組態(tài)軟件概述(xxz)課件

集散控制和現(xiàn)場總線技術(shù)——組態(tài)軟件WinCC及其應(yīng)用參考教材組態(tài)軟件WinCC及其應(yīng)用

劉華波等機械工業(yè)出版社深入淺出西門子WinCCV6北京航空航天出版社WinCC幫助系統(tǒng)緒論集散控制系統(tǒng)（DCS）的產(chǎn)生和定義DCS系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)典型DCS/FCS系統(tǒng)簡介課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容1.集散控制系統(tǒng)的產(chǎn)生與定義工業(yè)過程控制系統(tǒng)的發(fā)展產(chǎn)生傳統(tǒng)DCSPLCBasedDCSIPCBasedDCSDDC控制始于50末期里程碑意義集中型計算機控制(CCS)控制集中信息集中危險集中DCS控制始于70年代控制分散信息集中半數(shù)字，半分散全數(shù)字通訊全分散控制FCS工業(yè)以太網(wǎng)分布式IODCS現(xiàn)場信號與IO站點模擬信號一對一連接，站站之間總線連接。過渡型結(jié)構(gòu)控制器被控對象測量變送裝置+－SP執(zhí)行器4～20mA4～20mAD/AA/D數(shù)字信號DDC工作過程：①數(shù)據(jù)采集②控制決策③控制輸出1.集散控制系統(tǒng)的產(chǎn)生與定義集散控制系統(tǒng)的產(chǎn)生與定義傳統(tǒng)DCS和現(xiàn)場總線的結(jié)合CCS傳統(tǒng)DCS發(fā)展定義DistributedControlSystem——DCS可直譯為“分布式控制系統(tǒng)”，是對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的一種全新的分布式計算機控制系統(tǒng)。主要特點：控制設(shè)備的分散控制監(jiān)視和管理操作的集中開放的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用危險和控制分散，而操作和管理集中的基本設(shè)計思想，多層分級、合作自治的結(jié)構(gòu)形式1.集散控制系統(tǒng)的產(chǎn)生與定義DCS是4C產(chǎn)物2.集散控制系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)2.集散控制系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)DCS結(jié)構(gòu)層次經(jīng)營管理級生產(chǎn)管理級控制管理級過程控制級信號的輸入、變換、運算、輸出等控制功能。FCU對過程控制級的集中監(jiān)視與管理對系統(tǒng)的組態(tài)。全廠（公司）生產(chǎn)的最優(yōu)化。指揮調(diào)度市場、營銷、生產(chǎn)信息匯總，全面綜合經(jīng)營管理與決策。2.集散控制系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)拓撲結(jié)構(gòu)

實際系統(tǒng)架構(gòu)CPU315－2DP

CPU414－3DP

CPU314

OP/TP

CPU416－2DP

Profibus－DP

(1)

(2)

(19)

(1)

(2)

(11)

Profibus－DP

(1)

(2)

(10)

Profibus－DP

MPI/-DP/EtherNet

系統(tǒng)服務(wù)器OS1OS2OS3OS4EtherNet

可擴展操作站數(shù)據(jù)通道控制單元1控制單元2多路采集器…網(wǎng)絡(luò)接口去上級網(wǎng)其它系統(tǒng)操作計算機1組態(tài)計算機…DCS的三站一線功能完成數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理，對實時數(shù)據(jù)進行加工對控制變量進行檢測、處理，并產(chǎn)生控制信號驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)操作人員進行過程監(jiān)視、控制操作的設(shè)備進行組態(tài)工作和在線系統(tǒng)監(jiān)控與維護控制系統(tǒng)的中樞，連接各個環(huán)節(jié)DCS的三站一線現(xiàn)場控制站:多回路控制器(一個微控制器8-40個回路)獨立對生產(chǎn)過程控制。需要工程師站對其進行組態(tài)。操作員站：集中操作和監(jiān)視功能。工程師站：進行系統(tǒng)組態(tài)生成和維護功能。通信總線：信息傳輸與信息共享。按網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議進行信息傳輸。網(wǎng)絡(luò)雙總線冗余結(jié)構(gòu)，設(shè)置網(wǎng)關(guān)，與其它系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備（如HART協(xié)議DDZ-III儀表）連接。現(xiàn)場控制站?主要設(shè)備：現(xiàn)場控制單元。?主要任務(wù)：進行數(shù)據(jù)采集及處理，對被控對象實施閉環(huán)反饋控制、順序控制和批量控制。?用戶可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求，選擇配置不同的現(xiàn)場控制單元以構(gòu)成現(xiàn)場控制站?！褚悦嫦蜻B續(xù)生產(chǎn)的過程控制為主，順序邏輯控制為輔，構(gòu)成一個可以實現(xiàn)多種復(fù)雜控制方案的現(xiàn)場控制站;●

