组态软件的设计与实现方法

组态软件的设计与实现方法

（大庆石油学院计算机科学系，黑龙江安达151400）

摘要：介绍了一种工业组态软件（Configuration Software）的设计思想与实现技术，论述了该组态软件系统的组成部分及基本功能，该软件采用作为开发语言，系统具有离线组态功能，可以根据组态结果直接实现控制策略，同时也可根据监控结果实现控制策略和组态参数的修改。

关键词：组态；组态软件；控制策略；监控系统

中图分类号：tp273 文时标识码；A

0引言

随着计算机技术、控制技术、通讯技术和图形显示技术的发展，工业控制计算机系统得到了突飞猛进的发展．组态技术是计算机控制技术的关键，应用组态技术可以开发出工业控制系统的实时监控软件，从而保证控制系统的可靠性和控制质量．组态软件是开发工业控制系统监控软件的开发工具，用户可以利用组态软件，根据构建控制策略生成所需要的工业控制系统的实时监控软件．

1组态软件的功能

利用组态软件，用户不需编程就可以方便地创建控制策略，构成控制系统，绘制显示画面，建立组态数据库，生成所需的监控系统．组态软件的功能见图1．

从图1可以看出：在工业控制组态软件的帮助下，控制系统的设计工程师通过分析被控对象及其应用环境，利用组态软件进行“组态”，从而将工业控制组态软件“升级”为一个专用的、面向具体被控对象的工业控制监控软件．在使用过程中，组态软件通过人机界面与最终用户实时交互，同时通过硬件系统1／O设备对工业对象实时监控．

组态软件由3个子功能组成：（）控制策略组态：利用系统提供的功能模块，结合控制任务和控制要求，组态工程师可以任意组建控制系统的控制策略，从而实现对被控对象的实时监控．（2）监控画面组态：利用系统显示模块中提供的显示组件，可以组态控制策略运行后的监控画面，通过监控画面，能够对控制系统实时监控．同时，当控制系统运行状况发生异常时，监控画面可以实时报警．（3）监控系统运行：这一功能由运行模块实现．运行模块利用组态过程中生成的组态数据库，分析控制策略的控制回路，确定功能模块的运行次序；同时，利用各功能模块对应的控制子程序，运行组态出的监控系统．

2编辑模块的设计与监控系统的实现

2．1组态软件编辑模块的设计

组态软件的组态方式为图形组态方式．与填表组态方式相比，图形组态方式更加形象方便，更能够直观地体现组态工程师的组态思想．在图形组态方式下，组态工程师只需按照控制策略，选用功能模块工具箱中的功能模块，象搭积木一样搭接控制策略的控制回路图，即可自动生成该控制回路图的监控程序．组态软件的系统结构见图2．

控制系统控制策略的创建是在策略编辑器中实现的，策略编辑器是一个基于图标，即功能模块的设计环境．用户可以使用鼠标，结合策略工具箱中的功能模块及其相应的参数配置对话框开发策略与配置工作．策略工具箱中包含模拟量输入模块（AI），模拟量输出模块（AO），数字量输人模块（DI），数字量输出模块（DO），PID控制模块（PID ），运算模块（SOC），报警模块（Alarm），连线模块（LINE），显示模块（DISP）等各功能模块，每个功能模块由四部分组成：输人参数、输出参数、控制参数和控制算法，提供了构建控制策略的基本功能单元．功能模块也称为软仪表，其功能与人们熟悉的模拟仪表相同，能完成现场数据的采集、处理、显示、报警和控制等．构建控制策略时，用连线将策略所需的功能模块连接起来即可．

控制系统的监控画面是由显示编辑器创建的．使用显示编辑器可以迅速地创建直观的显

示操作面板，以便在策略运行时能够实时提供动态显示画面．显示编辑器提供了用于创建显示画面的工具箱，该工具箱中含有条形图显示、Y-T图显示、数字／字符串显示等可以动态连接的显示组件，使用显示组件可以创建工业过程的条形图、趋势图等图形的显示界面．2．2监控系统的运行

在组态过程中，通过创建控制策略，配置构成控制策略及显示面板的功能模块的参数，实现对控制策略的保存，得到监控系统运行时所需的组态数据库．运行模块程序，对组态数据库实行读操作后，能够动态地创建监控画面．用户可以利用监控画面实时监控现场工况．如果用户在监控过程中发现组态结果不理想，可以重新进人组态软件，修改控制策略和模块配置参数，生成新的监控系统，直到满意为止．在组态完成后，如果组态结果令人满意，为了节省系统开销，可以删除组态软件，只留下组态结果——组态数据库和运行程序，同样能够直接生成监控系统．

3组态软件支撑环境特点

该组态软件采用Delphi4．0作为开发语言．Delphi以其面向对象的开发方法、可视化的开发环境、强大数据库的支持及与Windows紧密结合的特点，使用户能够方便地开发基于WindOW平台的应用程序．Delphi提供了许多面向对象的结构化组件，用户能够方便快捷地生成应用程序．用Delphi还内置了数据库引擎（BDE），用户能够对各种BDE支持的数据库进行存取．

4关键技术

4．1功能模块的参数配置

代表功能模块的图标和图标间的连线构成了控制系统的控制策略．当运行控制策略进行监控时，首先分析组态库连线信息，确定出各模块的运行次序；然后根据模块的运行次序运行处理程序，依次调用与其对应的控制算法，同时结合其参数配置信息实现控制策略的运行．因此，功能模块的参数配置是控制策略运行的关键．以PID控制模块为例，说明其参数配置对控制的影响．

PID控制即为比例（P），积分（I），微分（D）控制，它对被控量与设定值的偏差进行控制，目的是使偏差逐渐趋向于零，从而实现较好的控制效果．用户通过对PID参数的配置，即可实现对反馈模块的比例、积分、微分控制，其中算法参数指PID控制模块对应的算法，该算法根据参数P，互，D的值实现控制．在该组态软件中各功能模块均对应一个参数对话框，功能模块利用对话框中配置的参数实现数据的采集、处理、控制和输出等功能．4．2控制策略的建立、保存与打开

控制系统的控制策略决定了系统的控制性能和质量，组态工程师根据控制的要求，利用策略编辑器构建控制策略．控制策略运行后，利用监控画面实时监控．当对组态结果不满意时，组态工程师可以重新进人策略编辑模块，修改控制策略，并重新配置其参数，直至得到满意的结果．在该组态软件中，控制策略是通过动态创建功能模块类的对象实现的．组态软件中的每个功能模块都与一具体的图标相对应，动态创建功能模块时，在策略编辑面板上，是用与之对应的图标表示的．因此，可以说控制策略实际上就是图标和连线的集合．在动态创建功能模块时，系统会自动地将模块的信息写人缓冲区中，依次下去，直至整个策略创建完毕．当用户单击系统菜单的“保存”项时，处理程序将缓冲区中的内容和策略的其他信息写入组态数据库，从而实现了控制策略的建立与保存．如果用户想调出某个策略进行修改，可以通过单击系统菜单的“打开”项实现．该菜单项的处理程序根据要打开策略的策略名，对组态库的相应记录进行操作，利用组态库动态生成控制策略．

4．3组态数据库的设计

为了便于保存和打开控制策略，引人了组态数据库这一概念．通过对组态信息的分析，对组态数据库进行了功能上的划分，分为模块属性库（Object_info．db），模块参数库