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1.引言
PLC（可編程控制器）在工業(yè)控制中有著廣泛的應(yīng)用，然而，目前市場上各公司的PLC都自成體系，其硬件接口和編程環(huán)境都互不兼容，即使在PLC中使用最多的梯形圖語言編程上，各公司的語法結(jié)構(gòu)、尋址方式等也并不完全相同。這對PLC技術(shù)的升級提升、推廣使用造成了影響。隨著IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的推出，市場上出現(xiàn)了遵循該編程標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)控制產(chǎn)品，這些工控產(chǎn)品有著兼容的輸入輸出接口和符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的編程環(huán)境。然而，現(xiàn)有的這些系統(tǒng)只是提供了控制策略編程（采用梯形圖語言、IL指令語言等）部分的組態(tài)軟件（編程環(huán)境），沒有完善的監(jiān)控組態(tài)的編程環(huán)境。市面上通用的組態(tài)軟件又只是解決監(jiān)控組態(tài)的問題，在關(guān)鍵的控制策略組態(tài)上沒有很好的解決方案，僅僅采用純粹的腳本編程方式作為控制功能的補(bǔ)充。因此，集成控制策略組態(tài)功能（符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的軟PLC）和監(jiān)控畫面組態(tài)功能的通用組態(tài)軟件必然會成為主流發(fā)展方向。
在軟PLC軟件的基礎(chǔ)上，設(shè)計具有監(jiān)控組態(tài)功能的工控軟件關(guān)鍵需要解決軟PLC和監(jiān)控組態(tài)軟件模塊之間的數(shù)據(jù)交換技術(shù)，也即監(jiān)控組態(tài)數(shù)據(jù)源的驅(qū)動問題。本文提出解決這一問題的一種方法，在控制策略組態(tài)時，能夠根據(jù)策略文件自動產(chǎn)生數(shù)據(jù)文件，數(shù)據(jù)包括功輸入輸出端口信息、控制回路的輸出數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)及故障數(shù)據(jù)等�；谶@個數(shù)據(jù)文件，采用符合標(biāo)準(zhǔn)的編程方法編寫監(jiān)控畫面驅(qū)動功能塊、報警功能塊、數(shù)據(jù)記錄功能塊等監(jiān)控功能。
2.軟件體系結(jié)構(gòu)
2.1 控制策略組態(tài)軟件模塊
所謂的組態(tài)就是指用直觀（如梯形圖語言）的編程方式，完成控制策略或監(jiān)控策略程序的生成�？刂撇呗越M態(tài)軟件是基于IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的軟PLC，它能夠在傳統(tǒng)PC平臺上，用軟件的方式實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)硬件PLC的功能。它的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示，包含控制策略編輯模塊、調(diào)試模塊、編譯模塊、連接模塊、通信模塊、運(yùn)行虛擬機(jī)模塊、數(shù)據(jù)驅(qū)動模塊、I/O接口和設(shè)備驅(qū)動模塊、仿真模塊、項(xiàng)目管理模塊以及其它的界面管理、幫助信息等組件。
