监控组态软件及应用概论
监控组态软件
软件介绍
软件作用
俗称组态软件，译自英文SCADA,即 Supervisory Control and Data Acquisition(数据采集与监视控制)。
组态软件的应用领域很广，它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。在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统(RTU System,Remote Terminal Unit)。
组态（Configuration）为模块化任意组合。通用组态软件主要特点：
（1）延续性和可扩充性。
最新发展及趋势
一、背景
自2000年以来，国内监控组态软件产品、技术、市场都取得了飞快的发展，应用领域日益拓展，用户和应用 工程师数量不断增多。充分体现了“工业技术民用化”的发展趋势。
监控组态软件是工业应用软件的重要组成部分，其发展受到很多因素的制约，归根结底，是应用的带动对其 发展起着最为关键的推动作用。
监控组态软件
数据采集与过程控制的专用软件
目录
01 组态软件
03 最新发展及趋势
02 组态软件特点
监控组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是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、大背景下，随着工业IT技术的不断发展而诞生、发展起来的。在整个工业自 动化软件大家庭中，监控组态软件属于基础型工具平台。监控组态软件给工业自动化、信息化、及社会信息化带 来的影响是深远的，它带动着整个社会生产、生活方式的变化，这种变化仍在继续发展。
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关于新技术的不断涌现和快速发展对监控组态软件会产生何种影响，有人认为随着技术的发展，通用组态软 件会退出市场，例如有的自动化装置直接内嵌“Web Server”实时画面供中控室操作人员访问。
组态软件在电力系统监控中的应用
组态软件在电力系统监控中的应用随着电力系统的不断发展和扩大，电力系统的安全性和效率显得尤为重要。
电力系统监控是保持电力系统稳定运行的关键，有效的电力系统监控需要先进的技术手段来支持。
组态软件是一种常用的电力系统监控技术手段，已经在电力系统监控中得到广泛的应用。
本文将探讨组态软件在电力系统监控中的应用，以及它对电力系统监控的贡献。
一、组态软件的基本概念组态软件是一种集成化的管理工具，它可以集成不同的数据源，统一管理和分析这些数据，从而帮助电力系统监控人员更好地了解电力系统运行情况。
组态软件不仅可以收集电力系统的各种监测数据，还可以对这些数据进行分析和处理，以便对电力系统运行的各个方面进行监测和控制。
二、组态软件在电力系统监控方面的应用1. 实时监控电力系统运行情况组态软件可以对电力系统运行情况进行实时监控，包括变电站、输电线路和配电网等方面。
通过对电力系统实时监控，我们可以及时发现电力系统运行中的异常情况，采取有效的措施进行处理，避免事态扩大。
2. 故障诊断和处理当电力系统发生故障时，组态软件可以对故障进行诊断，分析故障产生的原因，并对故障进行处理和记录，为电力系统的后续维护提供依据。
同时，组态软件还可以对故障进行智能化分析，从而更好地预测故障的发生，提高电力系统的安全性和效率。
3. 数据分析和处理组态软件可以对电力系统采集的数据进行分析和处理，以便更好地了解电力系统运行情况，为电力系统的优化调度提供依据。
通过对数据的分析和处理，可以及时发现电力系统中存在的问题，并针对性地采取解决措施，提高电力系统的运行效率。
三、组态软件应用带来的益处1. 提高电力系统运行效率通过组态软件的实时监控和数据分析，我们可以更好地了解电力系统的运行情况，及时发现问题，并采取措施进行处理，从而提高电力系统的运行效率。
2. 提高电力系统安全性组态软件可以对电力系统中的所有监测数据进行收集和分析，当电力系统中出现故障和问题时，我们可以通过组态软件对其进行处理和预测，从而更好地保障电力系统的安全性和稳定性。
01 第1章 监控组态软件概述_ 监控组态软件概述
组态与组态软件的含义
组态软件是指一些数据采集与过程控制 的专用软件，它们是在自动控制系统控制层 一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组 态方式（而不是编程方式）为用户提供良好 的用户开发界面和简捷的使用方法，它解决 了控制系统通用性问题。
组态与组态软件的含义
