计算机控制技术第7章课件.ppt
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1、第第7章章 计算机控制系统软件计算机控制系统软件 主要内容本章阐述了计算机控制系统软件的基本概念,明确了系统软件和应用软件在计算机系统中的地位及功能,简述了几种组态软件的特点和作用,介绍了虚拟仪器的用途。学习任务初识计算机控制系统软件和组态软件的概念。了解计算机控制系统软件的功能和发展概况。掌握几种组态软件及其图形开发界面。认知虚拟仪器的功能及用途。7.1.1 计算机控制系统软件的基本概念和类型计算机控制系统软件的基本概念和类型1.系统软件 系统软件是由计算机的制造厂商提供的,用来管理计算机系统的资源,为开发应用软件提供使用资源服务,支持各种设计语言、算法库、工具软件的运行和使用,方便用户使用
2、计算机软件。一般系统软件可分为:监控程序和操作系统、汇编语言、高级算法语言和数据库系统、支撑软件和开发系统。2.应用软件应用软件是由计算机控制系统设计人员针对生产过程中特定任务而编写的控制和管理程序的总和。它以模块结构形式进行设计,即一个模块就是一个子程序,然后通过子程序的调用实现控制功能。一般应用程序可分为:通用程序和专用程序。7.1 计算机控制系统软件概述计算机控制系统软件概述 7.1.2 计算机控制系统软件的功能计算机控制系统软件的功能 计算机控制系统的任务就是要实现企业对生产过程的实时监控和在线管理,全方位多角度地把握整体生产,从而制定出全面的控制策略扩大生产。通常,计算机控制系统都采
3、用CIMS的模型结构体系,自底向上分为五层:(1)设备控制层 (2)过程控制层(3)调度层 (4)管理层(5)决策层由上述计算机控制系统结构可见,各层的工作任务是紧密相连的,然而要实现上述任务还必须得借助应用软件才能完成。一般来说,计算机控制系统应用软件在设计时要考虑以下几方面:(1)系统功能是否完善(2)系统内各种功能能否协调运行(3)保证人机接口良好(4)系统的可扩展性能如何为了满足计算机控制系统的这么多要求,在设计应用软件的程序时必须使其具有实时多任务的功能,具体的任务有:实时数据采集 信号处理控制策略 闭环输出数据显示、人机对话和报表打印监视和报警系统保护 数据存储 通信功能和数据共享
4、7.1.3 计算机控制系统软件的发展概况计算机控制系统软件的发展概况 在计算机控制系统发展初期,计算机技术在自动控制领域内的使用仅处于小规模研制和应用阶段,没有通用软件可供选择,企事业单位需要自己开发和研制相应的应用软件。为了提高计算机控制系统软件的功能和扩大应用范围,一些厂商在发展系统的同时,也致力于开发控制软件产品。现在,很多工程企业单位都不再自己组织人员开发应用软件,而是愿意购买适合自己的控制软件产品来实现自己的系统应用。近年来,应用于工业过程计算机控制、可满足不同规模控制系统的各种优秀商品化软件产品更是层出不穷,其总的发展趋势有两个方向:1.工业控制组态软件 它不仅可以由独立软件厂商开
5、发,也可以是控制系统商家的配套软件。常见的组态软件有组态王、InTouch、iFIX、开物2000、RSView、WinCC等。2.虚拟仪器 随着现代技术的进步,基于计算机的测控仪器逐渐变得现实,其出现和广泛使用对测控仪器产生了较为深远的影响。常用的虚拟仪器有Lab-VIEW、HP VEE、Prograph、V语言、VIPERS、VPF、MAVS、VPP等。7.2 组态软件组态软件组态软件,又称监控组态软件,译自英文SCADA(Supervision Control and Data Acquisition(监视控制与数据采集)。7.2.1 组态软件概述组态软件概述 组态(Configurat
6、ion)的意思就是多种工具模块的任意组合,它是从DCS发展而来的,它的含义是使用工具软件对计算机及软件的各种资源进行配置,使计算机或软件按照预先设置的指令,自动执行指定任务,满足用户的要求。利用DCS系统厂商提供的系统软件和应用软件,用户不需编制代码程序即可生成所需的应用系统,该应用软件实际上就是组态软件。组态软件就是指一些数据采集与过程控制的专用软件,它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境,可使用灵活的组态方式,为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。世界上第一个商品化组态软件是20世纪80年代由美国的Wonderware公司研制的InTouch,随后又
7、出现了Intellution公司的iFIX系统、通用电气的Cimplicity以及德国西门子的WinCC等;在国内主要有亚控公司的KingView组态王、昆仑通态公司的MCGS、三维公司的力控、太力公司的Synall等。组态软件主要用于上位机的开发,即针对不同的应用对象和具体应用的要求,组态生成不同的数据实体,并进行各种与实际应用有关的系统配置及实时数据库、历史数据库、控制算法、图形、报表等的定义,使生成的系统满足应用设计的要求。7.2.2 组态软件的功能和图形开发环境组态软件的功能和图形开发环境 组态软件是计算机控制中监控系统的核心,它的开发是整个系统的重要技术。组态软件要有如下几方面的功能