控制策略編輯/調(diào)試組件是組態(tài)軟件中最基本的功能模塊，它基于IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)為使用者提供標(biāo)準(zhǔn)的編程環(huán)境，主要有LD、IL、ST等6種編程語言，其中LD語言采用梯形圖的編程方式完成控制策略的生成�？刂撇呗跃庉嬆K的輸入信息來自用戶的控制應(yīng)用編寫，并最終生成專有格式的中間文件給編譯模塊。編譯與連接模塊完成用戶編寫的程序代碼的語法及語義檢查，最終生成獨(dú)立于運(yùn)行環(huán)境的目標(biāo)代碼。通訊模塊在編輯環(huán)境與運(yùn)行環(huán)境之間建立信息通道，完成代碼下載、操作命令和硬件配置參數(shù)下達(dá)以及運(yùn)行狀態(tài)變量讀取等功能。運(yùn)行虛擬機(jī)是整個組態(tài)軟件的核心部分，它獨(dú)立于控制組態(tài)編輯環(huán)境，其作用是執(zhí)行編譯連接產(chǎn)生的目標(biāo)代碼，完成相應(yīng)的控制功能。在運(yùn)行虛擬機(jī)執(zhí)行目標(biāo)代碼的過程中，不斷地從I/O模塊讀取信息、運(yùn)算及處理信息以及從I/O模塊輸出信息，從而實(shí)現(xiàn)控制功能。仿真模塊可以仿真接口硬件設(shè)備，從而在沒有硬件的情況下仿真運(yùn)行用戶編制的程序，以便縮短開發(fā)周期。項(xiàng)目管理模塊的功能是保存用戶編制的控制策略文件、打印文件以及權(quán)限管理等。
圖1 控制策略組態(tài)軟件體系結(jié)構(gòu)
2.2 監(jiān)控組態(tài)軟件模塊
在控制系統(tǒng)的控制層、監(jiān)控層、管理層這三個層面中，監(jiān)控層不但起到現(xiàn)場的實(shí)時監(jiān)測控制，還起到信息的上傳下達(dá)作用。監(jiān)控組態(tài)是指基于控制策略，根據(jù)控制流程和控制流程中的中間變量，用直觀的編程方式（如動畫、圖形組合）完成相應(yīng)的監(jiān)控畫面、報警信息以及歷史數(shù)據(jù)存檔等功能。監(jiān)控組態(tài)軟件是實(shí)現(xiàn)監(jiān)控組態(tài)功能的軟件編輯環(huán)境，它為用戶提供靈活多樣的組態(tài)方式和良好的用戶開發(fā)界面;其內(nèi)置的軟件模塊可以方便的實(shí)現(xiàn)監(jiān)控層的各種功能，并能向管理層提供決策數(shù)據(jù)信息。監(jiān)控組態(tài)軟件的基本體系結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由數(shù)據(jù)表、圖形組態(tài)模塊、實(shí)時數(shù)據(jù)庫組態(tài)模塊、項(xiàng)目管理模塊以及圖形運(yùn)行組件、數(shù)據(jù)庫運(yùn)行組件等部分組成。
圖形組態(tài)模塊、實(shí)時數(shù)據(jù)庫組態(tài)模塊與項(xiàng)目管理模塊組成監(jiān)控組態(tài)軟件的開發(fā)環(huán)境，圖形運(yùn)行組件以及數(shù)據(jù)庫運(yùn)行組件組成監(jiān)控組態(tài)軟件的運(yùn)行環(huán)境。組態(tài)后生成圖形的數(shù)據(jù)驅(qū)動來源于控制策略組態(tài)過程中自動生成的數(shù)據(jù)表，數(shù)據(jù)表的生成是無縫集成控制策略組態(tài)和監(jiān)控組態(tài)的關(guān)鍵技術(shù)。
圖形組態(tài)模塊提供操作界面和流程畫面監(jiān)控生成功能，是監(jiān)控組態(tài)軟件中的主要編程工具。它依照操作系統(tǒng)的圖形標(biāo)準(zhǔn)，采用面向?qū)ο蟮膱D形技術(shù)，提供強(qiáng)大的繪圖編輯、動畫連接和腳本工具。在動畫連接的過程中，從數(shù)據(jù)表中選擇驅(qū)動動畫的數(shù)據(jù)源，通過一系列的用戶數(shù)據(jù)文件，最終生成圖形目標(biāo)應(yīng)用系統(tǒng)供圖形運(yùn)行環(huán)境運(yùn)行時使用。實(shí)時數(shù)據(jù)庫組態(tài)模塊是建立實(shí)時數(shù)據(jù)庫的組態(tài)工具，可以定義實(shí)時數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)連接、數(shù)據(jù)類型及相關(guān)的各種參數(shù)，其數(shù)據(jù)的主要來源為控制策略生成時自動產(chǎn)生的數(shù)據(jù)表。
圖2 監(jiān)控組態(tài)軟件體系結(jié)構(gòu)
