2023年11月30日发(作者：)

“工控软件互操作规范技术”讲座 梁 坚等

OPC,

强生产安全性的有力措施。其为实现无人值守泵房铺

平了道路得以向集中监视、集中控制的高水平自动化

,

方向发展。

修改稿收到日期。

:2002-06-02

第一作者李常娟女年出生年毕业于东北大学高级工

,,1966,1989,

程师一直从事自动化技术工作。

;

“工控软件互操作规范技术”讲座

OPC

第讲 基于技术的组态软件的设计与实现

7OPCDCS

梁 坚 王锦标

()

清华大学自动化系北京

,100084

0

引言

集散型控制系统本组态软件的设计特点如下采用符合—

()

DCS:IEC1131

是过程控制领域应用广

泛、可靠性高和配置灵活的计算机控制系统。硬国际标准的功能块图和梯形图组态方式

DCSFBDLD;

件积木化软件模块化其中组态软件尤为重要。本文

,,

结合作者基于技术的组态软件的研究开发

OPCDCS,

介绍该软件的体系结构、实时数据组态和控制策略组

态软件的设计方法和面向对象的开发方式。

点形成操作监控画面管理数据组态软件从数据报表

;

库中调用报表再添加数据点形成打印报表。

,

()()

以为操作平台保证了组态软件运行

Windows2000/NT,

的通用性及可靠性设计了基于技术的数据接

;OPC

口采用客户服务器方式使系统具有开放性采用面

,/,;

向对象的软件设计方法建立了面向对象的分析和设

,

计模型并为用户提供扩展功能编程接口。

,

1

组态软件的体系结构

本组态软件基于技术是集组态、监控和管

OPC,

理于一体的开放式软件。该软件主要由实时数据组

态、控制策略组态、监控画面组态、管理数据组态和

OPC,1

接口等几部分组成如图所示。本系统硬件主

2

实时数据组态软件

2.1OPC

实时数据库

OPC:OPC

实时数据库主要承担以下功能存储从

数据访问服务器读取的数据存储写入数

()

AI,DI;OPC

据访问服务器的数据存储数据库的组态信

()

AO,DO;

息提供数据库的读写功能建立进程间可共享的内存

;;

共享数据提供数据管理功能实现数据库程序的应用

;;

接口。

按照2方法可以从标识类和对象、标

CoadYourdon,

识结构、标识主题、定义属性及实例连接、定义服务及

消息连接五个层次来描述实时数据库的面向对

OPC

象分析模型。本组态软件为实时数据库创建了

()

OOA

OPCS,OPCG,OPCIOPCINFO,OPCS

及等几类对象其中

要由设备、控制站和操作站组成并且都具有

I/O,OPC

接口形成软硬件开放的环境。其中接口与

,,OPCI/O

设备交换信息通过实时数据组态软件形成实时

,,IO

数据库控制策略组态软件从功能块库中调用功能块

;,

以功能块图连线方式形成控制回路实现“所见所得”

,;

监控画面组态软件从控制库中调用控件再添加动态

,

为组态对象处理对数据访问服务器

OPCServer,OPC

的组态信息为组态对象处理

;OPCGOPCGroup,OPC

的组态信息作为及对象

;OPCINFOOPCS,OPCGOPCI

的容器对象实现对组态信息的管理。在各类对

,OPC

图 组态软件的体系结构

1

象内部包含了相应的内部处理函数及外部接口函数

,,

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《自动化仪表》第卷第期 年月

2311200211

提供了所需的服务及消息连接。例如在类间提供用户定义的数据项标识字符串实现数据项初

,OPCINFO,,

中定义了增加删除、浏览组态信息、重组始化三是与用户有关的服务器对象的注册信

,/ServerOPC;DOCM

态、取组态信息以及生成客户句柄等函数。息。

Group

由于程序进程和监控程序进程共处同一台基

I/O

于平台的计算机中实时数据库程序为组态

Windows,

和监控程序的多个进程所共享因此实时数据库国际电工委员会颁布的—中提出

,OPCIECIEC11313

建立了基于计算机内存在共享的实时数据存储结构了工业控制通用组态所使用的种标准编程语言功

,5:

以实现数据在各程序进程间的共享。能块图、梯形图、顺序功能图、指令表

2.2OPC

驱动接口程序

OPC2

驱动接口程序与其它软件之间的关系如图

3

控制策略组态软件

()

()()()

FBDLDSFC

()()

