★趙建偉（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院機電工程系）

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工業(yè)控制中監(jiān)控工程的設(shè)計

★趙建偉
（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院機電工程系）

【摘要】本文概括了組態(tài)軟件在工業(yè)監(jiān)控工程中的應(yīng)用，指出了工業(yè)監(jiān)控工程的設(shè)計步驟，分析了實時數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)及構(gòu)建方法。

【關(guān)鍵詞】組態(tài)軟件 監(jiān)控 數(shù)據(jù)庫 實時

一、組態(tài)監(jiān)控畫面的設(shè)計

（一）建立新工程。運行“組態(tài)王6.52”，在彈出的工程管理器窗口單擊“新建”圖標，在隨后出現(xiàn)的工程創(chuàng)建向?qū)е袉螕粝乱徊?，輸入工程項目所在目錄，建立一個名為“MPS組態(tài)監(jiān)控畫面”的新工程，并將此工程設(shè)為組態(tài)王當前工程。在創(chuàng)建工程項目后，在工程管理器中雙擊工程就會進入工程瀏覽器界面。

（二）設(shè)備管理。要用組態(tài)軟件進行監(jiān)控就必須完成組態(tài)王與設(shè)備的通信。組態(tài)王的設(shè)備管理增加了驅(qū)動設(shè)備的配置向?qū)В灰凑张渲孟驅(qū)崾具M行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置，選擇I/O設(shè)備的生產(chǎn)廠家、設(shè)備名稱、通訊方式，指定設(shè)備的邏輯名稱和通訊地址，則組態(tài)王自動完成驅(qū)動程序的啟動和通信，不再需要工程人員人工進行。組態(tài)王采用工程瀏覽器界面來管理硬件設(shè)備，已配置好的設(shè)備統(tǒng)一列在工程瀏覽器界面下的設(shè)備分支。

組態(tài)王對設(shè)備的管理是通過對邏輯設(shè)備命名的管理實現(xiàn)的，具體講就是每一個實際I/O設(shè)備都必須在組態(tài)王中指定一個唯一的邏輯名稱，特別是組態(tài)王中的I/O變量與具體I/O設(shè)備的數(shù)據(jù)交換就是通過邏輯設(shè)備名來實現(xiàn)的，當工程人員在組態(tài)王中定義I/O變量屬性時，就是指定與該I/O變量進行數(shù)據(jù)交換的邏輯設(shè)備名，一個邏輯設(shè)備，可與多個I/O變量對應(yīng)。

（三）構(gòu)造數(shù)據(jù)庫變量。數(shù)據(jù)庫是組態(tài)王軟件的核心部分，數(shù)據(jù)庫中存放的是制作應(yīng)用系統(tǒng)時定義的變量以及系統(tǒng)預定義的變量。建立在數(shù)據(jù)庫中的各變量負責與各種外設(shè)進行數(shù)據(jù)交換，以及完成相關(guān)數(shù)據(jù)存儲。在設(shè)計圖形界面和動畫前，首先要定義可能用到的各種變量，在組態(tài)王數(shù)據(jù)詞典中定義外部變量和中間變等。

（四）圖形界面設(shè)計。設(shè)計圖形界面來模擬MPS系統(tǒng)的現(xiàn)場工況。組態(tài)王提供了豐富的圖形制作工具，有豐富圖庫供選擇，在本設(shè)計中制作了主畫面、聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控畫面、單站監(jiān)控畫面、生產(chǎn)管理畫面等，使整個內(nèi)容更加豐富。

（五）動畫連接。在組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)中制作的畫面是靜態(tài)的，那么如何才能反映工業(yè)現(xiàn)場的狀況呢？這就需要通過實時數(shù)據(jù)庫，因為只有數(shù)據(jù)庫中的變量才是與現(xiàn)場狀況同步變化的。把動畫連接組合起來，應(yīng)用程序?qū)⒊尸F(xiàn)出圖形動畫效果。

其中應(yīng)用程序命令語言、事件命令語言、熱鍵命令語言、數(shù)據(jù)改變命令語言可以稱為“后臺命令語言，”它們的執(zhí)行不受畫面打開與否的限制，只要符合條件就可執(zhí)行。另外可使用運行系統(tǒng)中的菜單“特殊/開始執(zhí)行后臺任務(wù)”和“特殊/停止執(zhí)行后臺任務(wù)”來控制所有這些命令語言是否執(zhí)行。而畫面和動畫連接命令語言的執(zhí)行不受影響，也可通過修改系統(tǒng)變量“$啟動后臺命令語言”的值來實現(xiàn)上述控制，該值置O時停止執(zhí)行，置I時開始執(zhí)行。

