計算機控制系統(tǒng)第7章計算機控制系統(tǒng)的軟件設計200805cxt

計算機控制系統(tǒng)第7章計算機控制系統(tǒng)的軟件設計第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計

7.1概述圖7-1過程計算機控制系統(tǒng)軟件組成框圖

7.1.1

計算機控制系統(tǒng)軟件的組成2直接程序，與控制過程或采樣/控制設備直接有關(guān)的程序，參與系統(tǒng)的實際控制過程，完成與各類I/O模板相關(guān)的信號采集、處理和各類控制信號的輸出任務，性能直接影響系統(tǒng)的運行效率和精度，是軟件系統(tǒng)設計的核心部分。規(guī)范服務性程序，指完成系統(tǒng)運行中的一些規(guī)范性服務功能的程序，如報表打印輸出、報警輸出、算法運行、各種畫面顯示等。輔助程序，包括接口驅(qū)動程序、檢驗程序，設備自診斷程序等。第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計

7.1概述37.1.2

軟件功能實時數(shù)據(jù)采集控制輸出邏輯控制報警監(jiān)視畫面顯示和報表輸出可靠性功能管理功能通信功能流程畫面制作功能第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計

7.1概述4自學第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計

7.2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)5數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通常由數(shù)據(jù)庫、硬件、軟件和數(shù)據(jù)庫管理員四部分組成。

(1)數(shù)據(jù)庫（DB）(2)硬件支持系統(tǒng)(3)軟件支持系統(tǒng)(4)數(shù)據(jù)庫管理員7.3.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.3實時數(shù)據(jù)庫6數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為三個層次：內(nèi)層、概念層和外層，其體系結(jié)構(gòu)如圖7-13所示。這三種模型用數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)定義語言（DDL）描述分別得到外模式（或子模式）、概念模式（或模式）、內(nèi)模式（或存儲模式）。為實現(xiàn)這三個抽象級別之間的轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)在這三級結(jié)構(gòu)間提供兩層變換：外模式/模式變換、模式/內(nèi)模式變換。第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.3實時數(shù)據(jù)庫7圖7-13數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.3實時數(shù)據(jù)庫8三種數(shù)據(jù)模型：即層次模型、網(wǎng)絡模型和關(guān)系模型。層次模型用樹形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表示實體之間聯(lián)系的模型叫層次模型。其特征是：有且只有一個節(jié)點（根節(jié)點）無父節(jié)點；除根節(jié)點外，其它節(jié)點有且僅有一個父節(jié)點，如圖7-14所示。網(wǎng)絡模型若取消層次模型的兩個特征，即一個節(jié)點可能有兩個以上的父節(jié)點，便形成網(wǎng)絡，這種用網(wǎng)絡數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示的實體與實體之間聯(lián)系的模型叫做網(wǎng)絡模型，其結(jié)構(gòu)如圖7-15所示。第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.3實時數(shù)據(jù)庫9關(guān)系模型表格是一種常用的數(shù)據(jù)表示方法，用表格數(shù)據(jù)來表示實體與實體之間聯(lián)系的模型叫關(guān)系模型。在層次模型和網(wǎng)絡模型中，文件中存放的是數(shù)據(jù)，各文件之間的聯(lián)系是通過指針來實現(xiàn)的。而在關(guān)系模型中，文件中存放兩類數(shù)據(jù)：一類是實體本身的數(shù)據(jù)；另一類是實體間的聯(lián)系，這種聯(lián)系是通過存放關(guān)鍵字來實現(xiàn)的。第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.3實時數(shù)據(jù)庫10圖7-14層次模型示意圖圖7-15網(wǎng)絡模型示意圖第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.3實時數(shù)據(jù)庫11在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中用于管理數(shù)據(jù)庫的軟件稱為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的一切操作，包括查詢、更新以及控制都通過DBMS進行。DBMS對數(shù)據(jù)的管理通過操作系統(tǒng)（OS）實現(xiàn)，DBMS與OS之間的接口稱之為存儲記錄接口，與用戶之間的接口稱之為用戶接口。DBMS提供數(shù)據(jù)語言給用戶，包括數(shù)據(jù)定義語言（DDL）和數(shù)據(jù)操作語言（DML）。第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.3實時數(shù)據(jù)庫12DBMS的主要功能數(shù)據(jù)庫的定義功能數(shù)據(jù)庫操作功能數(shù)據(jù)庫控制功能數(shù)據(jù)庫建立和維護功能數(shù)據(jù)字典第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.3實時數(shù)據(jù)庫13關(guān)系數(shù)據(jù)庫查詢語言SQL1)數(shù)據(jù)定義語言（DataDefinitionLanguage，DDL），用于定義、撤消和修改數(shù)據(jù)模式；2)查詢語言（QueryLanguage，QL），用于查詢數(shù)據(jù)；3)數(shù)據(jù)操縱語言（DataManipulationLanguage，DML），用于增、刪、改數(shù)據(jù)；4）數(shù)據(jù)控制語言（DataControlLanguage，DCL），用于數(shù)據(jù)訪問權(quán)限的控制。第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.3實時數(shù)據(jù)庫147.3.2實時數(shù)據(jù)庫技術(shù)實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（RTDBS）就是其事務和數(shù)據(jù)都是有定時特性或顯式的定時限制的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。圖7-16實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在企業(yè)信息化中的地位第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.3實時數(shù)據(jù)庫15與關(guān)系數(shù)據(jù)庫的區(qū)別

