1、第三章SCADA网络化监控系统,本章内容 3.1 SCADA网络化监控系统的概念 3.2 监控系统中的下位机PLC原理与PLC控制系统 3.3 PLC网络控制系统 3.4 SCADA网络化监督与控制系统的组态软件 3.5工控软件互操作规范OPC 技术 3.6 SCADA网络化监控系统的设计举例,3.1 SCADA网络化监控系统的概念,本节内容： 3.1.1 SCADA网络化监控系统组成及应用领域 3.1.2 SCADA网络化监控系统的功能,3.1.1 SCADA网络化监控系统组成及应用领域,SCADA (Supervisory Control And Data AcquisitI/On)由上位
2、机和众多的下位机智能设备（如PLC，RTU等）通过RS422/RS485数据通信电缆连接组成。,监控系统的上位机与下位机,上位机HMI系统在接受到下位机送来的过程数据，实现监视与控制的目的。 监视功能：告知用户设备各种参数的状态（报警、正常或报警恢复）。 控制功能：HMI接受操作人员的指示，将控制信号发送到下位机中，以达到控制的目的。 下位机包括各种PLC、RTU及各种智能仪器与控制设备等等。这些智能设备实时感知设备各种参数的状态，按用户程序完成直接控制，同时将这些状态信号转换成数字信号，通过RS422/RS485总线的数字网络传递到HMI系统中。,3.1.1 SCADA网络化监控系统组成及应
3、用领域,这种网络化的监控系统的总物理层是RS485。数据链路层一般是自定义的通信协议。,3.1.2 SCADA网络化监控系统的功能（1）,SCADA网络化监控系统，主要解决四个问题： 1、被控生产过程与设备各种参数状态数据的采集和控制信息的发送 2、各种参数状态表达和报警处理 3、事故追忆和趋势分析 4、与管理信息系统（MIS）的结合构成分布式管控一体化系统,3.1.2 SCADA网络化监控系统的功能（2）,SCADA监控系统是一种应用软件系统，涉及到IT技术的方方面面，特别是以下几种技术的综合利用： (1)、通讯技术； (2)、分布式数据库技术； (3)、编译技术； (4)、操作系统技术；
4、(5)、可靠性保障技术， (6)、多媒体技术； (7)、图形用户界面技术； (8)、计算机网络技术,3.2 监控系统中的下位机PLC原理与PLC控制系统,监控系统中的下位机包括PLC、RTU、各种智能仪表、各种智能设备等。 PLC是一种用户可编写控制程序的控制器，它能独立地完成对生产设备的控制。 RTU（Remote Terminal Unit）是一种远端测控单元装置，是安装在远端的现场的电子设备，用来监视和测量安装在远端的现场的传感器和设备。 智能仪表是指以计算机为核心的具有通信功能的仪器仪表。 智能设备是指具有通信功能的用计算机实行控制的生产设备。 所有下位设备都必须有与上位机通信接口，和
5、通信软件。 本章主要介绍PLC的原理与连网方法。,3.2 监控系统中的下位机PLC原理与PLC控制系统,本节内容： 3.2.1可编程序控制器的基本结构 3.2.2可编程序控制器的工作原理 3.2.3 PLC的编程-梯形图及其绘制 3.2.4控制系统的梯形图设计 3.2.5可编程序控制器的指令系统 3.2.6可编程序控制系统的设计 3.2.7可编程序控制系统设计实例,3.2.1可编程序控制器的基本结构,CPU：是PLC控制核心以8位，16位，32位的微控制器为主，执行PLC的控制程序。电源：PLC的电源模块，一般分为直流和交流两种。外部接口：连接各种外部设备。打印机，编程器，计算机，驱动器等。,
6、系统程序存储区 采用PROM或EPROM芯片存储器，存放监 控程序，用户不能访问和修改 用户程序存储区 用于存放经编程器输入的用户程序，采用RAM、EPROM或EEPROM 数据存储区 采用RAM，暂存输入、输出数据映像，定时器/计数器预置数和当前值等,PLC的输入输出：是PLC与被控设备的接口。 输入是接收用户设备送来的控制信号将其传送到处理单元。 输出是将经处理单元处理后的信息送到外部设备。输出一般分为继电器输出和晶体管输出。 PLC的输入输出都采用光电耦合的方式进行隔离的，不是直接输出的。根据需要还要进行信号的放大。,可编程序控制器的I/O电路,3.2.2可编程序控制器的工作原理,自诊断
