本发明涉及一种自动控制系统监控平台包括数据采集系统.docx
《本发明涉及一种自动控制系统监控平台包括数据采集系统.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《本发明涉及一种自动控制系统监控平台包括数据采集系统.docx（30页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
本发明涉及一种自动控制系统监控平台包括数据采集系统
本发明涉及一种自动控制系统监控平台，包括数据采集系统、数据处理及过程控制系统、数据管理系统，数据采集系统读取、监控下位机数据，数据处理及过程控制系统处理数据采集系统采集的数据后控制设备过程，数据管理系统将采集的数据、处理后的数据存储、发送、备案查询。
数据采集系统包括设备通讯模块、运行数据库模块。
数据处理及过程控制系统包括数据服务系统、扩展应用系统。
数据管理系统包括数据库连接模块、服务器模块。
本发明为工业自动化行业提供一款运行稳定、速度快、简单易用、功能强大、扩展性好的基于Windows操作系统平台的高性能组态监控平台，具有简单易用，适用性广的特点。
1.自动控制系统监控平台，其特征是包括数据采集系统、数据处理及过程控制系统、数据管理系统，所述数据采集系统读取、监控下位机数据，所述数据处理及过程控制系统处理所述数据采集系统采集的数据后控制设备过程，所述数据管理系统将采集的数据、处理后的数据存储、发送、备案查询，所述数据采集系统包括设备通讯模块、运行数据库模块，所述数据采集系统通过所述设备通讯模块与下位机建立通讯，所述数据采集系统通过所述运行数据库模块存储、发送数据，所述数据处理及过程控制系统包括数据服务系统、扩展应用系统，所述数据服务系统包括网络服务模块、串口服务模块、短信服务模块、远程连接模块、ADSL服务模块、Web服务模块、SNMP服务模块、BACNET服务模块、OPC服务模块、数据转发模块、编程接口模块，所述扩展应用系统包括用户管理及画面监视模块、变量报警模块、历史数据模块、VBS脚本模块，所述数据管理系统包括数据库连接模块、服务器模块，所述服务器模块包括关系数据库、实时数据库，所述数据库连接模块存储、管理数据，所述服务器模块实现数据远程存储、设备远程控制。
2.根据权利要求1所述的自动控制系统监控平台，其特征在于，所述运行数据库模块包括设备数据表、外部变量、内部变量、运行功能模块，所述外部变量包括模拟只读变量、模拟只写变量、模拟读写变量、开关只读变量、开关只写变量、开关读写变量，所述模拟只读变量读取设备数据表单元数据，所述模拟只写变量修改设备数据表单元数据，所述模拟读写变量读取/修改设备数据表单元数据，所述开关只读变量读取设备数据表单元位状态，所述开关只写变量修改设备数据表单元位状态，所述开关读写变量读取/修改设备数据表单元位状态，所述内部变量包括内部模拟变量、内部开关变量、内部文本变量，所述内部模拟变量存储模拟数据值，所述内部开关变量存储开关数据状态，所述内部文本变量存储或读写设备表字符串，所述运行功能模块包括变量存档模块、计算模块、比较模块、系统操作模块、定时模块、函数模块，所述变量存档模块存储所述模拟只读变量、模拟只写变量、模拟读写变量、开关只读变量、开关只写变量、开关读写变量、内部模拟变量、内部开关变量的变量值到历史数据库，所述计算模块实现简单算术、脉冲、计数器、计时器和逻辑运算的计算过程，所述比较模块根据比较两个变量的结果执行指令，所述系统操作模块实现系统操作过程，所述定时模块定时执行指令，所述函数模块使用VBScript脚本编写自定义算法函数。
3.根据权利要求2所述的自动控制系统监控平台，其特征在于，所述变量报警模块包括报警信号采集模块、报警控制模块、报警执行模块，所述报警信号采集模块接收模拟量报警信号、开关量报警信号后传送给所述报警控制模块，所述报警控制模块分析收到的报警信号后触发所述报警执行模块同时向数据库备案报警信息供报警查询，所述报警执行模块根据触发指令播放声音、发送短信、提示报警、触发变量，所述数据库远程备案报警信息供远程报警查询。