數(shù)據(jù)時效性

測點數(shù)量

插入速度

數(shù)據(jù)存貯量

維護方便性第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.3實時數(shù)據(jù)庫16實時數(shù)據(jù)庫的分類

硬實時數(shù)據(jù)庫

固實時數(shù)據(jù)庫

軟實時數(shù)據(jù)庫第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.3實時數(shù)據(jù)庫17流程工業(yè)實時數(shù)據(jù)庫

流程工業(yè)實時數(shù)據(jù)庫與是一種特殊的實時數(shù)據(jù)系統(tǒng)

歷史數(shù)據(jù)的處理與實時數(shù)據(jù)的處理同等重要；

弱化控制功能，強調(diào)歷史數(shù)據(jù)的分析應用；

實時性要求不高，屬于固、軟實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)；第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.3實時數(shù)據(jù)庫18圖7-17實時數(shù)據(jù)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.3實時數(shù)據(jù)庫19實時數(shù)據(jù)庫的功能點

實時數(shù)據(jù)庫模型

實時事務調(diào)度：包括并發(fā)控制、沖突解決、死鎖等內(nèi)容

數(shù)據(jù)壓縮

容錯性與錯誤恢復

訪問準入控制

內(nèi)存組織與管理

索引結(jié)構(gòu)

I/O與磁盤調(diào)度

主內(nèi)存數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.3實時數(shù)據(jù)庫7.3.3實時數(shù)據(jù)庫設計20系統(tǒng)資源調(diào)度、恢復不精確計算問題放松的可串行化問題

查詢處理算法實時SQL

數(shù)據(jù)和事務特性的語義及這種語義與一致性、正確性的關(guān)系實時事務的可預測性

通信的協(xié)議與算法

數(shù)據(jù)接口的標準化第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.3實時數(shù)據(jù)庫7.3.3實時數(shù)據(jù)庫設計21圖7-18Agilor系統(tǒng)組成及邏輯結(jié)構(gòu)圖第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.3實時數(shù)據(jù)庫22圖7－19ESP-iSys系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.3實時數(shù)據(jù)庫23圖7－20PI系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.3實時數(shù)據(jù)庫24數(shù)據(jù)壓縮

無損壓縮Shannon把信息中排除了冗余后的平均信息量稱為“信息熵”，并給出了計算信息熵的數(shù)學表達式，是所有無損數(shù)據(jù)壓縮算法的理論基礎(chǔ)Huffman編碼

LZ

算法

有損壓縮

JPG

MP3

第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.3實時數(shù)據(jù)庫25實時數(shù)據(jù)的有損壓縮

原理：

實時數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)變化具有一定波形規(guī)律；

只有一小部分測點的值經(jīng)常發(fā)生改變；

測點的數(shù)值都具有慢變化的特征；

數(shù)值變化與時間變化具有共同變化特性；

用戶在一定范圍內(nèi)，能夠允許數(shù)據(jù)的精度損失；

實現(xiàn)：

死區(qū)壓縮；

旋轉(zhuǎn)門壓縮；第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.3實時數(shù)據(jù)庫26WeStorethe

PreviousEvent第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.3實時數(shù)據(jù)庫旋轉(zhuǎn)門壓縮圖示27TheactualvalueatagiventimeiswithintherangeofaninterpolatedvaluebetweenadjacentPIvaluesplusorminusthecompressiondeviation.第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.3實時數(shù)據(jù)庫28歷史文件的磁盤組織

