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1.2 嵌入式MCGS体系结构

MCGS嵌入式组态软件安装完毕后,在桌面上会出现“MCGSE组态环境”图标,“MCGSE”中的“E”是英文单词“Embedded”的首字母,表示嵌入式版本,区别于网络式和通用式版本。双击该图标后即可进入运行环境,如图1-5所示。MCGSE包括两部分,即组态部分和运行部分。组态部分在基于Windows的平台上运行,比如Windows XP、Win7、Win8等系统,一旦组态完毕,可以进行模拟调试,发现并解决问题后即可下载到实时多任务嵌入式Windows CE环境下运行,这类似于高级语言的调试(debug)版本与发布(release)版本。

图1-5 MCGSE组态软件运行主界面图

MCGSE的主界面包括用户窗口、主控窗口、运行策略、实时数据库和设备窗口五项内容,构成了嵌入式组态软件的核心体系结构,如图1-6所示,其中设备窗口处于组态的最底层,负责硬件驱动、通信协议、链路控制的组织与管理;实时数据库为中间层,起到承上启下的连接作用,保存采集来的数据;用户窗口、主控窗口、运行策略处于人机交互界面层,方便人的观察、分析,同时运行相应的控制算法对下位机进行管理。

图1-6 MCGS组态软件系统结构图

(1)设备窗口 设备窗口负责“输入”与“输出”操作,从外围硬件设备读取数据或向外部执行器发送控制信号,好比人的眼睛、耳朵等感应器官以及手、脚等执行器官。设备窗口设置的是各种硬件设备的驱动,比如数据采集卡、智能仪表、PLC、继电器模块、称重仪表、变频器等设备。为了与各种设备相连,必须要有设备的驱动,这样软件才能操控硬件,驱动程序就是与硬件配套的操控代码,不同公司的设备有不同的驱动程序,类似于计算机声卡、网卡等的驱动程序。如果组态软件连接的设备没有驱动,或者提供了通信协议,比如串口RTU协议和数据格式,但是并没有提供相应的驱动,这时,用户无法使用该设备,需要组态软件开发人员编写驱动程序或在组态软件中嵌入脚本程序,两者是相同的。驱动程序对代码进行了封装,保证了商业秘密;嵌入脚本程序灵活,但是会导致代码外泄。本书将全面完整地对各种各样的串口外围设备进行分类、归纳和实例分析,让用户轻松掌握底层驱动的开发过程。

(2)实时数据库 实时数据库强调了“实时”与“库”的概念,“实时”就是“步调一致”地与外部设备进行数据交换,或者从外部设备读入数据,或者向外部设备输出数据,而输入输出的数据要存储在一个“库”中,这个库就是由若干个数值型、开关型、字符型等结构变量组成的集合。数据库相当于一个纽带,将硬件设备与上层软件监控界面连接在一起,向下可以与硬件设备实时更新数据,向上可以将数据输送到监控界面。所以数据库起着“桥梁”的作用,但是数据是以何种方式进行组织的呢?是排好序再上传,还是求出最大值再上传,这些都是由运行策略来完成的。

(3)运行策略 运行策略相当于数据的组织“方法”,数据放到了“库”中,是杂乱无章的,必须经过分类和整理,按一定的规范和格式输出。比如将数据按从小到大的顺序排列起来,然后输出到监控界面;或者将某一段有用的数据截取出来;还可以将不同位置的字节取出来重新组合,等等。运行策略相当于一种组织方式和管理手段,类似于行政部门的“组织部”,组织部的作用是“人尽其才”,目的是将“人”这一数据放到合适的位置,让其发挥最大的作用。运行策略的方便之处在于提供了灵活的脚本语言,用户可以用指令、函数编写各种程序代码完成特定功能,所以运行策略是一个大家庭,每一种具有某种功能的代码都称之为一个“策略”,与高级语言中的过程、函数等相似。这些各司其职的策略组合在一起,就构成了整个系统的运行策略,实际上,相当于执行功能的集合体。如果把组态软件比作一个人,运行策略就是人的各式各样的动作,比如走路、跑步、跳远、攀岩、吃饭、喝水、看书等。

(4)用户窗口 用户窗口是一种以图形、表格、曲线等形式展现数据的平台,是人机交互界面,用户“人”与外部设备“机”之间就是通过这一界面进行信息交互。例如,将采集的数据以曲线显示,这一过程体现的是数据随时间的变化情况;将数据以柱状图展示,这表现的是数据之间的相互关系;将数据以饼状图示意,这给出了部分与整体的关联。总之,没有用户窗口,相当于少了一个会话层的展示接口,至于底层如何从设备采集数据,如何去执行用户的按键指令、程序指令,用户并不关心,这就是现在人机交互的优势,让用户脱离于底层复杂的编码过程,使控制过程更加专业化和模块化。所以,用户窗口需要由用户进行版面设计、控件布置、数据关联,真正体现了组态软件“配置”这一理念。目的是使用户窗口中的图、表、曲线、控件等要素组成一幅完整的“画”面,并且能够实时动态地反映工艺流程的变化,此“画”(触摸屏展示的动画)与彼“画”(运行的工艺流程)实时地联系在一起。

(5)主控窗口 主控窗口是嵌入式组态软件的中枢,从图1-6可以看出,主控窗口负责控制用户窗口、实时数据库和运行策略,图中的箭头全部指向外部,说明主控窗口的指令是控制这三个窗口。主控窗口好比企业的管理系统,起到分配调度的功能。以大家熟悉的超市购物为例,主控窗口相当于超市管理部门,负责商品的物流、入库、出库、销售、统计等;点心、饮料、水果、蔬菜、海鲜、衣服等商品相当于数据,存放在库房(实时数据库);明天正好是节假日,管理部门(主控窗口)预先将大量商品(数据)运送到销售区,这个过程相当于执行了应对节假日这一特殊情况(运行策略);商品被贴上了各式各样的打折标签,摆放在顾客显眼的位置(用户窗口)。管理部门(主控窗口)就是调度中心,在时间和空间上协调各部分之间的关系,哪个商品(数据)在什么时间放在什么位置(用户窗口)。因此,主控窗口起到了“管家”的作用。

上述分析了嵌入式组态软件的体系结构,从中可以看出组态的思想,将不同功能的模块分类,放在了五个不同的结构中,用户只要根据工艺流程迅速将不同的要素分在不同的结构中,然后将它们匹配连接在一起,就构成了人 界面 机的结合,使数据信息流(数据信号、控制指令)在Huma Software Hardware 之间相互传递,组织形成一个监测与控制的整体,即实现了“组态”的过程。参考二维码视频讲解。 wooyBUISm4ibB98S514UBuC0PCyXxwZGlaxqPycw5CJ3pkbUwuFh7KUDir+j0RfT

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