（六）調(diào)試運行

設(shè)計完成后，針對實際MPS系統(tǒng)進行調(diào)試：啟動/停止/復位等按鈕可以對系統(tǒng)進行相應(yīng)的控制，響應(yīng)速度滿足要求，達到了遠程控制系統(tǒng)的目的；各傳感器的信號也能通過PROFIBUS采集到監(jiān)控系統(tǒng)上來，并能反應(yīng)實際狀態(tài)；制作的動畫和工作流程基本一致，可以實現(xiàn)反映系統(tǒng)的運行狀態(tài)；對于系統(tǒng)錯誤。報警提示操作員做出判斷和處理。測試結(jié)果達到了組態(tài)監(jiān)控要求。

二．組態(tài)實時數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建

（一）組態(tài)軟件的總體結(jié)構(gòu)

組態(tài)軟件是通過事先定義對象的組態(tài)信息完成運行過程中對象的監(jiān)視和控制功能，并提供動態(tài)界面顯示的軟件，一般監(jiān)控組態(tài)軟件從結(jié)構(gòu)上可以分為設(shè)備接口（含通訊接口）、實時數(shù)據(jù)庫和界面顯示系統(tǒng)3個部分，設(shè)備接口與現(xiàn)場設(shè)備及控制裝置通訊，界面顯示根據(jù)實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)生動形象地再現(xiàn)現(xiàn)場狀況。

（二）組態(tài)軟件中數(shù)據(jù)處理的特點

組態(tài)軟件中的數(shù)據(jù)必須能反映現(xiàn)場設(shè)備的“當前”狀態(tài)，其數(shù)據(jù)處理有3個特點：

（1）實時性，這是組態(tài)軟件必須滿足的要求，及時有效的監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)是組態(tài)軟件的主要功能。因此系統(tǒng)應(yīng)盡可能快地處理和傳輸數(shù)據(jù)。

（2）時間特性，組態(tài)軟件中處理的數(shù)據(jù)都帶有時間標記，要求軟件必須在可預測的時間內(nèi)將數(shù)據(jù)處理完成。

（3）實時中斷，更新的數(shù)據(jù)是組態(tài)軟件需要處理的主要數(shù)據(jù)，在新的數(shù)據(jù)到來時，應(yīng)中斷當前的數(shù)據(jù)處理，否則將出現(xiàn)所有數(shù)據(jù)的延遲。

（三）組態(tài)軟件中實時數(shù)據(jù)庫的功能

實時數(shù)據(jù)庫位于設(shè)備接口和界面顯示的中間層，是組態(tài)軟件中數(shù)據(jù)的管理者，實時數(shù)據(jù)庫主要完成組態(tài)策略的存儲，通訊數(shù)據(jù)管理，實時數(shù)據(jù)的處理和計算，控制策略及算法的計算和下載，歷史數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化、存儲和查詢及實時曲線的生成，監(jiān)控軟件在運行的過程中需要頻繁讀取組態(tài)信息，處理和保存實時數(shù)據(jù)，實時數(shù)據(jù)庫的性能將直接決定整個組態(tài)軟件的可用性。

（四）商用數(shù)據(jù)庫的特點

組態(tài)軟件運行期間將產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)需要進行分類整理并作為歷史數(shù)據(jù)保存，如果將大量的數(shù)據(jù)存儲在幾個文件中，將不利已數(shù)據(jù)查找，商用數(shù)據(jù)庫的目標就是對大量數(shù)據(jù)進行有效管理，成熟的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫在關(guān)系存儲，數(shù)據(jù)查找、恢復，數(shù)據(jù)庫備份及復雜的事務(wù)處理，并發(fā)控制，完整性、一致性的實現(xiàn)等方面都已經(jīng)相當完善，具有管理數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，隨著商用數(shù)據(jù)庫價格越來越低，將商用數(shù)據(jù)庫作為組態(tài)軟件的后臺數(shù)據(jù)庫管理數(shù)據(jù)十分可行。

（五）商用數(shù)據(jù)在組態(tài)軟件中的局限性

（1）大量的I/O操作造成系統(tǒng)長時間的等待，由于監(jiān)控系統(tǒng)定時采集和輸出數(shù)據(jù)的特點會引起軟件頻繁地讀寫數(shù)據(jù)、更改日志等大量磁盤操作，這些操作帶來大量的磁盤I/O讀寫，造成系統(tǒng)長時間等待，這對于實時性要求很高的控制系統(tǒng)來說是無法忍受的。

（2）事務(wù)的不可預測性，組態(tài)軟件的事務(wù)必須在可預測的時間內(nèi)完成，否則可能會影響整個系統(tǒng)的工作或者產(chǎn)生錯誤數(shù)據(jù)，而商用數(shù)據(jù)頻繁的I/O磁盤操作不能保證在規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定的操作，導致其在組態(tài)軟件中應(yīng)用受到一定的限制。