7、：在每个扫描周期须进行自诊断，通过自诊断对电源、PLC内部电路、用户程序的语法等进行检查，复位监视定时器，当程序进入死循环后终止程序执行。一旦发现异常，CPU使异常继电器接通，PLC面板上的异常指示灯LED亮，内部特殊寄存器中存入出错代码并给出故障显示标志。如果不是致命错误则进入PLC的停止（STOP）状态；如果是现致命错误时，则 CPU被强制停止，等待错误排除后才转入STOP状态。,输入刷新：PLC一般不直接读端口，对输入信号的采集，存入“输入映射区”，PLC读取该状态区的数据来实现对输入的相应。CPU将全部现场输入信号，如按钮、限位开关、速度继电器的通断状态经PLC的输入接口读入映像寄存器
8、，这一过程称为输入采样。输入采样结束后进入程序执行阶段后，期间即使输入信号发生变化，输入映像寄存器内数据不再随之变化，直至一个扫描循环结束，下一次输入采样时才会更新。这种输入工作方式称为集中输入方式。,用户程序执行：从存储器中逐条取出程序，顺序执行程序。PLC在程序执行阶段，若不出现中断或跳转指令，就根据梯形图程序从首地址开始按自上而下、从左往右的顺序进行逐条扫描执行，扫描过程中分别从输入映像寄存器、输出映像寄存器以及辅助继电器中将有关编程元件的状态数据“0”或“1”读出，并根据梯形图规定的逻辑关系执行相应的运算，运算结果写入对应的元件映像寄存器中保存。而需向外输出的信号则存入输出映像寄存器，
9、并由输出锁存器保存。,输出刷新：同输入刷新。CPU将输出映像寄存器的状态经输出锁存器和PLC的输出接口传送到外部去驱动接触器和指示灯等负载。这时输出锁存器保存的内容要等到下一个扫描周期的输出阶段才会被再次刷新。这种输出工作方式称为集中输出方式。 外设服务：如有外接设备，PLC还要考虑和外设进行通信。,状态区,输入映射区是为了实现在一个扫描周期内输入点的状态对整个程序是一致的。 输出映射区是为了保证对输出的同时更新。,PLC实现控制的过程,输入刷新再运行用户程序再输出刷新再输入刷新再运行用户程序再输出刷新永不停止地循环反复地进行着。 它也反映了信息的时间关系。 有了上述过程，用PLC实现控制显然
10、是可能的。因为：有了输入刷新，可把输入电路监控得到的输入信息存入PLC的输入映射区；经运行用户程序，输出映射区将得到变换后的信息；再经输出刷新，输出锁存器将反映输出映射区的状态，并通过输出电路产生相应的输出。又由于这个过程是永不停止地循环反复地进行着，所以，输出总是反映输入的变化的。,只是响应的时间上，略有滞后。当然，这个滞后不宜太大，否则，所实现的控制不那么及时，也就失去控制的意义。 为此，PLC的工作速度要快。速度快、执行指令时间短，是PLC实现控制的基础。事实上，它的速度是很快的，执行一条指令，多的几微秒、几十微秒，少的才零点几，或零点零几微秒。而且这个速度还在不断提高中。 实际的PLC
11、工作过程： 公共处理I/O刷新运行用户程序再公共处理,PLC运行程序的方式,循环扫描 顺序执行,3.2.3 PLC的编程-梯形图及其绘制,PLC的编程方法采用如梯形图法、功能图法、逻辑图法等。其中，梯形图(Ladder Diagram)法是应用最为广泛的一种。,3.2.3 PLC的编程-梯形图及其绘制,梯形图的符号,梯形图的绘制原则（1）,(1)梯形图按从上到下、从左到右顺序绘制。 (2)线圈不能直接接在左母线上，触点不能放在线圈右边。 (3)信号从左母线向右母线单向流动，触点上不允许有双向信号流过。 (4)触点画在水平支路上，不应画在垂直支路上，不含触点的支路，不应放在水平方向。 (5)应尽
12、量避免同一线圈多次使用，以免引起误操作。 (6)一般来说，几条支路并联时，串联触点多的支路安排在上面，几个支路块串联时，并联触点多的支路块安排在左边。,梯形图的绘制原则（2）,3.2.4控制系统的梯形图设计,PLC系统与继电器控制系统来说，两者的梯形图几乎完全一样，但需要注意以下几点： (1)PLC的许多内部器件是软触点，不会磨损，不用考虑安装位置，数量也基本不受限制(这取决于内存容量)； (2)PLC实际上是串行处理，应充分考虑设备对并行性要求； (3)要注意某些实际执行电器触点通断的情况。,3.2.5可编程序控制器的指令系统,PLC编程有时也用指令进行，基本的指令如下： 1装入指令(LD，
