那智超的现场总线论文.docx
《那智超的现场总线论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《那智超的现场总线论文.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
那智超的现场总线论文
课程结业论文
浅谈监控组态软件技术
课程名称：
现场总线技术
任课教师：
许善祥
所在学院：
信息技术学院
专业：
电气工程及其自动化
班 级：
08级电气八班
学生姓名：
那智超
学 号：
20084073812
浅谈监控组态软件技术
摘要
现在这个社会科学技术飞速发展，人们需要更多的先进技术来满足大家的需求，让我们过上舒心的生活。
本篇论文说明了监控组态软件的技术应用，发展前景，监控组态软件的各种品牌以及品牌的简单介绍，对监控组态软件的特点，组成，用途，功能，使用监控组态软件的方法，在一些领域中起到的作用等等，让我们对监控制组态软件有一个总体的大概的印象。
监控组态软件在人们日常生活中有很大的作用，让人们的生活得到了很大的改善，而且，监控制组态软件也是值得我们研究的一种软件，它与我们的生活息息相关，监控组态软件是有专业性的，它在电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。
在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统（RTUSystem,RemoteTerminalUnit）。
关键词：
组态软件，电力系统，给水系统；
目录
第一章监控组态软件的概述3
1.1对监控组态软件的说明3
1.2监控组态软件的品牌和简介3
第二章监控组态软件的特点和功能4
2.1监控组态软件的特点4
2.2监控组态软件的功能4
第三章监控组态软件在化工厂领域用途5
3.1在化工厂电力监控系统中的作用5
3.2化工厂电力监控组态软件的构成5
3.3化工厂电力监控组态软件的功能6
3.4化工厂电力监控组态软件的改进措施7
第四章监控组态软件的发展与变迁8
4.1监控组态软件的发展8
4.2监控组态软件的变迁8
总结14
参考文献15
致谢16
第一章监控组态软件的概述
1.1对监控组态软件的说明
监控组态软件是完成数据采集与过程控制的专用软件，它以计算机为基本工具，为实施数据采集、过程监控、生产控制提供了基础平台和开发环境。
监控组态软件技术
组态软件，又称组态监控软件系统软件。
译自英文SCADA,即SupervisoryControlandDataAcquisition（数据采集与监视控制）。
它是指一些数据采集与过程控制的专用软件。
它们处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。
组态软件的应用领域很广，可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。
在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统（RTUSystem,RemoteTerminalUnit）。
监控组态软件在国内是一个约定俗成的概念，并没有明确的定义，它可以理解为“组态式监控软件”。
“组态（Configure）”的含义是“配置”、“设定”、“设置”等意思，是指用户通过类似“搭积木”的简单方式来完成自己所需要的软件功能，而不需要编写计算机程序，也就是所谓的“组态”。
它有时候也称为“二次开发”，组态软件就称为“二次开发平台”。
“监控（SupervisoryControl）”，即“监视和控制”，是指通过计算机信号对自动化设备或过程进行监视、控制和管理
组态软件是有专业性的。
一种组态软件只能适合某种领域的应用。
组态的概念最早出现在工业计算机控制中。
如DCS（集散控制系统）组态，PLC（可编程控制器）梯形图组态。
人机界面生成软件就叫工控组态软件。