组态软件预设置的各种软件模块可 以非常容易地实现和完成控制层的各项 功能，并能同时支持各种硬件厂家的计 算机和I/O产品，与工控计算机和网络系 统结合，可向控制层和管理层提供软、 硬件的全部接口，进行系统集成。
采用组态软件的意义
组态软件实际上是一个专为工 控开发的工具软件。它为用户提供 了多种通用工具模块，用户不需要 掌握太多的编程语言技术（甚至不 需要编程技术），就能很好地完成 一个复杂工程所要求的所有功能。
采用组态软件的意义
系统设计人员可以把更多的注意力 集中在如何选择最优的控制方法，设计 合理的控制系统结构，选择合适的控制 算法等这些提高控制品质的关键问题上。 另一方面，从管理的角度来看，用组态 软件开发的系统具有与Windows一致的 图形化操作界面，非常便于生产的组织 与管理。
组态与组态软件的含义
组态软件确切的称呼应该是人机界 面HMI（Human Machine Interface）/控 制与数据采集SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）软件。
组态软件最早出现时，实现HMI和 控制功能是其主要内涵，即主要解决人 机图形界面和计算机数字控制问题。
组态软件的特点
3．通用性
每个用户根据工程实际情况，利用通用组态 软件提供的底层设备（PLC、智能仪表、智能模 块、板卡、变频器等）的I/O Driver、开放式的数 据库和界面制作工具，就能完成一个具有动画效 果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、具有 多媒体功能和网络功能的工程，不受行业限制。
监控组态软件技术及应用
监控组态软件技术及应用监控组态软件是一种用于监控和控制系统的软件，它通常用于工业自动化、楼宇自动化和安防等领域。
监控组态软件提供了一个可视化的界面，使用户能够实时监测系统状态、控制设备、收集和分析数据。
监控组态软件的主要功能包括数据采集、图形显示、报警处理和数据分析等。
首先，它可以通过与监控设备和传感器的接口实现数据采集，从而实时获取系统的各种参数和状态信息。
其次，它提供了灵活而直观的图形显示界面，通过图表、图像和动画等形式展示系统的实时数据，帮助用户直观地了解系统的运行情况。
第三，监控组态软件能够对系统的运行参数进行监测，并在出现异常情况时及时发出报警，以便用户可以及时采取措施。
最后，它还提供了数据处理和分析的功能，帮助用户分析系统的性能和效益，优化系统的运行。
监控组态软件的应用非常广泛。
在工业自动化领域，它可以用于实时监测和控制工厂生产线上的机器和设备，帮助工程师了解工艺过程和装置的运行情况，发现并解决问题。
在楼宇自动化领域，它可以用于监控和控制大楼的空调、照明、安防等系统，实现节能减排和提高办公环境的舒适性。
在安防领域，它可以用于监控和管理视频监控系统，帮助监控员实时掌握监控区域的情况，提供有效的安全保护。
监控组态软件的技术包括图形显示技术、通信技术和数据处理技术等。
首先，图形显示技术是监控组态软件的核心技术之一。
它使用图形对象和控件来表示和操作系统中的各种实体和参数，实现数据可视化。
通过图形编辑工具，用户可以方便地创建和编辑监控页面，将控制按钮、图表、动画和报警等元素添加到页面中，实现实时的数据显示和操作。
其次，通信技术是实现监控组态软件与监控设备和传感器之间数据交换的基础。
它可以通过串口、以太网、无线等方式实现与各种硬件设备的通信，实现数据的采集和控制。
通过通信协议的支持，监控组态软件能够与不同厂家和型号的设备进行集成，实现对多样化系统的监控和控制。
最后，数据处理技术是监控组态软件的重要组成部分。
组态软件的基本概念和应用
组态软件的基本概念和应用组态软件（SCADA）是一种用于监控和控制过程的软件工具。
它成为工业自动化领域中不可或缺的一部分，广泛应用于各个行业，包括制造业、能源、水处理、交通等。
组态软件能够实时采集并处理各种传感器数据，还能以直观的方式展示给操作员，从而提供准确的信息支持和决策依据。
一、组态软件的基本概念组态软件由两个主要部分组成：人机界面（HMI）和后台控制系统。
人机界面允许操作员通过图形化方式与控制系统进行交互，并实时监控过程数据。
后台控制系统负责传输、处理和存储数据，并执行自动化控制命令。
1. 人机界面（HMI）人机界面是组态软件最直接的形式，通常以图形化的方式展示过程数据和控制界面。
操作员可以通过触摸屏、键盘或鼠标与HMI进行交互，包括监视数据、修改设备参数、开启或关闭设备等。
HMI的设计应该简单易用、直观明了，以提高操作员的工作效率和减少错误操作的发生。
2. 后台控制系统后台控制系统负责数据采集、处理和存储，并执行自动化控制命令。