8、:(1)硬件配置组态功能(2)数据库组态功能(3)控制回路组态功能(4)逻辑控制及批控制组态功能(5)显示图形生成功能(6)报警画面生成功能(7)趋势曲线生成功能(8)报表画面生成功能尽管上述介绍的组态功能差异很大,但在设计中技术人员只需利用组态软件提供的事先设计好的表格填写一些实际需要的参数和程序,再利用其图形功能将被控对象(例如反应罐、趋势曲线、报表等)绘制在指定的位置,通过内部数据变量将被控对象的属性与I/O设备的实时数据进行逻辑连接即可完成不同的组态功能。自动化工程的所有操作画面,包括流程画面都是在图形开发环境下制作、生成的,工程设计人员使用最频繁的组态软件组件是图形开发环境。组态王的
9、图形开发环境是TouchMak,力控软件中的图形开发环境是Draw,在InTouch中是WindowMaker。7.2.3 几种工业组态软件简介几种工业组态软件简介1.组态王(KingView)组态王6.5是北京亚控科技发展有限公司继组态王6.0系列产品成功应用后,推出的最新版本组态软件。(1)组态王的特点 真正的32位程序,可运行于Windows 2000/NT/XP下。免费支持500多种国内最流行的硬件,并且具有自动配置向导连接硬件设备。新增了全方位的变量替换功能,并可通过菜单项查看变量的使用情况。支持分布式报警和多种工控曲线。全面支持ActiveX控件。支持OPC标准。完善的网络体系结构
10、,可以支持最新流行的各种通讯方式。(2)组态王的基本概念 窗口窗口是组态软件的目的操作界面,绝大部分的操作都在窗口上设计完成。I/O设备 为实现I/O功能,计算机配置了大量外部I/O板卡类设备,它们直接插在“组态王计算机”的扩展槽内,由RS232串行通信电缆连接到“组态王计算机”的串口。“组态王计算机”通过访问板卡的I/O地址直接与其进行数据交换,实现串行数据通信。变量 变量是联系计算机和现场、上位机和下位机的桥梁,通过它可将工业现场的生产状况以动画的形式反映在屏幕上,并将工程人员在计算机前发布的指令迅速送达到生产现场。组态王中变量的定义与一般程序设计语言中变量的定义相似,它可分成基本类型变量
11、(如内存离散、内存实型、内存长整数、内存字符串、I/O离散、I/O实型、I/O长整数和I/O字符串)和特殊类型变量两大类。图形对象 图形对象也称图素,是组态软件中的基本元素之一。窗口中的绝大部分内容都是由一些简单的或复杂的图形对象构成的。简单的如文本、按钮、线等,通常是组态软件系统自身提供的,称为标准图素;复杂的如各种报警、事件、报表及第三方开发的图素等。命令语句 命令语句是一段类似于C语言的程序,利用它驱动图形对象和I/O设备运行。组态王的命令语句包括应用程序命令语言、热键命令语言、事件命令语言、数据改变命令语言、自定义函数命令语言、动画连接命令语言和画面属性命令语言等。各类命令语言通过“命
12、令语言”对话框编辑输入,在运行系统中被编译执行。外部对象 外部对象是指由其他Windows应用程序生成的图形或数据对象,例如ActiveX控件、Excel表格、Word文档等OLE对象。如图7-1所示。(3)组态王的图形开发环境 组态王图形开发环境由工程管理器、工程浏览器、画面开发系统、画面运行系统和信息窗口组成。工程管理器 工程管理器的作用是管理本机中的所有组态王工程,如图7-1所示。图7-1 组态王工程管理器工程浏览器工程浏览器是组态王软件的核心部分,它具有集成开发系统的功能,是一个类似于 Windows资源管理器的窗口。图7-2 组态王工程浏览器画面开发系统 组态王画面开发系统是用来绘制
13、组态王画面的,常用图形和绘图工具放在图形编辑工具箱中,如图7-3所示。另外,组态王图库管理器也存放了很多标准图素组态对象,如图7-4所示,用户可根据设计需要找到对应图素双击即可放到组态界面中。图7-3 组态王画面开发系统 图7-4 组态王图库管理器画面运行系统 组态王画面运行系统是组态王工程的运行界面,如图7-5所示。信息窗口 组态王信息窗口是用来显示组态王工作状况的,如图7-6所示。图7-5 组态王画面运行系统 图7-6 组态王信息窗口(4)组态王工程的设计步骤 全面了解系统组成和工作概况,绘制系统工艺控制流程图。建立工程模型。创建组态界面,实现动画连接。工程投入运行,并进行总体调试。图7-
14、7为用组态王开发的水位控制系统。图7-7 用组态王开发的水位控制系统2.iFIXGE Fanuc的iFIX是世界先进的工业自动化软件解决方案,提供了生产操作的过程可视化、数据采集和数据监控。iFIX可以精确地监视、控制生产过程,并优化生产设备和企业资源管理。它能够对生产事件快速反应,减少原材料消耗,提高生产率。(1)iFIX的特点 iFIX系统基于Windows NT/2000/XP环境下运行具有面向对象的图形实时和历史趋势分析统计过程控制基于用户的安全体制和报警管理 分布式网络结构 高性能I/O驱动程序 DDE设备通信 支持关系数据库。(2)基本概念 iFIX绘图工作环境 在简单集成的工作环
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