工业控制中监控工程的设计

★赵建伟（陕西国防工业职业技术学院机电工程系）



工业控制中监控工程的设计

★赵建伟
（陕西国防工业职业技术学院机电工程系）

【摘要】本文概括了组态软件在工业监控工程中的应用，指出了工业监控工程的设计步骤，分析了实时数据库的结构及构建方法。

【关键词】组态软件 监控 数据库 实时

一、组态监控画面的设计

（一）建立新工程。运行“组态王6.52”，在弹出的工程管理器窗口单击“新建”图标，在随后出现的工程创建向导中单击下一步，输入工程项目所在目录，建立一个名为“MPS组态监控画面”的新工程，并将此工程设为组态王当前工程。在创建工程项目后，在工程管理器中双击工程就会进入工程浏览器界面。

（二）设备管理。要用组态软件进行监控就必须完成组态王与设备的通信。组态王的设备管理增加了驱动设备的配置向导，只要按照配置向导提示进行相应的参数设置，选择I/O设备的生产厂家、设备名称、通讯方式，指定设备的逻辑名称和通讯地址，则组态王自动完成驱动程序的启动和通信，不再需要工程人员人工进行。组态王采用工程浏览器界面来管理硬件设备，已配置好的设备统一列在工程浏览器界面下的设备分支。

组态王对设备的管理是通过对逻辑设备命名的管理实现的，具体讲就是每一个实际I/O设备都必须在组态王中指定一个唯一的逻辑名称，特别是组态王中的I/O变量与具体I/O设备的数据交换就是通过逻辑设备名来实现的，当工程人员在组态王中定义I/O变量属性时，就是指定与该I/O变量进行数据交换的逻辑设备名，一个逻辑设备，可与多个I/O变量对应。

（三）构造数据库变量。数据库是组态王软件的核心部分，数据库中存放的是制作应用系统时定义的变量以及系统预定义的变量。建立在数据库中的各变量负责与各种外设进行数据交换，以及完成相关数据存储。在设计图形界面和动画前，首先要定义可能用到的各种变量，在组态王数据词典中定义外部变量和中间变等。

（四）图形界面设计。设计图形界面来模拟MPS系统的现场工况。组态王提供了丰富的图形制作工具，有丰富图库供选择，在本设计中制作了主画面、联网监控画面、单站监控画面、生产管理画面等，使整个内容更加丰富。

（五）动画连接。在组态王开发系统中制作的画面是静态的，那么如何才能反映工业现场的状况呢？这就需要通过实时数据库，因为只有数据库中的变量才是与现场状况同步变化的。把动画连接组合起来，应用程序将呈现出图形动画效果。

其中应用程序命令语言、事件命令语言、热键命令语言、数据改变命令语言可以称为“后台命令语言，”它们的执行不受画面打开与否的限制，只要符合条件就可执行。另外可使用运行系统中的菜单“特殊/开始执行后台任务”和“特殊/停止执行后台任务”来控制所有这些命令语言是否执行。而画面和动画连接命令语言的执行不受影响，也可通过修改系统变量“$启动后台命令语言”的值来实现上述控制，该值置O时停止执行，置I时开始执行。

（六）调试运行

设计完成后，针对实际MPS系统进行调试：启动/停止/复位等按钮可以对系统进行相应的控制，响应速度满足要求，达到了远程控制系统的目的；各传感器的信号也能通过PROFIBUS采集到监控系统上来，并能反应实际状态；制作的动画和工作流程基本一致，可以实现反映系统的运行状态；对于系统错误。报警提示操作员做出判断和处理。测试结果达到了组态监控要求。

二．组态实时数据库的构建

（一）组态软件的总体结构

组态软件是通过事先定义对象的组态信息完成运行过程中对象的监视和控制功能，并提供动态界面显示的软件，一般监控组态软件从结构上可以分为设备接口（含通讯接口）、实时数据库和界面显示系统3个部分，设备接口与现场设备及控制装置通讯，界面显示根据实时数据库中的数据生动形象地再现现场状况。

（二）组态软件中数据处理的特点

组态软件中的数据必须能反映现场设备的“当前”状态，其数据处理有3个特点：

（1）实时性，这是组态软件必须满足的要求，及时有效的监控现场设备的状态是组态软件的主要功能。因此系统应尽可能快地处理和传输数据。

（2）时间特性，组态软件中处理的数据都带有时间标记，要求软件必须在可预测的时间内将数据处理完成。

（3）实时中断，更新的数据是组态软件需要处理的主要数据，在新的数据到来时，应中断当前的数据处理，否则将出现所有数据的延迟。

（三）组态软件中实时数据库的功能

实时数据库位于设备接口和界面显示的中间层，是组态软件中数据的管理者，实时数据库主要完成组态策略的存储，通讯数据管理，实时数据的处理和计算，控制策略及算法的计算和下载，历史数据的转化、存储和查询及实时曲线的生成，监控软件在运行的过程中需要频繁读取组态信息，处理和保存实时数据，实时数据库的性能将直接决定整个组态软件的可用性。

（四）商用数据库的特点

组态软件运行期间将产生大量数据，这些数据需要进行分类整理并作为历史数据保存，如果将大量的数据存储在几个文件中，将不利已数据查找，商用数据库的目标就是对大量数据进行有效管理，成熟的关系型数据库在关系存储，数据查找、恢复，数据库备份及复杂的事务处理，并发控制，完整性、一致性的实现等方面都已经相当完善，具有管理数据的优势，随着商用数据库价格越来越低，将商用数据库作为组态软件的后台数据库管理数据十分可行。

（五）商用数据在组态软件中的局限性

（1）大量的I/O操作造成系统长时间的等待，由于监控系统定时采集和输出数据的特点会引起软件频繁地读写数据、更改日志等大量磁盘操作，这些操作带来大量的磁盘I/O读写，造成系统长时间等待，这对于实时性要求很高的控制系统来说是无法忍受的。

（2）事务的不可预测性，组态软件的事务必须在可预测的时间内完成，否则可能会影响整个系统的工作或者产生错误数据，而商用数据频繁的I/O磁盘操作不能保证在规定的时间内完成规定的操作，导致其在组态软件中应用受到一定的限制。