它通常由一台或多台计算机组成，连接各种传感器和执行器。
后台控制系统的主要功能包括数据监测、警报通知、设备控制和数据存档等。
通过与人机界面的交互，操作员可以监视和控制整个过程。
二、组态软件的应用领域组态软件具有广泛的应用领域，以下是几个典型的例子：1. 制造业在制造业中，组态软件用于监控生产线的状态和运行情况。
它能够实时显示生产数据，如温度、压力、速度等，并提供警报功能，以便及时处理异常情况。
通过组态软件，生产厂商能够实现生产过程的优化和效率提升。
2. 能源行业组态软件在能源行业中的应用非常广泛。
从电力系统、水土环境到油气开采，组态软件都可以提供实时监控和控制功能，帮助运营人员及时处理设备故障、调整运行参数，以保证生产安全和高效。
3. 水处理组态软件在水处理领域发挥着重要作用。
它能够监控和控制污水处理、饮用水供应等过程，实时检测水质和水位，提供警报功能，保障水质安全。
监控组态软件及其应用课程设计
监控组态软件及其应用课程设计一、前言监控系统在现代工业生产中扮演着越来越重要的角色，而监控组态软件则被广泛应用于监控系统的设计和实现。
本文介绍了监控组态软件的基本概念和应用场景，并针对大学生应用性强的特点，设计了一门监控组态软件及其应用课程。
二、监控组态软件的概念监控组态软件是用于开发和实现监控系统的软件，它可以通过图形化界面，方便地进行系统的配置、连接和调试工作，同时也具备了数据采集与处理、报警处理、历史数据查询等功能。
三、监控组态软件的应用场景1、工业控制领域在工业控制领域，监控系统的任务是实时监测、控制生产过程，提高生产效率、降低能源消耗、提高产品质量等。
监控组态软件可以轻松处理物理控制设备与计算机之间的通讯，收集传感器、继电器等设备采集的数据，进而实时监控设备状态、控制设备操作、对设备故障进行诊断与判断。
2、楼宇自动化领域在楼宇自动化领域，监控组态软件可以轻松处理楼宇内的火灾自动报警设备、消防设备、室内环境监测设备、动力设备、物业管理设备等的集成，实现楼宇设备的实时监控、设备状态的同步更新和故障的迅速处理。
3、公共设施领域在公共设施领域，监控组态软件可以为监狱、重点要塞、重要公共设施建立信息化、自动化监控系统，通过视频监控、人员定位、警报联动等功能维护公共设施的安全，提升管理效率。
四、课程设计构想1、课程名称监控组态软件及其应用2、适用年级大学三年级及以上3、课程目标1.了解监控组态软件的基本概念和应用场景。
2.熟悉监控组态软件的安装、组态、调试和故障处理操作。
3.能够独立完成监控系统的设计和实现，具备问题解决能力。
4、课程内容1.监控组态软件基础概念介绍2.监控组态软件环境搭建3.监控组态软件相关工具使用方法介绍4.监控组态软件网络通信方面的应用5.监控组态软件实际应用场景模拟6.监控系统故障排除实践5、教学方法本课程采用理论结合实践的教学方式，以简单实用的教学案例为主要讲解内容，辅以数字图像技术进行多媒体演示，引导学生独立思考解决问题的能力。
组态软件的基本原理及应用
组态软件的基本原理及应用组态软件是一种专门用于实时监控和控制系统的软件工具。
它主要用于监控和管理各种工业设备和系统，包括自动化系统、能源管理系统、楼宇自控系统等。
本文将介绍组态软件的基本原理和应用，并探讨其在工业领域中的重要性。
一、组态软件的基本原理在了解组态软件的原理之前，我们需要先了解一下什么是组态。
组态是指将系统中的各种数据和信息以直观、清晰、易于理解的方式展示出来，使用户能够通过图形界面进行操作和监控。
组态软件通过图形界面、数据模型和算法等技术手段实现了这一目标。
1. 图形界面组态软件的核心是其直观的图形界面。
通过图形界面，用户可以直观地了解系统的运行情况，包括各个设备的状态、流程的进程等。
图形界面通常采用层次结构，将系统分为不同的层次，使用户可以从整体到细节地查看系统的各个方面。
2. 数据模型组态软件通过数据模型来管理系统中的各种数据。
数据模型定义了系统的各个功能模块以及它们之间的关系，可以将系统中的数据以层次结构的方式组织起来。
通过数据模型，组态软件可以对系统中的数据进行监控、分析和管理。
3. 算法组态软件通过算法来实现对系统的控制和优化。
算法可以对系统中的数据进行实时分析和处理，并根据分析结果做出相应的控制策略。
通过算法，组态软件可以使系统更加智能化、高效化。
二、组态软件的应用组态软件广泛应用于各个行业的自动化系统中，特别是工业领域。
下面将介绍组态软件在工业领域中的主要应用。
1. 监控和控制组态软件可以实时监测和控制工业设备和系统的运行状态。
通过图形界面，用户可以直观地了解设备的状态、参数的变化等，可以通过软件对设备进行远程控制和调整。
组态软件还可以对设备进行故障诊断和预测，及时采取措施避免生产中断。