實時數(shù)據(jù)庫最終的數(shù)據(jù)流向是建立于磁盤上的歷史數(shù)據(jù)庫。

歷史數(shù)據(jù)庫能存儲歷史數(shù)據(jù)，還存儲屬性數(shù)據(jù)、中間計算結(jié)果數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)、索引結(jié)構(gòu)。

壓縮率、訪問速度、訪問并發(fā)性是影響歷史數(shù)據(jù)庫性能的重要因素第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.3實時數(shù)據(jù)庫29歷史數(shù)據(jù)特點

流程工業(yè)歷史數(shù)據(jù)的特點：

歷史數(shù)據(jù)量巨大

歷史數(shù)據(jù)保存的時間長

存儲格式簡單，沒有復雜的關(guān)系

不同測點數(shù)據(jù)保存的時間間隔相差很大；

許多測點的數(shù)據(jù)變化平緩；

以測點為單位進行歷史存儲

以測點和時間為查詢條件

大量的查詢都是最近時間段的歷史數(shù)據(jù)

追加插入多，刪除少，修改少，中間插入少。

查詢?yōu)榉謮K查詢，隨機查詢少。第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.3實時數(shù)據(jù)庫30歷史數(shù)據(jù)的設計

占用磁盤空間小：壓縮算法

查詢時間速度快：索引結(jié)構(gòu)

訪問磁盤次數(shù)盡可能少：頁面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；

易于管理：多文件，索引與數(shù)據(jù)共存；

具備數(shù)據(jù)恢復功能：日志系統(tǒng)第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.3實時數(shù)據(jù)庫31典型的索引有如下幾類：

HASH索引

順序索引

B樹索引

AVL樹索引

T樹索引

數(shù)組索引第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.3實時數(shù)據(jù)庫32緩沖區(qū)設計

緩沖區(qū)在內(nèi)外存數(shù)據(jù)交換中的作用

緩沖區(qū)的結(jié)構(gòu)選擇（影子內(nèi)存法、HASH表）

緩沖區(qū)的頁面定位算法

緩沖區(qū)的頁面淘汰算法第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.3實時數(shù)據(jù)庫33內(nèi)存數(shù)據(jù)組織

內(nèi)存數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)選擇

內(nèi)存數(shù)據(jù)的索引算法

內(nèi)存數(shù)據(jù)的在線組態(tài)算法

內(nèi)存數(shù)據(jù)的導入和導出第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.3實時數(shù)據(jù)庫34任務調(diào)度和并發(fā)處理

任務調(diào)度的機制

消息和任務分派

多線程處理的優(yōu)勢

鎖機制的選擇，二段鎖，讀寫鎖，鎖的粒度

多個進程之間的并發(fā)處理

多機器之間的并發(fā)處理第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.3實時數(shù)據(jù)庫35應用程序接口

接口API

在API之上提供擴充和封裝

ODBC、OPC、ActiveX

多級體系結(jié)構(gòu)

冗余處理

不同設備的協(xié)議標準化

定制接口功能

實時SQL語言第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.3實時數(shù)據(jù)庫36第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.4軟件設計操作系統(tǒng)的選擇操作系統(tǒng)提供的開發(fā)工具操作系統(tǒng)向硬件接口移植的難度。操作系統(tǒng)的內(nèi)存要求。開發(fā)人員是否熟悉此操作系統(tǒng)及其提供的API。操作系統(tǒng)是否提供硬件驅(qū)動程序，如網(wǎng)卡驅(qū)動程序等。操作系統(tǒng)的可剪裁性。操作系統(tǒng)的實時性能。37計算機控制系統(tǒng)應用程序開發(fā)平臺處理器的選擇①

處理性能②

技術(shù)指標③

功耗④

軟件支持工具⑤

是否內(nèi)置調(diào)試工具⑥

供應商是否提供評估板。第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.4軟件設計38計算機控制系統(tǒng)應用程序開發(fā)平臺編程語言的選擇