ILST

和结构化文本。

本软件以功能块图组态为主要的组态方

()

FBD

式。控制策略组态软件的设计主要包括以下几个方所示。的驱动接口程序通过与数据服务器建

面输入、输出、运算和控制功能块的设计仿真对象的立连接完成对数据访问服务器的组态数据访问

:;,;OPC

典型对象块的设计按控制要求用功能块构成控制回服务器根据组态结果将设备实时数据通过驱动

;,OPC

路实现控制策略组态控制组态及仿真调试组态界接口程序存入实时数据库组态监控程序从实时数据

,;;

面控制组态与其它相关专题的接口。库中取得现场实时数据将控制结果写入实时数据库

;,;

3.1OPC,

功能块库的设计驱动接口程序定时将实时数据库中的输出数据

OPCOPC

通过与数据服务建立的连接发送到数据服功能块是功能块图组态方式的核心组件由输入、

OPC,OPC,

务器服务器负责将控制数据输出至控制设备。输出、算法和参数四大要素组成。根据系统分解原则

;OPC

通过驱动接口程序实现了组态监控程序与并采用模块化建模的思想本组态软件将控制系统各

OPC,OPC,

接口和其它形式接口的隔离。控制环节划分为具有特定功能的功能块模型采用2

,Vi

sualC++60

1编写各功能块。

本软件将功能块分为以下几类输入输出功能块

:/

有及控制功能块有常规控制块连

AI,AO,DIDO;PID;

续运算功能块有加、减、乘、除等基本的代数运算块逻

;

图 驱动接口程序与其它软件的关系

2OPC

辑运算功能块有与、或、非等基本的逻辑运算块被控

;

对象仿真功能块有一阶、二阶惯性环节等。这几类功

能块构成了组态软件的功能块库。

功能块使用工位号进行标识其执行包括三个阶

,

段一是进行预处理执行输入和输出参数的锁存操

:,

作保证功能块内部数据不受外界影响二是执行功能

,;

块算法产生输出数据三是更新输出参数根据执行

,;,

情况产生警报或事件。

作为一个开放式的组态软件本组态软件为用户

,

提供了简便易用的扩展功能块编程接口。通过该编程

接口用户可以编写自己的功能块并集成到组态软件

,,

功能块库中增加特殊的控制及运算功能。

,

3.2

控制回路组态的设计

在客户服务器的结构中驱动接口程序所承

/,OPC

担的数据服务器客户端程序功能包括定位

OPCOPC

数据访问服务器、建立与数据访问服务器的连接

OPC

等驱动接口程序所承担的实时数据库客户端程

;OPC

序功能包括对实时数据库进行组态、将实时数据库中

的输出数据发送到数据访问服务器等。

OPC

2.3OPC

数据访问服务器开发工具的设计

OPC

数据访问服务器开发工具软件具备以下两个

功能一是按照的设计规范建立数据访问

:OPC,OPC

服务器的对象二是为用户提供简便易用的编

DCOM;

程接口通过该编程接口用户能够建立服务器和自己

,,

的实时数据库及数据设备之间的联系。

OPC,OPC

数据访问服务器由多个对象组成包括

ServerCOMOPCGroups

对象服务器对象、对象组

()(

COMItem

对象和对象数据项对象。编程接口作为

)()

通过控制策略组态软件进行功能块图组态首先

,

从功能块库选取所需功能块再将相应功能块的输出

,

与输入端口连接然后通过参数设置对话框为功能块

,

设置适当的控制参数即可完成控制回路组态。串级

,

控制回路的组态画面如图所示。

3

本组态软件除了提供控制回路组态运行功能外

,

还提供控制系统仿真调试功能。在仿真调试方式下

,

框架程序与用户的接口实现了1规范中规

,OPCDA203

定的与用户数据有关的各项功能一是实现规范所规

:

定的对内存数据的访问以及对设备的直接访问这两

,

种数据访问形式二是建立用户特定的数据项地址空

;

68

PROCESSAUTOMATIONINSTRUMENTATION,Vol.23,No.11,Nov.,2002

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“工控软件互操作规范技术”讲座 梁 坚等

OPC,

在控制回路实时运行方式下每个控制周期首先

,

由或功能块从实时数据库读取相应的现

AIDIOPC

()

场实时数据再通过控制和运算功能块进行控制回路

,

运算然后由或功能块将输出控制信号写入

,AODO

()

