1 引言

組態(tài)軟件是在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域興起的一種新型的軟件開發(fā)工具，開發(fā)人員通常不需要編制具體的指令和代碼，只要利用組態(tài)軟件包中的工具，通過硬件組態(tài)（硬件配置）、數(shù)據(jù)組態(tài)、圖形圖像組態(tài)等工作即可完成所需應(yīng)用軟件的開發(fā)工作。組態(tài)軟件，又稱組態(tài)監(jiān)控軟件系統(tǒng)軟件。譯自英文SCADA,即 Supervisory Control and Data Acquisition（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制）。它是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件。它們處在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，可以應(yīng)用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過程控制等諸多領(lǐng)域。在過程控制實(shí)驗(yàn)裝置中，要實(shí)現(xiàn)鍋爐液位控制，以往采用儀表作為調(diào)節(jié)器，該儀表通過儀表面板的按鍵來改變參數(shù)值，沒有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)輸出曲線，故參數(shù)調(diào)節(jié)不方便，且系統(tǒng)的控制精度低。該系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠、界面友好、可擴(kuò)展性強(qiáng)。

2 世紀(jì)星組態(tài)軟件

世紀(jì)星組態(tài)軟件是一套基于Windows95/98/NT/XP操作系統(tǒng)，可用來快速生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件包，它能夠完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、流程控制、動(dòng)畫顯示、報(bào)警和安全機(jī)制、趨勢曲線、報(bào)表輸出等功能，是幫助用戶解決工程實(shí)際問題的完整方案和操作工具。組態(tài)軟件在國內(nèi)是一個(gè)約定俗成的概念，并沒有明確的定義，它可以理解為“組態(tài)式監(jiān)控軟件”。 “組態(tài)（Configure）”的含義是“配置”、“設(shè)定”、“設(shè)置”等意思，是指用戶通過類似“搭積木”的簡單方式來完成自己所需要的軟件功能，而不需要編寫計(jì)算機(jī)程序，也就是所謂的“組態(tài)”。它有時(shí)候也稱為“二次開發(fā)”，組態(tài)軟件就稱為“二次開發(fā)平臺(tái)”。 “監(jiān)控（Supervisory Control）”，即“監(jiān)視和控制”，是指通過計(jì)算機(jī)信號(hào)對(duì)自動(dòng)化設(shè)備或過程進(jìn)行監(jiān)視、控制和管理.

世紀(jì)星組態(tài)軟件系統(tǒng)包括開發(fā)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩大部分，用戶所有的組態(tài)配置過程都是在組態(tài)環(huán)境中進(jìn)行的。組態(tài)軟件大都支持各種主流工控設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，并且通常應(yīng)提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能。對(duì)應(yīng)于原有的HMI（人機(jī)接口軟件，Human Machine Interface）的概念，組態(tài)軟件還是一個(gè)使用戶能快速建立自己的HMI的軟件工具或開發(fā)環(huán)境。在組態(tài)軟件出現(xiàn)之前，工控領(lǐng)域的用戶通過手工或委托第三方編寫HMI應(yīng)用，開發(fā)時(shí)間長，效率低，可靠性差；或者購買專用的工控系統(tǒng)，通常是封閉的系統(tǒng)，選擇余地小，往往不能滿足需求，很難與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，升級(jí)和增加功能都受到嚴(yán)重的限制。組態(tài)軟件的出現(xiàn)使用戶可以利用組態(tài)軟件的功能，構(gòu)建一套最適合自己的應(yīng)用系統(tǒng)。隨著它的快速發(fā)展，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、實(shí)時(shí)控制、SCADA、通訊及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接口、對(duì)I/O設(shè)備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容監(jiān)控組態(tài)軟件將會(huì)不斷被賦予新的內(nèi)容。目前，世紀(jì)星組態(tài)軟件已經(jīng)在石油、化工、電力等多種工程領(lǐng)域獲得成功的應(yīng)用。

3 系統(tǒng)的硬件組成

鍋爐的給水、出水流量的測量采用LDG-S型電磁流量計(jì)和LDZ-4B型電磁流量轉(zhuǎn)換器配套使用，將流量信號(hào)轉(zhuǎn)化為4-20mA的電流信號(hào)；將鍋爐的液位、管道進(jìn)水的壓力通過PK2AAAA型壓力變送器轉(zhuǎn)化為4-20mA的電流信號(hào)；同時(shí)QSVP-64K型電動(dòng)調(diào)節(jié)閥反饋回閥位置的4-20mA電流信號(hào)，這些信號(hào)經(jīng)過程控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的精密電阻（250Ω）轉(zhuǎn)換為1-5V電壓信號(hào)后傳給A/D采集卡。