①

通用性②

可移植性程度③

執(zhí)行效率④

可維護性

第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.4軟件設計39計算機控制系統(tǒng)應用程序開發(fā)平臺計算機控制系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫的選擇(1)數(shù)據(jù)存儲效率和最大采集標簽點數(shù)(2)系統(tǒng)訪問結(jié)構(gòu)(3)二次開發(fā)能力和開放性(4)接口技術(shù)(5)數(shù)據(jù)緩沖功能和容錯功能(6)已有的應用軟件(7)數(shù)據(jù)備份和安全機制(8)可移植性和可擴展性第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.4軟件設計40計算機控制系統(tǒng)應用軟件的構(gòu)建(1)控制系統(tǒng)軟件設計的目的和任務總體設計——決定軟件的總體結(jié)構(gòu)，又稱為“概要設計”或“結(jié)構(gòu)設計”；詳細設計——決定軟件中每一模塊內(nèi)部的邏輯過程，又稱為“過程設計”或“算法設計”。第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.4軟件設計41(2)控制系統(tǒng)軟件設計的基本原則1)抽象(abstraction)2)細化(refinement)3)模塊化(modularity)4)信息隱藏(informationhiding)第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.4軟件設計42計算機控制系統(tǒng)應用軟件編程的基本方法(1)結(jié)構(gòu)化程序設計(2)面向?qū)ο笤O計圖7-21程序的基本控制結(jié)構(gòu)a)順序結(jié)構(gòu)b)選擇結(jié)構(gòu)c)循環(huán)結(jié)構(gòu)第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.4軟件設計43實時控制程序的結(jié)構(gòu)設計(1)數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理程序(2)控制算法程序(3)控制量輸出程序(4)實時時鐘和中斷處理程序(5)數(shù)據(jù)管理程序(6)數(shù)據(jù)通信程序第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.4軟件設計44組態(tài)Configuration，是使用軟件工具對計算機及軟件的各種資源進行配置，使計算機或軟件自動執(zhí)行特定的任務。第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.5組態(tài)軟件45

20世紀80年代時，世界上第一個商品化監(jiān)控組態(tài)軟件是由美國的Wonderware公司研制的Intouch，隨后又出現(xiàn)了Intellution

公司的FIX系統(tǒng)，通用電氣的Cimplicity,以及德國西門子的WinCC等；在國內(nèi)主要有亞控公司的KingView組態(tài)王，昆侖公司的MCGS，三維公司的力控，太力公司的Synall等組態(tài)軟件。第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.5組態(tài)軟件46現(xiàn)場總線技術(shù)的成熟更加促進了組態(tài)軟件的應用。因為現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡系統(tǒng)具備OSI協(xié)議，因此可以認為它與普通網(wǎng)絡系統(tǒng)具有相同的屬性，這為組態(tài)軟件的發(fā)展提供了更多機遇。組態(tài)軟件的發(fā)展方向之一是能夠兼容多操作系統(tǒng)平臺.隨著UNIX、LINIX操作系統(tǒng)越來越多的被公司采用作為主機操作系統(tǒng)，可移植性成為組態(tài)軟件的主要發(fā)展方向。

第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.5組態(tài)軟件47工控組態(tài)軟件的組成(1)系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境由若干個組態(tài)程序組成，如圖形界面組態(tài)程序、實時數(shù)據(jù)庫組態(tài)程序等。(2)系統(tǒng)運行環(huán)境系統(tǒng)運行環(huán)境由若干個運行程序組成，如圖形界面運行程序、實時數(shù)據(jù)庫運行程序等。第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.5組態(tài)軟件48