以順序控制、聯(lián)鎖控制功能為主的現(xiàn)場控制站；●構(gòu)成對大批量過程信號進行總體信息采集的現(xiàn)場控制站。1.機柜現(xiàn)場控制站機柜中央控制室機柜間機柜間機柜組有了現(xiàn)場控制站，生產(chǎn)過程控制的安全性和可靠性都很容易得到保證現(xiàn)場控制單元多層I/O卡件箱電源單元通信接口接線端子板機柜正面（前面）機柜背面（后面）現(xiàn)場控制站機柜3.控制計算機控制器電源單元I/O卡件現(xiàn)場總線接口卡件導(dǎo)軌控制計算機?

DCS操作站一般分為操作員站和工程師站兩種DCS操作員站與工程師站操作員站：利用CRT和鍵盤對生產(chǎn)過程進行集中操作和監(jiān)視。顯示各種畫面。通過打印機和拷貝機進行操作記錄打印、報警打印和報表打印。工程師站：具備操作員站全部功能。系統(tǒng)組態(tài)、系統(tǒng)測試、系統(tǒng)維護、系統(tǒng)管理。工藝流程圖和控制畫面顯示畫面報警提示畫面（報警時間工位號等）控制回路畫面（控制儀表控制回路工況）過程趨勢畫面過程量的變化曲線顯示記錄記錄和表格畫面（輸出數(shù)據(jù)表格顯示）（顯示生產(chǎn)工藝流程及其運行的動態(tài)過程）1、操作員站

●操作臺

●微處理機系統(tǒng)

●外部存儲設(shè)備

●圖形顯示設(shè)備

●操作鍵盤和鼠標

●打印輸出設(shè)備DCS操作站主要設(shè)備操作站設(shè)備DCS系統(tǒng)操作臺（1）工藝流程圖系統(tǒng)模擬圖實時監(jiān)控，實時監(jiān)測生產(chǎn)現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)情況（2）趨勢畫面

各種過程參數(shù)值的變化趨勢（3）報警畫面各個節(jié)點設(shè)備異常報警工程師站：系統(tǒng)組態(tài)生成與變更操作員站和現(xiàn)場控制站的功能。現(xiàn)場控制站組態(tài):I/O點數(shù)、端子號、生成與變更站內(nèi)反饋控制功能、順序控制功能和監(jiān)控功能。操作站組態(tài)：操作站的規(guī)格、信號點數(shù)、各種畫面的定義、功能鍵的定義、報表格式等。利用組態(tài)工具軟件將工作表顯示在屏幕上，通過填表、連線等方式實現(xiàn)系統(tǒng)組態(tài)和功能的變更。數(shù)據(jù)通信及網(wǎng)絡(luò)在DCS系統(tǒng)誕生時，主要解決一個生產(chǎn)裝置中幾個控制站和一個或幾個操作站之間的數(shù)據(jù)通信問題；第二代DCS則解決多個裝置的DCS互聯(lián)問題；第三代DCS則解決一個工廠的多個車間互聯(lián)及與全廠計算機管理網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的問題，這是總的設(shè)計思想。在DCS中采用數(shù)字通信技術(shù)，還有在控制站內(nèi)采用站內(nèi)通信總線及遠程I/O總線，以及在第三代DCS的控制站內(nèi)增加了連接PLC、分析儀和現(xiàn)場智能儀表的接口卡，使DCS與現(xiàn)場儀表之間的接線減少，并對現(xiàn)場儀表進行設(shè)備管理，這為DCS向下兼容并與現(xiàn)場總線通信技術(shù)融合打下基礎(chǔ)。3.典型集散控制系統(tǒng)國際著名廠商:TDC-2000TDC3000SPECTRUMI/AseriesCENTUM愛默生電氣公司W(wǎng)DPFPROVOX國內(nèi)著名廠商：8家國外公司壟斷電廠DCS過去，國內(nèi)大型發(fā)電機組分散控制系統(tǒng)（DCS）一直是從國外進口，被原能源部、電力部熱工自動化領(lǐng)導(dǎo)小組指定的八家國外公司產(chǎn)品所壟斷。