在其他行业也有组态的概念，如AutoCAD，PhotoShop等。
不同之处在于，工业控制中形成的组态结果是用在实时监控的。
从表面上看，组态工具的运行程序就是执行自己特定的任务。
工控组态软件也提供了编程手段，一般都是内置编译系统，提供类BASIC语言，有的支持VB，现在有的组态软件甚至支持C#高级语言。
组态软件大都支持各种主流工控设备和标准通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。
对应于原有的HMI（人机接口软件，HumanMachineInterface）的概念，组态软件还是一个使用户能快速建立自己的HMI的软件工具或开发环境。
在组态软件出现之前，工控领域的用户通过手工或委托第三方编写HMI应用，开发时间长，效率低，可靠性差；或者购买专用的工控系统，通常是封闭的系统，选择余地小，往往不能满足需求，很难与外界进行数据交互，升级和增加功能都受到严重的限制。
组态软件的出现使用户可以利用组态软件的功能，构建一套最适合自己的应用系统。
随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通讯及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容监控组态软件将会不断被赋予新的内容。
1.2监控组态软件的品牌和简介
国内品牌组态软件
1.世纪星：
由北京世纪长秋科技有限公司开发。
产品自1999年开始销售。
2.三维力控：
由北京三维力控科技有限公司开发，核心软件产品初创于1992年。
3.组态王KingView：
由北京亚控科技发展有限公司开发，该公司成立于1997年，目前在国产软件市场中占据着一定地位。
4.紫金桥Realinfo：
由紫金桥软件技术有限公司开发，该公司是由中石油大庆石化总厂出资成立。
5.MCGS：
由北京昆仑通态自动化软件科技有限公司开发，市场上主要是搭配硬件销售。
6.态神：
态神是由南京新迪生软件技术有限公司开发，核心软件产品初创于2005，是首款3d组态软件。
第二章监控组态软件的特点和功能
2.1监控组态软件的特点
随着工业自动化水平的迅速提高，计算机在工业领域的广泛应用，人们对工业自动化的要求越来越高，种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用，使得传统的工业控制软件已无法满足用户的各种需求。
在开发传统的工业控制软件时，当工业被控对象一旦有变动，就必须修改其控制系统的源程序，导致其开发周期长；已开发成功的工控软件又由于每个控制项目的不同而使其重复使用率很低，导致它的价格非常昂贵；在修改工控软件的源程序时，倘若原来的编程人员因工作变动而离去时，则必须同其他人员或新手进行源程序的修改，因而更是相当困难。
通用工业自动化组态软件的出现为解决上述实际工程问题提供了一种崭新的方法，因为它能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用户能根据自己的控制对象和控制目的的任意组态，完成最终的自动化控制工程。
2.2监控组态软件的功能
组态软件指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式（而不是编程方式）提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法，它解决了控制系统通用性问题。
其预设置的各种软件模块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，并能同时支持各种硬件厂家的计算机和I/O产品，与高可靠的工控计算机和网络系统结合，可向控制层和管理层提供软硬件的全部接口，进行系统集成。
组态软件通常有以下几方面的功能：
（1）强大的界面显示组态功能。