自動化工程的所有操作畫面，包括流程畫面都是在圖形開發(fā)環(huán)境下制作、生成的，工程設計人員使用最頻繁的組態(tài)軟件組件就是圖形開發(fā)環(huán)境。組態(tài)王的圖形開發(fā)環(huán)境是TOUCHMAK，力控R軟件中的圖形開發(fā)環(huán)境是Draw，在Intouch中是WindowMaker。圖形開發(fā)環(huán)境是目標應用系統(tǒng)的主要生成工具之一，它依照操作系統(tǒng)的圖形標準，采用面向?qū)ο蟮膱D形技術(shù)，為使用者提供豐富強大的繪圖編輯、動畫連接和腳本工具，提供右鍵菜單功能，幫助使用者簡化操作。第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.5組態(tài)軟件492.基本組態(tài)軟件必備的功能組件(1)應用程序管理器(2)圖形界面開發(fā)/運行程序(3)實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組態(tài)/運行程序(4)I/O驅(qū)動程序第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.5組態(tài)軟件503.組態(tài)軟件其他功能組件(1)通用數(shù)據(jù)庫接口(ODBC接口)組態(tài)/運行程序(2)策略(控制方案)編輯/生成組件(3)實用通信程序組件第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.5組態(tài)軟件514.組態(tài)軟件的數(shù)據(jù)處理流程組態(tài)軟件通過I/O驅(qū)動程序從現(xiàn)場I/O設備獲得實時數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行必要的加工后。一方面以圖形方式直觀地顯示在計算機屏幕上；另一方面按照組態(tài)要求和操作人員的指令將控制數(shù)據(jù)送給I/O設備，對執(zhí)行機構(gòu)實施控制。將需存儲的采集信息存儲到歷史數(shù)據(jù)庫并對歷史數(shù)據(jù)檢索請求給予響應。當發(fā)生報警時及時將報警以聲音、圖像的方式通知操作人員，并記錄報警的歷史信息，以備檢索。第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.5組態(tài)軟件525.組態(tài)軟件的性能及特點組態(tài)軟件具有實時多任務、接口開放、使用靈活、運行可靠的特點。其中最突出的特點是它的實時多任務性，可以在一臺計算機上同時完成數(shù)據(jù)采集，信號數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)圖形顯示，可以實現(xiàn)人機對話，實時數(shù)據(jù)的存儲、歷史數(shù)據(jù)的查詢，實時通訊等多個任務。第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.5組態(tài)軟件53工控組態(tài)軟件開發(fā)及調(diào)試1.“組態(tài)王”通用版軟件結(jié)構(gòu)“組態(tài)王6.5”軟件包由工程管理器ProjManager、工程瀏覽器TouchExplorer、畫面開發(fā)系統(tǒng)TouchMak（內(nèi)嵌于工程瀏覽器）和運行系統(tǒng)TouchView四部分組成。工程管理器用于新工程的創(chuàng)建和已有工程的管理；工程瀏覽器可以查看、配置工程的各個組成部分，畫面的開發(fā)和運行由工程瀏覽器調(diào)用畫面開發(fā)系統(tǒng)和工程運行系統(tǒng)來完成。第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.5組態(tài)軟件54組態(tài)王畫面開發(fā)環(huán)境3.

動畫效果第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.5組態(tài)軟件554.組態(tài)王的通信機制圖7-22組態(tài)王工作原理第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.5組態(tài)軟件56用工控組態(tài)軟件構(gòu)建應用控制軟件的基本步驟1)設計圖形界面；利用組態(tài)軟件的圖庫，使用相應的圖形對象模擬實際的控制系統(tǒng)和控制設備。2)定義設備驅(qū)動，構(gòu)造數(shù)據(jù)庫變量；創(chuàng)建實時數(shù)據(jù)庫，用數(shù)據(jù)庫中的變量反映控制對象的各種屬性，變量描述控制對象的各種屬性。第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.5組態(tài)軟件573)建立動畫連接等；建立變量和圖形畫面中的圖形對象的連接關(guān)系，畫面上的圖形對象通過動畫的形式模擬實際控制系統(tǒng)的運行。4)運行和調(diào)試。第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.5組態(tài)軟件58第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.5組態(tài)軟件1．命令語言命令語言是一段類似于C語言的程序。組態(tài)王的命令語言包括應用程序命令語言、熱鍵命令語言、事件命令語言、變量改變命令語言、自定義函數(shù)命令語言、動畫連接命令語言、畫面屬性命令語言。各類命令語言通過“命令語言”對話框編輯輸入，在運行系統(tǒng)中被編譯執(zhí)行。2．窗口窗口是組態(tài)軟件的目的操作界面，絕大部分的操作都在窗口上設計完成。59第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.5組態(tài)軟件3.圖素窗口中的絕大部分內(nèi)容都是由一些簡單的或復雜的圖形對象構(gòu)成的：簡單的如線、文本、按鈕等，通常是組態(tài)軟件系統(tǒng)自身提供的，稱為“標準圖素”；復雜的如各種報警、事件、報表及第三方開發(fā)的圖素。4.外部對象是指由其它Windows應用程序生成的圖形或數(shù)據(jù)對象，如Active控件、Excel表格、Word文檔等OLE對象。

60第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.5組態(tài)軟件

Active控件是典型的外部控件，一般以OCX做擴展名。它是一種能夠完成特定功能的獨立的標準組件，可以是組態(tài)軟件本身開發(fā)的或者是用其他軟件如VB、VC等第三方應用程序開發(fā)的，也可以直接從第三方開發(fā)商那里購買。但它必須被置入控件容器（Container）中。KingView就是標準的控件容器。61圖形開發(fā)環(huán)境的工作界面