限定的8家DCSABB

INFI

90Hartman&Braum公司

ContronicP/S

ABBProcontrol西屋

Ovation西門子

Teleperm?？怂共_

I/A日立

HIACS

MCS

MAX

上海新華XDPS-400+北京和利時HOLLiAS第四代分布式控制系統(tǒng)浙大中控JX-300X集散控制系統(tǒng)OS：操作站；ES：工程師站；MFS：多功能計算站；BCU：總線變換單元；CIU：通訊接口單元；PCS：過程控制站；ACS：區(qū)域控制站；LCS：邏輯控制站；DAS：數(shù)據(jù)采集站；SBUS：系統(tǒng)I/O總線；IOU：IO單元；RIOU：遠程IO單元浙大中控JX-300X集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖4.本課程學(xué)習(xí)內(nèi)容上位機組態(tài)WinCC組態(tài)軟件39第1章概述1.1組態(tài)軟件的產(chǎn)生與發(fā)展1.1.1工業(yè)過程控制系統(tǒng)的發(fā)展

生產(chǎn)過程的需求控制理論的開拓控制技術(shù)手段和工具的進步在組態(tài)軟件出現(xiàn)之前，大部分用戶是通過第三方軟件（如VB、VC、DELPHI、PB甚至C等）編寫人機交互界面（HumanMachineInterface，HMI），這樣做存在著開發(fā)周期長、工作量大、維護困難、容易出錯、擴展性差等缺點。世界上第一款組態(tài)軟件InTouch在20世紀80年代中期由英國的Wonderware公司開發(fā)。1.1.2組態(tài)軟件的產(chǎn)生及發(fā)展類似于“自動化應(yīng)用軟件生成器”，根據(jù)其提供的各種軟件模塊可以積木式搭建人機監(jiān)控界面，不僅提高了自動化系統(tǒng)的開發(fā)速度，也保證了自動化應(yīng)用的成熟性和可靠性。組態(tài)軟件的實質(zhì)1.1.3組態(tài)軟件的定義

SupervisoryControlAndDataAcquisition—SCADA亦稱HMI軟件，在國內(nèi)通常稱為“組態(tài)軟件”。

組態(tài)軟件是一種面向工業(yè)自動化的通用數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控軟件。