目前，工控组态软件大都运行于Windows环境下，充分利用Windows的图形功能完善界面美观的特点，可视化的m风格界面、丰富的工具栏，操作人员可以直接进人开发状态，节省时间。
丰富的图形控仵和工况图库，既提供所需的组件，又是界面制作向导。
提供给用户丰富的作图工具，可随心所欲地绘制出各种工业界面，并可任意编辑，从而将开发人员从繁重的界面设计中解放出来，丰富的动画连接方式，如隐含、闪烁、移动等等，使界面生动、直观。
（2）良好的开放性。
社会化的大生产，使得系统构成的全部软硬仵不可能出自一家公司的产品，“异构”是当今控制系统的主要特点之一。
开放性是指组态软件能与多种通信协议互联，支持多种硬件设备。
开放性是衡量一个组态软件好坏的重要指标。
组态软件向下应能与低层的数据采集设备通信，向上能与管理层通信，实现上位机与下位机的双向通信。
（3）丰富的功能模块。
提供丰富的控潲功能库，满足用户的测控要求和现场需求。
利用各种功能模块，完成实时监控产生功能报表业示历史曲线、实时曲线、提供报警等功能，使系统具有良好的人机界面，易于操作，系统既叫适用于单机集中式控制、DCS分布式控制，也可以是带远程遇信能力的远程测控系统．（4）强大的数据库。
配有实时数据库，可存储各种数据，如模拟量、离散量、字符型等，实现与外部设备的数据交换。
（5）可编程的命令语言。
有可编程的命令语言，使用户可根据自己的需要编撰程序，增强图形界面（6）周密的系统安全防范，对不同的操作者，赋予不同的操作权限，保证整个系统的安全可靠运行。
（7）仿真功能．提供强大的仿真功能使系统并行设计，从而缩短开发周期。
第三章监控组态软件在化工厂电力领域用途
3.1在化工厂电力监控系统中的作用
监控组态软件在化工厂电力监控系统中的应用
监控组态的概念
“组态”的概念是伴随着集散控制系统的出现才开始被广大的生产过程自动化技术人员所熟知的。
随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通信及联网、开放数据接口、对I／O设备的广泛支持已经成为它的主要内容。
直到现在，每个DCS厂家的组态软件仍是专用的（即与硬件相关的），不可相互替代。
从2O世纪8O年代末开始，由于个人计算机的普及，国内开始有人研究如何利用PC进行工业监控，同时开始出现基于PC总线的A／D、D／A、计数器、DIO等各类I／O板卡。
目前，多数组态软件都是在Windows3.1或3.2操作系统下逐渐成熟起来的，国外少数组态软件可以在OS／2或Unix环境下运行。
目前绝大多数组态软件都运行在Windows98／NT环境下。
较理想的环境是WindowsNT或Windows2000操作系统，因为其内核是原来的VMS的变种，可靠性和实时性都好于Windows98。
此篇文章来自中国热点模具网
组态软件的发展与成长和网络技术的发展与普及密不可分。
曾有一段时期，各DCS厂商的底层网络都是专用的，现在则使用国际标准协议，这在很大程度上促进了组态软件的应用。
总线技术的成熟更加促进了组态软件的应用。
应该说总线是一种特殊的网络技术，其核心内容一是工业应用，二是完成从模拟方式到数字方式的转变，使信息和供电同在一根双线电缆上传输，还要满足许多技术指标。
随着技术的发展，监控组态软件将会不断被赋予新的内容。
化工厂的监控组态系统主要使用485总线和ModbusRtu通讯协议。
3.2化工厂电力监控组态软件的构成
监控软件通过与综合保护继电器、PLC等I／O设备进行通讯获取信息。
输入输出的数值存放在I／O设备的寄存器中，寄存器通过其地址进行引用。
大多数I／O设备提供与其他设备或计算机进行通讯的通讯端口或数据通道，监控软件通过这些通讯通道读写I／O设备的寄存器，采集到的数据可用于进一步的监控，不需要读写I／O设备的寄存器。
监控软件提供了一种数据定义方法，定义了I／O变量后，可直接使用变量名用于系统控制、操作显示、趋势分析、数据记录和报警显示。
运行报警和事件记录是控制软件必不可少的功能，当变量的数值或数值的变化异常时，将产生报警，以便操作者采取必要的措施。