數(shù)據(jù)采集（DAQ），是指從傳感器和其它待測設(shè)備等模擬和數(shù)字被測單元中自動(dòng)采非電量或者電量信號(hào)，送到上位機(jī)中進(jìn)行分析，處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結(jié)合基于計(jì)算機(jī)或者其他專用測試平臺(tái)的測量軟硬件產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測量系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)采集卡，即實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集（DAQ）功能的計(jì)算機(jī)擴(kuò)展卡，可以通過USB、PXI、PCI、PCI Express、火線（1394）、PCMCIA、ISA、Compact Flash、485、232、以太網(wǎng)、各種無線網(wǎng)絡(luò)等總線接入個(gè)人計(jì)算機(jī)。數(shù)據(jù)采集卡選擇中泰PC-6333多功能模入模出接口卡，該板卡具有12位16路單端（2路雙端）模擬量輸入，1路模擬量輸出，同時(shí)還備有6路數(shù)字量輸入和6路數(shù)字量輸出接口，3路16位字長的計(jì)數(shù)/定時(shí)器，以及1MHz的基準(zhǔn)時(shí)鐘。由于QOVP-64K型電動(dòng)調(diào)節(jié)閥輸入為4-20mA電流信號(hào)，故板卡輸出4-20mA電流信號(hào)給電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。

計(jì)算機(jī)對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)控制算法，用計(jì)算機(jī)輸出的控制量控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的位置來改變鍋爐的進(jìn)水流量，從而實(shí)現(xiàn)鍋爐液位實(shí)時(shí)監(jiān)控。

4 監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

4.1系統(tǒng)的組態(tài)。在選擇好相應(yīng)硬件設(shè)備后，用世紀(jì)星組態(tài)軟件對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)，具體組態(tài)過程如下：

1）用戶窗口組態(tài)主要用于設(shè)置工程中的人機(jī)交互界面，如系統(tǒng)的主控界面、曲線圖、動(dòng)畫等，如圖1所示。

圖1

2）主控窗口組態(tài)是工程的主窗口或主框架。“用戶窗口”組態(tài)完成之后，在“主控窗口”中，通過對(duì)系統(tǒng)菜單和參數(shù)的定義和設(shè)置來調(diào)度、管理這些用戶窗口的打開或關(guān)閉。

3）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫組態(tài)是工程各個(gè)部分?jǐn)?shù)據(jù)交換與處理中心，它將世紀(jì)星工程的各個(gè)部分連成有機(jī)的整體。按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)際需要，在世紀(jì)星的“變量字典”中對(duì)系統(tǒng)所創(chuàng)建的數(shù)據(jù)對(duì)象的基本屬性、存盤屬性、報(bào)警屬性進(jìn)行定義和設(shè)置。

4）設(shè)備構(gòu)件組態(tài)是連接和驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備的工作環(huán)境。在通道連接窗口中，將A/D，D/A通道和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對(duì)象對(duì)應(yīng)連結(jié)起來，以提高采集的精度和數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。

4.2 世紀(jì)星的運(yùn)行環(huán)境是一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行系統(tǒng)，它按照組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫中用戶指定的方式進(jìn)行各種處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能。用戶通過運(yùn)行環(huán)境實(shí)現(xiàn)對(duì)工程的控制。運(yùn)行環(huán)境本身沒有任何意義，必須與組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫作為一個(gè)整體，構(gòu)成用戶應(yīng)用系統(tǒng)。

5 結(jié)語

世紀(jì)星組態(tài)軟件以其優(yōu)異的特性在鍋爐液位監(jiān)控系統(tǒng)中獲得了成功的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)瀏覽、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)趨勢顯示等功能，達(dá)到了預(yù)期的對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的改造目的。相對(duì)原有的儀表調(diào)節(jié)器，該監(jiān)控系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可方便地通過硬、軟件的擴(kuò)充，實(shí)現(xiàn)鍋爐的溫度、流量等控制，即擴(kuò)展性強(qiáng)。