組態(tài)的含義用戶通過類似“搭積木”的方式完成自己所需要的軟件功能。組態(tài)軟件從總體結(jié)構(gòu)上看一般都是由系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境（或稱組態(tài)環(huán)境）與系統(tǒng)運行環(huán)境兩大部分組成。系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境和系統(tǒng)運行環(huán)境之間的聯(lián)系紐帶是實時數(shù)據(jù)庫。組態(tài)環(huán)境(組態(tài)生成應(yīng)用系統(tǒng))運行環(huán)境(解釋執(zhí)行組態(tài)結(jié)果)實時數(shù)據(jù)庫(組態(tài)結(jié)果)組態(tài)軟件的結(jié)構(gòu)作為通用的監(jiān)控軟件，所有的組態(tài)軟件都能提供對工業(yè)自動化系統(tǒng)進行監(jiān)視、控制、管理和集成等一系列的功能，同時也為用戶實現(xiàn)這些功能的組態(tài)過程提供了豐富和易于使用的手段和工具。利用組態(tài)軟件，可以完成的常見功能有：（1）讀寫不同類型的PLC、儀表、智能模塊和板卡，采集工業(yè)現(xiàn)場的各種信號，對工業(yè)現(xiàn)場進行監(jiān)視和控制。（2）可以以圖形和動畫等直觀形象的方式呈現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場信息。1.1.4組態(tài)軟件的功能（3）可以將控制系統(tǒng)中的緊急工況（如報警等）及時通知給相關(guān)人員，使之及時掌控自動化系統(tǒng)的運行狀況。（4）可以對工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)進行邏輯運算和數(shù)字運算等處理，并將結(jié)果返回給控制系統(tǒng)。（5）可以對從控制系統(tǒng)得到的以及自身產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行記錄存儲。（6）可以將工程運行的狀況、實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、警告和外部數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)以及統(tǒng)計運算結(jié)果制作成報表，供運行和管理人員參考。（7）可以提供多種手段讓用戶編寫自己需要的特定功能，并與組態(tài)軟件集成為一個整體運行。大部分組態(tài)軟件提供通過C腳本、VBS腳本或C#等來完成此功能。（8）可以為其它應(yīng)用軟件提供數(shù)據(jù)，也可以接收數(shù)據(jù)，從而將不同的系統(tǒng)關(guān)聯(lián)和整合在一起。（9）多個組態(tài)軟件之間可以互相聯(lián)系，提供客戶端和服務(wù)器架構(gòu)，通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)分布式監(jiān)控，實現(xiàn)復(fù)雜的大系統(tǒng)監(jiān)控。（10）可以將控制系統(tǒng)中的實時信息送入管理信息系統(tǒng)，也可以反之，接收來自管理系統(tǒng)的管理數(shù)據(jù)，根據(jù)需要干預(yù)生產(chǎn)現(xiàn)場或過程。（11）可以對工程的運行實現(xiàn)安全級別、用戶級別的管理設(shè)置。（12）可以開發(fā)面向國際市場的，能適應(yīng)多種語言界面的監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)工程在不同語言之間的自由靈活切換，是機電自動化和系統(tǒng)工程服務(wù)走向國際市場的有利武器。（13）可以通過因特網(wǎng)發(fā)布監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

組態(tài)軟件是數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，是自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，能以靈活多樣的組態(tài)方式提供良好的用戶開發(fā)界面，其預(yù)設(shè)的各種軟件模塊可以非常容易地實現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項功能，并能同時支持各種硬件廠家的計算機和I/O產(chǎn)品，與工控計算機和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合，可向控制層和管理層提供軟、硬件的全部接口，進行系統(tǒng)集成。1.2組態(tài)軟件的特點1.2.1組態(tài)軟件的特點與優(yōu)勢

（1）多數(shù)組態(tài)軟件提供多種數(shù)據(jù)采集驅(qū)動程序，用戶可以進行配置。（2）腳本語言是擴充組態(tài)系統(tǒng)功能的重要手段。

（3）可擴展性為用戶提供了在不改變原有系統(tǒng)的情況下，向系統(tǒng)內(nèi)增加新功能的能力。（4）組態(tài)軟件的應(yīng)用具有高度的開放性。（5）與MES和ERP系統(tǒng)緊密集成。

（6）Internet模式的組態(tài)軟件。（7）發(fā)展與硬件結(jié)合的組態(tài)軟件。1.2.2組態(tài)軟件的發(fā)展趨勢

針對具體的工程應(yīng)用，在組態(tài)軟件中進行完整、嚴密的開發(fā)，使組態(tài)軟件能夠正常工作，典型的組態(tài)步驟如下：（1）將所有I/O點的參數(shù)整理齊全，并以表格的形式保存，以便在組態(tài)軟件組態(tài)和PLC編程時使用。（2）明確所使用的I/O設(shè)備的生產(chǎn)商、種類、型號，使用的通信接口類型，采用的通信協(xié)議，以便在定義I/O設(shè)備時做出正確配置。1.2.3使用組態(tài)軟件的一般步驟