监控软件提供强有力的报警和事件系统，并且操作方法简单。
监控软件中的报警和事件主要包括变量报警事件、操作事件、用户登录事件和工作站事件。
通过这些报警和事件，用户可以方便地监视和查看系统的报警、操作和各个工作站的运行情况。
当报警和事件发生时，监控软件把这些事于内存中的缓冲区中，报警和事件在缓冲区中是以先进先出的队列形式存储，所以只有最近的报警和事件在内存中。
当缓冲区达到一定数目或记录定时时间到时，系统自动将报警和事件信息写到报警存储文件、打印机或数据库中（请注意：
要先定义是否存储到文件、数据库或直接输出到打印机）。
报警和事件在报警窗中会按照设置的过滤条件实时显示出来。
Touchvew是组态王软件的实时运行环境，用于显示画面开发系统中建立的动画图形画面，并负责数据库与I／O服务程序（数据采集组件）的数据交换。
它通过实时数据库管理从一组工业控制对象采集到的各种数据，并把数据的变化用动画的方式形象地表示出来，同时完成报警、历史记录、趋势曲线等监视功能，并可生成历史数据文件。
改造后化工厂电力监控系统的优越性
3.3化工厂电力监控组态软件的功能
电力监控系统的功能
原电力监控软件由微机继电保护设备厂家提供，
具有基本的设备开关量、模拟量的显示功能，以及一个故障信息报警窗口。
该系统为此类微机保护继电器的专用监控软件，能够实现对单独变电所电力系统的基本监控功能。
改造后监控系统的新功能
（1）历史报警记录查询功能使故障过程再现中国热模网首发
过去的监控报警信息报出的信息是按时间顺序简单排列，对各类信息没有分类选择性。
改造后的监控软件中既可以显示当前的报警，也可以显示历史的报警事件。
同时对每一个变量的报警，可以规定报警的报警类型。
信息还可以用文件的形式进行历史记录或实时打印报警信息。
可以通过选择起始时间和终止时间以及报警类型调取设备的历史事件记录，对事故的过程分析有更准确的依据。
（2）通过故障录波分析故障时的状态
电力继电保护使用综合保护继电器后，具有了自动故障录波的功能。
此次监控改造在监控软件设置了读取故障录波的功能。
利用故障录波软件读取综合保护继电器录下的故障前后几十个周波的跳闸电流、电压波形，分析继保动作的准确性。
对于电机启动时过流保护动作状态以及“晃电”时BZT（备自投）动作的过程分析，都有了过去不可能获取的准确依据。
（3）利用历史曲线分析电机运行状况
原监控系统信息采集方式采用的是查询式，没有实时数据，因而无法显示历史曲线。
改造后的系统具有实时和历史数据库，能够显示长达3个月的历史曲线。
通过观察历史曲线，电机在运行中如果在负荷变化不大的情况下电流（温度）发生明显变化，就必须分析原因。
在电机本体或者轴承发生损毁前解决故障。
通过观察电机电流的历史曲线了解电机运行的状况和趋势。
（4）电机累计运行时间的记录
维修规程上要求电机运行一定时间后下线检修一次。
监控软件上记录的累计运行时间是安排检修周期的准确依据。
改造后通过新增的组态画面可以看到电机累计运行的时间，电机检修后通过系统管理员按钮对此数据清零。
（5）通过逻辑状态显示来查找二次回路故障
过去的监控系统能够反映仪表信号的有无，但对综保继电器内许多开关、状态量无法监视。
改造后增加了一些组态画面，实现了许多状态量的显示。
在二次回路出现故障时，通过分合闸逻辑图中各控制点的状态来综合分析、查找二次回路的故障点。
可以通过各逻辑状态的显示，了解HA301高低速电机合闸逻辑中控制点的状态（深色为“1”，浅色为“O”）。
当电机无法合闸时。
可以利用此组态画面分析是那个条件尚未满足。
（6）电力系统信息的集中监控和发布
过去在各变电所的监控系统都是“各自为政”，各类通讯协议的系统无法实现数据共享。
这不符合未来电气值班人员精简和系统集中监控的发展趋势。
此次改造建立了各变电所之间的光纤网络连接，为信息共享做好了物理平台。
软件系统的改造使各变电所的微机成为I／O信息服务器，通过集中监控微机的软件，读取各处的信息量，实现2#总降监控机对全厂电力系统的集中监控。