13、LD NOT)： 2输出指令(OUT),可编程序控制器的指令系统（续）,4与指令(AND，AND NOT） 5或指令(OR，OR NOT),可编程序控制器的指令系统（续）,6块与指令(AND LD) 7块或指令(OR LD),3.2.6可编程序控制系统的设计,可编程序控制系统的设计步骤1功能设计2结构设计3梯形图设计 4编程设计 5调试运行,基本程序环节设计,1.启动、停止程序 2.二分频程序 3.优先输入程序,n1 n2 n3n3,n1 n5 n6 n4n2 n4 n6 n5n3 n4 n5 n6,图3.2.8 优先输入程序梯形图,图3.2.6 启动停止程序梯形图,3.2.7可编程序控制系统
14、设计实例 继电器控制电路（1）,图3.2.9 水泵控制的梯形逻辑关系,3.2.7可编程序控制系统设计实例 PLC控制电路（2）,选用CPM1A型PLC，它可供编程使用的继电器种类 有： 输入继电器160点：IR000.00-IR009.15 输出继电器160点：IR010.00-IR019.15 内部辅助继电器512点： IR200.00-IR231.15 特殊辅助继电器384点：SR232.00-SR255.15 暂存继电器8点：TR0-TR7 定时器/计数器128点：TIM/CNT000-TIM/CNT127 保持继电器320点：HR 00.00-19.15 辅助记忆继电器256点：AR
15、00.00-15.15 链接继电器256点： LR00.00-15.15 数据存储器：可读写区1536个字 ，,分别是读写数据区共1001字DM0000-0999，DM1022-1023；故障履历区22字DM1000-1021；只读区456字DM6144-6599；PLC设定区56字DM6600-6655。,整体式结构的PLC,3.2.7可编程序控制系统设计实例 PLC控制电路（3）,在水泵控制中输入量有三个：起动开关、水压下限开关(压力小于PL时接通)和上限开关(压力大于PH时接通)。三个输入触点分别为000.00、000.01、000.02，同时，需要用到时间基准为l00ms的计时器TIM
16、 00计时10秒。A泵的驱动线圈为010.00，B泵的驱动线圈为010.01。,3.2.7可编程序控制系统设计实例 PLC控制程序（4）,3.3 PLC网络控制系统,3.3.1 OMRON C系列PLC概况 3.3.2下位连接系统 3.3.3同位连接系统 3.3.4上位连接系统,3.3.1 OMRON C系列PLC概况,在日本，OMRON公司并不是一家大公司，但是它的可编程控制器却相当有名气，其产销量在日本位居第二，仅次于三菱公司。OMRON的PLC产品中，以小型可编程控制器最受欢迎。这一方面是由于其价位较低，性能价格比较高；另一方面是由于它配置着较强的指令系统，梯形图与语句表并重，用户在开发
17、使用时感到比同类欧美产品使用方便。因而，在我国用得最多的小型PLC是OMRON产品。,模块式结构PLC的结构,OMRON公司主要提供下列专用与智能I/O单元 模拟量输入单元； 模拟量输出单元； PID单元(实现PID控制功能)； 高速计数单元(对高速脉冲计数)； 位置控制单元(实现位置控制)； 凸轮定位单元(实现顺序控制)； ASCII单元(实现可编程控制器与ASCII外设接口)； 温度传感单元(把热电偶/铂电阻输人转换为数字信号送PLC)。,OMRON C系列PLC提供下列通信系统。 (1)下位连接系统下位连接系统又称远程I/O系统。它是以一台可编程控制器为主，通过远程I/O链路把远程I/O
18、单元、远程终端及I/O链接单元互连在一起构成的系统。它属于PLC控制网络。,(2)同位连接系统把数台可编程控制器通过PC-Link单元互连在一起构成同位连接系统。因为从通信角度看，每台PLC地位相同，没有主从之分，所以称同位连接系统。由于PLC之间通过PC-Link单元互连，所以同位连接系统又称PC-Link系统。它属于PLC控制网络。,(3)上位连接系统 Host-Link系统 以个人PC为上位机，通过Host_link单元把它与作为下位机的PLC互联起来。也称Host_link系统，上位连接系统属于一种简单的PLC通信网络。,3.3.2下位连接系统,对于现场控制点比较分散却要求进行集中控制
19、的被控对象。控制器带上远程I/O就构成了远程I/O PLC控制系统。 OMRON C系列可编程控制器的远程I/O系统的通信介质分为5类： 电缆远程I/O系统 光缆远程I/O系统 远程I/O链接系统 光传送I/O系统； 混接远程I/O系统 远程I/O单元中已有自定义的通信软件。 构成远程I/O系统时PLC中要有相配的I/O主单元，PLC对待远程I/O单元就如对其内部继电器一样编程。,电缆远程I/O系统,远程I/O主单元，远程I/O从单元，远程终端通过电缆连接起来。 规则：远程I/O主单元安装在主机的CPU机架上或者扩展机架的任意槽位上；远程I/O从单元只能安装在从机架的最左一个槽上。,光缆远程I