4.根据权利要求2所述的自动控制系统监控平台，其特征在于，实时数据库连接模块根据所述运行数据库模块发送的变量信息实时触发所述实时数据库，所述实时数据库根据存入的变量信息实现存档曲线查询、Excel报表、表格查询、调用VBS脚本同时将信息导出到所述关系数据库，所述实时数据库通过API接口供外部应用程序检索、分析。
5.根据权利要求2所述的自动控制系统监控平台，其特征在于，所述运行数据库向所述网络服务模块、串口服务模块、ADSL服务模块发送变量包，所述关系数据库向所述网络服务模块、ADSL服务模块发送记录包，所述网络服务模块与外部客户端通信连接，所述串口服务模块通过串口直连、以太网串口、数传电台、无线DTU、拨号Modem与外部主站、组态软件、数据中心通信连接，所述ADSL服务模块通过3G路由器、宽带路由器经过3G网络、Internet网络、GPRS网络提供远程连接服务。
6.根据权利要求2所述的自动控制系统监控平台，其特征在于，所述短信服务模块接收自定义短信息、报警信息后根据本地中心号码、手机号码簿通过COM串口经过外部中继站向外部手持通讯终端发送短信信息。
7.根据权利要求2所述的自动控制系统监控平台，其特征在于，外部以太网设备通过3G路由器、宽带路由器经过3G网络、Internet网络与所述远程连接模块通信连接，外部串口设备通过DTU模块经过GPRS网络与所述远程连接模块通信连接，所述远程连接模块与所述运行数据库模块连接。
8.根据权利要求2所述的自动控制系统监控平台，其特征在于，外部IE/Web客户端通过局域网或宽带经过路由器、防火墙访问所述Web服务模块，所述Web服务模块存储、发布监视画面、来自报警数据库的报警信息、来自历史数据库的历史曲线、来自用户数据库/远程数据库的数据库表格和数据库曲线。
9.根据权利要求2所述的自动控制系统监控平台，其特征在于，所述SNMP服务模块与所述运行数据库模块连接，SNMP客户端通过UDP端口访问所述SNMP服务模块，所述BACNET服务模块与所述运行数据库模块连接，所述BACNET服务模块与BACNETIP主站互通信息，所述OPC服务模块与所述运行数据库模块连接，OPC客户端通过网络访问所述OPC服务模块。
10.根据权利要求2所述的自动控制系统监控平台，其特征在于，所述数据转发模块包括IEC104转发模块、CDT转发模块，所述IEC104转发模块与所述运行数据库模块连接，所述IEC104转发模块通过TCP端口向调度主站转发所述运行数据库模块的数据，所述CDT转发模块与所述运行数据库模块连接，所述CDT转发模块通过串口、TCP端口、UDP端口转发所述运行数据库模块的数据。
自动控制系统监控平台
技术领域
本发明涉及一种自动控制系统监控平台，特别涉及一种基于Windows操作系统平台的高性能组态监控平台，属于工业自动化控制领域。
背景技术
工业组态平台，又称监控组态平台，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。
工业组态平台是指一些数据采集与过程控制的专用平台，它们是在自动控制系统监控层一级的平台和开发环境，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、通用层次的平台工具。
工业组态平台能支持各种工控设备和常见的通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。
组态平台是一个使用户能快速建立自己的HMI（人机接口平台）的平台工具或开发环境。
Wonderware的InTouch平台是最早进入中国的组态平台。
