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摘要：面對目前DCS組態軟件應用場景越來越多，用戶要求越來越高需求，設計并開發了一套DCS組態軟件圖形系統。詳細介紹了DCS組態軟件圖形系統的架構、功能模塊以及主要組態功能。研究開發出來的組態軟件圖形系統界面友好，已經在多個DCS項目中得以應用，所開發出來的圖形系統具有良好的應用前景。

關鍵詞：集散控制系統；人機交互；組態軟件；圖形系統

伴隨計算機通信和網絡技術的不斷發展，工業生產技術以及工藝流程不斷改進，人們對自動化監控的需求越來越多，要求越來越高。工業組態軟件正是為了滿足用戶這些需求而發展起來的，并在冶金、化工、電力、石化、油氣等工業領域得以廣泛應用。DCS組態軟件是一些數據采集和過程控制的專用軟件，是DCS自動化控制系統監控層的開發軟件和開發環境，使用靈活的組態方式，可以為最終工業用戶提供快速構建工業自動控制系統監控功能的通用軟件。組態軟件一般都具有開發周期短、組態靈活，便于更改、擴容、升級的顯著特點。完整的工業組態軟件系統主要包括這幾個功能模塊：數據采集和加工模塊、實時和歷史數據儲存模塊、報警和安全機制模塊、流程控制模塊、動畫顯示模塊、趨勢曲線模塊和報表管理模塊。國內外已經有很多比較成熟組態軟件，如InTouch，iFIX，WinCC，組態王等，但是這些組態軟件大都價格比較昂貴。在文獻[1～2]中，討論并介紹了組態軟件圖形系統在電力系統方面的應用與開發，在文獻[3]中偏向于Delphi的程序實現，文獻[4]則偏重于組態軟件的應用介紹。本文重點對工業組態軟件的人機交互圖形系統進行了深入分析，通過和目前國內外主流組態軟件的對比分析，重點討論并介紹了組態軟件人機交互圖形系統主要功能模塊以及部分高級應用功能。本文所開發出來的組態軟件具有人機界面友好、配置簡單、功能強大等特點，已經在多個工業現場的DCS系統得到廣泛應用。

1圖形組態架構

在DCS組態軟件中，圖形組態占據很重要的地位，操作方便快捷、人機交互優化直接關系到自動化控制系統監控運行能否成功。DCS組態軟件圖形系統一般包括畫面組態工具、畫面在線顯示運行工具、趨勢工具，以及輔助的圖符工具、模板工具等。

1.1圖形基礎層

圖形基礎層是組態軟件圖形系統的基礎平臺層，包括基本圖素、圖符、動態圖符、數據前景、光字牌、模板、樣式、高級插件等功能模塊。圖形基礎層為圖形工具層提供圖形繪制元素以及部分圖符管理功能。圖形基礎層主要實現圖形界面系統通用的操作和顯示特性，并對之進行封裝，給圖形工具開發提供一個既具有很好的擴展性又統一的開發接口。

(1)基本圖素：繪制圖形的基本元素，主要包括文本、直線、折線、手繪線、弧線、矩形、圓形、橢圓形等圖形元素。

(2)圖符：是由多個相同或者不同的基本圖素組合而成的圖符，一般用以表示DCS系統的工藝流程設備等。

(3)動態圖符：主要包括棒圖、餅圖、儀表盤等圖符，這些動態圖符可以直接和過程數據進行關聯，具備顏色決策功能，同時具有用戶界面友好、表達數據信息豐富等特點。

(4)數據前景：是用來顯示模擬量的動態圖符。因為模擬量在DCS組態軟件中廣泛用于顯示控制過程中的模擬量運行數據，為了提高工程人員工作效率，所有單獨列出。數據前景具備顏色決策功能。

(5)光字牌：用來顯示需要告警的開關量信息，在線運行時具有顏色閃爍和告警確認清閃功能。

(6)模板：模板可以一次定義多次使用，通過模板變量替換，用于快速組態顯示相同型號設備的數據信息和工藝流程。

(7)樣式：為了使DCS組態軟件各個畫面具有相同的風格可以采用樣式。樣式變化后，采用該樣式的各個畫面都會隨著樣式的變化而變化，不需要再對每個畫面進行單獨調整，提供了工程人員重新組態的工作效率。

(8)高級插件：主要包括趨勢插件和告警插件，用于在畫面上顯示工業過程趨勢數據和系統告警記錄信息。

1.2圖形工具層

圖形工具層作為DCS組態軟件圖形系統的核心部分，最基本的要求就是界面友好，結構清晰，用戶操作方便。應用軟件主要包括工程人員使用的DCS系統組態維護工具和最終用戶使用的在線運行工具，由畫面組態工具、圖符繪制工具、在線運行工具、告警工具、趨勢工具等應用工具進程組成。

(1)畫面組態工具：用來在現場工程實施時繪制、組態工藝流程畫面?？梢酝ㄟ^畫面組態工具對畫面進行維護管理，包括增加畫面、刪除畫面等，并對畫面進行編輯，在各個畫面上根據需要繪制、組態基本圖素、圖符、動態圖符、高級插件等。