20、/O系统,与电缆I/O系统相似，只需要将I/O单元换成光缆型，信道换成光缆。,远程I/O链接系统,与前两个系统的差别：前两个系统只有一台PLC，远程I/O链接系统含有多台PLC。 在远程I/O主单元上的PLC为主，其他皆为从机，从机必须通过远程I/O单元才能连入系统。 一个远程I/O主单元最多可连接16台小型PLC的I/O链接单元(16点入/16点出其总I/O点数为1632512，不得超过。),光传送I/O系统,光传送I/O系统是由主PLC上的远程I/O主单元与数台光传送I/O单元通过光缆直接连成的系统。一台主机PLC最多可连接64个光传送I/O单元，并且在第32个与第31单元之间必须加一台中
21、继器。每台光传送单元含8个输入点或者8个输出点，因此一台光传送主机最多可带648512点。 即可以采用光缆直接连接的光传送I/O系统，也可采用适配器连接，光传送I/O系统特别适合于控制点分散且电磁干扰严重的应用场合。,混接远程I/O系统,把光缆远程I/O系统、远程I/O链接系统(介质一定是光缆)及光传送I/O系统(介质也是光缆)混接在一起。 但其远程I/O总点数(各种I/O点相加起来)不得超过主PLC的I/O能力。,远程I/O系统的通信机理（1）,远程I/O系统的通信子网为主从式总线。主PLC的远程I/O主单元为通信的主站，其它所有的远程I/O从单元、I/O链接单元、光传送I/O单元及远程终端
22、皆为从站。主站与从站之间采用“周期I/O方式”通信，从站与从站之间没有数据交换。远程I/O链路的主站中有两台处理器。一个是主PLC的处理器单元，它负责对用户程序循环扫描及I/O信号处理，另一个处理器在远程I/O主单元中，它负责远程I/O链路的通信。在主站的远程I/O主单元内开辟一块集中数据库式的远程I/O缓冲区，缓冲区采用信箱结构，为每个从站分配个收/发信箱。远程I/O主单元中的处理器按周朗扫描方式工作，每个周期与每个从站交换一次数据，以达到刷新远程I/O主单元中远程I/O缓冲区的目的。,远程I/O系统的通信机理（2）,主PLC的处理器单元在进行用户程序循环扫描的I/O处理时，一方面与本地I/
23、O单元直接交换数据，另一方面从远程I/O缓冲区中读/写数据，这就相当于与远程I/O交换数据。主PLC的处理器单元对用户程序的扫描与远程I/O主单元处理器对远程I/O链路上各从站的扫描异步进行，但一般对远程I/O链路各从站的扫描比对程序的扫描块，从而保证了远程I/O数据的即时性。为了使远程I/O扫描能快速进行，各从站把主站要读取的数据放在指定区域准备好，并为主站要写入的数据准备好存放区域。由于在远程I/O链路中的通信是由主站的远程I/O主单元用周期扫描方式进行，因此称为“周期I/O方式”。,远程I/O链路通信单元地址,远程I/O系统的开始端就是远程I/O主单元，它的结束端,可能是远程I/O从单元
24、，或者是光传送I/O单元，或者是I/O链接单元。远程I/O主单元是远程I/O系统的主站，当远程I/O系统接通电源后，远程I/O主单元首先要查找哪个远程I/O从单元，或者I/O链接单元，或者光传送I/O单元被设置成终端(即结束端)。主单元只有找到了结束端。才能对连在远程I/O链路(SYSBUS)所有的I/O单元加以确认，主单元在完成了确认之后才可以与这些I/O单元进行数据交换，因此用户在上电之前必须对终端加以设定。,通常把远程I/O系统中离开远程I/O主单元最远的远程I/O从单元，或I/O链接单元，或光传送I/O单元作为终端。如果终端是远程I/O从单元，则应把其DIP开关的第4位(最右位)设置为
25、“ON”；如果终端为I/O链接单元，则应把其DIP开关的第6位(最右位)设置为“ON”；如果光传送I/O单元为终端，则应把它的0与1两个端子短接。,远程I/O系统举例,应用举例： 一个远程I/O系统包含有远程I/O单元、I/O链接单元、光传送I/O单元，包括生产控制、装配控制及涂层控制几个环节，如果发生加工尺寸错误、元件短缺及涂料出问题则产生报警信号送到它的控制环节控制停车，使生产暂停。,3.3.3同位连接系统,同位连接系统又称PC-Link系统。它是以PC-Link单元作为通信单元，经电缆或光缆把数台可编程控制器互联在一起构成的PLC网络。在同位连接系统中，每台PLC的地位相同。它们通过PC
