27 7.1 人机接口技术与监控组态软件(一).pptx

第1页：第27讲第7章人机接口技术与监控组态软件

第27讲第7章人机接口技术与监控组态软件

第2页：第7章人机接口技术与监控组态软件（一）

第7章人机接口技术与监控组态软件（一）

• 人机接口（HMI/SCADA）技术
• 监控组态软件概述
• 人机交互界面的设计
• 实时数据库

第3页：7.1.1 HMI/SCADA的含义

7.1.1 HMI/SCADA的含义

• n Machine Interface）广义的解释就是“使用者与机器间沟通、传达及接收信息的一个接口”。一般而言，HMI系统必须有几项基本的能力：•实时资料趋势显示
• 历史资料趋势显示
• 自动记录资料
• 警报的产生与记录
• 报表的产生与打印
• 图形接口控制

第4页：凡是具有系统监控和数据采集功能的软件

凡是具有系统监控和数据采集功能的软件：都可称为SCADA(Supervisor Control And Data Acqusition)软件。它是建立在PC基础之上的自动化监控系统软件，该软件具有以下的基本特征：图形界面系统状态动态模拟实时数据和历史趋势报警处理系统数据采集和记录数据分析报表输出

第5页：SCADA软件和硬件设备的连接方式有三种

SCADA软件和硬件设备的连接方式有三种：(1)标准通信协议标准协议有：ARCNET, CAN Bus, Device Net, LonWorks, Modbus, Profibus。软件硬件之间，只要使用相同的通信协议，就可以直接通信。(2)标准的数据交换接口常用的有：DDE (Dynamic Data Exchange)与OPC (OLEfor Process Control)。SCADA软件以间接方式通过DDE或OPC内部数据交换中心(Data Exchange Center)和硬件设备通信。(3)绑定驱动(Native driver)绑定驱动程序是指针对特定硬件和目标设计的驱动。其特点是执行效率高，但兼容性差。需要特定的驱动程序。

第6页：7.1.2 基于VB/VC++语言设计人

7.1.2 基于VB/VC++语言设计人

• 户利用面向对象的可视化编程语言如VB或VC等，编制监控软件实现系统监控，其中包括数据通信、界面实现、数据处理和实时数据库功能等内容，灵活性好，系统投资低，能适用于各种系统。但系统开发工作量大、特别是要实现工业生产中复杂的流程和工艺的逼真显示要花费大量的时间，可靠性难保证，对设计人员的经验和技术水平的要求高。
• Visual Basic
• VC++

第7页：组态（Configuration）的含义

组态（Configuration）的含义：是使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置，达到使计算机或软件按照预先设置自动完成特定任务，满足使用者要求的目的。监控组态软件是数据采集与过程控制的专用软件，是面向SCADA的软件平台工具，具有丰富的设置项目，使用方式灵活，功能强大。随着其发展，不仅仅作为一个人机界面，在实时数据库、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。

第8页：7.2.1 监控组态软件体系结构及功能

7.2.1 监控组态软件体系结构及功能

• 监控组态软件的体系结构：
• 图形画面组态生成；
• 实时数据库与历史数据库；
• 动画连接；
• 历史趋势曲线和实时趋势曲线；
• 报表系统、创建报表、报表组态；
• 报警和事件系统；
• 脚本程序、语言句法、语言函数；
• I/O设备管理与驱动程序；
• 数据共享技术；
• 自动化组态软件的网络与冗余功能；
• 其它功能：控件，配方管理，系统安全管理。

第9页：监控组态软件的功能

监控组态软件的功能：(1)强大的图形组态功能(2)脚本语言(3)开放式结构(4)提供多种数据驱动程序(5)强大的数据库(6)丰富的功能模块

第10页：7.2.2 几种典型的监控组态软件

7.2.2 几种典型的监控组态软件

• InTouch美国Wonderware公司推出
• Fix美国Intellution公司推出
• WinCC德国西门子公司推出
• Kingview（组态王）北京亚控科技发展公司推出
• 国内其它组态软件，如MCGS、Force Control、SYNALL、Controx2000等。

第11页：计算机控制系统的组态可分为

计算机控制系统的组态可分为：硬件组态和软件组态。硬件组态常以总线式(PC/PCI总线)工业控制机、智能调节器、PLC、变频器、智能I/O模块等进行选择和配置。组态软件主要包括：控制组态、图形生成系统、显示组态、I/O通道登记、单位名称登记、趋势曲线登记、报警系统登记、报表生成系统共8个方面的内容。