1．工程管理器的主要作用是集中管理本機上的組態(tài)王工程。功能主要包括：新建、刪除工程，搜索組態(tài)王工程，修改工程屬性，工程備份、恢復，數(shù)據(jù)詞典的導入導出，切換到組態(tài)王開發(fā)或運行環(huán)境等。工程管理器由菜單條、工具欄、工程信息顯示區(qū)及狀態(tài)欄組成，見圖7-5-1。

圖7-5-1

工程管理圖第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.5組態(tài)軟件622．工程瀏覽器工程瀏覽器是組態(tài)王6.01的集成開發(fā)環(huán)境，是一個類似于Windows資源管理器的窗口。在這里可以看到所建工程的所有組成部分，包括畫面，數(shù)據(jù)庫，外部設備，配方等。工程瀏覽器如圖7-5-2所示，由菜單欄、工具欄、工程目錄顯示區(qū)、目錄內(nèi)容顯示區(qū)、狀態(tài)條組成。圖7-5-2工程瀏覽圖第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.5組態(tài)軟件633．圖形工具箱繪制圖素的主要工具放在圖形編輯工具箱中，當畫面打開時，工具箱自動加載。如果沒有顯示，選擇菜單“工具/顯示工具箱”或按F10快捷鍵。工具箱中各基本工具的使用方法和Windows中的“畫筆”的使用類似，如圖7-5-3所示。圖7-5-3圖形工具箱第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.5組態(tài)軟件644．圖庫管理器圖庫管理器如圖7-5-4所示，內(nèi)中存放的是組態(tài)軟件的各種圖素，用戶可以選擇需要的對象就可以設計自己需要的界面。它的使用降低了設計界面的難度，縮短開發(fā)周期。同時工程人員可以生成自己的圖庫對象。圖7-5-4圖庫管理器第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.5組態(tài)軟件65工藝控制流程圖的組態(tài)

工藝控制流程圖是實現(xiàn)控制系統(tǒng)實時監(jiān)控的最重要的部分之一。本節(jié)以水位控制系統(tǒng)為例，介紹如何使用組態(tài)軟件實現(xiàn)工藝控制流程圖的步驟。第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.5組態(tài)軟件661變量的定義

在控制系統(tǒng)中，需要采用變量來存放外部設備傳送來的檢測信號（如水位信號），這些變量需要同外部設備進行數(shù)據(jù)交換。所以需要首先建立工程，然后進行設備配置，再建立相應的變量。

1．建立工程

啟動組態(tài)王工程管理器，選擇菜單“文件”中的“新建工程”，或者單擊工具欄的“新建”按鈕。出現(xiàn)“新建工程向?qū)е弧睂υ捒颍瑔螕簟跋乱徊健卑粹o，彈出“新建工程向?qū)е睂υ捒?，選擇工程所在目錄，單擊“下一步”，彈出“新建工程向?qū)е睂υ捒?，輸入新建組態(tài)王工程名稱：水位控制系統(tǒng)；工程描述：水位控制系統(tǒng)。單擊“完成”按鈕，在是否將所建的工程設為組態(tài)王當前工程的對話框中選擇“是”。第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.5組態(tài)軟件67在菜單項中選擇“工具/切換到開發(fā)系統(tǒng)”，或者退出工程管理器，直接打開組態(tài)王工程瀏覽器，進入工程瀏覽器畫面，此時組態(tài)王自動生成初始的數(shù)據(jù)文件。至此，新的工程建立?？蓞㈤喌?.5.2相關(guān)的內(nèi)容。第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.5組態(tài)軟件682．建立畫面進入工程瀏覽器，打開圖形工具箱和圖庫管理器。（1）在工具箱中的立體管道工具中選擇“”，在畫面上，鼠標圖形為“+”模式，在適當位置單擊鼠標左鍵，然后移動鼠標到結(jié)束位置，雙擊。則立體管道在畫面上顯示出來。如果立體管道需要彎曲，只需在折點處單擊鼠標，然后繼續(xù)移動鼠標，就可實現(xiàn)折線形式的立體管道。選中所畫的立體管道，在調(diào)色板上的對象選擇按鈕中按下線條色按鈕，在選色區(qū)選擇顏色，則立體管道變?yōu)橄鄳念伾?。?章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.5組態(tài)軟件69（2）打開圖庫管理器，在反應器圖庫中選擇“”圖素，雙擊后在水位控制畫面上單擊鼠標，該圖素出現(xiàn)在相應的位置，移動到相應的立體管道上，并拖動邊框改變其大小，如圖7-5-5所示。