（3）將所有I/O點的I/O標識整理齊全，并以表格的形式保存。I/O標識是唯一確定一個I/O點的關(guān)鍵字，組態(tài)軟件通過向I/O設(shè)備發(fā)出I/O標識來請求其對應(yīng)的數(shù)據(jù)。（4）根據(jù)工藝過程繪制、設(shè)計畫面結(jié)構(gòu)和畫面框架。（5）按照第1步統(tǒng)計的參數(shù)表格，建立實時數(shù)據(jù)庫，正確組態(tài)各種變量參數(shù)。（6）根據(jù)第1步和第3步的統(tǒng)計結(jié)果，在實時數(shù)據(jù)庫中建立實時數(shù)據(jù)庫變量與I/O點的一一對應(yīng)關(guān)系，即定義數(shù)據(jù)連接。（7）根據(jù)第4步的畫面結(jié)構(gòu)和畫面框架組態(tài)每一幅靜態(tài)畫面。（8）將操作畫面中的圖形對象與實時數(shù)據(jù)庫變量建立動畫連接關(guān)系，設(shè)定動畫屬性和幅度等。（9）根據(jù)用戶需求，制作歷史趨勢，報警顯示以及開發(fā)報表系統(tǒng)等，之后，還需加上安全權(quán)限設(shè)置。（10）對組態(tài)內(nèi)容進行分段和總體調(diào)試，視調(diào)試情況對組態(tài)的軟件進行相應(yīng)修改。（11）將全部內(nèi)容調(diào)試完成以后，對上位組態(tài)軟件進行最后完善，如：加上開機自動打開監(jiān)控畫面，禁止從監(jiān)控畫面退出等，讓系統(tǒng)投入正式（或試）運行。（1）InTouch（2）iFIX（3）Citect（4）WinCC（5）RSView32（6）TraceMode1.3當前的組態(tài)軟件國外組態(tài)軟件（1）組態(tài)王（2）力控（3）WebAccess此外，國內(nèi)的組態(tài)軟件還有MCGS，Controx（開物），易控，杰控（FameView），世紀星以及紫金橋組態(tài)軟件等。國內(nèi)組態(tài)軟件1.4WinCC概述

WindowsControlCenter—WinCCWinCC集成了SCADA、組態(tài)、腳本(Script)語言和OPC等先進技術(shù)，為用戶提供了Windows操作系統(tǒng)環(huán)境下使用各種通用軟件的功能。WinCCExplorer系統(tǒng)控制器...數(shù)據(jù)管理器CS文本庫RTCS訪問保護RTS7S5CS變量管理過程數(shù)據(jù)RTCSRT報警記錄選項RTCSCS圖形RTCSRT報表設(shè)計器CSRT全局腳本CSRT變量記錄RTDBDB1.4.1WinCC的體系結(jié)構(gòu)57模塊核心模塊可選項WinCC用戶文檔WinCC基本過程控制WinCCODKWinCCAllenBradleyDF1serialWinCCApplicomWinCC存儲WinCC芯片卡

讀取功能WinCC視屏顯示W(wǎng)inCC冗余完全版128變量完全版256變量完全版1024變量完全版64,000變量PowerPack256升級版(128)1024升級版(256)64,000升級版(1024)運行版128變量運行版256變量運行版1024變量運行版64,000變量PowerPack256升級版(128)1024升級版(256)64,000升級版(1024)anzahl()floatzaebeginifwert>0begomzae=zae+1endend編程接口PLC通訊Protokolle報表編輯器（報表系統(tǒng)）變量記錄（存檔）VentilgeschlossenKlappezuMotorein報警記錄（消息系統(tǒng)）標準接口過程可視化基本功能（1）創(chuàng)新軟件技術(shù)的使用。（2）包括所有SCADA功能在內(nèi)的客戶機/服務(wù)器系統(tǒng)。（3）可靈活裁剪，由簡單任務(wù)擴展到復(fù)雜任務(wù)。（4）眾多的選件