2. 数据分析和优化组态软件可以对系统中的数据进行实时分析和处理，帮助用户发现问题并优化生产过程。
通过组态软件，用户可以对生产过程中的各个环节进行数据统计和分析，找出生产过程中的瓶颈和问题，并提出改进建议。
现场总线技术第五章 监控组态软件的功能和使用(第3版)
在图形界面上还具备报警通知和确认、报表组 态及打印、历史数据查询与显示等功能。各种 报警、报表、趋势都是动画链接的对象，其数 据源都可以通过组态来指定。这样每个画面的 内容就可以根据实际情况由工程技术人员灵活 设计，每幅画面中的对象数量均不受限制。
控制功能组件：
控制功能组件以基于PC的策略编辑/生成组件 （也称之为软逻辑或软PLC）为代表，是组态 软件的重要组成部分。目前多数组态软件都提 供了基于IEC1131-3标准的策略编辑/生成控制 组件，它也是面向对象的，但并不是唯一由事 件触发，它象PLC中的梯形图一样按照顺序周 期地执行。策略编辑/生成组件在基于PC和现 场总线的控制系统中是大有可为的，可以大幅 度地降低成本。
系统提供默认的定时器，用户也可以自行组态新的 定时器，操作步骤如下：
• 鼠标右键单击“定时器”对象。 • 在快捷菜单中，单击“新建”菜单项。 • 在“定时器属性”对话框中，输入定时器名称：“每周”
。
• 在“基准”下拉菜单中，选择时间基准值为“1天”。 • 在“系数”编辑框中输入“7”。
六．组态软件的数据流
第二节 WinCC的功能和 使用方法
一．WinCC系统综述
（一）什么是WinCC ？
WinCC是在Microsoft Windows NT和Windows 2000环境下的一种高效HMI系统，用于实现过程 的可视化，并为操作员开发图形用户界面。HMI 是“Human Machine Interface”(人机界面)的缩写 ，即人(操作员)和机器(过程)之间的界面，WinCC 是“Windows Control Center”（视窗自动化中 心）的缩写。
自动化系统(AS)要完成对过程的控制，一 方面要实现WinCC和操作员之间的通讯， 另一方面要实现WinCC和自动化系统之间 的通讯.
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组织调度系统内部资源执行，并在完成任务 后将其撤消。 • ③存储器管理 • 内存分配、地址映射、内存保护、内存扩充。
• ④设备管理 • 按照一定的算法分配设备；控制和实现输入
输出操作，如通道程序控制、启动设备、及 时响应及处理中断信号；对输入输出缓冲区 进行管理；实现虚拟设备技术。 • ⑤文件管理 • 文件目录管理、文件存储空间管理、文件的 保护与机密、文件的使用和运行。
• 响应快速、实时性强；结构紧凑、易于裁 剪和配置；开放性好、易于开发和嵌入。
5.2 监控组态软件原理
• 监控组态软件概述
• 现代计算机监控系统的功能越来越强，除了 完成基本的数据采集和控制功能外，还要完 成故障诊断、数据分析、报表的形成和打印， 与管理层交换数据，为操作人员提供灵活方 便的人机界面。另外，随着生产规模的变化， 计算机接口的部件和控制部件也随着系统规 模的变化进行增减。
• 2．通用操作系统
• （1）DOS操作系统 • （2）UNIX操作系统 • 小型机、微型机 • 标准的UNIX是一个多用户、多任务、交互式
分时操作系统。就其运行的稳定性而言， UNIX操作系统远比Windows要高，其通信 能力也远比Windows NT要强，但价格非常 昂贵，通常用于大型系统。
• 4．嵌入式（Embedded System）操作系统
• （1）嵌入式系统的定义：以应用为中心和以 计算机技术为基础，软硬件可裁剪，关切能 够适应宿主系统对其功能、可靠性、成本、 体积、和功耗地功能多方面的要求的系统。 （嵌入式系统与其监控的对象（宿主）是紧 密地为一体的系统）
• （2）嵌入式操作系统的特点
• （2）计算机操作系统的功能
• ①进程管理
• 进程是关于某个数据集合的可并发的一次 运行活动。
• 操作系统对进程的管理：进程的建立、终止、 挂起、激活、阻塞和唤醒。同时，操作系统 还要为运行的程序以及相关的数据分配内存 空间，并为各进程间的通信进行管理。
• ②作业管理 • 作业就是用户为完成一次事务处理而交给计
• 3．实时操作系统
• 主要特点：实时性强、可靠性高、稳定性好。
• 实时操作系统在任何时刻总是保证优先级别高 的任务占用CPU和其他资源，而且保证系统 响应的时间是可以容忍和确定的。系统对现场 进行不间断地监视，一旦有事件发生，系统就 能“实时”地做出响应。这除了靠硬件的性能 来保证之外，主要由实时操作系统的事件驱动 方式和任务调度来决定。
1.
