现场总线技术-5-监控组态软件

特点： （1）多作业环境
实时系统的多作业、多任务而带来的并发性 和实时性，要求操作系统对资源分配具有很 强的控制和调度能力。在计算机监控系统中， 通常可以采取设立前台和后台两个作业区的 方法来解决。
（2）任务的事件驱动

基本驱动方式：事件驱动和时间驱动。
（3）中断与中断优先 实时操作系统充分利用计算机的中断功 能来改变CPU执行程序的顺序，以达到实时处 理的目的。这种总是保证优先级别最高的任 务占用CPU的方式，称为优先级别抢占式调度。 （4）同步与异步 事件分为同步事件和异步事件。 如果事件B的发生和事件A的发生有因果关系， 则它们为同步事件，同步事件驱动的任务称 为同步任务。
第5章
监控组态软件的功能和使用
5.1
计算机监控系统的组成
5.2 监控组态软件原理 5.3 WinCC的功能和使用
5.1
计算机监控系统的组成
5.1.1 计算机监控系统的概念 5.1.2 计算机监控系统的组成 5.1.3 计算机监控系统的运行环境
5.1.1 计算机监控系统的概念
4．嵌入式（Embedded System）操作系统 （1）嵌入式系统的定义：以应用为中心和以 计算机技术为基础，软硬件可裁剪，关切能 够适应宿主系统对其功能、可靠性、成本、 体积、和功耗地功能多方面的要求的系统。 （嵌入式系统与其监控的对象（宿主）是紧 密地为一体的系统）
（2）嵌入式操作系统的特点
在图形界面上还具备报警通知和确认、报表 组态及打印、历史数据查询与显示等功能。
各种报警、报表、趋势都是动画链接的对象，
其数据源都可以通过组态来指定。
（2）控制功能组件
（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。
6．组态软件的系统构成 必备的典型组件包括：
（1）应用程序管理器
提供应用程序的搜索、备份、解压缩、建立 新应用等功能的专用管理工具。 （2）图形界面开发程序
自动化工程设计工程师为实施其控制方案， 在图形编辑工具的支持下进行图形系统生成 工作所依赖的开发环境。
二次开发人员根据具体的系统要求，建立模 块（创建对象）然后定义参数（对象属性）， 最后生成可供运行的应用程序。 组态实际上是生成一系列可以直接运行的程 序代码，这些程序代码可以在用于组态的计 算机上直接运行，也可以下装到其他的计算 机上。 组态可以分为离线组态和在线组态两种。
3．HMI/SCADA软件 组态软件的更确切称呼应该是人机界面HMI （Human Machine Interface）/ 监控与数据 采集SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）软件。 实现HMI或MMI（Man Machine Interface）和 控制功能；
2．通用操作系统 （1）DOS操作系统
（2）UNIX操作系统
小型机、微型机 标准的UNIX是一个多用户、多任务、交互式 分时操作系统。就其运行的稳定性而言， UNIX操作系统远比Windows要高，其通信能力 也远比Windows NT要强，但价格非常昂贵， 通常用于大型系统。
2.
3.
4.
自动化科学与技术学科的整个知识结构框架
控制系统各部分与相应的知识领域的对应关系
5.1.3 计算机监控系统的运行环境
1．计算机操作系统 管理和控制计算机软硬件资源，并且能 为用户创造便利的工作环境的一组计算机程 序的集合。 （1）按照程序运行的调度方法，可以将操 作系统分为以下三种类型： ①顺序执行系统 ②分时操作系统 ③实时操作系统
（5）实用通讯程序组件
实用通讯程序极大地增强了组态软件的功能，可 以实现与第三方程序的数据交换，是组态软件价 值的主要表现之一。通讯实用程序具有以下功能： 可以实现操作站的双机冗余热备用； 实现数据的远程访问和传送； 通讯实用程序可以使用以太网、RS485、RS232、 PSTN等多种通讯介质或网络实现其功能。
5．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；
③存储器管理
内存分配、地址映射、内存保护、内存扩充。
④设备管理 按照一定的算法分配设备；控制和实现输入 输出操作，如通道程序控制、启动设备、及 时响应及处理中断信号；对输入输出缓冲区 进行管理；实现虚拟设备技术。 ⑤文件管理 文件目录管理、文件存储空间管理、文件的 保护与机密、文件的使用和运行。
1．定义 计算机监控是利用传感装臵将被控对象中 的物理参量转换为电量，再将这些代表实际 物理参量的电量送入输入装臵中转换为计算 机可识别的数字量，并且在计算机的显示装 臵中以数字、图形或曲线的方式显示出来， 从而使得操作人员能够直观地而迅速地了解 被监控对象的变化过程。
2．计算机监控技术是一门综合技术
（3）图形界面运行程序 在系统运行环境下，图形目标应用系统被图 形界面运行程序装入计算机内存并投入实时 运行。
（4）实时数据库系统组态程序
建立实时数据库的组态工具，可以定义实时 数据库的结构、数据来源、数据连接、数据 类型及相关的各种参数。
提高系统的实时性，增强处理能力。
（5）实时数据库系统运行程序 在系统运行环境下，目标实时数据库及 其应用系统被实时数据库系统运行程序
操作方式，进行参数填写、图形连接和文件
生成等，使得软件乃至整个系统具有某种指
定的功能。
2．组态→二次开发→监控组态软件 开发商事先开发好一套具有一定通用性的软 件开发平台，生产若干种规格的硬件模块 （如I/O模块、通信模块、控制模块），然后， 再根据用户的要求在软件平台上进行二次开 发以及硬件模块的连接。这种软件的二次开 发工作就称为“组态”，相应的软件开发平 台就称为“监控组态软件”，简称“组态软 件”。 “组态”一词既可以用做名词也可以用做动
（2）计算机操作系统的功能 ①进程管理