26、-Link单元中的LR公共数据区实现PLC之间的数据交换。,同位连接系统的分类与构成,同位连接系统共分为以下四类：电缆单层同位连接系统、电缆多层同位连接系统、光缆单层同位连接系统和光缆多层同位连接系统。在构成同位连接系统时，要使用链接单元和适配器。 同位连接系统从结构上看，可以分为单层同位连接系统与多层同位连接系统，单层只有1级子系统，多层包含数级子系统。,同位连接系统的通信机理（1）,同位连接系统的通信机理（2）,等值化通信有两种方法 异步刷新，异步刷新与PLC用户程序无关，由PC-Link按时间片法使用总线。每个周期，每台PC-Link单元都获得一个时间片，用来把自己LR区中发送区内容用广
27、播方式送上总线，其余(M-1)台PC-Link注意收听，接收下来存入对应接收区，这样周而复始实现了等值化通信。 同步刷新要由用户程序中对LR区的写入操作来启动刷新，这样同样可以保持各PLC的LR区等值化，而且信道占用率低。,应用举例,现要从0级0单元的DMl00把数据传送到2级1单元的DM000，启动信号为2级单元的输人0000。,应用举例,3.3.4上位连接系统,上位连接系统是以一台微型计算机做上位机，数台可编程控制器作下位机，通过Host-Link单元及串行总线互联而成的监督控制系统。 系统中有上位机，数据通信发生在上、下位机之间，所以被称为上位连接系统。 由于上、下位机都使用Host-L
28、ink单元相互链接起来，所以上位连接系统也被称为“Host-Link系统”。 在OMRON的PLC网络系列中还把它称为SYSMAC WAY。这是一种主从式总线型工业局域网。,上位连接系统的分类与组成（1）,1上位连接系统的分类 上位连接系统按通信信道共分为三类：即光缆上位连接系统、RS-232C总线上位连接系统和RS-422总线上位连接系统。 如果按结构分，可以分为菊花链结构，适配器结构及多级树状结构 2上位连接系统的组成,上位连接系统的分类与组成（2）,上位连接系统的分类与组成（3）,上位连接系统的通信原理及通信协议（1）上位连接系统的通信原理,上位连接系统是一种主从式总线型工业局域网。它以
29、上位机作为该工业局域网通信的主站，其它所有连入该网的PLC皆为从站。主站采用轮询的方式，按一定顺序，逐个与各从站通信，所有数据交换都只在主站与从站之间进行，从站之间没有数据交换。如果两从站之间必须交换数据，也只能经过主站中转。,上位连接系统的通信原理及通信协议（2）通信的应答过程,FCS校验码的产生规则奇校验规则,OMRON可编程控制器帧一级校验码为异或码其产生规则如下：发送方把所有待发送的ASCII码字符(包括第8位的奇偶校验位)，按位作异或运算。被校验段所有字符从头到尾进行异或，把结果作为FCS校验码发出。其校验规则为：接收方把接收到的所有ASCII字符与接收到的校验码按位作异或运算，从头
30、直到FCS，若异或结果为0，则表明传送正确没有差错，否则，表明传送发生错误 。,奇校验和偶校验,奇校验在传送每一个字节的时候另外附加一位作为校验位，当实际数据中“1”的个数为偶数的时候，这个校验位就是“1”，否则这个校验位就是“0”，这样就可以保证传送数据满足奇校验的要求。在接收方收到数据时，将按照奇校验的要求检测数据中“1”的个数，如果是奇数，表示传送正确，否则表示传送错误。 偶校验在传送每一个字节的时候另外附加一位作为校验位，当实际数据中“1”的个数为奇数的时候，这个校验位就是“1”，否则这个校验位就是“0”，这样就可以保证传送数据满足偶校验的要求。在接收方收到数据时，将按照偶校验的要求检
31、测数据中“1”的个数，如果是偶数，表示传送正确，否则表示传送错误。,求下命令帧的校验码是1 0 R H 0 0 3 1 0 0 0 1 FCS * 中被校验数是从至FCS之前的异或和。设(100110001)表示1的ASCII码，奇校验。 发送方： (=01000000） + (1=00110001)=0111000101110001 + (0=10110000)=1100000111000001 + (R=01010010)=1001001110010011 + (H=11001000)=0101101101011011 + (0=10110000)=1110101111101011 + (