圖7-5-5文本、圖素的使用方法第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.5組態(tài)軟件703．定義外部設備和數(shù)據(jù)變量作為上位機，需要與外部設備交換數(shù)據(jù)。這些外部設備包括：下位機如PLC、儀表、模塊、板卡等，一般通過串行口和上位機交換數(shù)據(jù)；其他Windows應用程序，一般通過DDE交換數(shù)據(jù)。若組態(tài)軟件在網(wǎng)絡上運行，則外部設備還可以包括網(wǎng)絡上的其它計算機。只有在定義了外部設備之后，組態(tài)軟件才能通過I/O變量進行數(shù)據(jù)交換。為方便定義外部設備，組態(tài)王設計了“設備配置向?qū)А敝笇瓿稍O備的連接。本書使用仿真PLC和組態(tài)王通訊，利用仿真PLC為組態(tài)王提供數(shù)據(jù)，假設仿真PLC連接在計算機的COM1口。第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.5組態(tài)軟件71在定義了相關(guān)的外部設備之后，可以使用數(shù)據(jù)詞典定義需要的變量，對于水位控制系統(tǒng)至少需要一個模擬量和一個數(shù)字量。(1)模擬量“水位”變量的定義:如圖7-5-6所示。單擊“數(shù)據(jù)庫”大綱的“數(shù)據(jù)詞典”成員名，然后在目錄內(nèi)容顯示區(qū)雙擊“新建”圖標，出現(xiàn)“定義變量”窗口。在“基本屬性”頁輸入變量名“水位”，變量類型為“I/O實數(shù)”，連接設備設置為“新IO設備”，寄存器設置為DICREA100，數(shù)據(jù)類型為“FLOAT”,讀寫數(shù)據(jù)為“只讀”，采集頻率為1000ms，最小值0，最大值3.5，最小原始值0，最大原始值3。這樣就可以把從外部設備傳過來的4～20mA的電流信號通過標準電阻轉(zhuǎn)換為0.5～3.5V電壓，再轉(zhuǎn)換成0～3m的水位。第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.5組態(tài)軟件72圖7-5-6水位變量的定義第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.5組態(tài)軟件73（2）數(shù)字量“水泵運行”變量的定義:如圖7-5-7。在目錄內(nèi)容顯示區(qū)中雙擊“新建”圖標，再次出現(xiàn)“定義變量”窗口，將變量名設置為“水泵運行”，變量類型設置為“I/O離散”，初始值設置為“關(guān)”，連接設備設置為“新IO設備”，寄存器設置為“CommErr，數(shù)據(jù)類型為“Bit”，采集頻率為1000ms,然后單擊“記錄和安全區(qū)”選項卡，單擊選中“數(shù)據(jù)變化記錄”單選按鈕，再單擊“確定”按鈕，完成變量的設置。（3）實數(shù)變量的定義:實數(shù)變量是用來存儲歷史數(shù)據(jù)的。可以根據(jù)控制要求，例如存儲24個小時整點的水位數(shù)值，需要24個內(nèi)存實數(shù)變量如：水位1……，水位24。雙擊“新建”圖標，出現(xiàn)“定義變量”對話框，將變量名設置為“水位1”，變量類型設置為“內(nèi)存實數(shù)”，最大值設置為3.5。選中“保存數(shù)值”復選框，再單擊“確定”按鈕，定義完成。第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.5組態(tài)軟件74圖7-5-7水泵運行變量的定義第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.5組態(tài)軟件75（4）內(nèi)存離散變量的定義:如圖7-5-8所示。內(nèi)存離散變量是用來控制系統(tǒng)的啟、停的。雙擊“新建”圖標，出現(xiàn)“定義變量”對話框，將變量名設置為“啟動”，變量類型設置為“內(nèi)存離散”，再單擊“確定”按鈕，定義完成。圖7-5-8啟動變量的定義第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.5組態(tài)軟件76畫面的編輯與動畫連接1．畫面的編輯前節(jié)已經(jīng)對“水位控制系統(tǒng)”的建立有所陳述。現(xiàn)在利用組態(tài)王提供的各種繪圖工具來制作完善的主畫面，使得畫面能夠逼真地反映控制系統(tǒng)的工作運行狀況，并且可以通過畫面控制實際的運行狀態(tài)，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)的實時監(jiān)控，如圖7-5-9所示。圖7-5-9水位控制系統(tǒng)主畫面第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.5組態(tài)軟件77（1）文本輸入