改造后的软件具有Web信息发布的功能，过去调度只有听取电气值班人员汇报，现在可以通过http:
//10.109.48.234了解到全厂电力系统状况，这对电力系统事故状态下的调度指挥也很有益处。
新监控系统的优越性。
新监控系统的优越性如下。
（1）新电力监控系统具有完善的监控功能，对过去许多想知道却无法观察到的数据进行了监控。
由于此次监控系统采用的是功能强大的监控组态软件，可以利用组态画面中的控制语句以及大量的控件实现监控软件的“智能化”，使各类监控信息自动按照需求来显示和报警，这更便于对故障的快速判断和查找。
（2）过去的监控软件数据很“专用”，想实现各变电所的数据共享很困难。
新电力监控系统的软件在数据共享和网络通讯方面功能很完善，很容易实现电力系统的信息集中监控、以及电力系统扩容改造后新系统和老系统的信息共享。
同时新监控软件具有Web信息发布的功能，使没有安装监控软件的电脑也能通过网页监控到电力系统的状况，在很少的投资下增大了监控者的范围。
3.4化工厂电力监视组态系统的改进措施
电力监控系统出现的问题和改进措施
电力监控系统投运半年以来也出现了如下一些问题。
（1）1#号总降的监控系统出现过2次死机，分析其可能是由于软件还存在部分bug，后联系厂家对软件升级，消除一些已发现的bug，同时健全监控管理体制，提高值班人员的责任心，发现死机及时重新启动系统。
（2）由于现在的监控系统采用了庞大的实时数据，微机的工作负担很重，部分信息刷新太慢，后通过调整通讯参数，提高微机的配置，加快了对I／O设备访问速度，使信息刷新速度提高。
（3）监控系统投运后，由于电气设备都已处在运行状态，无法进行全面校验，故还存在部分状态、报警信息错误。
待条件允许时校验，更改错误的组态内容。
（4）监控系统的微机硬盘由于监控软件对硬盘过多、过频数据读写，曾发生损坏。
为此做好易损硬件的备品配件和软件的备份。
第四章监控组态软件的发展与变迁
4.1监控组态软件的发展
监控组态软件2008年最新发展及趋势
背景
自2000年以来，国内监控组态软件产品、技术、市场都取得了飞快的发展，应用领域日益拓展，用户和应用工程师数量不断增多。
充分体现了“工业技术民用化”的发展趋势。
监控组态软件是工业应用软件的重要组成部分，其发展受到很多因素的制约，归根结底，是应用的带动对其发展起着最为关键的推动作用。
关于新技术的不断涌现和快速发展对监控组态软件会产生何种影响，有人认为随着技术的发展，通用组态软件会退出市场，例如有的自动化装置直接内嵌“WebServer”实时画面供中控室操作人员访问。
作者并不这样认为。
用户要求的多样化，决定了不可能有哪一种产品囊括全部用户的所有的画面要求，最终用户对监控系统人机界面的需求不可能固定为单一的模式，因此最终用户的监控系统是始终需要“组态”和“定制”的。
这就是监控组态软件不可能退出市场的主要原因，因为需求是存在且不断增长的。
监控组态软件是在信息化社会的大背景下，随着工业IT技术的不断发展而诞生、发展起来的。
在整个工业自动化软件大家庭中，监控组态软件属于基础型工具平台。
监控组态软件给工业自动化、信息化、及社会信息化带来的影响是深远的，它带动着整个社会生产、生活方式的变化，这种变化仍在继续发展。
因此组态软件作为新生事物尚处于高速发展时期，目前还没有专门的研究机构就它的理论与实践进行研究、总结和探讨，更没有形成独立、专门的理论研究机构。
近5年来，一些与监控组态软件密切相关的技术如OPC、OPC-XML、现场总线等技术也取得了飞速的发展，是监控组态软件发展的有力支撑。
4.2监控组态软件的变迁
1、监控组态软件的发展变迁
监控组态软件已经成为工业自动化系统的必要组成部分，即“基本单元”或“基本元件”，因此吸引了大型自动化公司纷纷投资开发自有知识产权的组态软件，以期依靠强大的市场产生大批量的销售，从中获取利润。
作为自动化通用型工具软件，组态软件在自动化系统中始终处于“承上启下”的地位。
用户在涉及工业信息化的项目中，如果涉及到实时数据采集，首先会考虑试用组态软件。