在80年代末、90年代初，基于Windows3.1的InTouch平台曾让我们耳目一新，并且InTouch提供了丰富的图库。
但是，早期的InTouch平台采用DDE方式与驱动程序通信，性能较差。
Siemens的WinCC也是一套完备的组态开发环境，Simens提供类C语言的脚本，包括一个调试环境。
WinCC内嵌OPC支持，并可对分布式系统进行组态。
但WinCC的结构较复杂，用户最好经过Siemens的培训以掌握WinCC的应用。
组态王KingView是由北京亚控科技发展有限公司开发，该公司成立于1997年，1995年推出组态王1.0版本，在市场上广泛推广KingView6.53、KingView6.55版本，每年销量在10000套以上，在国产平台中市场占有率第一。
以西门子WinCC为例，WinCC稳定性一般，运行过程中容易出现一些小问题，主要适用于冶金和化工行业，应用范围不广，安装包2.5G，安装过程50分钟多，时间较长。
WinCC对使用人员专业技能要求较高，较难使用，最大仅支持64K点，支持连接设备数量较少，无并发通讯系统，无开放驱动，不支持非标驱动开发和通讯调试功能，打印数据报表功能一般。
发明内容
本发明自动控制系统监控平台公开了新的方案，为工业自动化行业提供一款运行稳定、速度快、简单易用、功能强大、扩展性好的基于Windows操作系统平台的高性能组态监控平台，解决了现有平台较难使用，适用性有限的问题。
本发明自动控制系统监控平台包括数据采集系统、数据处理及过程控制系统、数据管理系统，数据采集系统读取、监控下位机数据，数据处理及过程控制系统处理数据采集系统采集的数据后控制设备过程，数据管理系统将采集的数据、处理后的数据存储、发送、备案查询。
数据采集系统包括设备通讯模块、运行数据库模块，数据采集系统通过设备通讯模块与下位机建立通讯，数据采集系统通过运行数据库模块存储、发送数据。
数据处理及过程控制系统包括数据服务系统、扩展应用系统，数据服务系统包括网络服务模块、串口服务模块、短信服务模块、远程连接模块、ADSL服务模块、Web服务模块、SNMP服务模块、BACNET服务模块、OPC服务模块、数据转发模块、编程接口模块，扩展应用系统包括用户管理及画面监视模块、变量报警模块、历史数据模块、VBS脚本模块。
数据管理系统包括数据库连接模块、服务器模块，服务器模块包括关系数据库、实时数据库，数据库连接模块存储、管理数据，服务器模块实现数据远程存储、设备远程控制。
进一步，本方案的运行数据库模块包括设备数据表、外部变量、内部变量、运行功能模块。
外部变量包括模拟只读变量、模拟只写变量、模拟读写变量、开关只读变量、开关只写变量、开关读写变量，模拟只读变量读取设备数据表单元数据，模拟只写变量修改设备数据表单元数据，模拟读写变量读取/修改设备数据表单元数据，开关只读变量读取设备数据表单元位状态，开关只写变量修改设备数据表单元位状态，开关读写变量读取/修改设备数据表单元位状态。
内部变量包括内部模拟变量、内部开关变量、内部文本变量，内部模拟变量存储模拟数据值，内部开关变量存储开关数据状态，内部文本变量存储或读写设备表字符串。
运行功能模块包括变量存档模块、计算模块、比较模块、系统操作模块、定时模块、函数模块，变量存档模块存储模拟只读变量、模拟只写变量、模拟读写变量、开关只读变量、开关只写变量、开关读写变量、内部模拟变量、内部开关变量的变量值到历史数据库，计算模块实现简单算术、脉冲、计数器、计时器和逻辑运算的计算过程，比较模块根据比较两个变量的结果执行指令，系统操作模块实现系统操作过程，定时模块定时执行指令，函数模块使用VBScript脚本编写自定义算法函数。