计 算 机
2.
3.
4.
• 自动化科学与技术学科的整个知识结构框架
• 控制系统各部分与相应的知识领域的对应关系
5.1.3 计算机监控系统的运行环境
• 1．计算机操作系统 • 管理和控制计算机软硬件资源，并且能为
用户创造便利的工作环境的一组计算机程序 的集合。 • （1）按照程序运行的调度方法，可以将操 作系统分为以下三种类型： • ①顺序执行系统 • ②分时操作系统 • ③实时操作系统
监控组态软件的功能和使用
监控组态软件的功能和使用
计算机监控系统的组成 监控组态软件原理 WinCC的功能和使用
计算机监控系统的组成 计算机监控系统的概念 计算机监控系统的组成 计算机监控系统的运行环境
5.1.1 计算机监控系统的概念
• 1．定义 • 计算机监控是利用传感装置将被控对象中
的物理参量转换为电量，再将这些代表实际 物理参量的电量送入输入装置中转换为计算 机可识别的数字量，并且在计算机的显示装 置中以数字、图形或曲线的方式显示出来， 从而使得操作人员能够直观地而迅速地了解 被监控对象的变化过程。
• 实时操作系统充分利用计算机的中断功能 来改变CPU执行程序的顺序，以达到实时处 理的目的。这种总是保证优先级别最高的任 务占用CPU的方式，称为优先级别抢占式调 度。
• （4）同步与异步
• 事件分为同步事件和异步事件。
• 如果事件B的发生和事件A的发生有因果关系， 则它们为同步事件，同步事件驱动的任务称 为同步任务。
• 特点： • （1）多作业环境 • 实时系统的多作业、多任务而带来的并发性
和实时性，要求操作系统对资源分配具有很 强的控制和调度能力。在计算机监控系统中， 通常可以采取设立前台和后台两个作业区的 方法来解决。 • （2）任务的事件驱动 • 基本驱动方式：事件驱动和时间驱动。
• （3）中断与中断优先
• 2．计算机监控技术是一门综合技术 • 计算机技术（软件技术、接口技术、通信
技术、网络技术、显示技术） • 自动控制技术 • 自动检测和传感技术 • 3．效益 • 经济效益：稳定和优化生产工艺、提高产品
质量、降低能源和原材料消耗、降低成本； • 社会效益：降低劳动者的生产强度、提高管
理水平。
5.1.2 计算机监控系统的组成
• 计算机监控系统的组态软件技术： • 图形界面技术 • 面向对象编程技术（Object 服务器
Oriented Program，OOP） • 组件技术（Component Obj态及组态软件的概念
• “组态”的概念最早来自英文configuration， 含义是使用软件工具对计算机及软件的各种 资源进行配置，达到使计算机或软件按照预 先设置，自动执行待定任务，满足使用者要 求的目的。也就是通过对软件采用非编程的 操作方式，进行参数填写、图形连接和文件 生成等，使得软件乃至整个系统具有某种指 定的功能。
• （3）Linux操作系统
• UNIX的兼容产品，几乎具有UNIX的优点， 同时还具有其没有的功能。
• （4）Windows NT操作系统
• 可扩充性、可移植性、可靠性、可兼容性。
• Windows NT系统模型主要包括3个部分： 客户/服务器模型、对象模型、对称多处理模 型。Windows NT的另一个特色是引入了 “线程”的概念，“线程”是比进程更小的 一个单位，它是进程内的一个执行单元和可 调度实体。同一进程中的线程是共用一个内 存空间的。采用线程的好处是更易于实现并 行性。