进程是关于某个数据集合的可并发的一 次运行活动。
操作系统对进程的管理：进程的建立、终止、 挂起、激活、阻塞和唤醒。同时，操作系统 还要为运行的程序以及相关的数据分配内存 空间，并为各进程间的通信进行管理。
②作业管理 作业就是用户为完成一次事务处理而交给计 算机的一项任务。 作业管理的任务就是为方便用户建立作业、 组织调度系统内部资源执行，并在完成任务 后将其撤消。
扩展可选组件包括： （1）通用数据库接口（ODBC接口）组态程序 通用数据库接口组件用来完成组态软件的实
时数据库与通用数据库的互联，实现双向数
据交换，通用数据库既可以读取实时数据，
也可以读取历史数据；实时数据库也可以从
通用数据库实时地读入数据。
（2）通用数据库接口（ODBC接口）运行程序
3．实时操作系统 主要特点：实时性强、可靠性高、稳定性好。
实时操作系统在任何时刻总是保证优先级别高 的任务占用CPU和其他资源，而且保证系统响 应的时间是可以容忍和确定的。系统对现场进 行不间断地监视，一旦有事件发生，系统就能 “实时”地做出响应。这除了靠硬件的性能来 保证之外，主要由实时操作系统的事件驱动方 式和任务调度来决定。
响应快速、实时性强；结构紧凑、易于 裁剪和配臵；开放性好、易于开发和嵌入。
5.2
监控组态软件原理
监控组态软件概述 现代计算机监控系统的功能越来越强，除了 完成基本的数据采集和控制功能外，还要完 成故障诊断、数据分析、报表的形成和打印， 与管理层交换数据，为操作人员提供灵活方 便的人机界面。另外，随着生产规模的变化， 计算机接口的部件和控制部件也随着系统规 模的变化进行增减。
装入计算机内存并执行预定的各种数据
计算、数据处理任务。历史数据的查询、 检索、报警的管理都是在实时数据库系
统运行程序中完成的。
（6）I/O驱动程序 组态软件中必不可少的组成部分，用于 和I/O设备通讯，互相交换数据，DDE和 OPC Client是两个通用的标准I/O驱动程 序，用来和支持DDE标准和OPC标准的I/O 设备通讯。多数组态软件的DDE驱动程序 被整合在实时数据库系统或图形系统中， 而OPC Client则多数单独存在。
7．组态软件的设计思想 组态软件普遍使用“面向对象”（Object Oriented ，OO）的编程和设计方法。 组成： 图形界面系统 实时数据库系统 第三方程序接口组件 控制功能组件
（1）图形界面系统
构成现场各过程的图形的画面被划分成三类 简单的对象：线、填充图形和文本。 静态属性在系统投入运行后保持不变，与原 来组态时一致。 而动态属性则与表达式的值有关，表达式可 以是来自I/O设备的变量，也可以是由变量和 运算符组成的数学表达式。 这种对象的动态属性随表达式的值的变化而 实时改变，这种组态过程通常叫做动画链接。
已组态的通用数据库连接被装入计算机内存 按照预先指定的采样周期，对规定时间区段
按照组态的数据库结构建立起通用数据库和
实时数据库间的数据连接。
（3）策略（控制方案）编辑组态程序 策略编辑/生成组件是以PC为中心实现低成本 监控的核心软件，具有很强的逻辑、算术运 算能力和丰富的控制算法。 （4）策略运行程序 组态的策略目标系统被装入计算机内存并执 行预定的各种数据计算、数据处理任务，同 时完成与实时数据库的数据交换。
实时数据库、实时控制、SCADA、通信及联网、 开放数据接口、对I/O设备的广泛支持。
4．组态软件的特点

组态软件的突出特点是实时多任务。 （1）提供开发环境和运行环境； （2）采用客户/服务器模式； （3）软件采用组件方式构成； （4）采用DDE、OLE、COM/DCOM、Active X技术； （5）提供ODBC、OPC、API接口； （6）支持分布式应用； （7）支持多种系统结构，如单用户、多用户（网络）， 甚至多层网络结构； （8）支持Internet应用。
计算机监控系统的组态软件技术： 图形界面技术 面向对象编程技术（Object 服务器 Oriented Program，OOP） 组件技术（Component Object Model， COM）
1．组态及组态软件的概念 “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 资源进行配臵，达到使计算机或软件按照预 先设臵，自动执行待定任务，满足使用者要 求的目的。也就是通过对软件采用非编程的
（3）Linux操作系统 UNIX的兼容产品，几乎具有UNIX的优点， 同时还具有其没有的功能。 （4）Windows NT操作系统 可扩充性、可移植性、可靠性、可兼容性。 Windows NT系统模型主要包括3个部分： 客户/服务器模型、对象模型、对称多处理模 型。Windows NT的另一个特色是引入了“线 程”的概念，“线程”是比进程更小的一个 单位，它是进程内的一个执行单元和可调度 实体。同一进程中的线程是共用一个内存空 间的。采用线程的好处是更易于实现并行性。
计算机技术（软件技术、接口技术、通 信技术、网络技术、显示技术） 自动控制技术 自动检测和传感技术
3．效益 经济效益：稳定和优化生产工艺、提高产品 质量、降低能源和原材料消耗、降低成本； 社会效益：降低劳动者的生产强度、提高管 理水平。
5.1.2 计算机监控系统的组成
1. 计 算 机