星组态软件的组成概括及在锅炉液位监控系统中的介绍

1 引言

组态软件是在工业自动化领域兴起的一种新型的软件开发工具，开发人员通常不需要编制具体的指令和代码，只要利用组态软件包中的工具，通过硬件组态（硬件配置）、数据组态、图形图像组态等工作即可完成所需应用软件的开发工作。组态软件，又称组态监控软件系统软件。译自英文SCADA,即 Supervisory Control and Data Acquisition（数据采集与监视控制）。它是指一些数据采集与过程控制的专用软件。它们处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件的应用领域很广，可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在过程控制实验装置中，要实现锅炉液位控制，以往采用仪表作为调节器，该仪表通过仪表面板的按键来改变参数值，没有实时数据输出曲线，故参数调节不方便，且系统的控制精度低。该系统性能稳定可靠、界面友好、可扩展性强。

2 世纪星组态软件

世纪星组态软件是一套基于Windows95/98/NT/XP操作系统，可用来快速生成上位机监控系统的组态软件包，它能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、流程控制、动画显示、报警和安全机制、趋势曲线、报表输出等功能，是帮助用户解决工程实际问题的完整方案和操作工具。组态软件在国内是一个约定俗成的概念，并没有明确的定义，它可以理解为“组态式监控软件”。 “组态（Configure）”的含义是“配置”、“设定”、“设置”等意思，是指用户通过类似“搭积木”的简单方式来完成自己所需要的软件功能，而不需要编写计算机程序，也就是所谓的“组态”。它有时候也称为“二次开发”，组态软件就称为“二次开发平台”。 “监控（Supervisory Control）”，即“监视和控制”，是指通过计算机信号对自动化设备或过程进行监视、控制和管理.

世纪星组态软件系统包括开发环境和运行环境两大部分，用户所有的组态配置过程都是在组态环境中进行的。组态软件大都支持各种主流工控设备和标准通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。对应于原有的HMI（人机接口软件，Human Machine Interface）的概念，组态软件还是一个使用户能快速建立自己的HMI的软件工具或开发环境。在组态软件出现之前，工控领域的用户通过手工或委托第三方编写HMI应用，开发时间长，效率低，可靠性差；或者购买专用的工控系统，通常是封闭的系统，选择余地小，往往不能满足需求，很难与外界进行数据交互，升级和增加功能都受到严重的限制。组态软件的出现使用户可以利用组态软件的功能，构建一套最适合自己的应用系统。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通讯及联网、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监控组态软件将会不断被赋予新的内容。目前，世纪星组态软件已经在石油、化工、电力等多种工程领域获得成功的应用。

3 系统的硬件组成

锅炉的给水、出水流量的测量采用LDG-S型电磁流量计和LDZ-4B型电磁流量转换器配套使用，将流量信号转化为4-20mA的电流信号；将锅炉的液位、管道进水的压力通过PK2AAAA型压力变送器转化为4-20mA的电流信号；同时QSVP-64K型电动调节阀反馈回阀位置的4-20mA电流信号，这些信号经过程控制实验台上的精密电阻（250Ω）转换为1-5V电压信号后传给A/D采集卡。

数据采集（DAQ），是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采非电量或者电量信号，送到上位机中进行分析，处理。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。 数据采集卡，即实现数据采集（DAQ）功能的计算机扩展卡，可以通过USB、PXI、PCI、PCI Express、火线（1394）、PCMCIA、ISA、Compact Flash、485、232、以太网、各种无线网络等总线接入个人计算机。数据采集卡选择中泰PC-6333多功能模入模出接口卡，该板卡具有12位16路单端（2路双端）模拟量输入，1路模拟量输出，同时还备有6路数字量输入和6路数字量输出接口，3路16位字长的计数/定时器，以及1MHz的基准时钟。由于QOVP-64K型电动调节阀输入为4-20mA电流信号，故板卡输出4-20mA电流信号给电动调节阀。

计算机对采样数据进行处理，根据控制算法，用计算机输出的控制量控制电动调节阀的位置来改变锅炉的进水流量，从而实现锅炉液位实时监控。

4 监控系统的软件设计及实现

4.1系统的组态。在选择好相应硬件设备后，用世纪星组态软件对该系统进行组态，具体组态过程如下：

1）用户窗口组态主要用于设置工程中的人机交互界面，如系统的主控界面、曲线图、动画等，如图1所示。

图1

2）主控窗口组态是工程的主窗口或主框架。“用户窗口”组态完成之后，在“主控窗口”中，通过对系统菜单和参数的定义和设置来调度、管理这些用户窗口的打开或关闭。

3）实时数据库组态是工程各个部分数据交换与处理中心，它将世纪星工程的各个部分连成有机的整体。按照系统设计的实际需要，在世纪星的“变量字典”中对系统所创建的数据对象的基本属性、存盘属性、报警属性进行定义和设置。

4）设备构件组态是连接和驱动外部设备的工作环境。在通道连接窗口中，将A/D，D/A通道和实时数据库中的数据对象对应连结起来，以提高采集的精度和数据的稳定性。

4.2 世纪星的运行环境是一个独立的运行系统，它按照组态结果数据库中用户指定的方式进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。用户通过运行环境实现对工程的控制。运行环境本身没有任何意义，必须与组态结果数据库作为一个整体，构成用户应用系统。

5 结语

世纪星组态软件以其优异的特性在锅炉液位监控系统中获得了成功的应用，实现了实时数据浏览、实时和历史数据趋势显示等功能，达到了预期的对实验装置的改造目的。相对原有的仪表调节器，该监控系统具有结构简单、成本低、性能稳定等优点，同时可方便地通过硬、软件的扩充，实现锅炉的温度、流量等控制，即扩展性强。