PDF《硕士学位论文》

I 分类号 密级 UDC 硕士学位论文工业过程监控组态软件的研究与开发 学位申请人:谌彦学科专业:机械电子工程 指导教师:袁楚明 副教授 陈幼平 教授论文答辩日期

2004 年4月22 日 学位授予日期 年月日答辩委员会主席 李世其 评阅人李世其 艾武II A Thesis Submitted in partial Fulfillment of the Requirements For the Degree of Master of Engineering Research and Development of Industrial Process Monitoring Configuration Software Candidate : Chen Yan Major : Mechatronics Engineering Supervisor: Vice-Prof.

Yuan Chuming Prof. Chen Youping Huazhong University of Science &

Technology Wuhan 430074, P.R.China April,

2004 III 摘要随着工业自动化水平的迅速提高,计算机在工业领域的广泛应用,人们对工业自 动化的要求越来越高,种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用,使得 传统的工业控制软件已无法满足用户的各种需求. 为了克服传统工业控制软件柔性差, 开发周期长,不易维护,重复使用率低且价格昂贵等缺点,工业监控组态软件的研究 与开发受到了广泛的重视. 在本文中,首先给出了课题研究背景,研究现状和发展趋势.通过分析目前市场 上工业组态软件普遍存在的问题论述了该课题研究的目的和意义. 然后通过和传统工业控制软件的比较, 阐述了工业过程监控组态软件自身的特点. 在对当前主流组态软件功能分析的基础上,总结了工业过程监控组态软件需要实现的 基本功能,并结合九江整流器厂的具体需求,做了充分的需求分析.在此基础之上, 提出了整个软件的设计思路,并构建了软件设计模型,划分了体系结构. 接着,根据 实际开发的需要和软件工程原理,将整个软件划分为若干功能模块,并简要介绍了各 功能模块所要实现的具体功能以及它们之间的相互关系. 除此之外, 还提出了基于 C/S 模型的网络架构. 工业组态软件设计与开发是一项十分复杂的工程任务,涉及到许多关键技术和理 论.文中简要介绍了这些理论并论述了它们在组态软件开发中的实际应用. 在各功能模块中,图形绘制模块是最复杂且开发工作量最大的一个模块,本文以 其各功能子模块的开发为线索,详细介绍了它的实现原理和实现方法.在此之后,本 文进一步描述了其它功能模块的实现过程和方法. 在开发实例中,文中给出了和九江整流器厂合作完成的一套实际的监控系统,并 简要介绍了它的工作过程. 最后,总结了本文的工作,并指出了进一步的研究方向. 关键词:实时多任务 组态软件 工业过程监控 IV Abstract As the rapid progress of industrial automation and the wide-spread application of computer, people'

s requirements of automation are higher and higher. The availabilities of various control devices and process monitoring devices make it almost impossible for the traditional industrial software to meet the characteristic demands of all kinds of consumers . The traditional industrial control software has obvious shortcomings, such as week flexibility, comparatively long development period, inconvenience to maintain, etc. In order to overcome those disadvantages , configuration software for monitoring come into being and gains much emphases. In this thesis, the background , current condition ,the future trend ,the purpose and significance of this research is firstly reviewed. Secondly, through comparing with the traditional control software, it introduces the characters of the process monitoring configuration software. On the basis of analysis of the structure and performance of the prevailing configuration software in market, we propose an infrastructure of software system. Then, according to the principles of software engineering and the function demanded , the functioning modules are put forward. It also explains the relations among those modules and how they connect with one another. Thirdly, it illustrates the relevant theories and technologies and their applications in the software development. Besides, it discusses the principles and realization methods of each module, especially the graphic-designing module. In the development implementation , a practical monitoring system for industry which is developed on our configuration software platform is presented. In the end, all work of the thesis are summarized and the problems that needs to be solved in the future are also pointed out. Key words: Real-Time and Multi-Task Configuration Software Industrial Process Monitoring V 目录摘要 I Abstract II 1.绪论 1.1 课题概述 1) 1.2 课题研究现状和发展趋势 2) 1.3 研究目的和意义 5) 1.4 本文的主要工作 5) 2.组态软件总体设计 2.1 监控组态软件的特点 6) 2.2 监控组态软件的基本功能 6) 2.3 用户需求分析 6) 2.4 系统总体设计 7) 2.5 本章小结 11) 3. 组态软件开发的相关技术和理论 3.1 面向对象技术 12) 3.2 网络通信技术 12) 3.3 数据库访问技术 14) 3.4 组件技术 17) 3.5 多线程技术 18) VI 3.6 本章小结 19) 4. 图形绘制模块的设计和实现 4.1 图形对象子模块 20) 4.2 图形对象编辑子模块…27) 4.3 动画连接子模块 32) 4.4 图库与文件存储子模块 33) 4.5 控件子模块 34) 4.6 本章小结 38) 5. 其它模块的设计和实现 5.1 工程管理模块 39) 5.2 数据库访问模块 40) 5.3 网络通信模块 42) 5.4 读写硬件I/O模块 45) 5.5 双机热备 49) 5.6 命令语言编译模块 50) 5.7 本章小结 53) 6. 开发与应用实例 6.1 创建工程 54) 6.2 图形组态 55) 6.3 服务端配置 56) VII 6.4 运行环境 57) 6.5 本章小结 58) 7. 全文总结与展望 7.1 全文总结 59) 7.2 下一步研究展望 59) 致谢…61) 参考文献 62) 附录 攻读硕士学位期间发表的论文目录…66)

1 1 绪论1.1 课题概述 1.1.1 课题来源 (1) 本课题来源于和九江整流器厂的合作研究项目 九江整流器厂工业监控组态软 件的开发 . (2) 国家八六三计划资助项目 开放式数控装备的远程操作、 监控与诊断技术研究 (2001AA423230) 、 湖北省自然科学基金资助项目 数控设备远程监控的可重构 理论与技术研究 (2003ABA002) . 1.1.2 课题研究背景 监控组态软件是伴随着计算机技术的突飞猛进发展起来的.

60 年代虽然计算机开 始涉足工业过程控制,但由于计算机技术人员缺乏工厂仪表和工业过程的知识,导致 计算机工业过程系统在各行业的推广速度比较缓慢 [1] .

70 年代初期, 微处理器的出现, 促进了计算机控制走向成熟.首先,微处理器在提高计算能力的基础上,大大降低了 计算机的硬件成本,缩小了计算机的体积,很多从事控制仪表和原来一直就从事工业 控制计算机的公司先后推出了新型控制系统.这一历史时期较有代表性的就是

1975 年美国 Honcywell 公司推出的世界上第一套 DCS TDC,2000.而随后的

20 年间,DCS 及其计算机控制技术日趋成熟.得到了广泛应用,此时的 DCS 已具有较丰富的软件, 包括计算机系统软件(操作系统)、组态软件、控制软件、操作站软件以及其他辅助软 件(如通信软件)等. 这一阶段虽然 DCS 技术、市场发展迅速,但软件仍是专用和封闭的.除了在功能 上不断加强外,软件成本一直居高不下, 造成 DCS 在中小型项目上的单位成本过高, 使 一些中小型应用项目不得不放弃使用 DCS.80 年代中后期、随着个........