OPCOPC

实时数据库。驱动接口程序定时将实时数据

库中的输出数据发送到数据服务器数据服

OPC,OPC

务器再将控制数据输出至控制设备从而实现对现场

,

设备的控制。

参考文献

1BonfattiF,MonariPD,SampieriU.IEC11313ProgrammingMethod

—2

ology,CJInternational,1997

2ShenLG,PuJ,MoorePR,WongCB,ChongSK.Ananalysisofthe

controlsystemdesignenvironment,MechatronicsResearchGroup,De

MontfortUniversity,Leicester,UK

3OPCFoundation,DataAccessCustomInterfaceStandardVersion203,

1

1999

图 串级控制回路的组态画面

3

AI,

功能块的输入信号来自仿真对象块即仿真对象块

的输出端与功能块的输入端连接同时功能块

AI;,AO

的输出信号送给仿真对象块即仿真对象块的输入端

,

与功能块的输出端连接。

AO

中国科技期刊件在香港展出

7000

本刊讯 为庆祝中华人民共和国建国周年及香港回归祖国周年展示内地科技期刊发展的现状和水平

535,,

促进内地与香港科技界、出版界的交流与合作中国科学技术协会与京港学术交流中心、香港各界文化促进会、康乐

,

及文化事务署香港公共图书馆、香港生产力促进局、香港科技协进会等机构于年月日～日在香港中央

200291012

图书馆联合举办“中国科技期刊展香港博览会”。这是首次在香港全面展示祖国内地科技期刊的大型活动。

全国政协副主席、中国科学技术协会名誉主席朱光亚院士、中联办副主任王凤超先生、特区政府教育统筹局

局长李国章教授、中国科学技术协会副主席胡启恒院士、国家新闻出版总署领导石峰先生、全国政协常委、香港各

界文化促进会会长庄世平先生等嘉宾应邀为开幕典礼主礼。在开幕典礼上中国科学技术协会向康乐及文化事

,

务署香港公共图书馆赠送参展科技期刊以方便更多的香港市民能够分享祖国科技文化的成果。两地专家学者

,,

科技界、出版界有关人士约多人出席了开幕典礼。

200

这次博览会得到全国个一级学会的大力支持共遴选了余种近册科技期刊、优秀及获奖图书参

134,4007000

与展示内容复盖自然科学、技术科学、交叉学科以及科学普及等重要领域展示了中国科技期刊出版事业的雄厚实

,,

力和发展前景。其中许多学术期刊是相关学科的权威性学术刊物许多科普刊物具有广大读者群和广泛的社会影

,,

响。中国仪器仪表学会旗下的《仪器仪表学报》《、自动化仪表》《、化学传感器》《、办公自动化》等种期刊在这次博

4

览会上展示了风采。博览会还展示了部分香港科技书刊。大力支持博览会活动并参展的香港机构有个其中包

34,

括香港的大学、公营机构及科技专业社团。全国人大副委员长、中国科学技术协会主席周光召院士、香港特别行政

区行政长官董建华先生、中联办副主任王凤超先生为博览会题词。周光召院士的题词是办好科技期刊 促进学术

:

交流董建华先生的题词是科普兴国王凤超先生的题词是汇粹科技菁华 展示两地风采。

;:;:

博览会期间在香港中央图书馆演讲厅举行了“世纪科技发展与出版”论坛。演讲嘉宾及专题分别为中

,21:

国科学技术协会副主席胡启恒院士知识经济对中国信息化的挑战香港特别行政区政府创新科技署政策顾问张

:;

英相博士香港创新科技发展路向国家新闻出版总署领导石峰先生携手共进、迎接挑战———加入后内地

:;:WTO

与香港出版及发行业的合作香港出版总会理事、香港出版学会会长陆国博士香港出版业发展现状与展望中

;:;

国期刊协会副会长、中国出版工作者协会副主席张伯海先生中国科技期刊发展的历史与现状。

:

博览会期间《自动化仪表》《、电网技术》《、中华医学杂志》《、科技导报》等种杂志的主编、社长与香港同行

,16

们在香港中央图书馆举行科技、出版交流座谈会。会上交流了内地和香港科技期刊出版工作经验探讨世纪

,21

内地与香港科技期刊合作发展的途径与前景。“携手并肩共同推动祖国科技期刊事业的发展努力繁荣中华民

,,

族的科学文化”是在座各位的共同心愿。

在祖国内地和香港各有关机构、社团及人士的大力支持与共同努力下“中国科技期刊展香港博览会”圆满成功。

,

□王德柱

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