32、0=10110000)=01011011 01011011 + (3=10110011)=1110100011101011 + (1=00110001)=1101100111011001 + (0=10110000)=0110100101101001 + (0=10110000)=1101100111011001 + (0=10110000)=0110100101101001 + (1=00110001)=01011000 01011000这就是求得的FCS校验码。 接收方： 若接收到的字符串与发送的完全一样，即10RH003l0001，则它的异或码也应当为01011000，接收到发送方发来的
33、FCS01011000，它们再作一次异或运算即01011000异或0l01100000000000。接收方奇校验规则求得结果为0，表明传送正确。,上位连接系统的通信原理及通信协议（3）命令与响应,上位连接系统的通信原理及通信协议命令码（4）,上位连接系统的通信原理及通信协议,3.4 SCADA网络化监督与控制系统的组态软件,SCADA(Supervisory Control And Data AcquisitI/On)组态软件是应用在监督控制与数据采集系统中的大型应用软件，它运行在上位计算机中通过下位计算机对生产设备实行监督与控制。 本节内容： 3.4.1 SCADA组态软件功能 3.4.2
34、SCADA组态软件的基本特性 3.4.3组态软件的基本原理 3.4.4 使用controX2000组态软件开发监控系统 3.4.5 SCADA监控系统程序开发的技术,3.4.1 SCADA组态软件功能,组态软件首先是一种人机界面软件（HMI），同时也是一种基于PC的数据采集与控制的软件。 SCADA组态软件具备如下功能及特征： 工业过程动态可视化； 数据采集和管理； 过程监控报警； 报表功能； 为其他企业级程序提供数据； 简单的回路调节； 批次处理； SPC过程质量控制。,3.4.2 SCADA组态软件的基本特性（1）,1.整体结构相似：目前绝大多数工控组态软件都可运行在Windows 98/
35、NT/2000环境下，界面友好，易于操作。从结构上来说，工控组态软件一般都是由系统开发环境或称组态环境与系统运行环境两大部分组成。,3.4.2 SCADA组态软件的基本特性（2）,2.实时多任务 实时多任务性是工控组态软件的重要特点。在实际工业控制中，同一台计算机往往需要同时进行实时数据的采集、处理、存储、检索、管理、输出，算法的调用，实现图形、图表的显示，报警输出，实时通信等多个任务。 3.接口开放 在实际应用中，用户可以很方便地用或 VC+ 、VB等编程工具自行编制或定制所需的设备构件，装入设备工具箱，不断充实设备工具箱。很多工控组态软件提供了一个高级开发向导，自动生成设备驱动程序的框架，
36、给用户开发设备I/O驱动程序工作提供帮助。用户还可以使用自行编写动态链接库(DLL)的方法在策略编辑器中挂接自己的应用程序模块。,3.4.2 SCADA组态软件的基本特性（3）,4.系统安全 工控组态软件提供了一套完善的安全机制。用户能够自由组态控制菜单、按钮和退出系统的操作权限，只允许有操作权限的操作员对某些功能进行操作，防止意外地或非法地关闭系统、进入开发系统修改参数或者对未授权数据进行更改等操作。一些工控组态软件还提供了工程密码、锁定软件狗、工程运行期限等功能，来保护使用组态软件开发所得的成果，开发者还可利用这些功能保护自己的合法权益。,3.4.3组态软件的基本原理（1）,目前，大多数组
37、态软件采用VB、VC+或Delphi等作为开发工具。 一个完整的企业版工控组态软件的开发设计通常可以围绕人机界面系统、实时数据库系统、通信系统、控制系统等四大部分进行。,3.4.3组态软件的基本原理（2）,人机界面系统：实际上就是我们所谓的工况模拟动画。动画制作分为静态图形设计和动态属性设置两个过程。 静态图形设计类似于“画画”，用户利用组态软件中提供的基本图形元素：线、填充形状、文本及设备图库，在组态环境中“组合”成工程的模拟静态画面。静态图形设计在系统运行后保持不变，与组态时一致。 动态图形的动态属性设置则完成图形的动画属性，与实时数据库中定义的变量建立相关性的连接关系，作为动画图形的驱动