(2)圖符工具：是用來對圖符進行編輯的工具軟件。通過圖符工具編輯好的圖符可以在畫面組態工具中多次應用到各個畫面中。對于已經存在的圖符，可以通過圖符工具進行修改，修改后的圖符會自動更新到各個畫面中，簡化畫面重新組態過程，提高工作效率。

(3)模板工具：用于編輯模板和樣式。編輯好的模板，可以通過變量替換，用于顯示多個同型號設備的監控數據。模板控制面板在打開過程中能夠進行參數傳遞，而該參數在模板中是作為變量使用的。此外，還可以通過模板工具制作樣式，用于保持多個畫面風格的一致。

(4)在線顯示工具：用于在線顯示組態畫面，并實時刷新DCS過程監視數據，下發過程控制命令等。

(5)告警工具：對DCS系統運行過程中的告警信息進行分類、分組顯示，并可根據需要發出語音告警信息提示值班人員。這些告警信息包括報警實時隊列以及報警歷史記錄。

(6)趨勢工具：以曲線的方式顯示存儲在趨勢數據庫中的過程數據，使運行人員了解過去一段時間內過程數據的變化過程。趨勢工具可以同時查看多條趨勢曲線，可以通過對比分析觀察DCS系統各個監視數據的變化以及關聯關系。

(7)報表工具：采用Excel形式的設計界面，全面兼容Excel的設計方式以及Excel文件的無失真導入導出。支持多種數據源，且支持多個數據源的同時呈現。如數據庫數據源、文本數據源、程序數據源等。報表的數據會跟隨數據庫的更新而更新。

(8)管理工具：統一維護管理以上圖形系統組態工具，用于管理、配置、啟動這些工具，是這些軟件的運行平臺。

2圖形組態模塊

圖形組態是畫面組態工具的一個重要功能模塊，通過圖形組態可以在畫面在線運行時使圖形的顏色能夠根據DCS過程數據的變化而發生變化，也可以通過組態形成動畫效果，演示DCS過程工藝流程。圖形組態模塊主要包含如下功能要點。

(1)顏色組態在畫面組態工具中對圖形對象的顏色進行組態配置，通過對線色、文本色或者填充色進行配置，使圖形對象醒目。針對不同的圖形對象，顏色組態配置又包括填充色組態、多狀態顏色組態、線色組態和文字色組態。

(2)移動組態移動組態分為水平移動、垂直移動以及水平垂直組合移動，通過移動組態使圖形對象的位置根據DCS過程數據的變化而變化。

(3)形變組態形變組態實現了圖形形變功能，可以使圖形在水平和垂直方向進行縮放。配置組態方式和圖形移動配置類似，采用百分比表示形變程度。

(4)旋轉組態圖形對象的旋轉組態一般都是以其自身的中心點為中心進行旋轉的，也可以針對中心點的偏移量為中心進行旋轉。

(5)可見性組態通過對開關值、數值、表達式的計算等方式決定圖形對象的可見性。

(6)使能組態通過和開關量關聯，決定是否能夠通過當前圖形對象觸發動作。

(7)動作組態通過對圖形對象動作進行組態，可以執行對關聯的開關量進行置數（設備啟停）、打開畫面、執行腳本等操作。

(8)人工置數組態人工置數分為開關量置數、模擬量置數以及字符串輸入組態三種。

(9)動畫效果為了更形象地表達DCS生產工藝流程，通過動畫效果組態完成在圖形界面上顯示各種動畫效果。通過和生產過程的模擬量或者模擬量表達式進行關聯來驅動動畫效果的播放。

3結論與展望

目前國內外有很多組態軟件，如InTouch，iFIX，WinCC，組態王等，但是這些組態軟件大都存在價格比較昂貴，在工程實施過程中用戶需求響應慢等缺點。本文通過對DCS組態軟件圖形系統進行研究和分析，采用了面向對象的思想和方法設計并開發了一套完整的DCS組態軟件圖形系統，提高了代碼的重用性。這套組態軟件圖形系統界面友好，人機交互友好，操作簡單。這套組態軟件已經在多個DCS項目中得以應用，具有較高的實用性和推廣價值。

參考文獻

[1]林濟鏘，覃嶺，羅萍萍.基于VisualGraph的電力圖形系統開發[J].電力系統自動化,2005,29(15):73～75.

[2]曾祥輝，宋瑋，鄧健，等.面向對象的電力圖形系統的分析和設計[J].繼電器,2004,5(32):36～39.

[3]陳君姿，莫林，候占偉.組態軟件圖形組態子系統的設計與實現[J].工業控制計算機，2007，20(1):52～53.

[4]，葛新，楊東，等.面向監控系統的圖形組態軟件設計與實現[J].熱力發電,2012，41(7)：96～98

作者:張志學;胡劍鋒;王炎初;周季峰 單位：南京南瑞繼保電氣有限公司