第12页：1 控制组态控制算法的组态分为两种实现方

1 控制组态控制算法的组态分为两种实现方：一种方式是采用模块宏的方式，即一个控制规律模块(如PID运算)对应一个宏命令(子程序)。在组态生成时，每用到一个控制模块，则组态生成控制算法，产生的执行文件中就将该宏所对应的算法换入执行文件。另一种常用的方式是将各控制算法编成各个独立的可以反复调用的功能模块。对应每一模块有一个数据结构，该数据结构定义了该控制算法所需要的各个参数。因此，只要这些参数定义了，控制规律就定了。有了这些算法模块，就可以生成绝大多数的控制功能。

第13页：2 图形生成系统图形画面主要是用来监视生

2 图形生成系统图形画面主要是用来监视生：程的状况，并可通过对画面上对象的操作，实现对生产过程的控制。图形画面一般有两种即静态画面(或背景画面)和动态画面。静态画面一般用来反映监视对象的环境和相互关系，它的显示是不随时间的变化的。动态画面一般用以反映被监视对象和被控对象的状态和数值等，它在显示过程中是随现场被监控对象的变化而变化的。

第14页：3 显示组态计算机控制系统的画面显示一般

3 显示组态计算机控制系统的画面显示一般：三级（三画面），即总貌画面、组貌画面、回路画面。若想构成这些画面，就要进行显示组态操作。显示组态操作包括选择模拟显示表、定义显示表及显示登记方法等操作。

第15页：(1)选择模拟显示表由于计算机控制系统显

(1)选择模拟显示表由于计算机控制系统显：示画面常采用各种模拟显示表来显示测量值、设定值和输出值，因此，显示组态一般可用6种模拟显示表，即调节控制表、报警显示表、阀位操作表、监视操作表、比率设定表、流量累计表。

第16页：第7章人机接口技术与监控组态软件（一）

第7章人机接口技术与监控组态软件（一）

第17页：（2）选择了回路的模拟显示表后

（2）选择了回路的模拟显示表后：尚须对显示表的每一个参数进行确定，并在画面上设定相应的值。

第18页：(3)显示登记法显示登记法是进入系统显示

(3)显示登记法显示登记法是进入系统显示：登记画面。选择过程控制站站号及工作方式；登记控制组号、组名，该组员的回路号，进行分组登记操作；显示表登记(登记每一个控制回路所用的模拟显示表)；将显示登记文件存入后备文件或打印。 （4）I／O通道登记计算机控制系统能支持多种类型的信号输入和输出。从生产过程来看，每一输入输出都有不同的名称和意义，因此需将输入输出定义成特定的含义，这就是I/O通道登记。I/O通道主要是模拟量I/O和开关量I/O等通道。

第19页：3基于监控组态软件设计人机交互界面

7.3 基于监控组态软件设计人机交互界面

第20页：（5）单位名称登记对系统各种画面中需要显

（5）单位名称登记对系统各种画面中需要显：示的工程单位名称采用登记的方法，可使用中英文一切符号，登记生成自己特有的单位名称，主要登记编号和单位名。

第21页：系统的硬盘中保存有三种趋势曲线数据

系统的硬盘中保存有三种趋势曲线数据：即当天的、昨天的和历史的数据。当天的趋势曲线数据，系统以一定的周期将数据保存起来。到第二天就将当天的数据覆盖昨天的数据。历史数据是当你需要某天的数据时，从硬盘拷贝到软盘保存起来。 趋势曲线的规格主要有：趋势曲线幅数、趋势曲线每幅条数、每条时间、显示精度。趋势曲线登记表的内容主要有：幅号、幅名、编号、颜色、曲线名称、来源、工程量上限和下限。（6）趋势曲线登记

第22页：第7章人机接口技术与监控组态软件（一）

第7章人机接口技术与监控组态软件（一）

第23页：报警显示画面分成三级即报警概况画面

报警显示画面分成三级即报警概况画面：报警信息画面、报警画面。报警概况画面是第一级，它显示系统中所有报警点的名称和报警次数；报警信息画面是第二级，它是第一级画面的展开与细化，可调出相应报警信息画面，即可观察到报警时间，消警时间，报警点名称和报警原因等；报警画面是第三级，可调出与报警点相应的各显示画面，包括总貌画面、组画面、回路画面、趋势曲线画面等。为了完成报警登记，还要填写登记表。内容包括：编号、名称、原因类型、原因参数、画面类型、画面参数。 (7)报警系统登记

