图形组态软件开发与应用范文

摘要：面对目前DCS组态软件应用场景越来越多，用户要求越来越高需求，设计并开发了一套DCS组态软件图形系统。详细介绍了DCS组态软件图形系统的架构、功能模块以及主要组态功能。研究开发出来的组态软件图形系统界面友好，已经在多个DCS项目中得以应用，所开发出来的图形系统具有良好的应用前景。

关键词：集散控制系统；人机交互；组态软件；图形系统

伴随计算机通信和网络技术的不断发展，工业生产技术以及工艺流程不断改进，人们对自动化监控的需求越来越多，要求越来越高。工业组态软件正是为了满足用户这些需求而发展起来的，并在冶金、化工、电力、石化、油气等工业领域得以广泛应用。DCS组态软件是一些数据采集和过程控制的专用软件，是DCS自动化控制系统监控层的开发软件和开发环境，使用灵活的组态方式，可以为最终工业用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的通用软件。组态软件一般都具有开发周期短、组态灵活，便于更改、扩容、升级的显著特点。完整的工业组态软件系统主要包括这几个功能模块：数据采集和加工模块、实时和历史数据储存模块、报警和安全机制模块、流程控制模块、动画显示模块、趋势曲线模块和报表管理模块。国内外已经有很多比较成熟组态软件，如InTouch，iFIX，WinCC，组态王等，但是这些组态软件大都价格比较昂贵。在文献[1～2]中，讨论并介绍了组态软件图形系统在电力系统方面的应用与开发，在文献[3]中偏向于Delphi的程序实现，文献[4]则偏重于组态软件的应用介绍。本文重点对工业组态软件的人机交互图形系统进行了深入分析，通过和目前国内外主流组态软件的对比分析，重点讨论并介绍了组态软件人机交互图形系统主要功能模块以及部分高级应用功能。本文所开发出来的组态软件具有人机界面友好、配置简单、功能强大等特点，已经在多个工业现场的DCS系统得到广泛应用。

1图形组态架构

在DCS组态软件中，图形组态占据很重要的地位，操作方便快捷、人机交互优化直接关系到自动化控制系统监控运行能否成功。DCS组态软件图形系统一般包括画面组态工具、画面在线显示运行工具、趋势工具，以及辅助的图符工具、模板工具等。

1.1图形基础层

图形基础层是组态软件图形系统的基础平台层，包括基本图素、图符、动态图符、数据前景、光字牌、模板、样式、高级插件等功能模块。图形基础层为图形工具层提供图形绘制元素以及部分图符管理功能。图形基础层主要实现图形界面系统通用的操作和显示特性，并对之进行封装，给图形工具开发提供一个既具有很好的扩展性又统一的开发接口。

(1)基本图素：绘制图形的基本元素，主要包括文本、直线、折线、手绘线、弧线、矩形、圆形、椭圆形等图形元素。

(2)图符：是由多个相同或者不同的基本图素组合而成的图符，一般用以表示DCS系统的工艺流程设备等。

(3)动态图符：主要包括棒图、饼图、仪表盘等图符，这些动态图符可以直接和过程数据进行关联，具备颜色决策功能，同时具有用户界面友好、表达数据信息丰富等特点。

(4)数据前景：是用来显示模拟量的动态图符。因为模拟量在DCS组态软件中广泛用于显示控制过程中的模拟量运行数据，为了提高工程人员工作效率，所有单独列出。数据前景具备颜色决策功能。

(5)光字牌：用来显示需要告警的开关量信息，在线运行时具有颜色闪烁和告警确认清闪功能。

(6)模板：模板可以一次定义多次使用，通过模板变量替换，用于快速组态显示相同型号设备的数据信息和工艺流程。

(7)样式：为了使DCS组态软件各个画面具有相同的风格可以采用样式。样式变化后，采用该样式的各个画面都会随着样式的变化而变化，不需要再对每个画面进行单独调整，提供了工程人员重新组态的工作效率。

(8)高级插件：主要包括趋势插件和告警插件，用于在画面上显示工业过程趋势数据和系统告警记录信息。

1.2图形工具层

图形工具层作为DCS组态软件图形系统的核心部分，最基本的要求就是界面友好，结构清晰，用户操作方便。应用软件主要包括工程人员使用的DCS系统组态维护工具和最终用户使用的在线运行工具，由画面组态工具、图符绘制工具、在线运行工具、告警工具、趋势工具等应用工具进程组成。

(1)画面组态工具：用来在现场工程实施时绘制、组态工艺流程画面。可以通过画面组态工具对画面进行维护管理，包括增加画面、删除画面等，并对画面进行编辑，在各个画面上根据需要绘制、组态基本图素、图符、动态图符、高级插件等。