进一步，本方案的变量报警模块包括报警信号采集模块、报警控制模块、报警执行模块，报警信号采集模块接收模拟量报警信号、开关量报警信号后传送给报警控制模块，报警控制模块分析收到的报警信号后触发报警执行模块同时向数据库备案报警信息供报警查询，报警执行模块根据触发指令播放声音、发送短信、提示报警、触发变量，数据库远程备案报警信息供远程报警查询。
进一步，本方案的实时数据库连接模块根据运行数据库模块发送的变量信息实时触发实时数据库，实时数据库根据存入的变量信息实现存档曲线查询、Excel报表、表格查询、调用VBS脚本同时将信息导出到关系数据库，实时数据库通过API接口供外部应用程序检索、分析。
进一步，本方案的运行数据库向网络服务模块、串口服务模块、ADSL服务模块发送变量包，关系数据库向网络服务模块、ADSL服务模块发送记录包，网络服务模块与外部客户端通信连接，串口服务模块通过串口直连、以太网串口、数传电台、无线DTU、拨号Modem与外部主站、组态软件、数据中心通信连接，ADSL服务模块通过3G路由器、宽带路由器经过3G网络、Internet网络、GPRS网络提供远程连接服务。
进一步，本方案的短信服务模块接收自定义短信息、报警信息后根据本地中心号码、手机号码簿通过COM串口经过外部中继站向外部手持通讯终端发送短信信息。
进一步，本方案的外部以太网设备通过3G路由器、宽带路由器经过3G网络、Internet网络与远程连接模块通信连接，外部串口设备通过DTU模块经过GPRS网络与远程连接模块通信连接，远程连接模块与运行数据库模块连接。
进一步，本方案的外部IE/Web客户端通过局域网或宽带经过路由器、防火墙访问Web服务模块，Web服务模块存储、发布监视画面、来自报警数据库的报警信息、来自历史数据库的历史曲线、来自用户数据库/远程数据库的数据库表格和数据库曲线。
进一步，本方案的SNMP服务模块与运行数据库模块连接，SNMP客户端通过UDP端口访问SNMP服务模块，BACNET服务模块与运行数据库模块连接，BACNET服务模块与BACNETIP主站互通信息，OPC服务模块与运行数据库模块连接，OPC客户端通过网络访问OPC服务模块。
进一步，本方案的数据转发模块包括IEC104转发模块、CDT转发模块，IEC104转发模块与运行数据库模块连接，IEC104转发模块通过TCP端口向调度主站转发运行数据库模块的数据，CDT转发模块与运行数据库模块连接，CDT转发模块通过串口、TCP端口、UDP端口转发运行数据库模块的数据。
本发明自动控制系统监控平台为工业自动化行业提供一款运行稳定、速度快、简单易用、功能强大、扩展性好的基于Windows操作系统平台的高性能组态监控平台，具有简单易用，适用性广的特点。
附图说明
图1是本发明自动控制系统监控平台的工作流程图。
图2是本发明自动控制系统监控平台的原理图。
图3是运行数据库结构的原理图。
图4是变量报警模块的原理图。
图5是历史数据模块的原理图。
图6是数据库连接模块的原理图。
图7是实时数据库结构的原理图。
图8是网络服务模块的原理图。
图9是串口服务器模块的原理图。
图10是短信服务模块的原理图。
图11是远程连接模块的原理图。
图12是ADSL服务模块的原理图。
图13是Web服务模块的原理图。
图14是SNMP服务模块的原理图。
图15是BACNET服务模块的原理图。
图16是OPC服务模块的原理图。
图17是IEC104转发模块的原理图。
图18是CDT转发模块的原理图。
具体实施方式
如图1、2所示，本发明自动控制系统监控平台的工作流程与原理示意图。
本方案公开了一种工业自动化组态平台，主要应用于工业自动化控制领域，为工业自动化行业提供一款运行稳定、速度快、简单易用、功能强大、扩展性好的基于Windows操作系统平台的高性能组态监控平台，为冶金、化工、电力、配电、环保、筑路、核辐照、烟草、啤酒、铁路、煤炭、楼宇、水处理、锅炉、码头输送、风电、光伏、企业信息化等各个行业用户提供了经济完善的工业自动化监控解决方案。
