的對象。將相鄰液位之間的連通閥門打開就可以構(gòu)成高階對象。實(shí)際對象通常具有時(shí)延，為了模擬對象時(shí)延還可以人為加入軟件延時(shí)以達(dá)到純延時(shí)的效果。復(fù)雜工業(yè)對象各控制回路間往往是相互耦合的，考慮到這一點(diǎn)在設(shè)計(jì)雙輸入雙輸出控制時(shí)通過打開連通閥使二個(gè)回路之間產(chǎn)生相互耦合，并通過改變閥門開度大小來改變耦合的強(qiáng)度。這樣可以感受到系統(tǒng)耦合對控制器參數(shù)設(shè)計(jì)的影響。實(shí)際系統(tǒng)具有各式各樣的擾動。在實(shí)驗(yàn)裝置中。還可以改變流出閥門的開度來模仿旁路閥門的開啟對控制系統(tǒng)的影響，考核控制參數(shù)的優(yōu)劣和系統(tǒng)抗外擾的能力。這些擾動作用的大小和擾動的快慢都可以由人為決定。當(dāng)手閥門關(guān)死時(shí),兩個(gè)水箱之間的水不能互相流通,在這種狀態(tài)下實(shí)施控制,就相當(dāng)于單獨(dú)對各自的水箱液位實(shí)施控制。這時(shí)的控制算法就不能僅僅根據(jù)本身的液位高度設(shè)計(jì)控制量,還需要采用另一水箱的液位高度來修正這一控制量,另一水箱的控制量的獲得同樣如是。既可組成單回路調(diào)節(jié)又可組成串級調(diào)節(jié),還可以加常值干擾，而且干擾作用點(diǎn)可加在不同處。系統(tǒng)組成單回路系統(tǒng)。由于此回路方式中，兩水槽是連通的，從而達(dá)到調(diào)節(jié)水槽2液位的目的。SSR1LT2水箱 2液位水箱 1液位電機(jī) 1圖 單回路控制原理圖圖中： LT2：液位變送器 SSR1：固態(tài)繼電器此雙容水箱液位控制系統(tǒng)還可以進(jìn)行多種實(shí)驗(yàn)，如串級控制、比值控