38、源。动态属性与表达式的值有关。表达式可以是来自设备的I/O变量，也可以是由变量和运算符组成的数学表达式，它反映图形大小、颜色、位置、可见度、闪烁性等状态的特征参数，随着表达式的值的变化而变化。 人机界面系统的设计还包括报警组态及输出、报表组态及打印、历史数据检索与显示等功能。各种报警、报表、趋势的数据源都可以通过组态作为动画链接的对象。,3.4.3组态软件的基本原理（3）,实时数据库系统 实时数据库是一个数据处理中心，是工控组态软件的核心部件，是构建分布式应用系统的基础，它负责实时数据运算与处理、历史数据存储、统计数据处理、报警处理、数据服务请求处理等。 在系统运行过程中，各个部件独立地向实时
39、数据库输入和输出数据，并完成自己的差错控制以减少通信信道的传输错误，通过实时数据库交换数据，形成互相关联的整体。 据来源的过程分为以下几种类型：I/O设备数据来源于设备的过程；网络数据来源于网络数据库的过程； 工控组态软件实时数据库系统的含义已远远超过了一个简单的数据库或一个简单的数据处理软件，它是一个实际可运行的，按照数据存储方式存储、维护和向应用程序提供数据或信息支持的复杂系统。因此，实时数据库系统的开发设计应该视为一个融入了实时数据库的计算机系统的开发设计。,3.4.3组态软件的基本原理（4）,通信系统 通信系统是实现工控组态软件与外界进行数据交换的软件系统，包括与I/O设备的通信及与第
40、三方程序接口组件的通信。在设计工控组态软件时，应该特别考虑解决异构环境下不同系统之间的通信。用户需要自己的工控组态软件与主流I/O设备及其他第三方厂商提供的应用程序之间进行数据交换，应使开发设计的软件支持目前主流的数据通信、数据交换标准。组态软件通过设备驱动程序与I/O设备进行数据交换，包括从下位机采集数据和发送来自上位机的设备指令。设备驱动程序是由高级语言编写的动态连接库(DLL)文件，其中包含符合各种设备通讯协议的处理程序。组态软件负责在运行环境中调用相应的I/O设备驱动程序，将数据传送到工程中I/O各个部分，完成整个系统的通信过程。工控组态软件与I/O设备之间通常通过以下几种方式进行数据
41、交换：串行通信方式支持(Modem)远程通信、板卡方式、网络节点方式、适配器方式、DDE方式、OPC方式、ODBC方式等。,3.4.3组态软件的基本原理（4）,控制系统 控制系统以基于PC的策略编辑、生成组件为代表，是工控组态软件的重要组成部分。策略编辑：组态软件提供后台语言编辑环境，策略相当于高级计算机语言中的函数，经过编译后可执行的功能实体。生成组件：有的组态软件以也以控件（功能模块）的形式来完成对实时数据库的操作、现场设备的控制等功能。在设计控件的时候我们可以利用面向对象的技术，把对数据的操作和处理封装在控件的内部，而提供给用户的只是控件的属性和操作方法。用户只需在控件的属性页中正确设置
42、属性值和选定控件的操作方法，就可满足大多数工程项目的需要。对于特殊的复杂的控制工程，开发设计组态软件时应该为用户提供创建运行策略的良好构架，使用户比较容易地将自己编制或定制的功能模块以构件的形式装入系统设立的控件箱内，以便在组态控制系统中方便地调用。,组态软件工作原理,3.4.4 使用controX2000组态软件开发监控系统,本节内容： 3.4.4.1 controX2000组态软件概述 3.4.3.2 controX2000组态软件 1. 工程组态流程 2. 硬件组态 3人机界面的组态 4用户管理 5工程加密,3.4.4.1 controX2000组态软件概述（1）,本小节内容： 1.运行
43、的软、硬件环境 2.单机体系结构 3.多机网络结构 4.软件版本类型 5.controX2000开发环境的功能组成,3.4.4.1 controX2000组态软件概述（2）运行的软、硬件环境,Pentium MMX200以上计算机。 100Mb以上的硬盘空间；64Mb以上的内存。 SVGA显示器以及可以支持16位增强色的显示卡。 操作系统可为Windows 98、Windows 2000、Windows NT 4.0等，但为了保证系统运行的可靠性，建议单机运行时也采用windows NT平台。 controX2000支持的网络协议为TCP/IP协议。,3.4.4.1 controX2000组态