正因如此，组态软件几乎应用于所有的工业信息化项目当中。
应用的多样性，给组态软件的性能指标、使用方式、接口方式都提出了很多新的要求，也存在一些挑战。
这些需求对组态软件系统结构带来的冲击是巨大的，对组态软件的技术发展起到关键的促进作用。
目前在国内外市场占有率较高的监控组态软件分别是GEFanuc的iFix、Wonderware的Intouch、西门子WinCC、Citect和LabView等。
中国大陆厂商以力控、亚控等为主，除此外尚有5-10个厂商从事监控组态软件业务，在国内市场上，高端市场仍被国外产品垄断。
国内产品已经开始抢占一些高端市场，并且所占比例在逐渐增长。
2、监控组态软件的几个技术热点
监控组态软件的功能变迁
功能变迁：
仍以人机界面为主，数据采集、历史数据库、报警管理、操作日志管理、权限管理、数据通讯转发成为其基础功能；功能组件呈分化、集成化、功能细分的发展趋势，以适应不同行业、不同用户层次的多方面需求。
新技术的采用：
组态软件的IT化趋势明显，大量的最新计算技术、通讯技术、多媒体技术被用来提高其性能，扩充其功能。
注重效率：
实际上，有的“组态”工作非常繁琐，用户希望通过模板快速生成自己的项目应用。
图形模板、数据库模板、设备模板可以让用户以“复制”方式快速生成目标程序。
组态软件注重数据处理能力和数据吞吐能力的提高：
组态软件除了常规的实时数据通讯、人机界面功能外，1万点以上的实时数据历史存储与检索、100个以上C/S或B/S客户端对历史数据库系统的并发访问，对组态软件的性能都是严峻的考验。
随着应用深度的提高，这种要求会变得越来越普遍。
与控制系统硬件捆绑：
组态软件与自动控制设备实现无缝集成，为硬件“量身定做”。
这表明组态软件的渗透能力逐渐加强，自动化系统从来就离不开软件的支持，而整体解决方案利于硬件产品的销售，也利于厂商控制销售价格。
3、OPC技术及其最新的UA（UnifiedArchitecture）框架
标准化使工业自动化业内的硬件、软件生产商、集成商和最终用户受益匪浅，OPC作为新兴的数据互联国际标准，其贡献是巨大的。
目前OPC在解决工业设备实时数据采集与通信方面已经获得业内的广泛认可，是降低系统间互联成本的最佳途径。
但是OPC本身仍处于快速发展、进化之中。
现有OPC标准已经诞生10年有余，此间技术已经取得了很大进步，因此新的标准必须诞生，以跟上技术进步的步伐，OPCUA工作组就是在这样的背景下诞生的。
OPC基金会于2004年1月成立了UA工作组，致力于采用最新技术把OPC建成一种新的系统架构，满足互操作和即插即用、自动识别的要求。
以期这种新的架构在今后10年或更长时间成为自动化领域的新标准。
2006年6月，OPC基金会发布了第一部分UA标准，截止2006年10月底。
。
。
。
下面是OPCUA标准诞生的一些详细背景和原因：
微软公司为发展跨平台Web服务的技术和SOA（ServiceOrientedArchitecture）技术，不再重点发展COM技术，OPC技术面临失去技术支撑的境地。
OPC产品供货商希望一个OPC产品能够提供多种数据服务，而非像现在那样把产品分为DA、A&E、HAD等多种模式。
OPC产品供货商希望OPC产品能够运行于非微软的操作系统中，包括嵌入式设备上。
其他一些OPC基金会的合作组织需要支持高级结构化数据的可靠和有效的实现手段。
4、OPCUA的主要内容：
全面确立以面向服务（service-oriented）为核心的概念，UA被描述为一组分层次的规格书，目前由11部分构成，分别是：
Part1-Concepts（概念）
Part2-Security（安全）
Part3-AddressSpace（地址空间）
Part4-Services（服务）
Part5-InformationModel（信息模型）
Part6-Mappings（映像）
Part7-Profiles（简介）
Part8-DataAccess（数
升级会员 