用鼠標單擊“工具箱”中的“文本”工具按鈕，然后將鼠標移動到畫面上適當位置單擊，用戶便可以輸入文字。輸入完畢后，單擊鼠標，文字輸入完成。若需要對輸入的文字進行修改，則可以首先選中該文本，然后用鼠標單擊，在彈出的菜單中單擊“字符串替換”菜單項，彈出“字符串替換”對話框，輸入要修改的文字，單擊“確定”按鈕，如圖7-5-10所示。圖7-5-10字符串替換第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.5組態(tài)軟件78若要對字體進行修改，單擊“工具箱”中的“字體”按鈕，彈出“字體”對話框，用戶可以在此對話框中選擇需要的字體、字形和大小。單擊“確定”按鈕，字體的修改完成。修改文字的顏色，則可以選中文本，單擊“工具箱”中的“顯示調(diào)色板”按鈕，在彈出的“調(diào)色板”中單擊“字符色”按鈕，選擇需要的顏色即可。第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.5組態(tài)軟件79（2）圖素輸入利用組態(tài)王的圖庫繪制需要的圖素。單擊“圖庫”中的“打開圖庫”菜單項，出現(xiàn)“圖庫管理器”窗口。下面以水泵為例，介紹圖庫的使用方法。打開圖庫管理器，在左側(cè)的樹狀顯示區(qū)選中“泵”，右側(cè)出現(xiàn)所有與泵相關(guān)的圖素。選中需要的水泵，雙擊后將鼠標移動到畫面適當位置并單擊，則“泵”就出現(xiàn)在畫面上，用鼠標將其大小調(diào)試到需要的尺寸后，即完成了“泵”的繪制，如圖7-5-11。第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.5組態(tài)軟件80圖7-5-11圖庫中選取水泵圖素同樣的方法可以在畫面上繪制出水箱、管道、水位傳感器及相應的文本。至此，主畫面繪制完成。第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.5組態(tài)軟件812．動畫連接建立動畫連接后，當數(shù)據(jù)庫中的變量發(fā)生變化后，圖形對象就可以按照設定的動畫連接隨之做同步的變化。下面是水位控制系統(tǒng)主畫面的動畫連接過程。

（1）啟動按鈕的動畫連接設置：雙擊“啟動”按鈕，出現(xiàn)“動畫連接”對話框，單擊命令語言連接中的“彈起時”按鈕，出現(xiàn)“命令語言”窗口。輸入如下命令語言：“\\本站點\啟動=1；”單擊“確定”按鈕，返回到“動畫連接”對話框，再單擊“確定”按鈕，則“啟動”按鈕的動畫連接完成，如圖7-5-12所示。當用鼠標單擊“啟動”按鈕時，系統(tǒng)運行。

第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.5組態(tài)軟件82圖7-5-12啟動按鈕的動畫連接設置同樣的方法可以設置“停止”按鈕。只要將輸入命令改為：“\\本站點\啟動=0；”即可。第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.5組態(tài)軟件83（2）指示燈的動畫連接設置：雙擊“指示燈”，出現(xiàn)“指示燈向?qū)А睂υ捒颉⒆兞棵O定為：“\\本站點\啟動”，將“正常色”設置為綠色，“報警色”設置為紅色。再單擊“確定”按鈕，則“指示燈”動畫連接完成，如圖7-5-10所示。在運行狀態(tài)下，此指示燈的顏色將表明系統(tǒng)的運行狀態(tài)：綠色表示系統(tǒng)處于運行狀態(tài)，紅色表示系統(tǒng)處于停止狀態(tài)。圖7-5-10指示燈的動畫連接設置第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.5組態(tài)軟件84（3）水泵的動畫連接設置：雙擊“水泵”，出現(xiàn)“泵”對話框，將其中的變量名設置為“\\本站點\水泵運行”，單擊“確定”按鈕，則“水泵”動畫連接完成，如圖所示。在運行時，水泵中央顯示綠色表示正在工作，紅色表示停止狀態(tài)。第7章計算機控制系統(tǒng)軟件設計7.5組態(tài)軟件85（4）水箱的動畫連接設置：雙擊“水箱”，出現(xiàn)“反應器”對話框。變量名設置為“\\本站點\水位”，填充顏色設置為藍綠色，并把最大值設置為3.5。單擊“確定”按鈕，則“水箱”動畫連接完成。運行時，水箱中填充的高度表示了水箱水位的高度。（5）顯示文本的動畫連接設置：雙擊“水位顯示”文本，出現(xiàn)“動畫連接