44、软件概述（3）单机体系结构,图3.4.4 controx2000单机结构,3.4.4.1 controX2000组态软件概述（4）多机网络结构,图3.4.5 controX2000多机结构,3.4.4.1 controX2000组态软件概述（5）软件版本,软件版本类型 软件版本类型分运行版、完整版和Web版。,3.4.4.1 controX2000组态软件概述（6）开发环境的功能组成,图3.4.6 启动controX2000软件,3.4.3.2 controX2000组态软件（1）,本小节内容： 1.工程组态流程 2.硬件组态 3.人机界面的组态 4.用户管理 5.工程加密,3.4.3.2 c
45、ontroX2000组态软件（2） 工程组态流程,3.4.3.2 controX2000组态软件（3） 硬件组态（1）,第一步：建立节点。即建立上位机系统。 在进行组态之前首先建立一个工程（为本工程起个名称）,图3.4.8 开发环境,图3.4.9 工程设置对话框,3.4.3.2 controX2000组态软件（3） 硬件组态（2）,继续建立节点配置节点功能。,图3.4.10 新节点和设备向导对话框,3.4.3.2 controX2000组态软件（3） 硬件组态（3）,第二步：建立设备。选择下位机系统。,图3.4.11 新节点和设备向导对话框,3.4.3.2 controX2000组态软件（3）
46、 硬件组态（5）,选定通信参数,3.4.3.2 controX2000组态软件（3） 硬件组态（3）,第三步：建立标签。即建立工程中需要的 I/O 标签变量。,图3.4.13 标签编辑对话框,图2.4.14 标签报警属性设置,3.4.3.2 controX2000组态软件（4） 人机界面的组态（1）,（1）图页对象的组态 （2）图形对象的组态 （3）图页变量的设计 （4）脚本语言程序设计 （5）符号、单元及插件 （6）报警控件,（1）图页对象的组态-1,图页对象是controX2000提供给用户进行画面组态和运行的基本框架，各种图形对象，如图元、符号、单元、插件等的组态和运行都必须建立在图页上
47、。,图3.4.15 新建图页对话框,单击文件菜单中的新建命令，双击窗口中的图页图标，打开新建图页对话框，如图3.4.15所示。 对话框中设置图页的可见图层和安全区域是为实现用户管理需要的，在实现复杂的图形显示也十分有用。,（1）图页对象的组态-2,图页建立完毕之后，CRT上出现了图页编辑器；如图3.4.16所示。,（1）图页对象的组态-3,图页的属性可以组态，用鼠标点击图页会弹出属性对话框，图页属性有基本属性和事件属性两种，如图3.4.17是基本属性对话框，图3.4.18是事件属性对话框。,（1）图页对象的组态-4,图页有32层，可将图页配置在不同的图层上，为此要选择图页的可见图层；点击可见图
48、层会弹出图3.4.19供选择用。 图页工作区也有32个，选择工作区可以实现用户管理。在建立用户时，会指定该用户的工作区，这样就能避免非合法用户的误操作。,（2）图形对象的组态1,人机界面设计，就是在图页设计代表现场设备的各种图形对象。 图形对象包括有简单对象（如直线、园弧等）图页变量、符号、单元与插件等；利用此工具箱可以绘制现场的流程、工况图的动画。每一种图形称对象都具有三类属性可由用户自由组态。,（2）图形对象的组态2,图形对象属性对话框中有三页分别是 静态属性页：静态属性页是可以给定对象命名，指定对象的位置,指定图形对象的所在的图层，还特别指定了对象的操作权限等；指定用户权限可以使低于此权
49、限的用户不能对它进行操作，从而提高了系统的安全性。,（2）图形对象的组态3,动画属性页的组态 在动图属性页上可设定某种属性与那个标签变量关连，如图3.4.23所示是直线流动属性设置框。,图3.4.23 直线流动属性的组态对话框,（2）图形对象的组态4,事件属性页：在事件属性页中有鼠标事件、键盘事件、扫描事件和错误发生事件等，每种事件发生时上可指定所需执行的脚本语言程序。脚本语言程序是一种简单的容易编程的高级专用语言。编程对话框,如图3.4.24所示 编程时可以使用的全局变量有I/O标签变量、内存变量；还可以使用的局部变量有图页变量，和自定义的临时变量等。,（3）图页变量的设计,图页变量也是图形对象，用于其他图形对象和图页对象的事件属性中的编程，作为编程时预定义的一种内部变量，该变量的作用域只作用于本图页的范围内，供数据转换等功能使用，或用于本图页中的动画链接用。 一个图页变量提供了四个模拟量、四个开关量和两个字符串类型的内部变量。,