第24页：第7章人机接口技术与监控组态软件（一）

第7章人机接口技术与监控组态软件（一）

第25页：（8）报表生成系统报表生成系统用于系统的

（8）报表生成系统报表生成系统用于系统的：报表及打印输出。因而报表系统主要功能是定义各种报表的数据来源、运算方式以及报表打印格式和时间特性。

第26页：第7章人机接口技术与监控组态软件（一）

第7章人机接口技术与监控组态软件（一）

第27页：先进的监控组态软件都有一个实时数据库作为

先进的监控组态软件都有一个实时数据库作为：整个系统数据处理、数据组织和管理的核心。也有的组态软件称其为数据词典。7.4.1实时数据库简介7.4.2实时数据库的结构7.4.3数据仓库

第28页：7.4.1 实时数据库简介

7.4.1 实时数据库简介

• 1.实时数据库的发展背景•实时数据库就是其数据和事务都有显式定时限制的数据库，系统的正确性不仅依赖于事务的逻辑结果，而且依赖于该逻辑结果所产生的时间。
• 实时数据库并不是数据库技术和实时系统两者的简单结合，它在概念、理论、技术、方法和机制方面具备自身特点

第29页：7.4.1 实时数据库简介

7.4.1 实时数据库简介

• 实时数据库的特征•(1)数据与时间相关
• 时间本身就是数据，即从“时间域”中取值，如“数据采集时间”。
• 数据的值随时间而变化。•(2)实时事务有定时限制•典型的定时限制就是其“截止时间”。

第30页：7.4.2 实时数据库的结构

7.4.2 实时数据库的结构：1.实时数据库的体系结构 实时数据管理实时资源管理实时事务处理并发控制调度实时应用程序CPU管理完整性约束数据操作缓冲区管理实时I/O调度数据库

第31页：7.4.2 实时数据库的结构

7.4.2 实时数据库的结构

• 2.实时数据库的数据结构•在实时数据库中，一个基本的数据对象为“点”(tag)。一个点由若干参数组成，系统以点参数为单位存放各种信息。点参数相当于关系数据库中的字段(field)，一个点参数对应一个客观世界中的可被测量或控制的对象。点存放在实时数据库的点名称字典中。实时数据库根据点名称字典决定数据库的结构，分配数据库的存储空间。
• 用户在组态实时数据库时总是以点名称为主索引(主关键字)进行编辑。点对象存在多个属性，以参数的形式出现，所以又称点的属性为点参数。

第32页：7.4.2 实时数据库的结构

7.4.2 实时数据库的结构

• 实时数据库的数据结构•在点名称字典中。每个点都包含若干参数。一个点可以包含一些系统预定义标准点参数．还可包含若干个用户自定义参数。用户引用点与参数的形式为“点名.参数名”。如“Tag
• DESC”表示点Tag1的点描述，“Tag
• PV”表示点Tag1的过程值。点参数有3种数据类型：实型、整型和字符型。

第33页：7.4.3 数据仓库

7.4.3 数据仓库：数据仓库(Data Warehouse，DW)是计算机应用领域里的一个崭新方向，它是一种信息管理技术，其研究的主要宗旨是通过畅通、合理、全面的信息管理，来达到对管理决策的支持。数据仓库是数据库技术一种新的应用，不是对数据库的替代。数据仓库和操作型数据库在企业信息环境中承担不同的任务(高层决策分析和日常操作性处理)，并发挥着不同的作用。数据仓库与实时数据库存在着密切的联系，数据仓库需要实时数据库提供大量的历史数据。

第34页：7.4.3 数据仓库

7.4.3 数据仓库

• 数据仓库的基本特点：•(1)数据仓库存储的信息是面向主题来组织的。
• (2)数据仓库中要有一处专门用来存储5至10年或更久的历史数据。
• (3)数据进入数据仓库之后都具有统一的数据结构和编码规则。数据仓库中数据具有一致性的特点。
• (4)数据仓库是一个信息源，它只是为在其上开发的决策支持系统(DSS)或行政信息系统(EIS)等提供数据服务。因此它就是只读数据库，一般不轻易做改动，只能定期刷新。数据仓库是随时间变化的。
• (5)数据仓库是集成的。
• (6)数据仓库是稳定的。它反映的是历史数据，而不是处理联机数据。

第35页：本讲结束

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