(2)图符工具：是用来对图符进行编辑的工具软件。通过图符工具编辑好的图符可以在画面组态工具中多次应用到各个画面中。对于已经存在的图符，可以通过图符工具进行修改，修改后的图符会自动更新到各个画面中，简化画面重新组态过程，提高工作效率。

(3)模板工具：用于编辑模板和样式。编辑好的模板，可以通过变量替换，用于显示多个同型号设备的监控数据。模板控制面板在打开过程中能够进行参数传递，而该参数在模板中是作为变量使用的。此外，还可以通过模板工具制作样式，用于保持多个画面风格的一致。

(4)在线显示工具：用于在线显示组态画面，并实时刷新DCS过程监视数据，下发过程控制命令等。

(5)告警工具：对DCS系统运行过程中的告警信息进行分类、分组显示，并可根据需要发出语音告警信息提示值班人员。这些告警信息包括报警实时队列以及报警历史记录。

(6)趋势工具：以曲线的方式显示存储在趋势数据库中的过程数据，使运行人员了解过去一段时间内过程数据的变化过程。趋势工具可以同时查看多条趋势曲线，可以通过对比分析观察DCS系统各个监视数据的变化以及关联关系。

(7)报表工具：采用Excel形式的设计界面，全面兼容Excel的设计方式以及Excel文件的无失真导入导出。支持多种数据源，且支持多个数据源的同时呈现。如数据库数据源、文本数据源、程序数据源等。报表的数据会跟随数据库的更新而更新。

(8)管理工具：统一维护管理以上图形系统组态工具，用于管理、配置、启动这些工具，是这些软件的运行平台。

2图形组态模块

图形组态是画面组态工具的一个重要功能模块，通过图形组态可以在画面在线运行时使图形的颜色能够根据DCS过程数据的变化而发生变化，也可以通过组态形成动画效果，演示DCS过程工艺流程。图形组态模块主要包含如下功能要点。

(1)颜色组态在画面组态工具中对图形对象的颜色进行组态配置，通过对线色、文本色或者填充色进行配置，使图形对象醒目。针对不同的图形对象，颜色组态配置又包括填充色组态、多状态颜色组态、线色组态和文字色组态。

(2)移动组态移动组态分为水平移动、垂直移动以及水平垂直组合移动，通过移动组态使图形对象的位置根据DCS过程数据的变化而变化。

(3)形变组态形变组态实现了图形形变功能，可以使图形在水平和垂直方向进行缩放。配置组态方式和图形移动配置类似，采用百分比表示形变程度。

(4)旋转组态图形对象的旋转组态一般都是以其自身的中心点为中心进行旋转的，也可以针对中心点的偏移量为中心进行旋转。

(5)可见性组态通过对开关值、数值、表达式的计算等方式决定图形对象的可见性。

(6)使能组态通过和开关量关联，决定是否能够通过当前图形对象触发动作。

(7)动作组态通过对图形对象动作进行组态，可以执行对关联的开关量进行置数（设备启停）、打开画面、执行脚本等操作。

(8)人工置数组态人工置数分为开关量置数、模拟量置数以及字符串输入组态三种。

(9)动画效果为了更形象地表达DCS生产工艺流程，通过动画效果组态完成在图形界面上显示各种动画效果。通过和生产过程的模拟量或者模拟量表达式进行关联来驱动动画效果的播放。

3结论与展望

目前国内外有很多组态软件，如InTouch，iFIX，WinCC，组态王等，但是这些组态软件大都存在价格比较昂贵，在工程实施过程中用户需求响应慢等缺点。本文通过对DCS组态软件图形系统进行研究和分析，采用了面向对象的思想和方法设计并开发了一套完整的DCS组态软件图形系统，提高了代码的重用性。这套组态软件图形系统界面友好，人机交互友好，操作简单。这套组态软件已经在多个DCS项目中得以应用，具有较高的实用性和推广价值。

参考文献

[1]林济锵，覃岭，罗萍萍.基于VisualGraph的电力图形系统开发[J].电力系统自动化,2005,29(15):73～75.

[2]曾祥辉，宋玮，邓健，等.面向对象的电力图形系统的分析和设计[J].继电器,2004,5(32):36～39.

[3]陈君姿，莫林，候占伟.组态软件图形组态子系统的设计与实现[J].工业控制计算机，2007，20(1):52～53.

[4]，葛新，杨东，等.面向监控系统的图形组态软件设计与实现[J].热力发电,2012，41(7)：96～98

作者:张志学;胡剑锋;王炎初;周季峰 单位：南京南瑞继保电气有限公司