本方案的监控平台包括设备通讯和运行数据库模块、画面制作和画面显示模块、历史数据和实时报表模块、服务器模块。
设备通讯和运行数据库模块用于与下位机建立通讯以便采集数据和关联仪器、仪表、PLC中的变量以实现上位机和下位机之间的数据交换，平台首先安装设备驱动，与所需要组态的下位机（仪表、仪器、PLC）建立通讯，然后监控和读取下位机数据。
画面制作和画面显示模块用于提供工业生产过程控制中所需的一些软按钮、数据输入及显示框，监控以及实时显示设备的运行状态，当控制过程出现问题时显示报警。
历史数据和实时报表模块，用于提供工业生产过程某些重要数据的历史查询和实时查询、输出。
数据处理及过程控制运用平台的一些功能模块对采集上来的数据进行一定的处理，平台根据下位机数据通过PLC等控制工具对工业生产过程进行自动化控制，通过画面显示功能监控以及实时显示设备的运行状态，通过远程通讯模块实现设备的远程控制。
数据库连接模块用于数据的存储及管理，服务器模块用于数据的远程存储及设备的远程控制。
数据管理，平台通过数据传输模块将采集上来的数据以及处理后的数据关联到本地数据库或者发送到远程终端，亦可以实现数据的实时查看和历史查询。
本方案在开发初期便撇弃当时流行的Windows95/98操作平台，而以WindowsNT作为开发平台，全部代码采用VC++进行编写，并自然过度到Windows2000/2003/XP/Win7/Win8平台，所以是纯32位代码，多任务并发系统，保证平台内核先进和稳定，无内存泄露，能长期运行。
本方案始终把可编程控制器（PLC）和DCS作为适用对象，定位自动化应用中高端，专门设计设备数据表，能对数据进行批量处理，多线程同时连接通讯设备，通讯速度和稳定性倍受赞誉。
本方案除提供通讯、运行数据库、画面、报警、历史数据等功能外，还提供实用的数据库应用、配方、数据服务、报表、网络服务、串口服务、Web服务、远程连接等增强功能。
本方案虽无法适用于所有行业和用户，但对所涉及行业却表现非常出色，如环保、筑路、配电、水处理、核辐照、纺织、烟草、数据集成等。
本方案的自动控制系统监控平台具有以下技术指标，如表一所示。
表一
设备通讯
设备号数
1-2000
并发驱动
1-16
并发线程
1-256
批量数据
1-1024字节
驱动种类
串口、以太网、串口转以太网、总线、GPRS、OPC
主流设备
西门子、ABB、GE、AB、MODBUS、欧姆龙、三菱、施耐德、台达、研华、MOXA、LG、穆勒、爱默生、松下、倍福、电力仪表等
开放协议
OPENCOM、OPENTCP、OPENUDP、OPENGPRS
非标驱动
单独开发
设备仿真
可以
运行数据库
最大规模
AI
500000
DI
500000
AO
30000
DO
30000
AR
300000
DR
300000
VA
150000
DOC
300000
VD
150000
CA
8000
VT
30000
CMP
8000
FB
8000
TM
1000
FG
3000
FX
8000
记忆变量
1-3000个,最大写时间1秒
刷新时间
10-1000毫秒
规模分类
30\64\128\256\512\1K\4K\64K\100K\150K\300K\500K
画面
画面数量
无限制
画面元素
20000个
嵌入图片
1-300个
扫描间隔
10-1000毫秒
切换时间
100-2000毫秒
画面尺寸
30×30–32000×32000
画面层数
16
颜色数量
真彩
组嵌套数
16
画面脚本
VBScript,1-500个
画面变量
1-1500个
内存画面
32个
全屏显示
支持
画面漫游
支持
多画面
支持10个
子画面
支持
子窗口
支持
下拉菜单
支持
屏蔽热键
支持
防止关闭
支持
编辑口令
支持
画面只读
支持
无极缩放
支持
适应分辨率
支持
画面复用
通过子画面或子窗口实现
鼠标滑动
支持