2.3 控制策略組態(tài)和監(jiān)控組態(tài)間的數(shù)據(jù)驅(qū)動
在軟PLC軟件的基礎(chǔ)上，設(shè)計具有監(jiān)控組態(tài)功能的軟件關(guān)鍵需要解決軟PLC和監(jiān)控組態(tài)軟件模塊之間的數(shù)據(jù)交換和消息傳遞。本文提出解決這一問題的一種方法，在控制策略組態(tài)時，能夠根據(jù)策略文件自動產(chǎn)生數(shù)據(jù)文件，數(shù)據(jù)包括功輸入輸出端口信息、控制回路的輸出數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)及故障數(shù)據(jù)等�；谶@個數(shù)據(jù)文件，采用符合標(biāo)準(zhǔn)的編程方法編寫監(jiān)控畫面驅(qū)動功能塊、報警功能塊、數(shù)據(jù)記錄功能塊等監(jiān)控功能。
控制策略組態(tài)軟件與監(jiān)控組態(tài)軟件的集成，關(guān)鍵在于控制策略組態(tài)與監(jiān)控畫面組態(tài)之間的數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)，也即監(jiān)控組態(tài)數(shù)據(jù)源的生成問題。在控制策略組態(tài)的過程中，由梯形圖語言或其它語言編寫的控制策略文件可統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成指令表。數(shù)據(jù)驅(qū)動模塊的作用就在于可動態(tài)掃描指令表和I/O配置表，獲取所用的輸入數(shù)據(jù)區(qū)、輸出數(shù)據(jù)區(qū)、中間變量存儲區(qū)的地址信息，從而生成動態(tài)數(shù)據(jù)表文件。在監(jiān)控組態(tài)時，圖形組態(tài)的數(shù)據(jù)源和實(shí)時數(shù)據(jù)庫組態(tài)的數(shù)據(jù)源就可以統(tǒng)一從動態(tài)數(shù)據(jù)表中獲取。其體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。
圖3 控制策略組態(tài)與監(jiān)控組態(tài)間的數(shù)據(jù)驅(qū)動
動態(tài)數(shù)據(jù)表實(shí)際上是一個數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)表，記錄了存儲器地址到輸入輸出端口的映射信息。在圖形組態(tài)過程中，通過在數(shù)據(jù)源屬性對話框里編輯驅(qū)動動畫的表達(dá)式，而涉及的變量則來自動態(tài)數(shù)據(jù)網(wǎng)表。在控制策略目標(biāo)代碼執(zhí)行的過程中，隨著輸入刷新和輸出刷新，數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)不斷的變化，則監(jiān)控畫面也在數(shù)據(jù)的驅(qū)動下作相應(yīng)的動作，實(shí)時數(shù)據(jù)庫同時記錄下不同時間的輸入輸出數(shù)值。
3.結(jié)束語
采用本文描述的結(jié)構(gòu)，把控制策略組態(tài)功能和監(jiān)控組態(tài)功能集成在一個組態(tài)軟件里面，形成基于IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的新型軟PLC。采用這個技術(shù)開發(fā)的工控組態(tài)軟件，不但具有直觀的控制策略組態(tài)功能（采用梯形圖語言和指令表語言兩種方式），而且具有直觀的監(jiān)控組態(tài)功能，可以容易的實(shí)現(xiàn)動態(tài)畫面顯示，報警以及實(shí)時數(shù)據(jù)記錄。目前只是實(shí)現(xiàn)了基本的順序控制功能和畫面監(jiān)控功能，但在這個體系結(jié)構(gòu)下，能夠最終擴(kuò)展成成熟的工控組態(tài)軟件產(chǎn)品。
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