Flash动画
支持
变量报警
报警数量
1-30000/58000
报警频率
120个/秒
报警存储
支持,SQLServer
报警打印
支持,行打印机
短信报警
支持
条件报警
支持
声音报警
支持
循环声音
支持
提示对话框
支持
历史数据
存档数量
1-5000/300000
存档方式
SQLServer、实时数据库
最大尺寸
100G（SQLServer）
存储频率
8000条/M（SQLServer）
自动优化
支持
配方
配方数量
1-9999
配方变量
1-512
实时报表
数值变量
1-100
文本变量
1-10
报表格式
Crystal
用户管理
级别数量
1-999
用户数量
1-99
全局脚本
脚本类型
VBScript
脚本数量
1-1000
运行策略
1-100
脚本文件
1-1024行
首次运行
可以
定时运行
可以
变量触发
可以
手动执行
可以
并发运行
可以
数据库连接
连接方式
追加、读取、修改、存储过程
数据库类型
SQLServer、Access、Oracle
连接技术
ADO
连接数量
1-32
连接变量
1-512
计算公式
当前值、累加值、平均值、最大值、最小值、变化值等
触发方式
定时触发、事件触发
执行速度
120次/秒
批量数据库连接
连接方式
追加、读取、修改
数据库类型
SQLServer、Access、Oracle
连接技术
ADO
连接数量
1-32
连接字段数
1-300
字段数×记录数<=320000
连接记录数
1-3000
触发方式
定时触发、事件触发
执行速度
120次/秒
双机冗余
切换时间
<=3秒
同步内容
设备号、内部变量、报警信息、存档数据、时钟、启动
网络服务器
连接方式
TCPServer
支持协议
MBTCP
客户数量
32
连接数量
256
访问数据
设备表、变量包、记录包
串口服务器
串口数量
32
支持协议
MBCOM、MB/RTU
访问数据
设备表、变量包
ADSL服务器
连接方式
TCPClient
支持协议
MBADSL
连接数量
10
访问数据
设备表、变量包、记录包
短信服务器
通道数量
1
短信数量
1-200
触发方式
时间触发、事件触发、短信触发
修改变量
支持
接收数量
1-200
报警短信
支持
远程连接服务
开放端口
1-8
连接数量
8*256
设备类型
GPRS、CDMA、ADSL
OPC服务器
连接数量
32
组数量
512
组变量数
10240
Web服务器
客户数量
60/600
发布内容
画面、历史曲线、报警查询、数据库表格、数据库曲线
iPad/iPhone
支持
廋客户端
支持
本方案的项目管理器是制作、管理工程项目的工作平台，将设备通讯、运行数据库、画面制作等功能全部融合到一个平台下，便于用户使用。
执行桌面[组态软件]，启动并进入项目管理器，缺省把上次关闭前使用项目作为当前项目。
组态管理器包括以下部分:
⑴项目管理器由菜单、工具条、功能列表、任务列表四部分组成。
⑵菜单功能主要包含项目新建、调入、备份以及画面制作等常用功能。
⑶窗口左面列表树是功能列表，显示当前系统支持的各种功能。
⑷窗口右面是每项功能所对应的具体任务或内容。
⑸选择并点击功能列表中的某项功能，内容列表显示此功能对应的各项内容。
双击内容列表某项内容,启动相应程序或对话框,进行设置和组态。
⑹菜单下方是工具条，工具条提供系统中常用功能快捷按钮。
本方案的设备通讯主要包括设备数据表和设备驱动。
设备数据表是系统提供的数组内存，大小为2000*1024，用来存放与外部设备进行交换的原始数据。
设备驱动用来读取外部设备中的数据，放入设备数据表中的指定位置，如果发现设备数据表中的数据被修改，然后把被修改数据发送到外部设备。
根据连接设备种类，驱动程序分为PLC驱动、仪表驱动，不希望支持板卡。
根据通讯连接方式，驱动程序分为
升级会员 